ES2264986T3 - Sistema programable de calentamiento de agua domestica. - Google Patents
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Abstract
Un método para calentar agua en un sistema de calentamiento de agua doméstica, que comprende: - habilitar un depósito de agua que contiene mw litros de agua; - disponer al menos una unidad sensora de temperatura en dicho depósito de temperatura para percibir la temperatura del agua en el depósito; - disponer un elemento de calentamiento en dicho depósito de agua; - disponer una unidad de control para activar dicho elemento de calentamiento, recibiendo continuamente dicha unidad de control una indicación de la temperatura del agua proveniente de dicha unidad sensora de temperatura; - proporcionar a dicha unidad de control una temperatura deseada del agua y designar una hora de utilización del agua a dicha temperatura deseada; - conocer la temperatura actual del agua, la temperatura deseada del agua a dicha hora designada, la potencia del elemento de calentamiento y el calor específico del agua, calculando con la unidad de control el período de tiempo Ät necesario para calentar el agua en eldepósito desde la temperatura actual medida por dicha unidad sensora de temperatura hasta la temperatura deseada; caracterizado por los pasos de: - repetir periódicamente dicho cálculo y actualizar dicho período calculado Ät de acuerdo con cambios en la temperatura percibida del agua; y - cuando se esté aproximando la hora de uso designada, activar el elemento de calentamiento un período Ät antes de dicha hora de uso designada.
Description
Sistema programable de calentamiento de agua
doméstica.
El campo de la invención se refiere en general a
aparatos electrodomésticos. Más en particular, la invención se
refiere a un sistema mejorado de calentamiento de agua
doméstica.
El agua caliente es un artículo esencial en el
mundo moderno y un sistema de calentamiento de agua es un aparato
comúnmente utilizado en los hogares por todo el mundo.
En algunos países, en los que el precio de la
energía es despreciable, es común activar el sistema de
calentamiento de agua durante todo el día, dando como resultado un
importante despilfarro de energía.
En otros países, en los que la energía es
relativamente cara, se utiliza energía solar para calentar el agua.
Sin embargo, la energía solar no puede generalmente proporcionar
agua caliente las 24 horas del día durante los 365 días del año y,
por tanto, se requiere un calentamiento complementario que implica
consumo de energía. La fuente de energía para este fin es, en la
mayoría de los casos, la electricidad o el gas.
Para ahorrar energía, la activación del
calentamiento de agua se realiza solamente cuanto se necesita. Sin
embargo, en la mayoría de los sistemas de calentamiento de agua de
la técnica anterior, no se le proporciona al usuario ninguna
indicación referente a la temperatura del agua en el depósito y,
además, éste no tiene indicación de ninguna clase referente a cuánto
tiempo ha de estar conectado el sistema de calentamiento para
proporcionar agua en la cantidad y temperatura deseadas. En general,
esto hace que el usuario active el elemento de calentamiento del
sistema durante más tiempo que el necesario, dando como resultado un
despilfarro de energía, o durante un tiempo más corto que el
necesario, dando como resultado una cantidad de agua insuficiente y
más fría que lo deseado. Además, incluso después de que
presumiblemente se complete el calentamiento del agua, el usuario no
tiene ninguna indicación de la temperatura del agua en el depósito y
ha de abrir el grifo y esperar un tiempo relativamente largo para
regular la temperatura, dando como resultado un despilfarro de
agua.
La falta de una indicación precisa de la
temperatura del agua del depósito y la incapacidad de planificar con
antelación la cantidad y temperatura de agua necesarias producen
incomodidad y despilfarro de energía y de agua. En casos en los que
el usuario activa constantemente el calentamiento del agua durante
todo el día y toda la noche, existe incluso más despilfarro de
energía, particularmente en horas en las que no hay necesidad de
agua caliente. Este despilfarro de energía se suma a la pérdida de
energía resultante de la diferencia de temperatura entre el ambiente
y el agua en el depósito, la cual es significativa en muchos
casos.
Por supuesto, hay horas en las que el usuario
requiere una temperatura relativamente más alta que en otras horas.
En los sistemas de la técnica anterior no está disponible o resulta
insatisfactoria la planificación previa de la temperatura del agua.
En los sistemas convencionales de calentamiento de agua de la
técnica anterior, y particularmente para fines de seguridad, existe
un termostato ajustable montado en una cavidad del depósito de agua,
el cual percibe la temperatura del agua y desconecta la alimentación
eléctrica cuando se alcanza una temperatura máxima previamente
asignada. Sin embargo, en este caso, el usuario regular no tiene
acceso al termostato o al control sobre la temperatura previamente
asignada.
Algunos otros sistemas de la técnica anterior
comprenden un temporizador, eléctrico o mecánico, para ajustar la
duración del calentamiento del agua.
La figura 1 muestra un depósito de agua caliente
1 comúnmente utilizado en sistemas de la técnica anterior. El
depósito de agua 1 comprende una unidad de calentamiento eléctrico 3
para suministrar energía al agua. La unidad de calentamiento 3 es
esencialmente una resistencia calentada por una corriente eléctrica
que circula por ella y que transfiere calor al agua circundante. El
depósito de agua comprende además, en su parte inferior, un tubo de
entrada de agua 8 y en su parte superior un tubo de salida de agua
9. Dos tubos de agua opcionales 104 y 105 están incluidos en los
depósitos de agua normales que se diseñan para funcionar con
colectores de calor solar. A través del tubo 105 sale agua fría del
depósito hacia un colector solar, y a través del tubo 104 entra en
el depósito agua caliente proveniente del colector solar (no
mostrado). Una pestaña metálica 2 en el fondo del depósito soporta
la unidad de calentamiento 3. También está soportado por la pestaña
un manguito metálico 4 que sirve de cavidad de alojamiento de un
termostato normal. Una capa aislante 5 bloquea la transferencia de
calor a los alrededores. Un metal delgado 10 encierra el depósito y
la capa aislante 5. Un interruptor CON/DES (conexión/desconexión)
remoto 6 está usualmente situado en un sitio de fácil acceso y
comprende generalmente una indicación roja que se ilumina cuando
está conectado el interruptor. Cuando está conectado el interruptor
y la temperatura del agua sube hasta la temperatura preajustada del
termostato, este termostato desconecta la corriente que va a la
unidad 3. Cuando la temperatura del agua cae por debajo de dicha
temperatura preajustada, el termostato reconecta la corriente al
elemento de
calentamiento.
calentamiento.
