BRPI0807862B1

BRPI0807862B1 - Controlador e sistema de controle para uma válvula redutora de pressão

Info

Publication number: BRPI0807862B1
Application number: BRPI0807862-9A
Authority: BR
Inventors: Andrew Roland Burrows
Original assignee: I2O Water Limited
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2020-06-23
Also published as: AU2008208677B2; US9644349B2; BRPI0807862B8; IL226508A0; US20170218601A1; WO2008090359A3; BRPI0807862A2; GB2459603A; US20100168927A1; GB2481750A; GB2481750B; EP2115546B1; WO2008090359A2; CN102707741A; GB0914730D0; MY149996A; IL200033A; AU2008208677A1; EP2115546A2; IL200033A0

Abstract

CONTROLADOR E SISTEMA DE CONTROLE PARA UMA VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO A presente invenção refere-se a um controlador (8) para uma válvula-piloto (102) que ajusta a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão (44) fornecendo água para uma região consumidora (3). Com o propósito de reduzir pressão de saída ao mesmo tempo que fornecendo uma pressão mínima exigida em um ponto crítico (CP) na região, o controlador ajusta a pressão de saída de acordo com a taxa de fluxo. O controlador inclui um relógio (22) e a relação entre a pressão de saída exigida e a taxa de fluxo medida é dependente de tempo. Parâmetros que definem a relação são fornecidos para o controlador (8) provenientes de um sistema de processamento remoto de dados (13) que analisa taxa de fluxo e dados de pressão de saída transmitidos pelo controlador, e também dados de pressão provenientes de um sensor remoto (10) no ponto crítico. Em intervalos, o controlador (8) estabelece uma conexão sem fio com o sistema remoto (13) para transmitir dados registrados, e para receber parâmetros cobrindo um período de tempo que é maior do que o intervalo entre sessões de comunicação.

Description

A presente invenção refere-se a um controlador e a um sistema de controle para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora. A invenção está particularmente, mas não exclusivamente, relacionada com controlar uma válvula-piloto que altera a pressão da válvula redutora de pressão.

Nas modalidades preferidas, a invenção está relacionada com o controle da pressão de água fornecida para uma região consumidora a partir de um fornecimento de condutos principais de alta pressão e, mais particularmente, com o fornecimento de água para uma zona de medição e controle (DMA). Entretanto, a invenção também é aplicável ao fornecimento de água em outras circunstâncias, tais como em um grande complexo industrial.

A pressão em um sistema de distribuição de água de condutos principais é criada por meio de bombas e/ou pela altura de carga de gravidade da água em um reservatório, torre de água ou similares. A pressão nos condutos de fornecimento arteriais principais é significativamente maior do que aquela exigida pelos consumidores, se domésticos, agrícolas ou industriais. Em um sistema de distribuição típico, diversos consumidores são arranjados em uma região para a qual água é fornecida a partir da rede de fornecimento arterial principal por meio de uma válvula redutora de pressão (PRV). Tipicamente, esta região é referida como uma zona de medição e controle (DMA).

Historicamente, a pressão de saída da PRV foi fixada. Embora existam diversas variações no projeto de PRV, uma válvula acionada de diafragma de globo é o padrão de indústria no Reino Unido. Algumas PRVs são configuradas para criar uma redução fixa na pressão. Outras são encaixadas com válvulas-pilotos, as quais alteram a posição da válvula de tal maneira que ela automaticamente fornece uma pressão de saída fixa independente da pressão de entrada ou taxa de fluxo. A pressão de saída fixa deve ser suficientemente alta para assegurar pressão adequada por toda a DMA, e em particular na posição que é submetida à maior perda de altura de carga sob taxas de fluxo antecipadas máximas, a qual pode ser o ponto mais alto e/ou o mais afastado da PRV na DMA. De uma maneira geral, o ponto onde a pressão é mais baixa para uma dada pressão de saída da PRV é conhecido como o ponto crítico e normalmente será o ponto mais alto e/ou o mais afastado da PRV. Entretanto, deve ser percebido que dentro de uma DMA particular pode existir mais de um ponto crítico, e que o ponto crítico pode variar.

Um problema com um arranjo como este é que em certos momentos ou sob certas condições dentro da DMA, a pressão fixada pode ser maior do que aquela necessária para assegurar uma pressão adequada no ponto crítico ou em cada um deles. É conhecido que existe uma relação entre pressão de sistema e tanto taxas de fluxo de vazamento quanto taxas de arrebentamento em uma DMA. Assim, se a pressão de saída puder ser me-nor do que a pressão fixada embora ainda fornecendo pressão adequada no ponto crítico, existirá um risco reduzido de ocorrências de vazamento e arrebentamento.

Tem sido proposto que a saída da PRV deve ser variável de maneira que a pressão pode ser variada dependendo da demanda, reduzindo assim a pressão média dentro da DMA e reduzindo problemas com vazamentos e arrebentamentos. Outras vantagens de controlar a pressão ativamente incluem fadiga reduzida na rede de tubos, a provisão de pressão de fornecimento mais constante para consumidores, e uma redução no consumo relacionado com pressão.

Um sistema no qual uma PRV é controlada por uma válvula- piloto está descrito na GB 2405957. Existe um estágio de realimentação de pressão incluindo uma válvula de comporta que cria uma perda de altura de carga que aumenta com fluxo através da PRV. A perda de altura de carga faz com que a água flua em um tubo de contorno que incorpora um venturi. A válvula-piloto é controlada pela pressão no venturi. Esta pressão diminui à medida que a taxa de fluxo aumenta, fazendo assim com que a válvula-piloto aumente a pressão de saída da PRV à medida que a taxa de fluxo aumenta.

Também tem sido proposto que uma válvula-piloto deve ser controlada eletricamente usando um controlador. A EP-0574241 descreve um sistema que varia a pressão de saída da PRV de acordo com um perfil de pressão-tempo gerado a partir de dados históricos. Este sistema de modulação de pressão-tempo é baseado em uma suposição de que demanda é previsível de forma cíclica ao longo do tempo. A EP-0574241 também refere- se a um arranjo alternativo, no qual em vez de a pressão de saída ser con-trolada como uma função do tempo, ela é controlada como uma função da taxa de fluxo. A memória do controlador contém dados se relacionando com pressão e fluxo, e a pressão exigida é deduzida da medição de fluxo. É relatado que com um arranjo como este não é necessário usar a modulação de perfil de pressão-tempo.

Visto a partir de um aspecto, a presente invenção fornece um controlador para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, em que o controlador compreende uma entrada de taxa de fluxo para receber um sinal de taxa de fluxo de um sensor de taxa de fluxo para água fluindo para a região consumidora através da válvula redutora de pressão, e dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da taxa de fluxo de água fluindo para a região consumidora através da válvula redutora de pressão de acordo com o sinal de taxa de fluxo; uma saída de controle para fornecer um sinal para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma relação entre a taxa de fluxo de água e uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora; e dispositivo de processamento configurado para processar (i) os dados representativos da taxa de fluxo e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo à taxa de fluxo; caracterizado pelo fato de que os parâmetros representam uma relação entre a taxa de fluxo de água e a pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão, a qual é dependente de tempo; o controlador compreende um relógio fornecendo dados representativos de tempo; e o dispositivo de processamento é configurado para acessar os dados representativos de tempo, além dos parâmetros armazenados e dos dados representativos da taxa de fluxo, de maneira que o sinal que é fornecido pela saída de controle faz com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo à taxa de fluxo e ao tempo.

Assim, este aspecto da invenção é caracterizado pelo uso de modulação baseada em taxa de fluxo da pressão de saída, mas igualmente com dependência de tempo. Contar com taxa de fluxo significa que o sistema pode reagir a flutuações muito procuradas que diferem daquelas que seriam preditas ao analisar dados históricos. Entretanto, a presente invenção fornece controle mais preciso da pressão de saída porque a relação entre taxa de fluxo e pressão de saída não é fixa, mas varia com o tempo. Consi-derar, por exemplo, uma situação onde existem dois consumidores de quantidades similares de água, mas que criam suas demandas em horários diferentes no dia. Por exemplo, o primeiro consumidor pode criar suas demandas durante o dia, e o segundo consumidor pode criar suas demandas durante a noite. Em qualquer caso, a demanda e, assim, a taxa de fluxo detectada seria similar e um sistema baseado em fluxo convencional ajustaria a pressão de saída da PRV para aproximadamente o mesmo valor. Entretanto, os consumidores podem estar em localizações geográficas muito diferentes, com o primeiro consumidor próximo à PRV e o segundo consumidor muito mais distante. Maiores perdas por atrito são incorridas no fornecimento de água para o segundo consumidor mais distante e, consequentemente, é desejável que a pressão de saída da PRV, para a mesma taxa de fluxo, seja maior quando é o segundo consumidor que está criando suas demandas - o que neste exemplo hipotético seria à noite. Usar tanto taxa de fluxo quanto tempo capacita fatores tais como este para serem considerados.

A dependência de tempo da relação entre taxa de fluxo e a pressão de saída exigida pode ser tal como para definir a pressão para uma dada taxa de fluxo em um momento exato do dia, e/ou dia na semana e/ou época do ano. Pode existir um calendário representando diversos dias, e dentro de cada dia diversos períodos. O número de dias pode corresponder a uma semana, ou diversas semanas, ou um mês, ou diversos meses, ou um ano. Dentro de cada dia, os períodos podem ser, por exemplo, horas individuais ou múltiplos de horas. Em uma modalidade, somente a título de exemplo, existe um calendário cobrindo cada dia do ano, e para cada dia existem oito períodos de 3 horas, dando um total de 2920 períodos em um ano de calendário-padrão e 2928 em um ano bissexto. Para cada período existirão um ou mais parâmetros que definirão a relação entre a taxa de fluxo medida e a pressão de saída exigida a partir da PRV. Isto pode ser feito ao ter valores separados armazenados para cada período ou, por exemplo, ao ter valores-padrão que são usados a não ser que exista uma entrada para um período particular quando a relação necessitar variar a partir da relação-padrão.

Em qualquer momento exato, os parâmetros armazenados podem cobrir, por exemplo, um ano total ou um período menor, o arranjo sendo tal que à medida que o tempo passa parâmetros adicionais são armazenados e, opcionalmente, parâmetros usados anteriormente são removidos. No arranjo preferido, os parâmetros são mantidos a não ser que substituídos por valores atualizados.

Quando o controlador é comissionado primeiro, ele pode ser programado com um conjunto básico de parâmetros com base em experimentos em instalações anteriores e/ou ao obter medições durante um período de teste. Esses parâmetros podem ser variados e parâmetros adicionais acrescentados para períodos adicionais de tempo, ao analisar dados do uso do controlador na prática. Isto exigirá um sensor de pressão de ponto crítico no (ou em cada) ponto crítico. A saída deste sensor de pressão de ponto crítico será processada juntamente com dados correspondentes se relacionando com a pressão de saída da PRV e a taxa de fluxo. Para propósitos de sincronização, todos os dados serão carimbados com tempo (o que inclui carimbo de tempo/data, usando códigos de tempos e assim por diante). Os dados provenientes do sensor de pressão de ponto crítico podem ser registrados no ponto crítico e então coletados ou transmitidos para análise.

O cálculo dos parâmetros pode ser executado dentro do controlador usando rotinas adequadas de software e/ou firmware, em cujo caso dados de pressão de ponto crítico seriam transmitidos para o controlador do ponto crítico ou retransmitidos de uma localização central. Entretanto, no arranjo preferido, o cálculo dos parâmetros é executado em uma estrutura de processamento remoto de dados e então os parâmetros são transmitidos para o controlador. Este arranjo fornece vantagens porque o processamento pode ser feito continuamente sem esgotar a bateria do controlador onde ele é energizado por bateria, maior energia de processamento pode ser empregada e dados de outras fontes podem ser prontamente considerados. Por exemplo, os parâmetros podem depender de experiência adquirida de outras regiões com sistemas similares cujos dados podem ser processados na estrutura central de processamento de dados. Fatores ambientais reais ou preditos podem ser considerados, tais como previsões de condições meteorológicas, temperatura, precipitação pluviométrica, se existe ou não um tubo flexível ou restrição de chuveiros automáticos, eventos esportivos vindouros ou outras ocasiões, listas de televisão e assim por diante.

No uso de uma estrutura de processamento remoto de dados, em intervalos, comunicação será estabelecida entre o controlador e o sistema de processamento remoto de dados. Isto pode ser por meio de uma conexão com fio, por exemplo, através de linhas de telefone por meio de uma conexão de discagem ou de banda larga, através de uma linha de dados dedicada e assim por diante. Preferivelmente, entretanto, a conexão é sem fio já que em muitos casos o controlador será posicionado onde não existem linhas de comunicações, e de fato nenhum fornecimento de eletricidade, que é a causa de energia de bateria ser normalmente usada. Tal comunicação sem fio pode ser através de uma rede de telefone móvel, por exemplo, ou qualquer outra rede sem fio ou sistema de comunicações adequado. Preferivelmente, comunicação é iniciada pelo controlador em intervalos, de maneira que energia de bateria não é desperdiçada mantendo um módulo de comu- nicações ativo esperando por comunicação da estrutura de processamento remoto de dados.

