ES2268457T3 - Sistema de vigilancia de caudal de un fluido. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de seccionamiento de una canalización (21) de fluido, comprendiendo un captador (28, 34) de caudal de fluido en la canalización, emitiendo en salida una señal función de la cantidad de fluido circulando en esta canalización, una unidad electrónica de tratamiento y de explotación de la señal susodicha y un órgano de corte con unos medios de accionamiento (38, 39, 41) reunidos en un aparato único que está atravesado por un canal interno (21) formando trozo de canalización y comprendiendo a tal efecto unos órganos de empalme (22, 23) a las partes más arriba y más abajo de esta canalización con relación a este trozo (21), caracterizado porque comprende una fuente de energía eléctrica autónoma constituida por una generatriz (4) de corriente alternativa, acoplada a una turbina (27) animada por el caudal de fluido circulando en la canalización y asociada al menos un acumulador electrónico (36, 37), alojados en el aparato único, porque el órgano de corte comprende un obturador (24) delcanal interno (21) móvil entre una primera posición de abertura del canal y una segunda posición de obturación de este último, comprendiendo los medios de accionamiento de este órgano de corte un órgano de retroceso (41) del obturador en dirección de su segunda posición, un órgano de maniobra (38, 39) manual del obturador en dirección de su primera posición en contra del efecto del órgano de retroceso y un cerrojo (42) de mantenimiento del obturador en su primera posición con un accionador electromagnético (43) y porque la unidad electrónica comprende un medio de mando de la alimentación eléctrica del accionador electromagnético (43) por el acumulador.

Description

Sistema de vigilancia del caudal de un fluido.

La presente invención se refiere a un dispositivo energéticamente autónomo de seccionamiento de una canalización de fluido especialmente líquido comparable a un disyuntor a la entrada de una instalación eléctrica.

En el sentido de la invención hay que entender por seccionamiento primero la detección de la existencia o de la ausencia de un caudal de fluido en la canalización, mediante un captador susceptible de emitir en salida una señal de detección, luego la interpretación de esta señal mediante una unidad de interpretación, generalmente electrónica comprendiendo un microprocesador o un microcontrolador programado, finalmente la acción decidida por la unidad de interpretación presentándose en forma de una señal de mando del accionador unido a una válvula de corte.

También en el sentido de la invención, energéticamente autónomo significa que al menos el accionador solo tira la energía necesaria a su funcionamiento de la energía cinética del fluido circulando en la canalización vigilada.

Segundo plano de la invención

Existen numerosos procedimientos y dispositivos para vigilar un flujo de fluido en un conducto, que esta vigilancia se traduzca en un recuento de consumo por ejemplo de agua de uso domestico o industrial, o que se resuma a la detección de una pérdida accionando una alarma o una válvula de seccionamiento o de aislamiento. Se citará por ejemplo el documento US 4 518 955 que pone en práctica un captador electromagnético de efecto may del caudal de un fluido en una canalización cuya señal de salida está explotada por un microcontrolador para, en función de una programación preestablecida, accionar o no el accionamiento de válvulas de seccionamiento o el accionamiento de una alarma. No se da ninguna indicación en este documento en cuanto a la procedencia de la energía consumida por el dispositivo.

En el documento FR 2 590 984, se describe un detector de anomalías en el flujo de un fluido que, cuando la anomalía es un flujo anormalmente largo del fluido, saca energía en este flujo mismo, para accionar una válvula de seccionamiento de la tubería lugar de este flujo. Este dispositivo requiere la introducción en la canalización de una pérdida de carga que asegura el funcionamiento del detector-accionador. Esto es muy perjudicial especialmente en el caso de una canalización de agua de uso doméstico.

En numerosos otros documentos tales como el documento US 5 153 564 y el documento US 5 008 650, los dispositivos descritos apelan a una energía eléctrica exterior.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objetivo suprimir las molestias impuestas por el suministro de una energía eléctrica exterior: establecimiento de una línea eléctrica de alimentación de un accionador o colocación de baterías con obligación de verificar regularmente la carga y el estado de funcionamiento..., sin por esto alterar la circulación del fluido.