La figura 1 muestra también un sistema de la
técnica anterior que comprende, además, un concentrador de calor 7
en el depósito de agua. El concentrador de calor 7, que se utiliza
sólo en un depósito verticalmente orientado, es un dispositivo a
manera de copa hecho de cualquier material adecuado, conectado
mecánicamente al fondo del depósito de agua. El concentrador de
calor 7 tiene aberturas 19 en su parte inferior para permitir el
paso de agua al mismo y lleva en su parte superior una abertura de
salida adicional 20. El concentrador de calor 7 encierra la unidad
de calentamiento 3 y la cavidad 4 del termostato. Cuando se activa
la unidad de calentamiento 3, fluye agua caliente en el concentrador
7 hasta la abertura superior 20 y fluye agua fría a través de las
aberturas inferiores 19 hasta el concentrador, creando una
circulación de agua. Por tanto, se concentran capas de agua caliente
en la parte superior del depósito de agua. Después de un largo
período de calentamiento, toda el agua del depósito se encuentra
suficientemente caliente y la temperatura el agua en partes
diferentes del depósito es relativamente homogénea.
En general, es común utilizar un concentrador de
calor 7 en depósitos de agua de 80 litros o más.
La patente US 6,002,114, presentada el 15 de
Septiembre de 1998, describe un sistema de calentamiento de agua que
comprende:
1. Un depósito de agua con cuatro elementos de
calentamiento;
2. Unos sensores de temperatura para comprobar
la temperatura en la entrada y la salida del depósito de agua;
3. Un sensor para comprobar el caudal de agua en
el tubo de entrada del depósito;
4. Una CPU que recibe indicaciones de sensor
para activar o desactivar dichos cuatro elementos de calentamiento,
comprendiendo, además, una circuitería para la detección de fallos;
y
5. Un panel de visualización para mostrarle al
usuario la temperatura del agua que sale del depósito.
Más en particular, la patente US 6,002,114 se
ocupa de un sistema de calentamiento comercial que tiene cuatro
elementos de calentamiento eléctricos y una pluralidad de sensores.
Los elementos de calentamiento son activados de acuerdo con la
temperatura del agua en la entrada y la salida del depósito, al
tiempo que se considera, además, el caudal del agua de entrada.
El documento DE 297 19 267 describe un
controlador basado en microprocesador para un sistema de
calentamiento eléctrico de agua. El panel frontal del alojamiento
del controlador tiene varios pulsadores para ajustar la temperatura
deseada y otros diversos parámetros para su selección de un menú de
funciones y para activar un modo de calentamiento rápido. El
controlador comprende además, una pantalla de visualización de siete
segmentos con una barra de temperatura que indica el estado térmico
del sistema de calentamiento.
La patente US 5,556,564 describe un sistema de
calentamiento de agua doméstica que tiene una unidad para controlar
la temperatura del agua. Dicho sistema comprende:
1. Tres sensores de temperatura, un primer
sensor en la parte superior junto a la salida del agua del depósito,
un segundo en el centro del depósito y un tercero en el fondo del
depósito junto a la entrada de agua;
2. Un panel de visualización que muestra la
temperatura medida por el sensor superior y que le permite al
usuario ajustar la temperatura requerida del agua que sale del
depósito;
3. Dos indicadores luminosos que se desactivan
cuando los sensores central e inferior miden temperaturas por encima
de la temperatura ajustada. Los indicadores luminosos le indican al
usuario cuándo hay suficiente agua en el depósito para su uso;
4. El depósito de agua caliente y el panel de
control están distantes uno de otro y están conectados por solamente
dos cables eléctricos. Los mismos dos cables eléctricos proporcionan
la potencia al elemento de calentamiento y transfieren la indicación
de temperatura a bajo voltaje desde el sensor superior en el
depósito hasta el panel de control.
La patente FR 2 539 238 describe un método y un
dispositivo de control para un aparato de calentamiento de un fluido
hasta alcanzar una temperatura predeterminada. El dispositivo
comprende una unidad de control central que recibe una señal de una
sonda de temperatura que identifica la temperatura del fluido, una
unidad de almacenamiento para almacenar un dato característico del
aparato utilizado y un circuito para ajustar una temperatura
predeterminada. La invención es particularmente útil en sistemas de
calentamiento eléctrico de agua. El sistema de esta patente pretende
en particular activar el calentamiento durante períodos eléctricos
de tarifa baja, por ejemplo durante la noche, fines de semana, etc.
Esta patente identifica los periodos de energía eléctrica de bajo
coste con el fin de activar el calentamiento particularmente durante
estos períodos. El sistema sigue las expresiones: th=(TFº-TD) y
1<K+ta. th es la temperatura al final del período de energía
eléctrica de bajo coste. TFº es la hora al final de la energía
eléctrica de bajo coste, TD es la hora actual y K es un factor que
describe la intensidad de la potencia eléctrica en el elemento de
calentamiento y el volumen de agua en el depósito. Esta fórmula no
puede determinar el tiempo requerido para calentar el agua en el
depósito. Todo esto está disponible para un ciclo por día. El
sistema permite también una activación de calor manual para horas en
las que el coste de la energía es más alto.
La patente US 4,568,821 describe todavía otro
sistema remoto de calentamiento de agua. El sistema comprende dos
depósitos de agua, un depósito calentado por energía solar y el otro
calentado por electricidad, petróleo o gas. El sistema comprende dos
sensores de temperatura situados en los tubos de salida de cada
depósito de agua. El controlador de dicho sistema utiliza un reloj
de 24 horas y se ensambla con componentes electrónicos de estado
sólido.
El documento WO 94/10620 describe otro sistema
más para calentar agua en un depósito de agua. El ciclo de
calentamiento activado por dicho sistema puede ser manipulado a fin
de ahorrar energía calentando el depósito antes de las horas
requeridas por la compañía de suministro eléctrico o calentando el
depósito hasta una temperatura y volumen especificados durante un
período de tiempo más largo mediante la división del ciclo de
calentamiento en etapas incrementales independientes. El objeto del
documento WO 94/10620 es optimizar el coste y reducir la energía de
pico consumida en sistemas de calentamiento grandes equipados con
múltiples depósitos de agua doméstica. El documento WO 94/10620 se
ocupa de explotar tarifas de energía más bajas durante horas no
punta y de reducir el uso total de energía eléctrica en la región de
la compañía de suministro eléctrico durante horas
punta.
punta.
Todos los sistemas de la técnica anterior arriba
mencionados están diseñados para proporcionar un mejor control sobre
sistemas de calentamiento de agua y ahorrar energía. Algunos de los
sistemas de la técnica anterior permiten la designación de un
período de calentamiento con una hora de arranque. Sin embargo,
estos sistemas no consideran la temperatura del agua en la hora de
arranque del calentamiento, en la cual se calienta el agua para
dicho período designado, dando como resultado un agua más caliente
de lo necesario (y un despilfarro de energía) o más fría de lo
necesario (dando como resultado incomodidad). En algunos otros
casos, el agua alcanza la temperatura deseada antes de la hora
planeada para su uso y se termina el calentamiento. Sin embargo,
hasta que se utilice realmente el agua, la temperatura disminuye,
dando como resultado un despilfarro de energía y una incomodidad. El
sistema de calentamiento de agua de la invención proporciona más
ahorro de energía y de agua en comparación con los sistemas de
calentamiento de agua de la técnica anterior, una manera de
instalación eficiente y también más comodidad para el usuario de
agua caliente.