Quando comunicação é estabelecida entre o controlador e o sistema de processamento remoto de dados existirá uma troca de informação. O controlador transmitirá dados registrados com referência à taxa de fluxo e à pressão de saída, e também pode transmitir outros dados tais como a pressão de entrada para a PRV, dados com referência à seção transversal de fluxo através da PRV, e outros dados relacionados com fluxo e pressão que o controlador pode armazenar. Por exemplo, pode existir um filtro no sistema e sensores podem medir a queda de pressão através do filtro de maneira que a estrutura remota de dados pode determinar quando o filtro exige limpeza ou substituição. A seção transversal de fluxo através da PRV pode ser determinada a partir de detectar a posição de um elemento de fechamento de válvula, diretamente usando um transdutor de posição, por e- xemplo, ou pela referência à pressão ou volume de água acima de um diafragma controlando a posição do elemento de válvula. Outros dados também podem ser fornecidos para o sistema de processamento remoto de dados pelo controlador, tais como a temperatura local se existir equipamento adequado conectado ao controlador, tais como dados de precipitação pluviomé- trica, umidade, pressão atmosférica e assim por diante, tal como pode ser disponível de sensores ou dispositivos de medição adequados conectados ao controlador.

A estrutura remota de dados transmitirá parâmetros para serem armazenados no controlador, fornecendo a relação apropriada entre taxa de fluxo, tempo e pressão de saída exigida. Estes podem considerar pelo menos parte dos dados transmitidos pelo controlador durante essa sessão de comunicação, ou podem ser parâmetros determinados anteriormente, os novos dados fornecidos pelo controlador sendo considerados antes de pa-râmetros serem fornecidos em uma sessão de comunicações subsequente.

Onde o controlador tem um ou mais sensores ambientais, tais como um sensor de temperatura, a relação entre a taxa de fluxo e a pressão de saída exigida pode ser não somente dependente de tempo, mas tambémdependente da saída do sensor ambiental ou de cada um deles.

Em geral, quanto aos recursos do controlador, nas modalidades preferidas os parâmetros armazenados são representativos de uma relação entre a taxa de fluxo de água e a pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão, a qual varia como uma função da hora do dia e/ou do dia da semana e/ou da época do ano. Preferivelmente, os parâmetros armazenados são em relação a intervalos distintos cobrindo um dia completo, para cada um de diversos dias sucessivos.

Preferivelmente, o controlador compreende um módulo de comunicações e é configurado para usar o módulo de comunicações em intervalos para estabelecer comunicação com uma estrutura de processamento remoto de dados e para receber parâmetros que estão armazenados no dispositivo de processamento de dados. Preferivelmente, o módulo de comunicações é adaptado para comunicação sem fio.

Preferivelmente, o controlador é provido com uma entrada de pressão de saída para receber um sinal de pressão de saída de um sensor de pressão de saída, e com dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão de acordo com o sinal de pressão de saída; dispositivos de registro são fornecidos para registrar os dados representativos da taxa de fluxo de água fluindo para a região consumidora e dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão, com dados de carimbo de tempo; e o controlador é configurado para usar o módulo de comunicações em intervalos para comunicar dados registrados para a estrutura de processamento remoto de dados. Preferivelmente, o controlador é fornecido adicionalmente com uma entrada de pressão de entrada para receber um sinal de pressão de entrada de um sensor de pressão de entrada, e com dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da pressão de entrada na válvula redutora de pressão de acordo com o sinal de pressão de entrada; e os dados registrados comunicados para a estrutura de processamento remoto de dados incluem os dados representativos da pressão de entrada.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um sistema compreendendo um controlador tendo qualquer um ou todos os recursos descritos anteriormente, e uma estrutura de processamento remoto de dados que recebe os dados registrados provenientes do controlador e transmite os parâmetros para o controlador em intervalos, em que a estrutura de processamento remoto de dados recebe adicionalmente dados de pressão de ponto crítico de um sensor de pressão adjacente ao ponto crítico, os dados de pressão de ponto crítico incluindo dados de carimbo de tempo; e a estrutura remota de dados calcula os parâmetros a ser transmitidos para o controlador usando os dados registrados recebidos do controlador e os dados de pressão de ponto crítico. Preferivelmente, os parâmetros transmitidos para o controlador cobrem um período de tempo que é maior do que os intervalos entre o controlador e a estrutura de processamento remoto de dados estando em comunicação de dados. Preferivelmente, os parâmetros transmitidos para o controlador cobrem um período de pelo menos uma semana. Preferivelmente, o controlador armazena parâmetros cobrindo um período de tempo e os parâmetros transmitidos pela estrutura de processamento remoto de dados são mudanças incrementais para os parâmetros armazenados para esse período.

Será percebido que o uso de um controlador se comunicando com um sistema de processamento remoto de dados fornece vantagens mesmo quando os parâmetros controlando a relação entre taxa de fluxo e pressão de saída exigida não representam uma relação dependente de tempo. Assim, visto a partir de um outro aspecto da invenção, é fornecido um sistema para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, compreendendo um controlador e um sistema de processamento remoto de dados; caracterizado pelo fato de que o controlador compreende: uma entrada de taxa de fluxo para receber um sinal de taxa de fluxo de um sensor de taxa de fluxo para água fluindo para a região consumidora através da válvula redutora de pressão, e dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da taxa de fluxo de água fluindo para a região consumidora através da válvula redutora de pressão, de acordo com o sinal de taxa de fluxo; uma saída de controle para for- necer um sinal para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma relação entre a taxa de fluxo de água e uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora; dispositivo de processamento configurado para processar (i) os dados representativos da taxa de fluxo e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo à taxa de fluxo; uma entrada de pressão de saída para receber um sinal de pressão de saída de um sensor de pressão de saída, e com dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão de acordo com o sinal de pressão de saída; dispositivo de registro para registrar os dados representativos da taxa de fluxo de água fluindo para a região consumidora e dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão, com dados de carimbo de tempo; e um módulo de comunicações; o controlador sendo configurado para usar o módulo de comunicações em intervalos para comunicar dados registrados para o sistema de processamento remoto de dados; o sistema sendo caracterizado adicionalmente pelo fato de que o sistema de processamento remoto de dados recebe os dados registrados provenientes do controlador e transmite os parâmetros para o controlador em intervalos; o sistema de processamento remoto de dados recebe adicionalmente dados de pressão de ponto crítico de um sensor de pressão adjacente ao ponto crítico, os dados de pressão de ponto crítico incluindo dados de carimbo de tempo; e o sistema de processamento remoto de dados calcula os parâmetros a ser transmitidos para o controlador usando os dados registrados recebidos do controlador e os dados de pressão de ponto crítico.

Quanto a este aspecto da invenção, os vários recursos opcionais do controlador e sistema descritos anteriormente podem ser incorporados neste sistema, e onde tecnicamente viável não é necessário existir dependência de tempo na relação entre taxa de fluxo e pressão de saída exigida,embora esse seja o arranjo preferido.

Será percebido adicionalmente que o uso de um controlador se comunicando com um sistema de processamento remoto de dados fornece vantagens mesmo quando os parâmetros controlando a pressão de saída exigida são relacionados a tempo, mas não necessariamente à taxa de fluxo. Assim, visto a partir de um outro aspecto, é fornecido um sistema para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, compreendendo um controlador e uma estrutura de processamento remoto de dados; em que o controlador compreende uma saída de controle para fornecer um sinal para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão, um relógio fornecendo dados representativos de tempo, dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma pressão de saída exigida dependente de tempo da válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de á- gua mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora, dispositivo de processamento configurado para processar (i) os dados representativos de tempo e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo ao tempo; caracterizado pelo fato de que o controlador compreende adicionalmente uma entrada de pressão de saída para receber um sinal de pressão de saída de um sensor de pressão de saída, e com dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão de acordo com o sinal de pressão de saída, dispositivo de registro para registrar os dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão, com dados de carimbo de tempo, e um módulo de comunicações, o controlador sendo configurado para usar o módulo de comunicações em intervalos para comunicar dados registrados para a estrutura de processamento remoto de dados; o sistema sendo caracterizado adicionalmente pelo fato de que a estrutura de processamento remoto de dados recebe os dados registrados provenientes do controlador e transmite os parâmetros para o controlador em intervalos, a estrutura de processamento remoto de dados recebe adicionalmente dados de pressão de ponto crítico de um sensor de pressão adjacente ao ponto crítico, os dados de pressão de ponto crítico incluindo dados de carimbo de tempo, e a estrutura remota de dados calcula os parâmetros a ser transmitidos para o controlador usando os dados registrados recebidos do controlador e os dados de pressão de ponto crítico.

Quanto a este aspecto da invenção, os vários recursos opcionais do controlador e sistemas descritos anteriormente podem ser incorporados neste sistema, e onde tecnicamente viável não é necessário existir uma pressão de saída exigida dependente de taxa de fluxo.

Visto amplamente a partir de um outro aspecto, a invenção fornece um sistema para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, compreendendo um controlador e uma estrutura de processamento remoto de dados; caracterizado pelo fato de que o controlador compreende uma saída de controle para fornecer um sinal para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora de acordo com um ou mais valores medidos, dispositivo de processamento configurado para processar (i) dados representativos de um ou mais valores medidos e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo aos valores medidos, uma entrada de pressão de saída para receber um sinal de pressão de saída de um sensor de pressão de saída, e dispositivo adaptado para fornecer dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão, dispositivo de registro para registrar os dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão, com dados de carimbo de tempo, e um módulo de comunicações, o controlador sendo configurado para usar o módulo de comunicações em intervalos para comunicar dados registrados para a estrutura de processamento remoto de dados; o sistema sendo caracterizado adicionalmente pelo fato de que a estrutura de processamento remoto de dados recebe os dados registrados provenientes do controlador e transmite os parâmetros para o controlador em intervalos, a estrutura de processamento remoto de dados recebe adicionalmente dados de pressão de ponto crítico de um sensor de pressão adjacente ao ponto crítico, os dados de pressão de ponto crítico incluindo dados de carimbo de tempo, e a estrutura remota de dados calcula os parâmetros a ser transmitidos para o controlador usando os dados registrados recebidos do controlador e os dados de pressão de ponto crítico.

Os valores medidos podem ser, por exemplo, dados representativos de taxa de fluxo e/ou tempo e/ou fatores ambientais, tal como descrito anteriormente. Em um arranjo preferido, o sinal fornecido pela saída de controle é tal como para fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo à taxa de fluxo e ao tempo. Em geral, quanto a este aspecto da invenção, os vários recursos opcionais dos controladores e sistemas descritos anteriormente podem ser incorporados no sistema, onde tecnicamente viável.

Em algumas modalidades, o sistema de dados remoto usa adicionalmente dados se relacionando com fatores ambientais durante o cálculo dos parâmetros a ser transmitidos para o controlador. Os fatores ambientais podem incluir condições meteorológicas preditas e/ou restrições de uso de água e/ou variações preditas em padrões de uso de água de consumidor normal.

Em sistemas de acordo com vários aspectos da invenção, em arranjos preferidos a saída de controle do controlador é conectada a uma válvula-piloto para a válvula redutora de pressão. Em algumas modalidades, o arranjo é de tal maneira que no caso de falha da válvula-piloto ou do controlador, uma válvula-piloto de segurança é ativada. Alternativamente, mas de forma menos preferível, a PRV é de atuação direta, isto é, não exige uma válvula-piloto.

Os parâmetros armazenados no controlador podem estar em uma tabela de consulta, a qual dependendo do aspecto particular da invenção e dos recursos opcionais usados pode ser multidimensional. O processador procuraria a pressão de saída exigida de acordo com os valores medidos de taxa de fluxo, tempo e assim por diante.

Em um arranjo alternativo, os parâmetros armazenados são u- sados em uma função processada pelo dispositivo de processamento do controlador. Assim, a função pode incluir uma ou mais constantes, cujos valores são armazenados. A função que é avaliada pelo controlador pode fornecer a pressão de saída desejada diretamente ou de forma indireta, e fornecer dados de pressão real ou outros dados que resultarão na válvula- piloto controlando a pressão de saída da válvula redutora de pressão para o valor correto. A função pode relatar, por exemplo, a taxa de fluxo e a diferença de pressão entre o ponto crítico e a saída de válvula redutora de pressão. Dada uma taxa de fluxo particular, esta diferença de pressão será então avaliada. Com base em um valor armazenado da pressão mínima exigida no ponto crítico, a pressão de saída de PRV exigida pode então ser calculada.

A pressão mínima exigida pode variar como uma função da hora do dia, época do ano, temperatura e assim por diante - por exemplo, ao armazenar diferentes valores em uma tabela de consulta para tempo/data, ou ao ter uma função que varia a pressão mínima exigida dependendo de tempo, data ou qualquer outro fator. Alternativamente, a função pode considerar a diferença de pressão exigida, de maneira que para uma dada taxa de fluxo a saída de pressão exigida da PRV é fornecida diretamente. A função pode considerar variações da pressão mínima exigida dependendo de tempo, data, ou qualquer outro fator.

Em uma implementação deste tipo de modalidade, o controlador pode armazenar uma rotina para avaliar uma função usando um ou mais parâmetros, isto é, constantes, definindo uma melhor relação matemática de encaixe entre a taxa de fluxo medida e a pressão de saída exigida. Por e- xemplo, supor que a pressão de saída Psaida na PRV necessária para assegurar uma pressão mínima Pc no ponto crítico está relacionada à taxa de fluxo F por meio de uma equação tal como a seguinte: Psaida = a + bF + cF2

Em uma fase de calibração, os valores de a, b e c que fornecem uma melhor relação de encaixe entre os dados medidos para a região particular são determinados, e são armazenados como parâmetros no dispositivo de controle. Em uma fase de implementação, a taxa de fluxo F é medida e a pressão de saída exigida Psaida é calculada. O dispositivo de ajuste de pressão é então controlado para alcançar esta pressão de saída exigida Psaida.