Así, con la invención se asegura una función de seccionamiento totalmente autónomo por consiguiente de instalación simplificada en cualquier lugar de un conducto de alimentación de una instalación de distribución de agua de uso doméstico, de riego...

Breve descripción de la invención

La invención tiene por objeto un dispositivo de seccionamiento de una canalización de fluido, comprendiendo un captador de caudal de fluido en la canalización, emitiendo en salida una señal función de la cantidad de fluido circulando en esta canalización, una unidad electrónica de tratamiento y de explotación de la señal susodicha y un órgano de corte con unos medios de accionamiento reunidos en un aparato único que está atravesado por un canal interno formando trozo de canalización y comprendiendo a tal efecto unos órganos de empalme a las partes más arriba y más abajo de esta canalización con relación a este trozo, comprendiendo el dispositivo una fuente de energía eléctrica autónoma constituida por una generatriz de corriente alternativa, acoplada a una turbina animada por el caudal de fluido circulando en la canalización y asociada a al menos un acumulador eléctrico, alojados en el aparato único, comprendiendo el órgano de corte un obturador del canal interno móvil entre una primera posición de abertura del canal y una segunda posición de obturación de este último, comprendiendo los medios de accionamiento de este órgano de corte un órgano de retroceso del obturador en dirección de su segunda posición, un órgano de maniobra manual del obturador en dirección de su primera posición en contra del efecto del órgano de retroceso y un cerrojo de mantenimiento del obturador en su primera posición con un accionador electromagnético y la unidad electrónica comprendiendo un medio de mando de la alimentación eléctrica del accionador electromagnético por el acumulador.

Se puede considerar diferentes modos de realización de la generatriz. En uno de ellos el acoplamiento entre la turbina y la generatriz está realizado por una transmisión sobremultiplicada de engranajes una rueda dentada de la cual está acoplada magnéticamente sin contacto a la turbina a través de una pared del canal interno del aparato.

En otra realización, la turbina está equipada de masas polares formadas por unos imanes permanentes que giran delante de unos bobinados fijos situados al exterior de una pared del canal, estando la corriente inducida alternativa en estos bobinados tratada para ser acumulada de manera conveniente. Su frecuencia constituye por otra parte la señal representativa del caudal de fluido en la canalización.

Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes con la descripción dada a continuación de algunos ejemplos de su realización.

Breve descripción de los dibujos

Se hará referencia a los dibujos anexos entre los cuales:

- la figura 1 es un esquema de principio ilustrando el sistema de vigilancia según la invención,

- la figura 2 es una vista esquemática de un aparato formando una realización estructural del sistema de la figura 1,

- la figura 3 es una vista en detalle de una disposición de la figura 2 a nivel de la generatriz,

- la figura 4 es una variante de realización de la generatriz puesta en práctica en el aparato de la invención,

- las figuras 5 a 7 ilustran unas variantes de realización de los medios de rearme manual del dispositivo de la invención.

Descripción detallada de la invención

A la figura 1 se ha representado un conducto 1 de fluido, por ejemplo un conducto de alimentación en agua de una instalación doméstica. La circulación de agua en este conducto 1 acciona en rotación una turbina 2 que está acoplada por una transmisión 3 a una generatriz 4 de corriente eléctrica cuya salida 4a está empalmada a un acumulador 5.

Esta turbina 2 está asociada a un detector de su rotación 6 para formar juntos un captador del caudal circulando en el conducto 1. La señal de salida de este detector 6 está enviado a la entrada de un circuito electrónico de explotación 7 comprendiendo especialmente un microcontrolador programado, el cual, en función del programa que contiene, libera o no una señal de salida 8 en dirección de un interruptor 9 de alimentación de un accionador 10. El interruptor 9, accionado por la señal de salida 8 del circuito de interpretación 7, está dispuesto sobre la línea de potencia 11 de alimentación del accionador 10 proviniendo de la fuente de energía que constituye el acumulador 5.