La presente invención describe también una
manera nueva, eficiente y fácil de ensamblar unidades sensoras de
temperatura en un depósito de agua, según sea requerido por el
sistema de la invención, obtener así una percepción más precisa de
la temperatura y mejorar aún más el ahorro de energía y de agua.
Esta manera de ensamblar el sistema de la invención es aplicable en
sistemas de calentamiento de agua existentes o en sistemas de
calentamiento de agua recién instalados.
Por tanto, un objeto de la invención es aumentar
los ahorros de energía y de agua en un sistema de calentamiento de
agua doméstica.
Otro objeto de la invención es proporcionarle al
usuario un mejor control y unas indicaciones más fiables relativas a
la temperatura del agua en el depósito.
Otro objeto más de la invención es permitir una
fácil instalación del sistema de la invención in situ en
sistemas de calentamiento de agua existentes.
Otro objeto más de la invención es proporcionar
indicaciones de fallo eléctrico y electrónico con ayuda de medios
visuales o audibles.
Otro objeto más de la invención es proporcionar
una manera fácil de instalación del sistema de la invención en
sistemas de calentamiento de agua nuevos o existentes. Esta manera
de montaje se refiere en particular a la introducción y montaje de
unidades sensoras de temperatura en el depósito.
Otro objeto más de la invención es proporcionar
una manera nueva mediante la cual se comunican datos entre la
unidad/unidades sensoras de temperatura del depósito situadas
generalmente fuera de la casa y la unidad de control situada en su
interior.
La presente invención se refiere a un método
para calentar agua en un sistema de calentamiento de agua doméstica,
que comprende: (a) habilitar un depósito de agua que contiene
m_{w} litros de agua; (b) disponer al menos una unidad sensora de
temperatura en dicho depósito de agua para percibir la temperatura
del agua en el depósito; (c) disponer un elemento de calentamiento
en dicho depósito de agua; (d) disponer una unidad de control para
activar dicho elemento de calentamiento, recibiendo continuamente
dicha unidad de control una indicación de la temperatura del agua
procedente de dicha unidad sensora de temperatura; (e) proporcionar
a dicha unidad de control una temperatura de agua deseada y
designar una hora de utilización del agua a dicha temperatura
deseada; (f) conocer la temperatura actual del agua, la temperatura
deseada del agua en dicha hora designada, la potencia del elemento
de calentamiento y el calor específico del agua, calculando con la
unidad de control el período de calentamiento \Deltat necesario
para calentar el agua en el depósito desde la temperatura actual
medida por dicha unidad sensora de temperatura hasta la temperatura
deseada; caracterizado por los pasos de: (g) repetir periódicamente
dicho cálculo y actualizar dicho período calculado \Deltat de
acuerdo con cambios en la temperatura percibida del agua; y (h)
cuando se esté aproximando la hora de uso designada, activar el
elemento de calentamiento un período \Deltat antes de dicha hora
de uso designada.
Preferiblemente, el cálculo incluye, además, una
consideración de un factor de pérdida de calor.
En una realización de la invención se utiliza la
fórmula siguiente por parte de la unidad de control:
\Delta t =
\frac{m_{w}C_{p}\Delta
T}{P_{H}}
En donde:
\Deltat es el período de calentamiento
esperado por el elemento de calentamiento [segundos];
P_{H} es la potencia del elemento de
calentamiento [vatios];
m_{w} es el volumen del agua en el depósito de
agua medido en litros;
C_{P} es la capacidad de calor específico del
agua \left( = 4200\frac{julios}{Kg\cdot
{^{o}C}}\right);
\DeltaT es la diferencia entre la temperatura
designada a una hora posterior desada y la temperatura actual del
agua en el depósito, medida en grados Celsius [ºC].
Según otra realización de la invención, el
cálculo se realiza por medio de la fórmula siguiente:
\Delta t =
\frac{Km_{w}C_{p}\Delta
T}{P_{H}}
en la que K es el factor de
pérdida.
Preferiblemente, el factor de pérdida K se
calcula por medio de la fórmula siguiente:
K = 1 +
\frac{m_{w}}{A}\cdot \frac{\Delta T}{B} \cdot
\frac{C}{P_{H}}
En la que:
A es el volumen del depósito utilizado [en
litros], B es la diferencia entre la temperatura requerida en el
depósito y la temperatura del aire que rodea al depósito [en ºC] y C
es el calor perdido hacia los alrededores [en vatios], adquirido por
resultados experimentales.
La invención se refiere también a un sistema de
calentamiento de agua que comprende: (a) un depósito de agua; (b) un
elemento de calentamiento en dicho depósito de agua; (c) al menos
una unidad sensora de temperatura para percibir la temperatura del
agua en el depósito; (d) una unidad de control situada en un lugar
accesible al usuario, recibiendo la unidad de control de dicha
unidad sensora de temperatura una indicación referente a la
temperatura actual. La unidad de control comprende, además: (I) una
pantalla para visualizar la temperatura actual del agua adquirida
por dicha unidad sensora de temperatura; (II) una pantalla de
visualización y pulsadores que le permiten al usuario designar la
hora en que se ha de tener agua caliente a una temperatura deseada
del agua; caracterizado porque comprende, además, (III) medios de
cálculo para calcular repetidamente, a partir de la temperatura
actual del agua, la temperatura deseada del agua, la potencia del
elemento de calentamiento y el calor específico del agua, un período
de calentamiento \Deltat en el cual se ha de activar el elemento
de calentamiento para calentar el agua hasta la temperatura deseada
de la misma por medio del elemento de calentamiento; y (IV) medios
de conmutación para comenzar a suministrar voltaje al elemento de
calentamiento en un período \Deltat antes de dicha hora designada
y para terminar dicho suministro de voltaje a dicha hora
designada.
Preferiblemente, la unidad sensora de
temperatura comprende al menos un sensor de temperatura que tiene
medios para transformar un cambio de temperatura en un cambio
proporcional de voltaje.
Preferiblemente, dicho sistema comprende al
menos una unidad sensora de temperatura en forma de un tubo, dentro
del hueco del cual está montado al menos un sensor de
temperatura.
Preferiblemente, dicha unidad sensora de
temperatura se introduce en el espacio del depósito de agua desde
dentro de una abertura de uno de los tubos que conducen agua o desde
el depósito, y dicha abertura es sellada después de tal manera que
se impidan fugas de agua a través de dicha abertura, al tiempo que
se deja que la unidad sensora de temperatura que contiene cables de
medida provenientes del sensor/sensores penetre a través del
sellado.
Preferiblemente, un conector de tipo T está
conectado al tubo con la unidad sensora de temperatura, formando un
extremo de dicho conector en T la citada abertura con sellado,
mientras que los otros dos extremos de dicho conector en T conducen
agua a o desde el depósito.