Em uma modalidade possível, a equação definindo a relação é da forma: Psaída = a + b(F)c

Entretanto, este tipo de modalidade da invenção no seu sentido mais amplo não está restringido a qualquer relação particular.

Os parâmetros a ser calculados para uso em uma função podem ser gerados automaticamente a partir de dados de medição de calibração. Isto pode ser feito por meio de aparelho de processamento de dados externo tal como um computador portátil, assistente digital pessoal (PDA) ou similares ou uma estrutura de processamento remoto de dados. Entretanto, seria possível para os parâmetros serem gerados por meio de uma rotina que e- xecutasse dentro do controlador propriamente dito. Assim, um microprocessador dentro do controlador pode gerar os parâmetros a partir de dados gravados.

Os dados gravados com referência à taxa de fluxo podem ser gerados por meio de dispositivo de medição separado, armazenados separadamente e então fornecidos para qualquer sistema que seja para calcular os parâmetros, se uma unidade separada ou o dispositivo de controle propriamente dito. Preferivelmente, entretanto, o controlador propriamente dito recebe as medições diretamente do dispositivo de medição de taxa de fluxo usado também na fase de implementação, e as armazena para uso no cálculo dos parâmetros ou para transmitir para um sistema de processamento remoto de dados que os calculará. As medições de pressão para a saída da PRV podem ser manuseadas em um modo similar.

Quanto às medições de pressão no ponto crítico, em um arranjo usando o controlador para calcular parâmetros, estas podem ser medidas por meio de uma unidade remota no ponto crítico, mas podem ser tornadas disponíveis para o dispositivo de controle para processamento dentro do dispositivo de controle, em diversos modos. Os dados podem ser armazenados em uma unidade portátil ou transmitidos para uma unidade portátil como esta através de uma conexão de dados com fio ou uma conexão sem fio tal como um link infravermelho, comunicações Bluetooth® e assim por diante. A unidade portátil pode ser um dispositivo de armazenamento simples, um PDA ou um computador portátil, por exemplo. Desta unidade portátil, as medições podem ser transferidas para o dispositivo de controle, de novo através de uma conexão com fio ou sem fio. Alternativamente, os dados podem ser transmitidos diretamente da unidade de medição de pressão para o dispositivo de controle, através de uma conexão com fio ou através de comunicação sem fio de longo alcance, por exemplo, usando uma rede de dados de celular. Tais comunicações diretas capacitam a fase de calibração para a- contecer com uma reduzida necessidade de intervenção de usuário. Os dados a ser transferidos consistirão de dados representativos da série de leituras de pressão e de dados permitindo sincronização de tempo/data tal como um carimbo de tempo/data associado. Os dados podem ser brutos ou dados derivados tal como em um pacote estatístico. Os dados podem ser compac-tados, criptografados e assim por diante. Também podem estar incluídos, por exemplo, dados identificando a unidade de medição de pressão e, por exemplo, o projeto sendo empreendido.

Em um método assistido manualmente de calibração em uma modalidade deste tipo, medições são processadas por meio de um operativo que seleciona uma melhor curva de encaixe, de maneira que os parâmetros associados podem ser programados no dispositivo de controle. Esta pode ser uma fase inicial antes de calibração automatizada ser usada. Em um modo automático de calibração, os parâmetros são determinados por meio de uma rotina dentro do dispositivo de controle. Calibração automática pode ser seguida por recalibração periódica em intervalos de manutenção adequados. Um sistema inteiramente automático usaria calibração automática automaticamente, em intervalos adequados que poderiam ser relativamente curtos, por meio de uma unidade remota de medição de pressão instalada permanentemente que transmitiria medições para o dispositivo de controle. Tal como observado anteriormente, isto pode ser através de uma rede de comunicações sem fio de longo alcance usando qualquer protocolo apropriado. Em uma modalidade de um arranjo como este, transmissão de mensagem de texto SMS pode ser usada.

Na configuração mais avançada, com calibração automática e uma unidade remota de medição de pressão permanente fornecendo dados de pressão durante um período estendido, os parâmetros podem ser ajustados regularmente para considerar condições variando à medida que padrões de uso de consumidor mudam, o número ou o tipo de consumidores muda e assim por diante. O sistema pode se adaptar a estas circunstâncias mudando sem a necessidade da intervenção de técnicos hábeis.

De acordo com aspectos da presente invenção onde determinação dos parâmetros a ser armazenados no controlador é executada por meio de um sistema de processamento remoto de dados, os métodos descritos anteriormente podem ser implementados no sistema de processamento remoto de dados, o qual receberá os dados de pressão de ponto crítico por meio de qualquer um dos métodos descritos anteriormente, embora preferivelmente por meio de comunicação direta. Cálculo dos parâmetros, se para serem usados em uma função ou para serem incluídos em uma ou mais tabelas de consulta, pode ser executado na estrutura de processamento remoto de dados usando funções do tipo referido anteriormente, ou por meio de técnicas estatísticas adequadas usando dados gravados para pressão no ponto crítico, pressão de saída da PRV e outros dados tais como taxa de fluxo medida e tempo. Técnicas estatísticas adequadas incluem, mas não se limitando a estas, análise de regressão linear ou não-linear, e abordagens de aprendizagem tais como redes neurais. A importância ou contribuição relativa de vários dados de entrada, tais como condições meteorológicas e tempo, para determinar a pressão de saída desejada não necessita ser conhecida ou assumida antecipadamente, mas pode ao invés disto ser aprendida, e opcionalmente refinada, a partir de dados obtidos durante um período de treinamento ou continuamente durante o uso.

Será percebido que embora tenha sido feito referência a um ponto crítico, tal como observado anteriormente, podem existir mais de um ponto crítico, e o ponto crítico onde a pressão fornecida é mais baixa pode mudar. Ao usar unidades remotas de medição de pressão em diversos potenciais pontos críticos, o sistema será capaz de assegurar que o ponto que é o ponto crítico real em qualquer momento exato tem as suas leituras usadas para determinar os parâmetros para uma melhor relação de encaixe ou outra relação. Outros arranjos seriam possíveis nos quais leituras de diversos pontos fossem determinadas como médias.

Visto a partir de um outro aspecto, a invenção fornece dispositivo de controle para uma válvula-piloto de uma válvula redutora de pressão de sistema de fornecimento de água que controla a pressão de água de saída da válvula redutora de pressão de acordo com uma relação predeterminada entre uma pressão de fluxo de saída e taxa de fluxo exigidas, a relação predeterminada sendo definida por meio de uma equação que relata a pressão de líquido de saída desejada como uma função da taxa de fluxo que inclui pelo menos uma constante, em que o dispositivo de controle armazena (a) o valor da constante ou de cada uma delas e (b) um procedimento para avaliar a função, de maneira que para uma dada taxa de fluxo de saída medida da válvula redutora de pressão o dispositivo de controle calcula a pressão de líquido de saída desejada ao avaliar a função usando o valor armazenado da constante ou de cada uma delas e a taxa de fluxo de saída medida.

Em um arranjo preferido, os valores armazenados da constante ou de cada uma delas são dependentes de tempo, de maneira que durante a avaliação da função em um momento exato a pressão de fluxo de saída que é determinada dependerá de tempo.

Em uma implementação de acordo com qualquer um dos aspectos indicados anteriormente da invenção na qual taxa de fluxo é usada, a determinação da pressão apropriada para uma dada taxa de fluxo pode ser em qualquer intervalo adequado, e pode ser quase contínua se existir amostragem frequente da taxa de fluxo, ou em intervalos predeterminados tais como múltiplos de segundos, minutos ou ainda mais longos. Agir em uma mudança na taxa de fluxo medida pode ser quando existir uma mudança de uma certa magnitude e/ou quando uma mudança existir por um período mínimo de tempo. Preferivelmente, o dispositivo de controle é energizado por bateria e pode operar não aplicado a períodos estendidos. Por este motivo, energia despendida em processamento de dados, e em ajuste da válvula- piloto, deve ser reduzida. Ajustes frequentes são, portanto, preferivelmente evitados.

Será percebido que embora referências sejam feitas para pressões e taxas de fluxo, na prática um sistema pode trabalhar com dados brutos que sejam indicativos de uma pressão ou taxa de fluxo, ou com dados derivados que sejam uma função dos dados brutos ou das pressões ou taxas de fluxo calculadas. Os métodos matemáticos precisos usados não são essenciais e rotinas que forneçam resultados equivalentes por meio de qualquer manipulação de sinais recebidos dos sensores são abrangidas pelos vários aspectos da invenção.

Assim, por exemplo, uma tabela de consulta pode armazenar valores de dados brutos que dizem respeito à operação de um ajustador para uma válvula-piloto, tal como um ângulo de rotação que não é por si mesmo uma medida reconhecida de pressão, mas que determinará a pressão de saída. De forma similar, dados brutos de sensor de taxa de fluxos podem ser usados durante a pesquisa do valor relacionado de pressão, que como tal não fornece a taxa de fluxo, mas que pode ser processado se a taxa de fluxo for desejada.

Embora a invenção tenha sido descrita em relação a água, será percebido que os vários aspectos também são aplicáveis a controle de fluxo no contexto de outros líquidos e de fato gases, e onde tecnicamente viável aspectos da invenção abrangem uso no contexto de tais fluidos. Também deve ser percebido que uma região consumidora não está limitada a uma região compreendendo consumidores domésticos, e pode abranger umcomplexo industrial.

Nos sistemas preferidos de acordo com a invenção, alguma ou toda a responsabilidade para calcular como a pressão de água de uma válvula redutora de pressão para um conduto de fornecimento regional varia de acordo com a taxa de fluxo é desempenhada por uma estrutura central de processamento de dados. A estrutura central analisará valores registrados tais como taxa de fluxo, pressão de saída e pressão em um ou mais pontos críticos, e executará cálculos tais como esses discutidos anteriormente, para determinar a relação apropriada. Dados serão então transmitidos da estrutura central para a unidade de controle em intervalos adequados, a qual ajustará então a válvula-piloto na dependência da pressão de saída, em um modo determinado por tais dados. Isto pode ser feito por meio de um algoritmo usando parâmetros enviados pela estrutura central, mas em um arranjo preferido a estrutura central transmite uma ou mais tabelas de parâmetros para a unidade de controle, de maneira que a pressão apropriada para uma dada taxa de fluxo pode ser pesquisada. Isto reduz o processamento que a unidade de controle tem que executar.

No arranjo preferido, a relação entre taxa de fluxo e pressão varia com o tempo, tal como hora do dia, época do ano, ou se é um fim de semana ou um feriado público, e opcionalmente também questões de condições meteorológicas tais como temperatura ou precipitação pluviométrica. Os dados fornecidos para o controlador, tais como dados de tabela de consulta, podem ser multidimensionais para levar em conta estes aspectos. O controlador teria um relógio/calendário tal como necessário para capacitar o valor correto a ser pesquisado, e/ou sensores de condições meteorológicas tais como um sensor de temperatura, sensor de luz, ou um sensor de precipitação pluviométrica tal como aquele usado em carros para controlar limpadores de para-brisa.

Uma estrutura central remota propriamente dita pode considerar fatores tais como estes, por exemplo, receber dados de estações meteorológicas, e transmitir parâmetros adequados para o controlador tal como necessário. Entretanto, no arranjo preferido, o controlador propriamente dito tem o relógio/calendário e é provido com dados que o capacitam para usar os valores apropriados dependendo do período do dia/semana/ano e assim por diante. Isto assegura que se existir uma ruptura nas comunicações, o controlador continuará a operar e a dar valores apropriados para fins de semana e assim por diante. Se o controlador tiver que contar com, por exemplo, um conjunto diário de dados de uma estrutura central, falha nas comunicações, por exemplo, em um sábado resultaria em valores inadequados sendo usados para o fim de semana. Monitoramento local de condições ambientais tais como temperatura provavelmente será mais preciso, e de fato mais conveniente, embora a estrutura central possa usar condições preditas durante o cálculo dos parâmetros a ser enviados para o controlador.

Inicialmente, o controlador pode ser configurado com dados de partida "seguros". A estrutura central monitoraria então desempenho e a saída de registradores, e usaria técnicas tais como essas discutidas anteriormente para determinar variações nos parâmetros para fornecer desempenho ideal. Tipicamente existiria um arranjo de aprendizagem contínuo, com parâmetros sendo ajustados, por exemplo, para a hora do dia inicialmente em unidades relativamente grandes - tais como exatamente dia/noite, ou perío-dos de seis ou três horas - e então mais finamente - por exemplo, abaixo de uma hora. Ajustes similares podem ser feitos para a época do ano, dia da semana e assim por diante - por exemplo, a estação do ano, então o mês e então a semana; e se é um dia de semana/fim de semana e então dias individuais. Partindo com parâmetros preditos, os parâmetros armazenados podem ser mudados à medida que padrões são descobertos.