El accionador 10 está formado por un accionador electromagnético de un cerrojo de mantenimiento en su estado abierto de una válvula de seccionamiento 12 del conducto 1 que está normalmente en su estado de cierre cuando está desbloqueada.

Mencionaremos que la unidad electrónica 7 tiene una alimentación 13 que está aquí derivada de la línea de alimentación 11 proviniendo del acumulador 5. No es salir del marco de la invención prever para la unidad electrónica 7 una batería larga duración formando una fuente de energía auxiliar para por ejemplo mantener sus circuitos en estado de vigilancia.

A la figura 2, se ha esquemáticamente representado los componentes del sistema de la figura 1 reunidos en una unidad funcional. Esta unidad funcional comprende un cuerpo sensiblemente paralelepipédico 20, ahuecado por un canal interno 21 que forma un trozo de canalización. Este canal interno 21 tiene en una de sus extremidades unos medios 22 de su empalme a una canalización no representada. En su otra extremidad, este canal 21 está equipado de una válvula 12, llevando unos medios de conexión 23 a la canalización a vigilar y teniendo una válvula esférica 24. El canal 21 viene en intersección con unas cavidades 25, 26 en las cuales están montadas en rotación unas turbinas 27 y 28, estando estas cavidades cerradas herméticamente por unas tapas 29, 30. La turbina 27 está acoplada a una rueda dentada 31, que coopera con la rueda dentada 32 de entrada de una generatriz 33. La turbina 28 coopera con un detector 34 que emite en salida unas impulsiones proporcionales al número de vueltas de la turbina 28. Por ejemplo la turbina 28 puede llevar un imán permanente que, cuando pasa perpendicularmente al detector 34, produce sobre un interruptor de hoja fina que comprende este detector 34, el cierre de un circuito eléctrico, por consiguiente engendra una impulsión en este circuito, el cual está unido a una unidad electrónica de explotación. Esta unidad electrónica de explotación se presenta aquí en forma de una tarjeta electrónica 35 soportada por el cuerpo 20. Dos condensadores en serie 36 y 37 están eléctricamente unidos a la generatriz 33 para formar el acumulador 5 de energía anteriormente
descrito.

En una variante, el detector 34 puede disponerse perpendicularmente a la pared 29 para detectar la rotación de la turbina 27. El aparato solamente comprendería entonces una sola turbina.

El macho de válvula esférico 24 de la válvula 12 está acoplada a una palanca de maniobra 38 terminada por una empuñadura 39. La palanca 38 puede girar alrededor del eje 40 entre una posición de abertura tal como la representada a la figura 2, en la cual la empuñadura 39 se extiende a lo largo del soporte 20 y una posición de cierre obturando la canalización en la cual la empuñadura 39 está situada sensiblemente verticalmente al eje 40. Un resorte 41 tiende a volver a traer la palanca 38 en la posición de obturación de la canalización.

La empuñadura está representada a la figura 2 abatida sobre el cuerpo 20 y mantenida en contra del efecto del resorte 41 en esta posición por un cerrojo 42 que puede escamotearse gracias a un accionador electromagnético 43 cuya alimentación está unida al acumulador 37 mediante un interruptor accionado por el circuito electrónico 35.