Preferiblemente se utiliza un tapón con un ánima
en dicha abertura, siendo sellada el ánima con un material de
sellado, al tiempo que se deja que dicha unidad sensora de
temperatura que contiene cables de medida procedentes del
sensor/sensores penetre a través del sellado.
Preferiblemente, el tubo a través del cual se
introduce la unidad sensora de temperatura en el depósito es el tubo
que conduce agua caliente hacia fuera del depósito.
Preferiblemente, un sensor de temperatura está
situado en el extremo distal de la unidad sensora de temperatura,
lejos de la abertura sellada y dentro del espacio del depósito. En
otra opción, una pluralidad de sensores de temperatura pueden estar
montados a lo largo de la unidad para medir temperaturas a niveles
diferentes del agua en el depósito.
Preferiblemente, cada sensor de temperatura
proporciona una transformación de un cambio de temperatura en un
cambio proporcional de voltaje.
En otra realización más de la invención se
utilizan dos transceptores de línea, uno en un lugar próximo al
depósito y el otro en un lugar próximo a la carcasa de la unidad de
control o dentro de ella, para proporcionar una transferencia de
datos relativos a la temperatura del agua en el depósito a la unidad
de control y de datos de la unidad de control a un actuador del
elemento de calentamiento situado cerca de dicho elemento de
calentamiento, a través de las líneas de electricidad que
suministran corriente al elemento de calentamiento. En otra
alternativa, se utilizan dos transceptores, uno en un lugar próximo
al depósito y el otro en un lugar próximo a la carcasa de la unidad
de control o dentro de ella, para proporcionar una transferencia
inalámbrica de datos referentes a la temperatura del agua en el
depósito a la unidad de control y de datos de la unidad de control a
un actuador del elemento de calentamiento situado junto a dicho
elemento de calentamiento.
La figura 1 es una representación esquemática de
un sistema de calentamiento de agua doméstica de acuerdo con la
técnica anterior;
La figura 2 ilustra una instalación de una
unidad sensora de temperatura en un depósito de agua del tipo de la
figura 1;
La figura 3 ilustra una instalación de una
unidad sensora de temperatura en un depósito de agua del tipo de la
figura 1;
La figura 4A ilustra una unidad sensora de
temperatura con un sensor de temperatura en su interior, de acuerdo
con una primera realización de la invención;
La figura 4B ilustra una unidad sensora de
temperatura con tres sensores de temperatura en su interior, de
acuerdo con una segunda realización de la invención;
La figura 5 muestra un ejemplo de panel frontal
de la unidad de control, incluyendo la pantalla de visualización y
los pulsadores, de acuerdo con la primera (más común)
alternativa;
La figura 6 muestra una realización de la
invención en la que la unidad de control está dividida en dos
partes, utilizando transceptores para transportar información entre
las dos partes;
La figura 7A muestra una realización de la
invención en la que un ordenador gobierna la unidad de control;
y
La figura 7B muestra otra realización de la
invención en la que un ordenador controla una realización como la
mostrada en la figura 6.
La invención proporciona mejoras en sistemas de
calentamiento de agua doméstica. Más en particular, el sistema de la
invención proporciona un control mejorado sobre el calentamiento de
agua que le permite al usuario planificar y definir con antelación
la temperatura exacta del agua en el depósito de agua y la hora a la
que se necesitará agua calentada a la temperatura definida. Como se
ha dicho, algunos de los sistemas de calentamiento doméstico de la
técnica anterior permiten la definición de una temperatura deseada
del agua a una hora específica. Sin embargo estos sistemas no son
suficientemente precisos, particularmente para determinar la
temperatura exacta de la cantidad de masa del agua, o bien no están
optimizados en su consumo de energía.
Las ecuaciones siguientes se utilizan en la
unidad de control del sistema para definir el período de
calentamiento requerido y la hora de arranque exacta en la que se
inicia el calentamiento:
(1)Vatios . s
= m_{w} \cdot C_{P} \cdot \Delta T
en
donde:
Vatios.s es la energía de calentamiento
suministrada al agua por el elemento de calentamiento;
m_{w} es el volumen del agua en el depósito de
agua medido en litros (=kg);
C_{P} es la capacidad de calor específico del
agua \left( = 4200\frac{julios}{Kg.{^{o}C}}\right);
\DeltaT es la diferencia entre la temperatura
deseada a una hora posterior deseada y la temperatura actual del
agua en el depósito, medida en grados Celsius [ºC].
(2)\Delta t =
\frac{K \cdot vatios \cdot
s}{P_{H}}
en
donde:
\Deltat es la duración esperada de
calentamiento del elemento de calentamiento [segundos];
P_{H} es la potencia del elemento de
calentamiento instalado en el depósito de agua [vatios];
K es un factor experimental que le permite al
algoritmo calcular exactamente la duración en tiempo requerida para
calentar el agua en el depósito hasta la temperatura deseada. La
fórmula (3) detalla el modo en que se calcula K. Se basa
parcialmente en experimentos reales realizados por los inventores,
teniendo en cuenta el volumen del depósito de agua (m_{w}), la
diferencia de temperatura (\DeltaT) y la potencia del elemento de
calentamiento (P_{H}).
La unidad de control calcula el valor de K de
acuerdo con la fórmula siguiente:
(3)K = 1 +
\frac{m_{w}}{A}\cdot \frac{\Delta T}{B} \cdot
\frac{C}{P_{H}}
A, B y C son valores numéricos obtenidos por
experimentos de laboratorio. A = 60 litros es el volumen del
depósito utilizado y B = 20ºC es la diferencia entre la temperatura
requerida en el depósito y la temperatura del aire que rodea al
depósito térmicamente aislado. C = 70 vatios fue el calor perdido
hacia los alrededores. Estos valores pueden cambiar por acumulación
de experiencia y con variaciones en los materiales y la estructura
del depósito de agua.
Ejemplo
1
Se habilita un depósito de agua de 80 litros con
un elemento de calentamiento de 2500 vatios. La temperatura actual
del agua en el depósito es 28ºC. Se desea que a las 19:00 horas de
esta tarde la temperatura del agua sea de 50ºC. \DeltaT =
50-28 = 22ºC.
Por tanto,
Vatios . s =
80 . 4200 . (50-28) = 7.392 . 10^{6}\
julios
K = 1 +
\frac{80}{60} \cdot \frac{22}{20} \cdot \frac{70}{2500} =
1.041
\Delta t =
\frac{1.041 \cdot 7.392 \cdot 10^{6}}{2500} = 3078.2\ s \cong 52\
min
Por consiguiente, el elemento de calentamiento
se activará a las 18:08:00 horas. Si el usuario lo desea, se puede
ajustar el programa para que continúe el calentamiento del agua
durante un período de tiempo especificado. Por ejemplo, si el
usuario desea mantener el agua en el depósito a esta temperatura
durante 40 minutos adicionales, se reanudará el calentamiento cada
vez que la temperatura del agua caiga por debajo de 50ºC hasta las
19:40 horas.