A estrutura central pode transmitir atualizações de dados para a unidade de controle em quaisquer intervalos predeterminados, tais como diariamente, semanalmente, de meio em meio dia, de hora em hora e assim por diante, ou em uma base irregular. Para reduzir processamento e conservar energia de bateria, um comprometimento preferido seria atualizar diariamente e, tal como observado anteriormente, preferivelmente é o controlador que inicia comunicações.

A estrutura central pode considerar circunstâncias excepcionais, tais como mudanças de condições meteorológicas repentinas ou outras influências tais como, por exemplo, essas que afetam demanda de eletricidade - competições esportivas importantes, por exemplo - assim como outros fatores tais como a presença de um tubo flexível e/ou restrição de chaveiros automáticos. Pode existir uma estrutura, por exemplo, para o corpo de bombeiros interagir com a estação de controle central ou com uma unidade de controle local propriamente dita, para ajustar a pressão para o máximo, ou para algum outro nível predeterminado, se, por exemplo, existirem hidrantes de incêndio e de água que têm que ser usados. A unidade de controle propriamente dita pode detectar uma demanda transitória repentina, e ser capaz de reconhecê-la como sendo provavelmente o uso de um hidrante de incêndio, abrindo assim inteiramente a válvula de alimentação. De forma similar, pode existir uma estrutura para interação pela empresa de fornecimento de água a fim de reduzir a pressão para um mínimo se, por exemplo, um vazamento significativo ou outra falha for descoberta.

Em geral, o processamento pode ser compartilhado entre o sistema central de processamento de dados e o controlador local em qualquer razão desejada, de mais processamento feito localmente para mais ou todo o processamento feito remotamente na estação de controle centrai.

Um servidor/estação de controle central pode manusear diversos controladores diferentes em localizações diferentes, com seus registradores associados, em regiões de fornecimento totalmente separadas ou mesmo em partes do país. Comunicações de dados entre a estação de controle central e uma unidade de controle ou registrador podem ser por qualquer meio adequado incluindo esses discutidos anteriormente.

A funcionalidade do servidor/estação de controle central pode ser distribuída entre qualquer número de servidores físicos em várias localizações diferentes.

A unidade de controle pode incluir funcionalidade adicional, tal como medir parâmetros de qualidade de água tais como pH, condutividade, turvação ou oxigênio dissolvido, os quais podem ser reportados de volta em intervalos desejados para a estação de controle central.

Falando de uma maneira geral, a partir de um outro aspecto da invenção, é fornecido um processo para controlar dispositivo de ajuste de pressão pelo dispositivo de controle a fim de ajustar a pressão do líquido fornecido de uma válvula redutora de pressão para um conduto de fornecimento regional em um sistema para controlar o nível de pressão em uma região de fornecimento de líquido, em cujo sistema a válvula redutora de pressão fornece líquido de um conduto de fornecimento principal para um conduto de fornecimento regional servindo uma rede de fornecimento regional para diversos usuários de líquido na região, o sistema incluindo dispositivo de medição de taxa de fluxo que mede a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regio-nal, e em cujo sistema o dispositivo de ajuste de pressão ajusta a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional na dependência da taxa de fluxo medida, em que:

o dispositivo de controle é configurado com dados que tenham sido derivados por uma estação de controle remoto de medições da pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, da pressão do líquido na rede de fornecimento regional em um ponto crítico e da taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional; e em intervalos o dispositivo de controle é colocado em comunicação com a estação de controle remoto e configurado com dados atualizados.

Preferivelmente, a unidade de controle inclui um relógio e/ou calendário, e os dados fornecidos pela estação de controle remoto são de tal maneira que a unidade de controle pode ajustar a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão como uma função do tempo.

Em geral, comunicações entre componentes usados em modalidades da invenção podem ser por meio de conexões com fio tais como uma serial (RS232), Barramento Serial Universal (USB), Firewire®, LAN ou WAN, conexões de fibra ótica e assim por diante; por meio de comunicações sem fio de curto alcance tais como infravermelho (IrDA), acoplamento indutivo, Bluetooth, Wi-Fi e assim por diante; ou por meio de comunicações de longo alcance usando uma radiofrequência e protocolo adequados, uma rede de comunicações móveis de celular usando, por exemplo, transmissão de men-sagem SMS, uma rede de comunicações com fio e assim por diante. Comunicação entre componentes pode ser direta, através de uma rede tal como a Internet, por meio de uma central de controle e assim por diante. Um componente pode ser configurado como um servidor de rede de maneira que conexão a ele e acesso a dados são simplificados.

Quanto a arranjos nos quais uma função é avaliada pelo controlador existem vários aspectos da invenção.

Assim, visto a partir de um aspecto, é fornecido um processo para controlar o nível de pressão em uma região de fornecimento de líquido, na qual uma válvula redutora de pressão fornece líquido de um conduto de fornecimento principal para um conduto de fornecimento regional servindo uma rede de fornecimento regional para diversos usuários de líquido na região, existindo dispositivo de medição de taxa de fluxo que mede a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, e dispositivo de ajuste de pressão que ajusta a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional na dependência da taxa de fluxo medida, em que, em uma fase de calibração:

(a) primeiros dispositivos de medição de pressão são fornecidos, os quais medem a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
(b) um ponto crítico é escolhido na rede de fornecimento regional, distante da válvula redutora de pressão, e segundos dispositivos de medição de pressão são fornecidos, os quais medem a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico;
(c) durante um período de tempo, medições são feitas pelo dispositivo de medição de taxa de fluxo, pelos primeiros dispositivos de medição de pressão e pelos segundos dispositivos de medição de pressão, as medições sendo sincronizadas com relação a tempo e sendo armazenadas;
(d) usando dispositivo de processamento de dados, as medições armazenadas são analisadas a fim de estabelecer pelo menos um parâmetro para uma função a fim de definir uma melhor relação de encaixe entre (i) dados representando a diferença entre a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional e a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico e (ii) dados representando a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional; e
(e) o parâmetro ou cada parâmetro é armazenado no dispositivo de controle para o dispositivo para ajustar a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
e em que, em uma fase de implementação,
(g) existe medida a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional; e
(h) para uma taxa de fluxo medida, de acordo com a função e o parâmetro ou cada parâmetro armazenado definindo a melhor relação de encaixe, o dispositivo de controle determina uma pressão apropriada para o líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional a fim de alcançar uma pressão mínima desejada de liquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico; e
(i) o dispositivo de controle controla o dispositivo de ajuste de pressão de maneira que líquido na pressão apropriada determinada é fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional.

Em um arranjo, a função definindo uma melhor relação de encaixe pode ser da forma: P = a + b(F)c em que P é uma pressão, F é a taxa de fluxo e a, b e c são os parâmetros.

Visto a partir de um outro aspecto, é fornecido um processo para configurar dispositivo de controle a ser usado no controle de dispositivo de ajuste de pressão, para ajustar a pressão do líquido fornecido por uma válvula redutora de pressão para um conduto de fornecimento regional em um sistema para controlar o nível de pressão em uma região de fornecimento de líquido, em cujo sistema uma válvula redutora de pressão fornece líquido de um conduto de fornecimento principal para um conduto de fornecimento regional servindo uma rede de fornecimento regional para diversos usuários de líquido na região, o sistema incluindo dispositivo de medição de taxa de fluxo que mede a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, e em cujo sistema o dispositivo de ajuste de pressão ajusta a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional na dependência da taxa de fluxo medida, em que o processo compreende as etapas de:

(a) fornecer primeiros dispositivos de medição de pressão que medem a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
(b) escolher um ponto crítico na rede de fornecimento regional, distante da válvula redutora de pressão, e fornecer segundos dispositivos de medição de pressão que medem a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico;
(c) durante um período de tempo, efetuar medições usando o dispositivo de medição de taxa de fluxo, os primeiros dispositivos de medição de pressão e os segundos dispositivos de medição de pressão, as medições sendo sincronizadas com relação a tempo e sendo armazenadas; e
(d) configurar o dispositivo de controle ao armazenar no dispositivo de controle parâmetros para uma função a fim de definir uma melhor relação de encaixe entre (i) dados representando a diferença entre a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional e a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico e (ii) dados representando a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
em que:
o dispositivo de controle é adaptado de tal maneira que, para uma taxa de fluxo medida, de acordo com a função e o parâmetro ou cada parâmetro armazenado definindo a melhor relação de encaixe, o dispositivo de controle determinará uma pressão apropriada para o líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional a fim de alcançar uma pressão mínima desejada de líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico; e o dispositivo de controle controlará o dispositivo de ajuste de pressão de maneira que o líquido na pressão apropriada determinada é fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional.

Visto a partir de um outro aspecto, é fornecido dispositivo de controle para uso no controle de dispositivo de ajuste de pressão para ajustar a pressão do líquido fornecido por uma válvula redutora de pressão para um conduto de fornecimento regional em um sistema para controlar o nível de pressão em uma região de fornecimento de líquido, em cujo sistema a válvula redutora de pressão fornece líquido de um conduto de fornecimento principal para um conduto de fornecimento regional servindo uma rede de fornecimento regional para diversos usuários de líquido na região, o sistema incluindo dispositivo de medição de taxa de fluxo que mede a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, e em cujo sistema o dispositivo de ajuste de pressão ajusta a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional na dependência da taxa de fluxo medida, em que:

o dispositivo de controle é configurado com pelo menos um parâmetro que tenha sido derivado de medições sincronizadas da pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, da pressão do líquido na rede de fornecimento regional em um ponto crítico, e da taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional; o pelo menos um pa-râmetro sendo para uma função a fim de definir uma melhor relação de encaixe entre (i) dados representando a diferença entre a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional e a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico e (ii) dados representando a taxa de fluxo do líquido fornecido pelaválvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
o dispositivo de controle é adaptado para receber medições da taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
e em que:
o dispositivo de controle é adaptado de tal maneira que, para uma taxa de fluxo medida, de acordo com a função e o parâmetro ou cada parâmetro armazenado definindo a melhor relação de encaixe, o dispositivo de controle determinará uma pressão apropriada para o líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional a fim de alcançar uma pressão mínima desejada de líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico; e o dispositivo de controle controlará o dispositivo de ajuste de pressão de maneira que líquido na pressão apropriada determinada é fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional.

Visto a partir de um outro aspecto, é fornecido um processo para controlar dispositivo de ajuste de pressão pelo dispositivo de controle a fim de ajustar a pressão do líquido fornecido por uma válvula redutora de pressão para um conduto de fornecimento regional em um sistema para controlar o nível de pressão em uma região de fornecimento de líquido, em cujo sistema a válvula redutora de pressão fornece líquido de um conduto de fornecimento principal para um conduto de fornecimento regional servindo uma rede de fornecimento regional para diversos usuários de líquido na região, o sistema incluindo dispositivo de medição de taxa de fluxo que mede a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, e em cujo sistema o dispositivo de ajuste de pressão ajusta a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional na dependência da taxa de fluxo medida, em que:

o dispositivo de controle é configurado com pelo menos um parâmetro que tenha sido derivado de medições sincronizadas da pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional, da pressão do líquido na rede de fornecimento regional em um ponto crítico, e da taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional; o pelo menos um pa-râmetro sendo para uma função a fim de definir uma melhor relação de encaixe entre (i) dados representando a diferença entre a pressão do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional e a pressão do líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico e (ii) dados representando a taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
o dispositivo de controle recebe medições da taxa de fluxo do líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional;
e em que:
para uma taxa de fluxo medida, de acordo com a função e o parâmetro ou cada parâmetro armazenado definindo a melhor relação de encaixe, o dispositivo de controle determina uma pressão apropriada para o líquido fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional a fim de alcançar uma pressão mínima desejada de líquido na rede de fornecimento regional no ponto crítico; e o dispositivo de controle controla o dispositivo de ajuste de pressão de maneira que líquido na pressão apropriada determinada é fornecido pela válvula redutora de pressão para o conduto de fornecimento regional.

Visto a partir de um outro aspecto, é fornecido dispositivo de controle para uma válvula-piloto de uma válvula redutora de pressão de sistema de fornecimento de líquido que controla a pressão de líquido de saída da válvula redutora de pressão de acordo com uma relação predeterminada dependendo da taxa de fluxo de saída da válvula redutora de pressão, a relação predeterminada sendo definida por uma função que relaciona a pressão de líquido de saída desejada com a taxa de fluxo e que inclui pelo menos uma constante, em que o dispositivo de controle armazena (a) o valor da constante ou de cada constante e (b) um procedimento para avaliar a função, de maneira que para uma dada taxa de fluxo de saída medida da válvula redutora de pressão o dispositivo de controle calcula a pressão de líquido de saída desejada ao avaliar a função usando o valor armazenado da constante ou de cada constante e a taxa de fluxo de saída medida.

Será percebido que muitos dos recursos destes vários aspectos da invenção são aplicáveis a arranjos nos quais o dispositivo de controle examina valores a ser usados no ajuste da pressão de saída de uma válvula redutora de pressão.

A invenção pode ser vista a partir de vários aspectos, incluindo os controladores, métodos de operar os controladores, o sistema, métodos para operar os sistemas, tais como um método de ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, usando um sistema, um sistema de processamento remoto de dados, um método de operar um sistema de processamento remoto de dados, um controlador em combinação com uma válvula-piloto para uma válvula redutora de pressão, um controlador em combinação com uma válvula- piloto e uma válvula redutora de pressão e assim por diante.