Se seguirá el ejemplo de la utilización del aparato según la invención en unión con una instalación de distribución de agua doméstica. El aparato insertado sobre el conducto general de alimentación de la instalación está normalmente en su estado representado a la figura 2, es decir que el macho de válvula esférico está abierto. Un consumo normal del agua ocasiona un flujo en el canal 21, teniendo este caudal por efecto de accionar la turbina 27 y por consiguiente producir gracias a la generatriz 33 una energía eléctrica tratada por unos medios apropiados y almacenada en el acumulador formado por las dos capacidades 36 y 37. Esta circulación engendra igualmente la rotación de la turbina 28 y por consiguiente la emisión de impulsiones reconocida por el circuito electrónico 35 y especialmente por su microcontrolador programado como siendo la señal de un consumo normal de agua. Se podría por ejemplo haber programado en el microcontrolador del circuito electrónico 35 el hecho de que un consumo normal de agua está caracterizado por un tiempo de trasiego continuo que no excede de algunos minutos o algunas decenas de minutos. Así, si se detecta un tiempo de trasiego superior a este umbral, es probable que éste sea significativo de un funcionamiento anormal de la instalación y exija una intervención tal como el corte de la canalización. En estas condiciones, el circuito electrónico 35 acciona la alimentación del accionador electromagnético 43 que escamota el cerrojo 42 permitiendo así a la palanca 38 volver gracias al resorte 41 a la posición de cierre de la canalización por el macho de válvula esférico 24. el rearme del dispositivo necesita una intervención manual.

A la figura 3, se ha representado por vista en detalle y esquemáticamente, un modo de realización posible de la turbina 27 y de su acoplamiento con la rueda dentada 31. Esta turbina 27 está montada en la cavidad 25 en rotación sobre una punta 27a, estando esta cavidad 25 cerrada herméticamente por una tapa 29 que tiene igualmente en su centro un pivote 44 de centrado de la turbina 27. La punta inferior 45 del pivote 44 reposa sobre una bola 46 de dureza suficiente para soportar sin desgaste los esfuerzos encontrados en este montaje. La turbina 27 tiene unos imanes 47 en parte superior frente a la tapa 29 mientras que la rueda 31 tiene en frente unos imanes 48 de polo opuesto, para estar magnéticamente acuñada en rotación con relación a la turbina 27. Lo mismo que anteriormente, la rueda 31 reposa sobre la tapa 44 por una punta 31a y queda centrada alrededor de un pivote 49 perteneciendo a un soporte 50 mantenido sobre el cuerpo 20.

A la figura 4 la variante de realización representada integra en una sola pieza la turbina y la parte giratoria de la generatriz. Es así que la turbina 27 tiene una extensión axial 27b que está encima y que lleva unos imanes laterales 51 de polos alternados. Esta turbina es como en el caso precedente mantenida en su sitio gracias a su punta 27a y al pivote 44 de una tapa 29a que aquí cubre la extensión 27b de la turbina 27. Alrededor de esta tapa 29a, se ha dispuesto unos enrollamientos 52 alrededor de las piezas polares 53 de manera que las variaciones de campo magnético en las piezas polares al paso de los imanes 51 engendran una corriente inducida alternativa en los enrollamientos 52 que está tratada y conducida en los acumuladores 36 y 37 susodichos. Esta generatriz multipolar es ventajosa puesto que puede producir suficientemente de corriente incluso a una velocidad relativamente baja de rotación de la turbina 27. Presenta además la ventaja de constituir por ella misma el captador de caudal. En efecto, la frecuencia de la corriente inducida es proporcional al caudal circulando en el conducto. Basta pues con unir la salida de la generatriz a la unidad electrónica para que esta última pueda detectar la frecuencia de la corriente engendrada. El microcontrolador integrado en la unidad eléctrica podrá entonces proceder a cualquier tratamiento útil de esta frecuencia. Si la frecuencia detectada es baja, puede ser la señal de una pérdida permanente. Si en cambio está al nivel correspondiendo a un trasiego normal pero sobre un periodo de tiempo anormalmente largo, será la señal de una rotura de canalización (lo que se encuentra especialmente en el caso de instalaciones de riego automático).

Las figuras 5, 6 y 7 son vistas en detalle de variantes de realización de medios de rearme del dispositivo.