\newpage
Según la invención, la unidad de control
funciona continuamente, comprueba la fecha y hora actuales y la
temperatura actual del agua en el depósito, y calcula cuándo hay que
activar el elemento de calentamiento.
El Ejemplo 1 muestra que el sistema ahorra una
cantidad significativa de energía en comparación con sistemas de la
técnica anterior que incluyen temporizadores
mecánicos/eléctricos/electrónicos que no consideran la temperatura
presente antes de activar el proceso de calentamiento. Los sistemas
de la técnica anterior mantienen así el agua en el depósito a
temperaturas más altas que las necesarias durante largos períodos.
La ventaja del algoritmo de la invención es que se calienta el agua
en el depósito solamente hacia la hora requerida a fin de alcanzar
la temperatura exacta deseada precisamente a la hora ajustada, y se
minimiza así la pérdida de calor hacia los alrededores. Por tanto,
el sistema de la invención proporciona considerables ahorros de
energía.
La temperatura del agua en el depósito es medida
por una unidad sensora montada en el depósito, con sus datos
continuamente suministrados a la unidad de control. El usuario
define las horas, la temperatura deseada y la duración en tiempo
para mantener dicha temperatura. La unidad de control está situada
en un lugar conveniente para el usuario y alejado del depósito de
agua caliente.
En otra realización más de la invención, el
usuario puede definir, en lugar de la temperatura, otra indicación
relacionada con la temperatura o relacionada con el volumen del
agua, tal como el número de duchas que planea utilizar.
La temperatura medida del agua u otra indicación
relacionada con la temperatura es visualizada continuamente sobre un
panel frontal de la unidad de control. El usuario introduce los
ajustes deseados para la unidad de control por medio de pulsadores.
Por ejemplo, el usuario puede ajustar una temperatura requerida del
agua, una fecha y una hora en las que se desea la temperatura
requerida del agua, y el tiempo durante el cual se desea esta
temperatura.
La unidad de control retiene los ajustes del
usuario en una memoria interna. El usuario puede activar o
desactivar también el calentamiento en forma directa o por el
funcionamiento del temporizador de la unidad de control.
La unidad sensora de la temperatura del agua
preferida según la invención es, por ejemplo, un sensor de tipo PTX
(PT significa temperatura del platino, X define el tipo de
termistor, tal como 100, 1000), un sensor de termopar, un termómetro
digital o cualquier otro elemento sensor de temperatura equivalente.
La instalación de todas las piezas del sistema (tales como la unidad
de control, la unidad sensora de temperatura y los cables) es
sencilla y cualquier sistema normal de calentamiento de agua
doméstica existente puede ser adaptado al sistema de la invención
con relativa facilidad.
La unidad de control incluye también
preferiblemente la opción de detección de fallos, la cual le alerta
al usuario de los fallos detectados, tal como en el elemento de
calentamiento o en la unidad sensora de temperatura o en los
dispositivos de seguridad. Cualquiera de los fallos anteriores
provoca la terminación automática del suministro de voltaje al
elemento de calentamiento eléctrico.
Para proporcionar óptimas prestaciones del
sistema de la invención es esencial obtener una indicación exacta de
la temperatura del agua en el depósito. En una realización
preferible del sistema de la presente invención se ha instalado una
sola unidad sensora de temperatura en el depósito de agua. Las
figuras 2 y 3 muestran de forma esquemática el sistema de acuerdo
con una realización de la invención. Una unidad sensora de
temperatura 17A ó 17B es introducida en el depósito de agua a través
de un tubo de agua 9 ó 104 que es parte integrante del depósito de
agua 1.
Deberá hacerse notar que la unidad sensora de
temperatura 17A ó 17B puede introducirse también en el depósito de
agua de cualquier manera convencional.
Las figuras 2 y 3 muestran dos alternativas
mediante las cuales se introduce la unidad sensora de temperatura en
el depósito 1 a través del tubo de agua 9 o del tubo de agua 104. Se
utilizan unas tuercas de sellado 102A en la figura 2 y 102B en la
figura 3 para permitir la penetración de la unidad sensora de
temperatura a través de ellas, al tiempo que se proporciona sellado
contra fugas de agua.
Como se ha dicho, las unidades sensoras de
temperatura 17A y 17B en las figuras 2, 3 y 4 incluyen
preferiblemente un sensor de tipo PTX, un termopar, un termómetro
digital o un dispositivo equivalente. Esta es una parte importante
de la invención, ya que la inmersión de la unidad sensora de
temperatura en el agua del depósito da como resultado una medición
exacta y el método de penetración permite una fácil instalación de
la unidad sensora de temperatura en depósitos de agua normales. La
figura 4A y la figura 4B detallan dos dispositivos: La figura 4A
muestra una unidad sensora de temperatura 17A con un solo sensor 107
y la figura 4B muestra una unidad sensora 17B en forma de un
manguito metálico con múltiples sensores de temperatura 107A, 107B y
107C instalados en su interior. La unidad sensora penetra a través
de las tuercas 102A de la figura 2 y 102B de la figura 3 y la tuerca
sella el área de penetración. Los cables de conexión 109 en la
figura 4A ó 109A, 109B y 109C en la figura 4B dirigen las mediciones
de temperatura del sensor/sensores hacia la unidad de control.
Algunas observaciones sobre el sensor/sensores
de temperatura:
\newpage
a. Según una realización de la presente
invención, se puede instalar más de una unidad sensora de
temperatura 17A ó 17B en el depósito de agua.
b. La invención describe también un sistema de
calentamiento de agua doméstica con una manera y precisión mejoradas
de percibir la temperatura del agua en el depósito de agua. Las
figuras 2 y 3 ilustran dos alternativas de instalación de una unidad
sensora de temperatura en el depósito de calentamiento de agua.
c. Se pueden instalar una o más unidades
sensoras en lugares diferentes del depósito para medir directamente
la temperatura del agua. Si se utiliza más de un sensor con una o
más unidades sensoras, el algoritmo es provisto de información
relativa a cuál de los sensores o una combinación de ellos hay que
utilizar y a qué hora.
En la figura 3 se inserta una unidad sensora de
temperatura 17B en el depósito de agua 1 a través de un tubo de agua
existente 104. En algunos casos, por ejemplo cuando no están en uso
colectores de calor solar, pueden existir tubos no utilizados, en
este caso los tubos 104 y 105 conectados al depósito, y estos tubos
se sellan por medio de una tapa. Según la invención, se retira una
tapa y se inserta una unidad sensora de temperatura 17B a través del
tubo 104. La unidad sensora de temperatura puede incluir uno o más
sensores de temperatura para medir la temperatura del agua a niveles
diferentes dentro del depósito. Cada sensor de temperatura está
conectado a al menos dos cables para proporcionar indicaciones
electrónicas referentes a la temperatura que él mide. Los cables de
los sensores de temperatura están conectados a un circuito de
control (no mostrado) que controla la activación del sistema de
calentamiento. La tapa 102B es preferiblemente una tapa de forma
hexagonal que tiene un ánima 75 en su centro. Se utiliza un material
de sellado convencional para sellar alrededor del tubo que forma la
unidad sensora de temperatura, impidiendo el paso de agua hacia
fuera del depósito.