Também deve ser percebido que algumas das modalidades de controladores, sistemas e métodos de acordo com os vários aspectos da invenção incorporam recursos que podem ser usados fora do contexto desses aspectos.

Por exemplo, de acordo com uma invenção descrita, é fornecido um controlador para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, em que o controlador compreende: uma saída de controle para fornecer um sinal para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma relação entre uma pluralidade de valores medidos e uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora; e dispositivo de processamento configurado para processar (i) dados representativos dos valores medidos e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondendo aos valores medidos; caracterizado pelo fato de que um dos valores medidos é um fator ambiental.

Tal como discutido anteriormente, um fator ambiental pode ser temperatura, precipitação pluviométrica e assim por diante. Um outro valor medido pode ser taxa de fluxo e/ou tempo, usado em um modo tal como discutido anteriormente. Alternativamente, um valor medido pode ser a pressão medida no ponto crítico.

De acordo com uma outra invenção descrita, é fornecido um controlador para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, em que o controlador compreende: uma saída de controle para fornecer um sinal para uma válvula-piloto para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros re-presentando uma relação entre pelo menos um valor medido e uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora; e dispositivo de processamento configurado para processar (i) dados representativos do valor medido ou de cada valor medido e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula-piloto ajuste a válvula redutora de pressão para fornecer uma pressão de saída exigida correspondendo ao valor medido ou a cada valor medido; caracterizado pelo fato de que:

(i) uma válvula-piloto de segurança é fornecida para ajustar a válvula redutora de pressão, e o controlador é configurado para ativar a válvula-piloto de segurança no caso de um erro sendo detectado no controlador ou na válvula-piloto; e/ou
(ii) o controlador é provido com uma entrada para dados representativos da seção transversal de fluxo através da válvula redutora de pressão; e/ou
(iii) o controlador é provido com uma entrada para dados representativos da faixa de operação de um elemento de válvula principal móvel
na válvula redutora de pressão; e/ou
(iv) o controlador é provido com dados representativos da queda de pressão através de um filtro no fornecimento de água para a região consumidora.

Nas modalidades preferidas, o elemento de fechamento de válvula principal móvel é impedido de alcançar posições fora da faixa de operação. Esta faixa é preferivelmente estabelecida a fim de minimizar a probabilidade de fluxo turbulento e/ou cavitação ocorrendo dentro ou a jusante da PRV. Em algumas modalidades, a faixa de operação é de 10%-75% de a- bertura.

Estes são somente exemplos de recursos técnicos inéditos que podem ser usados em contextos a não ser esses descritos e que são inventivos pelos seus próprios méritos.

Por exemplo, em um sistema no qual a pressão de saída é dependente da taxa de fluxo, uma outra invenção descrita lida com um problema que tem sido identificado quando água está sendo fornecida em alta pressão, e então a pressão cai repentinamente, por exemplo, como resultado da região incluindo bombas que param repentinamente ou como resultado da saída de PRV mudando repentinamente por um outro motivo. Em uma situação como esta, a energia potencial no sistema continua a alimentar consumidores na região, mas a taxa de fluxo detectada no controlador cai consideravelmente. Se essa queda na taxa de fluxo for usada para reduzir a pressão de saída da válvula redutora de pressão para um valor ainda menor, tal como seria consistente com uma relação estabelecida entre taxa de fluxo e pressão de saída exigida, não existirá pressão suficiente para atender à demanda recomeçada uma vez que a energia potencial disponível no sistema tenha sido dissipada.

Assim, de acordo com uma outra invenção descrita, é fornecido um controlador para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora, em que o controlador compreende: uma saída de controle para fornecer um sinal para uma válvula-piloto para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; dispositivo para fornecer dados representativos de taxa de fluxo; dispo-sitivo de armazenamento de dados armazenando parâmetros representando uma relação entre taxa de fluxo e uma pressão de saída exigida pela válvula redutora de pressão a fim de estabelecer uma pressão de água mínima desejada em um ponto crítico na região consumidora; e dispositivo de processamento configurado para processar (i) os dados representativos de taxa de fluxo e (ii) os parâmetros armazenados, de maneira que um sinal é fornecido pela saída de controle a fim de fazer com que a válvula-piloto ajuste a válvula redutora de pressão para fornecer uma pressão de saída exigida correspondendo à taxa de fluxo; caracterizado pelo fato de que, seguinte a uma queda de pressão transitória e uma queda transitória na taxa de fluxo para um valor abaixo desse que é consistente com demanda de consumidor, a pressão de saída é mantida em um valor acima deste correspondendo aos dados medidos representativos de taxa de fluxo, até reinicio de uma taxa de fluxo que seja consistente com demanda de consumidor.

Em termos de uma válvula-piloto para uso em um sistema de acordo com a invenção, está descrita neste documento uma válvula-piloto tendo recursos inéditos, e assim visto a partir de um outro aspecto a presente invenção fornece uma válvula-piloto que pode ser usada com os sistemas e controladores discutidos anteriormente, mas também pode ser usada com qualquer outro arranjo, incluindo arranjos conhecidos, a válvula-piloto sendo ou controlando operação de uma válvula redutora de pressão acionada hidraulicamente, e incluindo um alojamento, um primeiro elemento de válvula montado no alojamento para movimento em relação ao alojamento e a um segundo elemento de válvula em resposta à pressão de saída da válvula redutora de pressão, e um ajustador para ajustar a posição do segundo elemento de válvula em relação ao alojamento, a válvula-piloto sendo adaptada para controlar operação da válvula redutora de pressão de acordo com as posições relativas dos primeiro e segundo elementos de válvula, caracterizada pelo fato de que um dos primeiro e segundo elementos de válvula inclui uma abertura, e o outro dos primeiro e segundo elementos de válvula inclui uma parte de bloqueio arranjada para movimento de deslizamento relativo através da abertura de maneira que o movimento relativo entre o primeiro elemento e o segundo elemento varia a seção transversal de fluxo através da abertura, o ajustador determinando a seção transversal de fluxo da abertura que será fornecida para uma dada posição relativa dos primeiro e segundo elementos de válvula.

Assim, em uso, para uma dada pressão de saída da PRV em um estado de equilíbrio, existirá uma seção transversal de fluxo efetiva correspondente da abertura determinada pela quantidade da abertura que está bloqueada pela parte de bloqueio. Se o ajustador for então usado para deslizar a parte de bloqueio em relação à abertura, de maneira que a seção transversal efetiva da abertura é mudada, existirá uma mudança no fluxo através da válvula-piloto e a pressão de saída da válvula redutora de pressão será alterada. Para uma pressão de saída escolhida da PRV, essa pressão é mantida pelos elementos de válvula se deslocando um em relação ao outro de maneira que a quantidade da abertura que está bloqueada pela parte de bloqueio variará. Isto foi encontrado para fornecer controle mais preciso e seguro do que com os arranjos convencionais.

O ajustador pode fornecer movimento de deslizamento relativo entre a parte de bloqueio e a abertura na direção de movimento relativo dos elementos de válvula em resposta à pressão de saída da válvula redutora de pressão. Isto pode ser alcançado pelo uso de um elemento rosqueado, cuja rotação causa movimento longitudinal da parte de bloqueio ou da abertura. Em uma modalidade preferida, entretanto, o ajustador fornece rotação relativa da parte de bloqueio e da abertura. Em um arranjo possível, rotação relativa entre a abertura e a parte de bloqueio faria com que a abertura fosse progressivamente bloqueada ou aberta pelo movimento de uma borda da parte de bloqueio através da abertura, na direção de rotação relativa. Em um arranjo preferido, entretanto, o arranjo é de tal maneira que rotação relativa entre a abertura e a parte de bloqueio fará com que a abertura seja progressivamente bloqueada ou aberta pelo movimento de uma borda da parte de bloqueio através da abertura, na direção do eixo de rotação. Assim, a parte de bloqueio pode ter uma extensão axial que varia na direção circunferenci- al. Em um arranjo como este, uma parte de extremidade voltada axialmente da parte de bloqueio será provida com um perfil adequado. O perfil pode ser uma linha reta, uma curva, ou qualquer outro perfil desejado para fornecer a maneira exigida de variação da seção transversal de fluxo da abertura em resposta à rotação relativa. Em um arranjo preferido, uma superfície de ex-tremidade da parte de bloqueio é provida com um perfil de rampa. Quando existe rotação relativa, uma parte diferente do perfil se estende através da abertura e causa movimento aparente de uma borda através da abertura.

Pode existir uma pluralidade de aberturas com uma pluralidade de partes de bloqueio associadas. As partes de bloqueio podem ser fornecidas em um único elemento. Em um arranjo preferido, um elemento de bloqueio girável é provido com uma pluralidade de partes de bloqueio, cada uma tendo uma região de extremidade dirigida longitudinalmente tendo uma extensão axial que varia na direção circunferencial. Em um exemplo prático, constatou-se que um arranjo com duas aberturas dispostas diametral mente e duas partes de bloqueio simétricas rotativamente dá resultados satisfatórios.

Em um arranjo preferido, o primeiro elemento de válvula é arranjado para movimento longitudinal em resposta à pressão de saída da válvula redutora de pressão, e é provido com a abertura. O segundo elemento de válvula é fixo exceto para a extensão em que existe movimento da parte de bloqueio executado pelo ajustador. Preferivelmente, neste arranjo, o segundo elemento de válvula é arranjado para rotação com relação ao alojamento, a fim de controlar a seção transversal de fluxo da abertura ao deslizar a parte de bloqueio através da abertura.

O primeiro elemento de válvula pode ser na forma de um elemento tubular se estendendo longitudinalmente que está em comunicação fluídica com a pressão de saída do fluido da válvula redutora de pressão e o qual tem uma abertura de saída controlada pela parte de bloqueio, a abertura de saída estando em comunicação com uma câmara da válvula redutora de pressão.

Em um arranjo preferido, a válvula-piloto compreende três câmaras arranjadas ao longo de um eixo geométrico, isto é, uma primeira câmara, uma segunda ou câmara central e uma terceira câmara. A primeira câmara está em comunicação fluídica com a pressão de saída da válvula redutora de pressão e é provida com um diafragma flexível predisposto por mola, o qual deflete ao longo do eixo geométrico à medida que a pressão oscila. O primeiro elemento de válvula é montado para movimento com o diafragma flexível. O primeiro elemento de válvula é na forma de um tubo que se estende ao longo do eixo geométrico, através da câmara central e abre para dentro da terceira câmara. O tubo tem uma abertura dirigida radialmente que abre para dentro da câmara central, a câmara central estando em comunicação fluídica com uma câmara da válvula redutora de pressão. A câmara central é separada da primeira câmara por meio de uma primeira vedação flexível e da terceira câmara por meio de uma segunda vedação flexível. A primeira câmara é conectada à terceira câmara por meio de um conduto, de maneira que a terceira câmara fica exposta à pressão de saída do fluido da válvula redutora de pressão. Este fluido é exposto à extremidade aberta do tubo do primeiro elemento de válvula, e assim à abertura.

Em um arranjo como este, o segundo elemento de válvula é na forma de um plugue de uma maneira geral cilíndrico montado no tubo na região da abertura, onde o tubo é de seção transversal circular, o plugue tendo uma extremidade perfilada voltada para a entrada do tubo da terceira câmara. O plugue está em encaixe de vedação com a parede do tubo e é girável em volta do eixo geométrico longitudinal do tubo a fim de variar a extensão na qual o plugue bloqueia a abertura. O arranjo pode ser de tal maneira que a abertura pode ser inteiramente aberta ou bloqueada progressivamente à medida que o plugue é girado. Pode existir uma posição na qual a abertura está inteiramente fechada.

Em um arranjo preferido, a parte do tubo abaixo do plugue é provida com uma abertura para dentro da primeira câmara, de maneira que as pressões em um e outro lado do plugue são substancialmente iguais. Isto evita diferenciais de pressão que podem impedir rotação do plugue.

Certas modalidades preferidas da invenção serão agora descritas, somente a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de distribuição de água de acordo com aspectos da presente invenção;
a figura 2 é uma vista esquemática seccional transversal de uma válvula-piloto conectada a uma válvula redutora de pressão principal, com a PRV em um estado aberto;
a figura 3 é uma vista esquemática seccional transversal de uma válvula-piloto conectada à válvula redutora de pressão principal, com a PRV em um estado fechado;
a figura 4 é uma vista seccional transversal de uma válvula-piloto de acordo com aspectos da invenção;
a figura 5 é uma vista seccional transversal de uma árvore dentro da válvula-piloto; e
a figura 6 é um diagrama esquemático de um controlador de a- cordo com aspectos da presente invenção.

Referindo-se agora aos desenhos, a figura 1 mostra um conduto de fornecimento de água arterial principal 1 que fornece água em uma pressão P1 para uma válvula redutora de pressão (PRV) 44 através de um tubo 46, a qual por sua vez fornece água em uma pressão de saída reduzida P2 para uma zona de medição e controle (DMA) 3 através do tubo de saída 48, a DMA incluindo diversos condutos 4 fornecendo para diversos consumidores 5. Um dos consumidores 5 é designado como um ponto crítico CP, sendo um ponto onde a pressão P3 tipicamente será menor do que em outro lugar na DMA 3 como resultado da distância do ponto crítico CP à PRV 44 e/ou da altitude do ponto crítico com relação à PRV. Embora somente um ponto crítico esteja indicado na presente modalidade, outras modalidades podem ter múltiplos pontos críticos.