Deberá hacerse notar que el diámetro de la
unidad sensora de temperatura 17B es generalmente mucho más pequeño
en comparación con el diámetro del tubo 104, esencialmente en el
rango de no más de 1/3 ó 1/4 del diámetro del tubo.
La unidad sensora de temperatura 17A, incluyendo
el uno o más sensores de temperatura, puede introducirse
opcionalmente en el depósito de agua a través de un tubo en uso. La
figura 2 muestra este caso en el cual se introduce la unidad sensora
de temperatura 17A en el depósito de agua a través de la salida del
tubo de agua caliente 9. En ese caso, se utiliza un conector en T
101 para permitir la introducción de la unidad sensora de
temperatura 17A en el depósito de agua a través de un primer lado de
dicho conector (el lado conectado a 102A), al tiempo que se deja que
pase el flujo regular de agua al tubo de suministro de agua caliente
103C. La tapa 102A es preferiblemente una tapa de tipo hexagonal,
similar a la tapa 102B de la figura 3, con un ánima 77 a través de
la cual pasa la unidad sensora de temperatura. Se utiliza un
material de sellado para impedir fugas de agua a través del ánima
77. El diámetro de la unidad sensora de temperatura 17A es
esencialmente pequeño en comparación con el diámetro del tubo 9 para
no perturbar significativamente el flujo de agua a través del tubo
9. Se ha visto por los inventores que un diámetro de la unidad de
hasta aproximadamente 1/3 del diámetro del tubo 9 no origina una
perturbación significativa en el flujo de agua a través del tubo
9.
Deberá hacerse notar que el término unidad
sensora de temperatura utilizado en este documento se refiere a
cualquier tipo de medios de medida de la temperatura.
Las figuras 4A y 4B ilustran el modo en que se
montan los sensores de temperatura 107 dentro de la unidad sensora
de temperatura 17. En la figura 4A un sensor de temperatura 107 está
ensamblado dentro de una unidad sensora de temperatura 17A. El
propio sensor está indicado como número 107, y el número 108 indica
un manguito que encierra los cables eléctricos 109 conectados a un
circuito de control que controla la activación del calentamiento
cuando sea necesario. La porción superior de la unidad sensora de
temperatura 17A está posicionada en el depósito de agua y los cables
109 están fuera del depósito de agua, estando conectados al circuito
de control (no mostrado). La figura 4B ilustra análogamente el modo
en que se ensamblan múltiples sensores, por ejemplo tres sensores
107A, 107B y 107C, dentro de la unidad sensora de temperatura 17B a
alturas diferentes para permitir la medición de temperatura a
niveles diferentes del agua dentro del depósito.
Preferiblemente, los sensores de temperatura son
del tipo PTX o un termómetro digital, teniendo cada uno de ellos
entre dos y cuatro cables de salida 109.
Según una realización preferida de la invención,
el termostato existente situado en la cavidad 4 del depósito 1 se
utiliza solamente como un dispositivo de seguridad para terminar el
flujo de corriente eléctrica en caso de que se exceda del valor
máximo ajustado para la temperatura del agua en el depósito.
Como se ha dicho, en una realización preferible
de la invención la inserción de la unidad sensora de temperatura se
efectúa a través de una abertura existente de un tubo de agua.
Además, se ha encontrado por los inventores que la medición de la
temperatura es mucho más exacta debido a las razones siguientes:
a. La unidad sensora de temperatura se inserta
dentro del depósito de agua y preferiblemente existe un contacto
directo entre el dispositivo sensor y el agua.
\newpage
b. Uno o más sensores de temperatura pueden
estar diseñados para montarse esencialmente a cualquier altura y en
caso cualquier sitio dentro del depósito de agua.
La invención proporciona un método para
introducir uno o más sensores de temperatura dentro de una o más
unidades sensoras de temperatura en un depósito de agua. La manera
de tal introducción es útil tanto en depósitos de agua existentes
como en depósitos de agua futuros. En el primer caso, tal
introducción de la unidad/unidades sensoras de temperatura
proporciona una medición más precisa. En el último caso, tal
introducción de la unidad/unidades sensoras de temperatura elimina
la necesidad de habilitar una cavidad dedicada para un dispositivo
sensor de temperatura, reduciendo así el coste de producción del
depósito. Además, tal manera de introducción es sencilla y puede
ponerse fácilmente en práctica a bajo coste.
La presente invención requiere una transferencia
de datos de temperatura desde la unidad/unidades sensoras de
temperatura que están frecuentemente situadas en lugares remotos,
por ejemplo en el tejado de la casa (o edificio), mientras que la
unidad de control está generalmente situada dentro de la casa del
usuario. Además, requiere la transferencia de electricidad de la
unidad de control al elemento de calentamiento en el depósito. Esto
generalmente requiere la introducción de al menos dos cables
adicionales para transportar datos desde el depósito de agua hasta
la unidad de control, y viceversa. Cuando se instala el sistema de
la presente invención en casas nuevas, esto implica en general
solamente unos ligeros costes adicionales. Sin embargo, cuando se
reacondicionan sistemas de calentamiento de la técnica anterior para
que operen conforme a la invención, la introducción de los dos
cables adicionales es una tarea relativamente complicada. La
presente invención proporciona también una solución a este problema.
Según una realización preferida de la invención, se introducen dos
transceptores, uno en el tejado y otro dentro de la casa para
transportar información de datos entre el tejado y la unidad de
control por las líneas eléctricas que conducen electricidad de la
unidad de control al elemento de calentamiento. Por tanto, según
esta realización, se utilizan las mismas líneas eléctricas tanto
para la transferencia de electricidad al elemento de calentamiento
como para la transferencia de información de temperatura del
depósito a la unidad de control. Tales transceptores son conocidos
en el ramo. Por ejemplo, pueden utilizarse transceptores del tipo
TDA 5051 de Philips Company.
General: La unidad de control comprende
una pantalla de visualización, un software para hacer funcionar la
electricidad, unos componentes electrónicos y unos componentes
eléctricos y mecánicos. El algoritmo conforme al cual opera la
unidad se basa en las fórmulas que se han dado anteriormente. Como
se ha dicho, el algoritmo utiliza al menos tres parámetros
principales para calcular cuándo y durante cuánto tiempo hay que
activar el calentamiento: (a) la temperatura del agua antes del
calentamiento; (b) el calor específico conocido del agua; (c) la
temperatura deseada del agua a la hora en que ha de utilizarse el
agua caliente; y (d) la potencia conocida del elemento de
calentamiento utilizado.
Se describirán seguidamente varias variantes y
ejemplos de la invención.
Primera variante: Un sistema normal,
incluyendo la unidad de control un software para permitir dos modos
de funcionamiento, manual o automático.