Adjacentes à PRV 44 são fornecidos um primeiro sensor de medição de pressão 6 para medir a pressão de saída P2 da PRV e um sensor de taxa de fluxo 7 para medir a taxa de fluxo M através da PRV. O sensor de taxa de fluxo 7 é instalado a montante da PRV para reduzir inexatidões porcausa de fluxo turbulento.

Os sinais provenientes dos sensores 6 e 7 são alimentados para uma unidade de controle 8 para uma válvula-piloto 102 que em uma modalidade preferida ajusta a pressão de saída da PRV de acordo com a taxa de fluxo medida e tempo em um modo descrito a seguir, com a intenção de fornecer uma pressão de saída que seja suficiente para manter uma pressão mínima exigida no ponto crítico.

A taxa de fluxo medida Mea pressão de saída P2 são transmitidas da unidade de controle 8 através de uma rede de comunicações sem fio para uma estação de controle remoto central 13 onde existe uma estrutura de processamento de dados.

No ponto crítico CP está um segundo sensor de medição de pressão 10 para medir a pressão P3 no ponto crítico que é usada em um processo de calibração, tal como discutido a seguir. É conectado ao um registrador de dados 11.0 sensor de pressão remoto 10 e o registrador 11 podem ser um transdutor e registrador de pressão integrados robusto dedicado com software embutido capacitando análise estatística. O sensor pode ser uma instalação temporária ou uma permanente. Informação armazenada no registrador de dados pode ser recuperada manualmente por um técnico, o qual se conectará ao registrador por meio de qualquer dispositivo com fio ou sem fio de curto ou de longo alcance adequado. Entretanto, preferivelmente o registrador é conectado a uma unidade de comunicações 12 que, em intervalos, transmite dados por meio de SMS ou por um outro dispositivo sem fio adequado para a estação de controle central 13 que processa os dados de P3 juntamente com os dados de pressão P2 e os dados de taxa de fluxo recebidos da unidade de controle 8, a fim de transmitir parâmetros de controle adequados para a unidade de controle, de maneira que a pressão de saída da PRV 44 será controlada para fornecer a pressão exigida no ponto crítico.

A figura 2 mostra uma parte de um sistema de tubulação compreendendo a PRV 44, em um estado aberto, conectada à válvula-piloto 102 que será descrita a seguir com mais detalhes com referência às figuras 4 e 5. A PRV se situa entre o tubo a montante 46 conectado ao conduto de fornecimento de água principal 1 e o tubo a jusante 48 conectado à zona de medição e controle. Um elemento de válvula 50 é fornecido em um diafragma 51 que forma um lado de uma câmara de controle de PRV 52. O elemento de válvula serve para controlar fluxo através de um orifício 53 conectando os tubos a montante e a jusante 46 e 48. Uma passagem 54 conecta o tubo a montante 46 à abertura de entrada 122 da válvula-piloto 102 e à câmara de controle de PRV 52 através de um conduto 58. Uma passagem 56 conecta a abertura de saída 124 da válvula-piloto ao tubo a jusante 48. A passagem 54 é provida com uma restrição 59 a montante do conduto 58 e da válvula-piloto, a restrição sendo ajustada por meio de um parafuso 60.

Um motor 62, por exemplo, um de passo ou outro motor adequado, é conectado por meio de uma correia de acionamento 66 a uma roda dentada 64. Esta roda dentada é fixada a um ajustador 136 a fim de causar rotação do elemento de válvula 134 na ativação do motor 62 e ajustar a seção transversal de fluxo através das aberturas 130. O motor 62 é conectado a uma saída da unidade de controle 8.

A pressão na câmara de controle de PRV 52 pode variar entre a pressão de entrada P1 a montante e a pressão de saída P2 a jusante dependendo da seção transversal de fluxo das aberturas de válvula-piloto 130 e da seção transversal de fluxo na restrição 59. Na figura 2, as aberturas 130 estão mostradas completamente abertas e a PRV está, portanto, completamente aberta.

O medidor de fluxo 7 é localizado adjacente à PRV 44 no tubo a montante 46. Ele pode ser de qualquer projeto adequado, tal como um medidor de fluxo de pressão diferencial, um tubo venturi, uma placa de orifício, etc. Na presente modalidade, um rotor de turbina axial 67 é usado. Ele tem um ímã 70 na ponta de cada palheta, cuja passagem é detectada por uma unidade sensora de medidor de fluxo 68 equipada com uma chave magnética ("reed switch") ou outro dispositivo de detecção tal como um sensor de efeito Hall. A unidade sensora de medidor de fluxo 68 pode calcular o fluxo a partir das ativações de chave magnética por meio de qualquer abordagem padrão. Ela pode, por exemplo, contar o número de pulsos durante um período de tempo, ou ela pode usar uma abordagem de sincronismo de intervalo de pulso onde o intervalo de tempo entre sucessivas bordas precedentes ou posteriores de pulsos é determinado. Preferivelmente, a unidade sensora de medidor de fluxo é arranjada para comutar a partir do cálculo de uma contagem de pulsos média para sincronismo de um intervalo de pulso quando o fluxo é determinado para ficar abaixo de um nível predeterminado.

Em modalidades nas quais dispositivos são fornecidos para determinar informação se relacionando com a posição do elemento de fechamento de válvula 50, diretamente ou indiretamente, esta informação pode ser usada para deduzir a taxa de fluxo através da válvula redutora de pressão ao estimar a seção transversal de fluxo, ou tamanho de orifício, na PRV. Esta abordagem, portanto, fornece uma alternativa para o uso do medidor de fluxo 7, o qual pode então ser dispensado. Mais preferivelmente, entretanto, um mecanismo de detecção de taxa de fluxo indireto como este é usado como uma segurança, capaz de detectar falha do sensor de taxa de fluxo principal 7 e/ou assumir a função no caso de tal falha.

A figura 3 mostra o sistema da figura 2 com as aberturas 130 completamente fechadas e a PRV 44 completamente fechada como resultado. Quando a válvula-piloto é fechada, a pressão do fluido na câmara de controle de PRV 52 e na câmara superior 108 da válvula-piloto é igual à pressão no tubo a montante 46.

Fluxo através da válvula-piloto é limitado parcialmente pelo diâmetro da passagem 54, o qual pode ser estabelecido ao ajustar a restrição 59 por meio do parafuso 60. Quando as aberturas 130 são parcialmente ou inteiramente abertas e o sistema alcançou um estado de equilíbrio, a razão da seção transversal de fluxo das aberturas para a seção transversal de fluxo na restrição 59 determina a pressão dentro da câmara de controle de PRV 52.

Em uso, a pressão de saída P2 no tubo 48 é ajustada ao girar o ajustador 136 para girar o elemento de válvula 134 em relação ao elemento tubular 127, alterando assim a quantidade pela qual as aberturas 130 são bloqueadas, e assim a seção transversal de fluxo efetiva das aberturas. Assim, para uma dada posição longitudinal do elemento de válvula 134 em relação ao elemento tubular 127, a seção transversal de fluxo efetiva pode ser variada. Qualquer que seja a posição rotacional relativa fornecida, equilíbrio será alcançado com uma pressão de saída apropriada P2 estabelecida. Rotação em um sentido aumentará a pressão de saída P2, e no outro diminuirá a pressão de saída. No arranjo mostrado, rotação do elemento de válvula 134 no sentido horário quando visto de cima fará com que mais das aberturas 130 sejam descobertas e aumentará a pressão de saída P2. Rotação no sentido anti-horário fará com que mais das aberturas 130 sejam bloqueadas, e assim diminuirá a pressão de saída P2. Os extremos são tais como mostrados na figura 2 (aberturas inteiramente abertas e PRV inteiramente aberta) e na figura 3 (aberturas inteiramente fechadas e PRV inteiramente fechada).

Referindo-se agora à figura 4, está mostrada uma seção transversal através da válvula-piloto 102. A válvula-piloto compreende um corpo de válvula amplamente cilíndrico 104, substancialmente fechado nas suas extremidades superior e inferior e definindo um eixo geométrico vertical 105. O interior da válvula é dividido em uma câmara superior 106, uma câmara central 108 e uma câmara inferior 110, e uma câmara de contenção de mola 112 que contém uma mola espiral 138. As câmaras são separadas umas das outras internamente por meio de vedações flexíveis na forma das membranas 114, 116 e 118, as quais são anulares e se estendem perpendiculares ao eixo geométrico. Uma passagem 120 conecta a câmara superior 106 à câmara inferior 110. A câmara central 108 é provida com uma abertura de entrada 122 através do corpo de válvula que é conectada a uma câmara da válvula de alívio de pressão tal como descrito anteriormente, e a câmara inferior 110 é provida com uma abertura de saída 124 que é conectada ao lado de saída da válvula de alívio de pressão. Uma abertura 126 conecta a câmara de contenção de mola ao exterior da válvula.

Um elemento tubular cilíndrico 127 de seção transversal circular é totalmente encerrado dentro do corpo de válvula e é fixado às três membranas flexíveis. O eixo geométrico do elemento tubular 127 se estende ao longo do eixo geométrico 105 do corpo de válvula. O fundo do elemento tubular 127 é conectado à membrana 118 e à mola 138, cuja parte inferior é conectada ao corpo de válvula por meio de um parafuso de tensionamento 140. A mola e o parafuso de tensionamento se estendem ao longo do mes-mo eixo geométrico 105.

A parte superior do interior 128 do elemento tubular 127 é aberta para a câmara superior 106 e é provida com os dois orifícios diametralmente opostos 130 que abrem para dentro da câmara central 108. A parte inferior do interior 128 do elemento tubular 127 é conectada à câmara inferior por meio de uma abertura 132. Isto serve para equilibrar pressões e para evitar travamentos hidráulicos no interior 128 do tubo.

O elemento de válvula cilíndrico 134 assenta firmemente dentro do elemento tubular 127, em um modo substancialmente de selagem, e se estende ao longo do eixo geométrico 105. É montado em uma extremidade do elemento de ajuste alongado 136, o qual se estende ao longo do eixo geométrico 105 e atravessa o topo do corpo de válvula. O elemento de ajuste 136 é montado para rotação em volta do eixo geométrico 105.

A figura 5 mostra uma vista mais detalhada do elemento de válvula 134 e do elemento tubular 127 da figura 4. A face superior do elemento de válvula 134 é provida com dois perfis de rampa arranjados simetricamente 142, cada um sendo inclinado de um ponto mais alto para um ponto mais baixo, em volta da circunferência do elemento de válvula. Quando o diafragma 118 se desloca, o elemento tubular 127 se desloca ao longo do eixo geométrico 105. As aberturas se deslocam assim axialmente com relação ao elemento de válvula 134 de maneira que mais ou menos das aberturas ficam bloqueadas pelos perfis de rampa. Rotação do elemento de ajuste 136 gira o elemento de válvula 134 e assim a parte do perfil de rampa 142 que se estende através da abertura é alterada. Uma vez que os perfis de rampa são inclinados com relação à direção circunferencial, a área das aberturas que está bloqueada aumenta ou diminui dependendo da direção de rotação. Isto, portanto, controla fluxo entre as aberturas 122 e 124.

A figura 6 mostra um diagrama esquemático da unidade de controle 8. Externamente, ela tem uma antena 20 para comunicação sem fio, uma interface de usuário manual para técnicos compreendendo as teclas 39 e portas para conectar a vários sensores. Internamente, a unidade de controle 8 tem uma unidade central de processamento 21 e a memória 23, a qual pode incluir alguma memória não-volátil. Existe um relógio 22 para fornecer o tempo e data para a CPU 21. O tempo e data podem ser atualizáveis a partir de um servidor de tempo, por exemplo, na estrutura central de processamento de dados 13 ou por meio de um outro link de comunicações remoto. Uma unidade de fornecimento de energia 24 é fornecida para conexão a uma fonte de energia externa. Como é provável que não exista uma conexão de energia permanente no local de instalação, isto é considerado para uso quando a unidade está em outro lugar durante configuração inicial e qualquer trabalho de diagnóstico subsequente. A energia primária é derivada de uma bateria principal 25, a qual pode ser de qualquer tipo adequado, mas é preferivelmente baseada em lítio. Uma bateria reserva 26 é fornecida. Embora não mostrado na presente modalidade, uma célula solar também pode ser fornecida. Um supercapacitor 27 fornece uma reserva adicionai de energia elétrica, pretendida para o propósito específico de fornecer um repentino aumento de energia para ativar uma válvula desviando fluxo da válvula-piloto controlável primária 102 para uma válvula-piloto de segurança de pressão fixa mais simples (não mostrada), por exemplo, usando um solenoide. Isto pode ser disparado por meio de um mecanismo de cão de guarda operável para detectar uma falha na válvula-piloto primária ou na unidade de controle 8, ou se a bateria principal 25 e/ou a bateria reserva 26 estiverem funcionando com carga baixa.

A unidade de controle 8 tem várias conexões I/O e mecanismos de comunicação. Entradas incluem as portas 28, 29, 30 para conexão com sensores de pressão e uma porta 31 para conexão com o sensor de fluxo. A entrada de pressão 1 (28) é conectada ao sensor de pressão P2 6; e a entrada de fluxo 31 ao medidor de fluxo de PRV 7. A entrada de pressão 2 (29) é conectada a um sensor para a pressão P1 na PRV, se tal for fornecido. A entrada de pressão 3 (30) pode ser conectada a um sensor de diferencial de pressão arranjado para monitorar a queda de pressão através de um filtro; ou ele pode ser usado para monitorar pressão na área de controle de PRV; ou ele pode ser reservado para uma aplicação futura.