La activación manual se proporciona ajustando el
interruptor CON/DES 23 de la figura 5 en la posición con,
permitiendo así que la unidad de control active el elemento de
calentamiento. El calentamiento se termina desconectando manualmente
el interruptor 23 o bien por medio de la unidad de control cuando se
haya alcanzado la temperatura deseada del agua en el depósito, tal
como ha sido programada por el usuario. La programación de la unidad
de control es realizada por el usuario utilizando la pantalla de
visualización y los botones de la unidad.
Deberá hacerse notar que ésta es una alternativa
básica de la unidad de control y que puede modificarse por medio de
software y/o hardware para que sea incluso más asequible al
usuario.
La figura 5 muestra una primera posible
estructura para el panel de control 21 de la unidad de control. El
panel de control 21 comprende una pantalla numérica 22 que muestra
la hora 22A (hora:minutos) y la temperatura actual en el depósito
22B (u otra pantalla de visualización relacionada con la temperatura
del agua, por ejemplo el número de duchas). El interruptor 23 activa
el sistema de calentamiento. Cuando está conectado el interruptor
23, funciona la unidad de control para activar el elemento de
calentamiento cuando sea necesario. La pantalla digital 22 funciona
también, esté conectado o desconectado el interruptor 23. Se activa
la luz roja 24 cuando fluye corriente a través del elemento de
calentamiento, y se desactiva dicha luz cuando no pasa corriente a
través del mismo. Se utiliza el primer pulsador 26 para ajustar la
hora actual. El segundo pulsador 25 funciona como sigue: cuando se
activa, aparece en la pantalla 22B el valor umbral de la temperatura
deseada del agua. El tercer pulsador 27 funciona como sigue: cuando
se activa, aparece en la pantalla 22A la hora deseada a la cual se
necesita agua a dicha temperatura umbral. El cuarto pulsador 28
funciona como sigue: cuando se activa, la pantalla 22A registra la
duración adicional en la que deberá existir la temperatura umbral en
el depósito de agua. Los pulsadores quinto y sexto 29A y 29B son
botones de ajuste, el botón 29A hacia arriba y el botón 29B hacia
abajo, respectivamente.
a. Cuando se pulsan el botón 25 y uno de los
botones 29A ó 29B, cambia la temperatura umbral en la pantalla 22B.
Obsérvese que la temperatura umbral no puede exceder de un valor
preajustado, por ejemplo 65ºC, particularmente por razones de
seguridad.
b. Cuando se pulsan el botón 26 y uno de los
botones 29A ó 29B, puede ajustarse la hora actual.
c. Cuando se pulsan el botón 27 y uno de los
botones 29A ó 29B, puede ajustarse la hora deseada de utilización
del agua.
d. Cuando se pulsan el botón 28 y uno de los
botones 29A ó 29B, puede ajustarse el tiempo adicional durante el
cual deberá mantenerse la temperatura umbral en el depósito.
Segunda variante: En esta alternativa la
unidad de control está dividida en dos partes; la primera parte está
situada en un lugar conveniente para el usuario y se denominará
parte A 21A y la segunda parte se denominará parte B 21B en la
figura 6 y está situada muy cerca del depósito de agua. La
comunicación entre la parte A y la parte B (en ambas direcciones) se
realiza por medio de un transceptor de corriente, un bus C u otro
dispositivo electrónico normal que sea capaz de comunicar
información digital entre dos unidades de control que utilicen las
líneas de potencia de una fase que sirve al elemento de
calentamiento 3 del depósito de agua. Dentro de la parte A están la
pantalla de temperatura del agua (u otra pantalla relacionada con la
temperatura del agua, por ejemplo el número de duchas), la pantalla
de la hora, los diferentes pulsadores, el software y un
transmisor/receptor de información digital. En la parte B está el
componente final, que suministra corriente al elemento de
calentamiento 3 en el depósito de agua, la conexión del sistema
electrónico de la temperatura del agua a la unidad sensora de
temperatura 17 y un transmisor/receptor de información digital.
Tercera variante: La figura 7A muestra
una configuración que comprende un ordenador convencional (PC). La
unidad de control 21 está conectada a un PC 81 a través de cualquier
medio de comunicación convencional. Desde el PC se puede realizar
cualquier ajuste de la unidad de control 21, y la información
relativa al estado actual del depósito de agua puede ser transferida
y visualizada en la pantalla del PC. A tal fin, un software dedicado
deberá residir en el PC.
Cuarta variante: La figura 7B muestra una
variante de la invención en la que la unidad de control completa
está materializada por un PC. La comunicación entre el PC y el
depósito se realiza por medio de transceptores 21A y 21B que
transfieren datos por las líneas eléctricas.
Ejemplo
2
Se desea tener agua en el depósito a una
temperatura de 50ºC a las 19:00 horas. La temperatura actual en el
depósito es de 28ºC. La unidad de control utiliza el algoritmo para
calcular la duración en tiempo requerida para que el elemento de
calentamiento caliente el agua hasta 50ºC. El presente cálculo
utilizando el algoritmo de fórmula (2), da como resultado 52 minutos
de calentamiento. El software comprueba continuamente el cálculo
hasta las 19:00 horas menos 52 minutos = 18:08 horas. A la hora
calculada 18:08 (si la temperatura en el depósito es todavía de
28ºC) el elemento de calentamiento es activado automáticamente por
la unidad de control. A las 19:00 horas, cuando la temperatura
alcanza la temperatura deseada de 50ºC, la unidad de control termina
el calentamiento. Si se consume agua caliente del depósito durante
el calentamiento, es decir, entre las 18:08 horas y las 19:00 horas
y, por tanto, se encuentra que la temperatura del agua a las 19:00
horas es más baja que lo deseado, la unidad de control continúa
activando el elemento de calentamiento hasta que la temperatura del
agua alcance la temperatura deseada. Además, se le puede
proporcionar al usuario la opción de programar la unidad para que
continúe proporcionando agua caliente a 50ºC durante un tiempo de
consumo de, por ejemplo, 40 minutos. En este caso, el agua se
calentará a 50ºC a las 19:00 horas, y a cualquier hora entre las
19:00 horas y las 19:40 horas, cuando la temperatura caiga por
debajo de 50ºC, la unidad de control activa el elemento de
calentamiento 3.
Aunque se han ilustrado algunas realizaciones
por medio de los ejemplos anteriores, deberá entenderse que la
invención puede realizarse con muchas variaciones, modificaciones y
adaptaciones, sin apartarse de su espíritu ni rebasar el alcance de
las reivindicaciones.