Uma porta de saída de válvula-piloto 32 é conectada ao motor 62 para ajustara válvula-piloto 102.

Dois módulos de comunicação sem fio são fornecidos: o GPRS 34 para comunicação de longo alcance com o servidor central 13, e o Bluetooth 35 para conexões locais. Várias conexões com fio também são possíveis, usando o módulo USB 33, um módulo serial I2C 37 e um módulo serial RS232 36. Quatro conexões com fio de 20 mA 38 são fornecidas. Estas conexões com fio podem ser para propósitos de diagnóstico, ou para conectar sensores adicionais, tais como sensores de chuva, temperatura ou luz, ou outros módulos adicionais. Outros mecanismos de entrada/saída tais como IrDA, um mostrador LCD, um teclado, etc. podem ser fornecidos, mas não estão mostrados.

Um modo opcional de operação pela unidade de controle 8 é modulação de pressão "controlada remotamente". Em essência, isto envolve a unidade de controle 8 monitorando e ajustando a saída de pressão P2 dependendo do desvio a partir de uma pressão P3 de ponto de ajuste. Para evitar problemas por causa de retardo imprevisível entre mudanças na P2 e pressões P3 resultantes, uma entrada de pressão P3 remota "ativa" é usada com um algoritmo incorporado para refinar constantemente a relação entre fluxo e P2-P3. Neste tipo de sistema, a unidade de controle 8 recebe os valores de P3 do sensor de pressão remoto 10 diretamente ou por meio da estrutura de controle central 13.

Entretanto, o modo-padrão de operação na presente modalidade é para a unidade de controle 8 ajustar a pressão de saída de PRV P2 com base nas entradas de sensor, e em particular na taxa de fluxo medida M e no tempo T produzido pelo relógio 22, assim como em qualquer outra entrada de sensor ambiental relevante, de acordo com parâmetros armazenados na memória 23, os quais são recuperados do servidor central 13. Um arranjo preferido para a unidade de controle 8 usar estes parâmetros armazenados é por meio de uma tabela de consulta tendo eixos para bandas de taxa de fluxo e bandas de tempo, e tendo entradas numéricas fornecendo pressões de saída de PRV P2 apropriadas. A tabela de consulta pode ser de três ou de múltiplas dimensões, incluindo eixos para intensidade de luz, um sensor de chuva, temperatura, ou outra entrada ambiental local. Uma alternativa para o uso de uma ou mais tabelas de consulta é a CPU avaliar uma função que envolva valores medidos e constantes que são parâmetros armazenados.

Os parâmetros são referidos por um programa controlador executando no processador 21, o qual determina a pressão P2 desejada (possivelmente considerando restrições adicionais, tais como a faixa física do elemento de válvula de PRV, pressão P1, ou um fator de amortecimento de mudança de pressão, tal como explicado com mais detalhes a seguir) e envia os sinais apropriados para o motor de válvula-piloto 62 através da porta de saída de válvula-piloto 32. A porta de entrada de pressão P2 28 pode fornecer realimentação para este processo de ajuste. Uma medição de entrada de pressão P1 na porta 29 pode ser usada para evitar que a unidade de controle 8 tente alcançar uma pressão P2 maior do que P1, o que tipicamente não seria possível fisicamente.

A velocidade de resposta para mudanças na taxa de fluxo e as mudanças associadas na P2 são preferivelmente controladas por meio de uma variável de amortecimento para limitar a velocidade de mudança na pressão para a DMA.

Os parâmetros armazenados são gerados e carregados na memória 23 da unidade de controle 8 como se segue.

Especialmente em uma fase de configuração inicial, um técnico pode determinar manualmente os parâmetros com base no tamanho de DMA, taxas de fluxo históricas, diferença de distância e altura para o ponto crítico, e usar, por exemplo, uma interface PC ou SMS para carregar estes parâmetros na unidade de controle 8. Regras simples podem ser usadas para estimar as variáveis de relação. O técnico pode usar software adequa-do para ajudar na determinação dos parâmetros.

Estabelecimento manual de parâmetro pode ser ajustável, por exemplo, por meio de: interface de usuário direta por meio de menu de mostrador LCD no controlador; uma mensagem (SMS) de texto móvel recebida enviada de uma unidade de controle central; comandos enviados através de um serviço de dados móvel tal como GPRS; ou uma interface PC através de serial com fio (RS232), serial infravermelho (IrDA) interface ou interface sem fio de curto alcance opcional com uma Interface Gráfica de Usuário (GUI) favorável ao usuário.

Em uso normal, e opcionalmente mesmo em instalação inicial, os parâmetros ou atualizações incrementais a ele são transmitidos em intervalos pelo servidor central 13. Esta comunicação é preferivelmente iniciada pela unidade de controle 8.

Os parâmetros preferivelmente tomam a forma de uma ou mais tabelas de consulta distintas, tal como já descrito. Eles podem, entretanto, descrever ou parameterizar uma curva contínua ou superfície multidimensional, ou parameterizar algum outro modelo de relação, tal como uma rede neural.

Embora em algumas modalidades a unidade de controle 8 propriamente dita possa gerar parâmetros apropriados a partir de dados brutos, na presente modalidade, a análise primária de dados é conduzida no servidor central 13. Tipicamente, dados de treinamento iniciais serão coletados durante um período de tempo de uma ou duas semanas, mas este período pode ser maior para capturar efeitos sazonais, ou diversos conjuntos distintos de dados de treinamento podem ser coletados. As medições de P2 e da taxa de fluxo M são registradas no registrador de dados integrais na unidade de controle 8, e transmitidas em intervalos para a estrutura central 13. P3 no ponto crítico tal como registrado no registrador de dados remoto 11 é associado com o sensor 10 localizado no ponto crítico. O registrador remoto é sincronizado com a unidade de controle 8 diretamente ou indiretamente - por ambos serem sincronizados com um relógio na estrutura central 13 - antes do período de coleta de dados para assegurar que ambas as unidades têm relógios sincronizados. Após o período de coleta de dados, o registrador de dados remoto 11 transfere os dados de P3, por exemplo, por meio de conexão serial direta (RS232 ou IrDA) ou por meio de SMS ou de outro dispositivo para o servidor central 13. O servidor central 13 analisa a relação de P2- P3 para taxas de fluxo M e tempos T diferindo, opcionalmente também considerando outros fatores que podem ser relevantes, tais como condições meteorológicas, competições esportivas, informação de uso de fábrica, etc. e deriva valores de parâmetro usando regressão ou qualquer outro algoritmo estatístico adequado para estabelecer uma melhor curva de encaixe, melhor representação gráfica de superfície de encaixe multidimensional ou outro modelo de relação apropriado, o qual pode ser distinto ou contínuo. Uma abordagem de aprendizagem supervisionada pode ser usada; por exemplo, uma rede neural, classificador Bayesiano, etc. Deste modo, a importância relativa de fatores de entrada tais como competições esportivas, condições meteorológicas, estação, etc. não necessita ser assumida antecipadamente, mas pode ao invés disto ser descoberta e ponderada de forma apropriada pelo software no servidor central 13.

Se o software for incapaz de determinar uma relação apropriada, ele alertará o operador que pode interrogar os dados e sobrepor com uma curva manual ou outra relação.

Uma relação modelada no servidor central 13 pode ser contínua ou distinta sobre as variáveis de entrada (taxa de fluxo, tempo, etc.). Embora parâmetros descrevendo inteiramente uma relação multidimensional possivelmente contínua possam ser carregados diretamente na unidade de controle 8, na presente modalidade, uma tabela de consulta simplificada é gerada pelo servidor central 13, na qual fluxo, tempo, etc. são divididos em intervalos distintos dimensionados de forma apropriada. Esta tabela de consulta é carregada na unidade de controle 8 e usada tal como descrito anteriormente. A tabela pode ser carregada de forma incremental ao longo do tempo, e pode ser atualizada periodicamente à medida que o servidor central revisa a tabela de consulta simplificada para levar em consideração padrões de condições meteorológicas preditos para as próximas 24 horas ou semana, oufuturas competições esportivas tais como um torneio de golfe, por exemplo.

Os parâmetros fornecidos para a unidade de controle 8 pela estrutura central 13 são de tal maneira que se existir uma interrupção nas comunicações por qualquer tempo, antes de parâmetros atualizados poderem ser carregados, existirão parâmetros suficientes para ajustar a pressão de saída de forma apropriada durante períodos esperados tais como dias da semana, fins de semana e assim por diante.

O servidor central 13 pode controlar diversas DMAs independentes, cada uma com a sua própria PRV. Onde existem similaridades apropriadas entre as DMAs, o servidor central 13 preferivelmente usa os dados obtidos de uma DMA para melhorar a precisão dos parâmetros determinados para uma DMA diferente. Somente a título de exemplo, pode ser determinado a partir de dados registrados em relação a uma primeira DMA que horas de luz solar tem um efeito mais significativo do que mês do ano na determinação da relação ideal entre taxa de fluxo M, tempo T e P2-P3; este conhecimento pode ser usado na otimização de parâmetros para uma segunda DMA que pode nem mesmo estar equipada com um medidor de luz. Deste modo, é feito uso ideal dos dados de treinamento disponíveis.

A unidade de controle 8 em qualquer DMA particular pode ter a estrutura para sobrepor temporariamente de forma manual uma relação existente, isto é, para alternar entre quaisquer parâmetros estabelecidos manualmente ou derivados automaticamente existentes para um novo conjunto temporário de parâmetros, com a capacidade para reverter de volta para o original.

Um sistema de monitoramento de taxa de fluxo opcional pode ser usado para disparar uma sobreposição P2 de emergência. Uma pressão P2 de emergência seria programada para ser disparada em uma taxa de fluxo estabelecida. Se a taxa de fluxo M exceder a taxa de fluxo de disparo, a unidade de controle 8 controlará a válvula-piloto 102 para fazer com que a PRV aumente P2 para o valor de emergência. Esta função proverá fornecimento de alta pressão para a DMA no caso de, por exemplo, demanda de hidrante de incêndio durante períodos de baixa pressão planejados.

Todos os métodos de controle podem caracterizar as seguintes funções de reportação: SMS, RS232, IrDA e (opcional) saídas sem fio; relatórios detalhando todos os valores variáveis; relatórios detalhando máxima, mínima e média de P1, P2, (P3 se medida), taxas de fluxo (valores mínimos e máximos são gravados com código de data/tempo); uma função SMS de alarme para alertar para quaisquer parâmetros desviando das faixas estabe-lecidas de alarme ou casamento de curva automático inteiramente inferior; descarregamento de registrador de dados por meio de RS232, por exemplo.

Intervalos de registro podem ser ajustáveis, por exemplo, para 10 s, 30 s, 1 min, 5 min, 15 min, ou uma hora. Na presente modalidade, os intervalos são preferivelmente a cada 15 minutos.

A unidade de controle 8 pode incorporar funções de economia de energia. Assim, a unidade de controle pode fazer ajustes na PRV somente quando a pressão P2 medida tiver excedido um desvio estabelecido a partir da pressão P2 alvo. O desvio pode ser ajustado. Aumentar o desvio tornará a resposta P2 mais grosseira, mas resultará em menos ajustes e consequentemente em vida de bateria aumentada. Quando funcionando em um fornecimento de energia externo opcional, o desvio máximo pode ser reduzido resultando em uma saída de P2 mais precisa característica.

Informação se relacionando com a pressão na área de controle de PRV pode ser usada para deduzir quão aberta ou fechada está a PRV, e pode ser usada em algumas modalidades para estimar a pressão de saída de PRV com base na pressão de entrada P1, controlar pressão de área e a taxa de fluxo M. A unidade de controle 8 pode assim detectar uma falha no sensor de pressão de saída P2 e/ou operar sem um sensor de pressão P2 funcionando. De forma similar, informação se relacionando com a pressão de área de controle pode ser usada em algumas modalidades para estimar a taxa de fluxo M através da PRV a partir de informação se relacionando com a pressão de entrada P1, pressão de saída P2 e pressão de área de controle. A unidade de controle 8 pode assim detectar uma falha no sensor de fluxo e/ou operar sem um sensor de fluxo funcionando.

Usando energia de bateria, tipicamente a unidade de controle será configurada de maneira que ajustes serão feitos aproximadamente uma vez por hora com ajustes mais frequentes (talvez aproximadamente a cada 15 minutos) durante horários de mudança de pico. Uma estimativa do número típico de ajustes por dia seria, portanto, entre 32 e 36. Economia de energia adicional pode ser alcançada ao limitar opcionalmente o número máximo de ajustes por período de 24 horas. Uma vez que o número estabelecido de ajustes tenha sido criado, a PRV será configurada para uma pressão de saída padrão (parâmetro configurado). Esta função será usada sempre que vida de bateria necessitar estar acima de um período de tempo especificado.

Um gráfico pode ser fornecido para operadores para capacitá-los para configurar a unidade de controle e estimar a vida de bateria associada. Uma função de memória permanente pode estar disponível para gravar o número total de ajustes uma vez que novas baterias tenham sido encaixadas.

Em geral, a unidade de controle é preferivelmente projetada com atenção voltada para minimizar consumo de energia, com melhor prática em projeto e nas tecnologias mais recentes de baixa energia sempre que possível.