Claims (17)
1. Un método para calentar agua en un sistema de
calentamiento de agua doméstica, que comprende:
- habilitar un depósito de agua que contiene
m_{w} litros de agua;
- disponer al menos una unidad sensora de
temperatura en dicho depósito de temperatura para percibir la
temperatura del agua en el depósito;
- disponer un elemento de calentamiento en dicho
depósito de agua;
- disponer una unidad de control para activar
dicho elemento de calentamiento, recibiendo continuamente dicha
unidad de control una indicación de la temperatura del agua
proveniente de dicha unidad sensora de temperatura;
- proporcionar a dicha unidad de control una
temperatura deseada del agua y designar una hora de utilización del
agua a dicha temperatura deseada;
- conocer la temperatura actual del agua, la
temperatura deseada del agua a dicha hora designada, la potencia del
elemento de calentamiento y el calor específico del agua, calculando
con la unidad de control el período de tiempo \Deltat necesario
para calentar el agua en el depósito desde la temperatura actual
medida por dicha unidad sensora de temperatura hasta la temperatura
deseada;
caracterizado por los pasos de:
- repetir periódicamente dicho cálculo y
actualizar dicho período calculado \Deltat de acuerdo con cambios
en la temperatura percibida del agua; y
- cuando se esté aproximando la hora de uso
designada, activar el elemento de calentamiento un período \Deltat
antes de dicha hora de uso designada.
2. Un método según la reivindicación 1, que
incluye, además, en el cálculo un factor de pérdida de calor.
3. Un método según la reivindicación 1, en el
que la fórmula utilizada por la unidad de control es:
\Delta t =
\frac{m_{w}C_{p}\Delta
T}{P_{H}}
en la
que:
\Deltat es el período de calentamiento
esperado por el elemento de calentamiento [segundos],
P_{H} es la potencia del elemento de
calentamiento [vatios];
m_{w} es el volumen del agua en el depósito de
agua medido en litros;
C_{P} es la capacidad de calor específica del
agua \left( = 4200\frac{julios}{Kg{^{o}C}}\right);
\DeltaT es la diferencia entre la temperatura
designada a una hora posterior deseada y la temperatura actual del
agua en el depósito, medida en grados Celsius [ºC].
4. Un método según la reivindicación 2, en el
que el cálculo se efectúa por medio de la fórmula siguiente:
\Delta t =
\frac{Km_{w}C_{p}\Delta
T}{P_{H}}
en la que K es el factor de
pérdida.
5. Un método según la reivindicación 4, en el
que el factor de pérdida K se calcula por la fórmula siguiente:
K = 1 +
\frac{m_{w}}{A}\cdot \frac{\Delta T}{B} \cdot
\frac{C}{P_{H}}
\newpage
en la
que:
A es el volumen del depósito utilizado [en
litros], B es la diferencia entre la temperatura requerida en el
depósito y la temperatura del aire que rodea al depósito [en ºC] y C
es el calor perdido hacia los alrededores [en vatios], adquirido por
resultados experimentales.
6. Un sistema de calentamiento de agua doméstica
que comprende:
- un depósito de agua;
- un elemento de calentamiento en dicho depósito
de agua;
- al menos una unidad sensora de temperatura
para percibir la temperatura del agua en el depósito;
- una unidad de control situada en un lugar
accesible para el usuario, recibiendo la unidad de control desde
dicha unidad sensora de temperatura una indicación relativa a la
temperatura actual y comprendiendo, además, la unidad de
control:
a. una pantalla de visualización para presentar
la temperatura actual del agua adquirida por dicha unidad sensora de
temperatura;
b. una pantalla de visualización y pulsadores
que le permiten al usuario designar una hora para tener agua
caliente a una temperatura deseada del agua;
caracterizado porque comprende,
además:
c. medios de cálculo para calcular
repetidamente, a partir de la temperatura actual del agua, la
temperatura deseada del agua, la potencia del elemento de
calentamiento y el calor específico del agua, un período de
calentamiento \Deltat en el cual ha de activarse el elemento de
calentamiento para calentar el agua hasta la temperatura deseada del
agua por medio de dicho elemento de calentamiento; y
d. medios de conmutación para comenzar a
suministrar voltaje al elemento de calentamiento en un tiempo
\Deltat antes de dicha hora designada y para terminar dicho
suministro de voltaje a dicha hora designada.
7. Un sistema de calentamiento de agua doméstica
según la reivindicación 6, en el que la unidad sensora de
temperatura comprende al menos un sensor de temperatura que tiene
medios para transformar un cambio de temperatura en un cambio
proporcional de voltaje.
8. Un sistema de calentamiento de agua doméstica
según la reivindicación 6, que comprende al menos una unidad sensora
de temperatura en forma de un tubo, dentro del hueco del cual está
montado al menos un sensor de temperatu-
ra.
ra.
9. Un sistema de calentamiento según la
reivindicación 8, en el que cada unidad sensora de temperatura se
introduce en el espacio del depósito de agua desde dentro de una
abertura de uno de los tubos que conducen agua a o desde el
depósito, y en el que se sella después dicha abertura de manera que
se impidan fugas de agua a través de dicha abertura, al tiempo que
se deja que la unidad sensora de temperatura, que contiene cables de
medida procedentes del sensor/sensores, penetre a través del
sellado.
10. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que un conector en T está conectado al tubo con la unidad sensora de
temperatura, formando un extremo de dicho conector en T la abertura
con sellado, mientras que los otros dos extremos de dicho conector
en T conducen agua a o desde el depósito.
11. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que se utiliza una tapa con un ánima en dicha abertura, siendo
sellada el ánima por un material de sellado, al tiempo que se deja
que dicha unidad sensora de temperatura, que contiene cables de
medida procedentes del sensor/sensores, penetre a través del
sellado.
12. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que el tubo a través del cual se introduce la unidad sensora de
temperatura en el depósito es el tubo que conduce agua caliente
hacia fuera del depósito.
13. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que un sensor de temperatura está situado en el extremo distal de la
unidad sensora de temperatura, lejos de la abertura sellada y dentro
del espacio del depósito.
14. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que una pluralidad de sensores de temperatura están montados a lo
largo de la unidad para medir temperaturas a niveles diferentes del
agua en el depósito.
15. Un sistema según la reivindicación 9, en el
que cada sensor de temperatura transforma un cambio de temperatura
en un cambio proporcional de voltaje.
16. Un sistema según la reivindicación 6, que
comprende, además, dos transceptores de línea, uno en un lugar
próximo al depósito y el otro en un lugar próximo a la carcasa de la
unidad de control o dentro de ésta, para proporcionar una
transferencia de datos relativos a la temperatura del agua en el
depósito a la unidad de control y de datos de la unidad de control a
un actuador del elemento de calentamiento situado junto al elemento
de calentamiento, a través de las líneas eléctricas que suministran
corriente a dicho elemento de calentamiento.
17. Un sistema según la reivindicación 6, que
comprende, además, dos transceptores, uno en un lugar próximo al
depósito y el otro en un lugar próximo a la carcasa de la unidad de
control o dentro de ésta, para proporcionar una transferencia
inalámbrica de datos referentes a la temperatura del agua en el
depósito a la unidad de control y de datos de la unidad de control a
un actuador del elemento de calentamiento situado junto a dicho
elemento de calentamiento.
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