A unidade de controle pode monitorar vida de bateria (incluindo a vida de bateria de qualquer SMS/PSTN externo ou outras unidades de comunicações) e enviar um alarme (por exemplo, através de uma mensagem SMS) para alertar um sistema de controle central quando vida de bateria está abaixo de um limite estabelecido.

A unidade de controle 8 inclui uma faixa total de recursos de modulação de pressão locais e remotos, combinados com diversas funções que melhorarão desempenho, simplificarão configuração e reduzirão manutenção. O controlador é projetado e construído para ser seguro, reforçado, versátil e fácil de usar. A unidade é um controlador e registrador de dados de múltiplas funções.

Um técnico com um computador portátil ou PDA pode ter acesso ao software com as seguintes funções:

Função de teste de tabela de consulta para modelar vários cená-rios;
Configurar registrador de dados no controlador;
Configurar registrador de dados no registrador de pressão P3 remoto;
Transferir ou ler dados de registrador;
Apresentar em visualizações gráficas e tabelas;
Estabelecer valores de ponto, mínimo/máximo, etc.
Calibrar registrador/controlador;
Estabelecer taxa de registro;
Designar ID de registrador;
Ajustar relógio;
Configurar todos os modos, entradas e saídas;
Ajustar parâmetros; e
Estabelecer comunicação.

Tal como observado anteriormente, a unidade de controle pode controlar a PRV 44 usando uma válvula-piloto de ponto de balanço; controle é alcançado pelo controle de motor da posição rotacional de um eixo de controle. Entretanto, em uma modalidade alternativa controle de válvula solenoide direta da PRV é possível. Em um arranjo como este a unidade de controle seria conectada a duas válvulas solenoides, uma das quais capacita a câmara superior de PRV para ser alimentada com a pressão P1, a segunda das quais capacita a câmara superior de PRV para reduzir para a P2. Uma terceira válvula solenoide opcional pode capacitar a câmara superior para ventilar para atmosfera, ou venturi opcional.

Em geral, comunicações entre componentes usados nas modalidades da invenção podem ser por meio de conexões com fio tais como uma serial (RS232), Barramento Serial Universal (USB), Firewire®, LAN ou WAN, conexões de fibra ótica e assim por diante; por meio de comunicações sem fio de curto alcance tais como infravermelho (IrDA), acoplamento indutivo, Bluetooth, Wi-Fi e assim por diante; ou por meio de comunicações de longo alcance usando uma radiofrequência e protocolo adequados, uma rede de comunicações móveis de celular usando, por exemplo, transmissão de men- sagem SMS e assim por diante. Comunicação pode ser direta, através de uma rede tal como a Internet, por meio de uma central de controle e assim por diante. Um componente pode ser configurado como um servidor de rede para essa conexão a ele e acesso a dados é simplificado.

Em resumo, as modalidades preferidas da invenção fornecemum controlador para uma válvula-piloto que ajusta a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão fornecendo água para uma região consumidora. Com o propósito de reduzir pressão de saída ao mesmo tempo que fornecendo uma pressão mínima exigida em um ponto crítico na região, ocontrolador ajusta a pressão de saída de acordo com a taxa de fluxo. O controlador inclui um relógio e a relação entre a pressão de saída exigida e a taxa de fluxo medida é dependente de tempo. Parâmetros que definem a relação são fornecidos para o controlador provenientes de um sistema de processamento remoto de dados que analisa taxa de fluxo e dados de pressão de saída transmitidos pelo controlador, e também dados de pressão provenientes de um sensor remoto no ponto crítico. Em intervalos, o controlador estabelece uma conexão sem fio com o sistema remoto para transmitir dados registrados, e para receber parâmetros cobrindo um período de tempo que é maior do que o intervalo entre sessões de comunicação.

Claims

Sistema para ajustar a pressão de saída (P2) de uma válvula redutora de pressão (44) fornecendo fluido para uma região consumidora (3), para estabelecer uma pressão de fluido mínima desejada em um ponto crítico (CP) na região consumidora, o sistemacaracterizado pelo fato de que compreende:
um controlador (8); e

um sistema de processamento remoto de dados (13) a partir do controlador;

em que o controlador compreende um processador (21), uma unidade de armazenamento de dados (23), um módulo de taxa de fluxo (7) que fornece dados representativos da taxa de fluxo do fluido da válvula redutora de pressão (44) para a região consumidora, uma primeira entrada (31) para um sinal representativo da taxa de fluxo que é usada na determinação da pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão; uma saída de controle (32) para fornecer um sinal para um mecanismo de ajuste para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; uma segunda entrada (28) para receber, de um sensor de pressão de saída (6), um sinal representativo da pressão de saída da válvula redutora de pressão, um módulo de registro de dados (21, 22, 23) para registrar dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão em momentos no tempo, juntamente com a informação de carimbo de tempo; e um módulo de comunicações (34) para receber dados e enviar dados para o sistema de processamento de dados remoto através de uma rede de comunicação sem fio;

a unidade de armazenamento de dados armazena os parâmetros que representam uma pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão como uma função da taxa de fluxo; e o processador é configurado para processar (I) dados representativos da taxa de fluxo e (li) os parâmetros armazenados, de modo que um sinal é fornecido a partir da saída de controle para fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída requerida correspondente à taxade fluxo;

o controlador é configurado para usar o modulo de comunicações para comunicar dados armazenados pelo módulo de registro de dados para o sistema de processamento de dados remoto por meio da rede de comunicação sem fio em intervalos;

o sistema de processamento de dados remoto é configurado para receber os dados registrados do controlador em intervalos; para receber dados de pressão de ponto crítico de um sensor de pressão de ponto crítico (10) adjacente ao ponto crítico (CP), sendo os dados de pressão de ponto crítico representativos da pressão no ponto crítico em momentos no tempo e incluindo informação de carimbo de tempo; usar os dados registrados recebidos do controlador e os dados de pressão do ponto crítico para calcular parâmetros revisados a serem transmitidos em intervalos para o controlador, os parâmetros revisados representando uma pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão como uma função revisada da taxa de fluxo; e para transmitir os parâmetros revisados para o controlador através da rede de comunicações sem fio em intervalos; e

o controlador é configurado para usar o módulo de comunicações para receber os parâmetros revisados do sistema de processamento de dados remoto em intervalos através da rede de comunicações sem fio; armazenar os parâmetros revisados na unidade de armazenamento de dados; e usar os parâmetros revisados para fornecer um sinal da saída de controle para fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o controlador (8) inclui um relógio (22), os parâmetros armazenados representam uma relação entre a pressão de saída exigida a partir da válvula redutora de pressão (44) e ambos a taxa de fluxo e tempo, e o controlador (8) é configurado de modo que o sinal proporcionado a partir da saída de controle (32) faz com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída exigida correspondente a taxa de fluxo e ao tempo.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o sistema de processamento remoto de dados (13) é configurado de modo que os parâmetros revisados transmitidos para o controlador (8) em um ponto no tempo são válidos para um período de tempo que é maior do que o intervalo entre aquele ponto no tempo e o próximo ponto no tempo quando os parâmetro revisados são transmitidos ao controlador.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os parâmetros levam em consideração pelo menos um fator ambiental.
Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que o fator ambiental é baseado em condições meteorológicas previstas, restrições de uso de fluidos; ou variações previstas nos padrões normais de uso de fluidos do consumidor.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os parâmetros são usados em uma função processada pelo processador do controlador.
Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a válvula redutora de pressão (44) é controlada por uma válvula piloto (102) e a válvula piloto é disposta para receber sinais de controle da saída de controle (32) do controlador (8).
Sistema, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que uma válvula piloto reserva é proporcionada e é disposta para ser ativada no evento de falha da válvula piloto (102) ou do controlador (8).
Controlador (8) para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão (44) fornecendo fluido para uma região consumidora (3), para estabelecer uma pressão de fluido mínima desejada em um ponto crítico (CP) na região consumidora, o controladorcaracterizado pelo fato de que compreende:
um processador (21);

uma unidade de armazenamento de dados (23);

uma primeira entrada (31) para um sinal representativo de uma taxa de fluxo da válvula redutora de pressão para a região consumidora, que é usada para determinar a pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão;

uma saída de controle (32) para fornecer um sinal a um mecanismo de ajuste (102) para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão;

uma segunda entrada (28) para receber, de um sensor de pressão de saída (6), um sinal representativo da pressão de saída da válvula redutora de pressão;

um módulo de registo de dados (21, 22, 23) para registo de dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão em momentos no tempo, juntamente com a informação de carimbo de tempo; e

um módulo de comunicações (34) para receber dados e enviar dados para um sistema de processamento de dados remoto a partir do controlador, através de uma rede de comunicações sem fio;

em que a unidade de armazenamento de dados (23) armazena parâmetros que representam uma pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão em função da taxa de fluxo; e o processador é configurado para processar (I) dados representativos da taxa de fluxo e (ii) os parâmetros armazenados, de modo que um sinal é fornecido a partir da saída de controle para fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída requerida correspondente à taxa de fluxo; e

o controlador é configurado para comunicar dados registrados em intervalos para o sistema de processamento de dados remoto; através da rede de comunicações sem fio; para receber parâmetros revisados do sistema de processamento de dados remoto em intervalos, os parâmetros revisados representam uma pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão como uma função revisada da taxa de fluxo; armazenar os parâmetros revisados na unidade de armazenamento de dados; e usar os parâmetros revisados para fornecer um sinal da saída de controle para fazer com que a válvula redutora de pressão seja ajustada.
Método para ajustar a pressão de saída de uma válvula redutora de pressão (44) fornecendo fluido para uma região consumidora (3), para estabelecer uma pressão de fluido mínima desejada em um ponto crítico (CP) na região consumidora, utilizando um controlador (8) que compreende um processador (21), uma unidade de armazenamento de dados (23), uma primeira entrada (31) para um sinal que é utilizado para fornecer dados representativos da taxa de fluxo da válvula redutora de pressão; uma saída de controle (32) para proporcionar um sinal para um mecanismo de ajuste para ajustar a pressão de saída da válvula redutora de pressão; uma segunda entrada (28) que recebe, de um sensor de pressão de saída (6), um sinal representativo da pressão de saída da válvula redutora de pressão; e um módulo de registro de dados (21, 22, 23) que registra dados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão em momentos no tempo, junto com informação de carimbo de tempo;
caracterizado pelo fato de que a unidade de armazenamento de dados armazena um primeiro conjunto de parâmetros representando uma pressão de saída requerida pela válvula redutora de pressão como uma função da taxa de fluxo, o primeiro conjunto de parâmetros sendo aplicável para um primeiro período de tempo;

o processador processa (I) os dados representativos da taxa de fluxo, e (li) o conjunto de parâmetros armazenados, de modo que um sinal é fornecido a partir da saída de controle que faz com que válvula redutora de pressão seja ajustada para fornecer a pressão de saída requerida correspondente à taxa de fluxo;

armazenar dados de pressão de ponto crítico a partir de um sensor de pressão de ponto crítico (10) adjacente ao ponto crítico (CP), os dados de pressão de ponto crítico sendo representativos da pressão no ponto crítico em momentos no tempo e incluindo informação de carimbo de tempo; e

calcular, em intervalos, conjuntos de parâmetros revisados utilizando dados de registro representativos da pressão de saída da válvula re- dutora de pressão, e os dados de pressão de ponto crítico armazenados, e armazenando cada conjunto de parâmetros revisado no módulo de armazenamento de dados, cada conjunto de parâmetros revisado representando uma pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão em função da taxa de fluxo e sendo aplicável para um subsequente período de tempo.
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que um sistema de processamento de dados remoto (13) recebe e armazena os dados de pressão do ponto crítico do sensor de pressão crítica (10), e calcula os conjuntos de parâmetros revisados; e o controlador (8) tem um módulo de comunicações (34) que é utilizado (i) para comunicar ao sistema de processamento de dados remoto, em intervalos, os dados registados representativos da pressão de saída da válvula redutora de pressão e (ii) receber os conjuntos de parâmetros revisados do sistema de processamento de dados remoto.
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o controlador (8) recebe e armazena os dados de pressão do ponto crítico do sensor de pressão do ponto crítico (10) e calcula os conjuntos de parâmetros revisados.
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que cada conjunto de parâmetros é aplicável por um período de tempo que é maior que o intervalo até o próximo conjunto de parâmetros.
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o controlador (8) inclui um relógio (22) e o conjunto armazenado de parâmetros representa uma relação entre a pressão de saída requerida da válvula redutora de pressão (44) e a taxa de fluxo e tempo e o sinal proporcionado pela saída de controle (32) faz com que a válvula redutora de pressão (44) seja ajustada para fornecer a pressão de saída requerida correspondente à taxa de fluxo e ao tempo, a fim de estabelecer a pressão de fluido mínima desejada no ponto crítico (CP) na região consumidora (3).
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que os parâmetros levam em consideração pelo menos umfator ambiental.
Método, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato de que o fator ambiental é baseado em condições meteorológicas previstas; restrições de uso de fluidos; ou variações previstas nos padrões 5 normais de uso de fluidos do consumidor.
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a válvula redutora de pressão (44) é controlada por uma válvula piloto (102), e a válvula piloto está disposta para receber sinais de controle da saída de controle (32) do controlador (8).
Método, de acordo com a reivindicação 10,caracterizadopelo fato de que o fluido é água.