A la figura 5 se ha representado la extremidad de maniobra del macho de válvula esférico giratorio 24. A esta extremidad, este macho de válvula comprende una rueda de trinquete simplificada 55 que está solicitada por el resorte 41 en el sentido A. La palanca 38 está montada libre en rotación sobre el macho de válvula más allá de la rueda 55. Tiene un orificio circular 56 en el cual un dedo 57 de la rueda puede desplazarse. Un trinquete 58, articulado 58a sobre el cuerpo del aparato, está solicitado por un resorte 59 en el sentido B. El trinquete está unido al núcleo 60 de un electro-imán 61.

Una impulsión eléctrica proviniendo de los condensadores y accionada por la unidad electrónica hace pivotar el trinquete 58 en el sentido contrario de B. El trinquete escapa entonces de la ruede de trinquete 55 que puede girar en el sentido A. El macho de válvula está entonces en su posición de obturación y el dedo 57 ha alcanzado la extremidad 56a del orificio 56. Una maniobra manual de la palanca 38 en el sentido C acciona por el dedo 57 la rueda 55 hasta que el trinquete caiga detrás del diente 55a de la rueda (en el sentido C). El dispositivo está entonces rearmado. La palanca 38 está entonces libremente abatida a lo largo del cuerpo del aparato.

A la figura 6 se ha representado un medio de mantenimiento de la palanca 38 equivalente al cerrojo 42, que consiste en una ventosa magnética 62 (imán permanente) sobre la cual viene a pegarse la palanca. Este imán está colocado al centro de una bobina 63, que cuando está con corriente, engendra un campo magnético inverso al del imán.

La palanca está entonces liberada y el macho de válvula puede cerrarse.

A la figura 7 se ha simplemente ilustrado el hecho de que en el caso por ejemplo de la figura 4, la palanca 38 puede estar concebida como un cuadrado de maniobra 64 del macho de válvula, para rearmar el aparato, pudiendo después este cuadrado desacoplarse del macho de válvula y guardarse al lado del aparato, las uniones entre palanca y macho de válvula descritas en relación a las figuras 4 y 6 se llaman uniones desembraguables.

Finalmente mencionaremos que es posible utilizar el aparato de la invención como una válvula de aislamiento general de la instalación. Basta con prever un órgano de mando manual auxiliar (por ejemplo un botón pulsador) que cuando está accionado forma un interruptor para crear una alimentación eléctrica del cerrojo electromagnético y por consiguiente una liberación del macho de válvula vuelto a su estado de cierre por el resorte 41. Es preferible, en este caso, prever una realización del tipo de las figuras 4 a 6 donde el cierre no ocasiona un movimiento de la palanca 38 que podría sorprender incluso dañar a la persona que actúa sobre el botón pulsador.

Claims (6)

1. Dispositivo de seccionamiento de una canalización (21) de fluido, comprendiendo un captador (28, 34) de caudal de fluido en la canalización, emitiendo en salida una señal función de la cantidad de fluido circulando en esta canalización, una unidad electrónica de tratamiento y de explotación de la señal susodicha y un órgano de corte con unos medios de accionamiento (38, 39,41) reunidos en un aparato único que está atravesado por un canal interno (21) formando trozo de canalización y comprendiendo a tal efecto unos órganos de empalme (22, 23) a las partes más arriba y más abajo de esta canalización con relación a este trozo (21), caracterizado porque comprende una fuente de energía eléctrica autónoma constituida por una generatriz (4) de corriente alternativa, acoplada a una turbina (27) animada por el caudal de fluido circulando en la canalización y asociada a al menos un acumulador electrónico (36, 37), alojados en el aparato único, porque el órgano de corte comprende un obturador (24) del canal interno (21) móvil entre una primera posición de abertura del canal y una segunda posición de obturación de este último, comprendiendo los medios de accionamiento de este órgano de corte un órgano de retroceso (41) del obturador en dirección de su segunda posición, un órgano de maniobra (38, 39) manual del obturador en dirección de su primera posición en contra del efecto del órgano de retroceso y un cerrojo (42) de mantenimiento del obturador en su primera posición con un accionador electromagnético (43) y porque la unidad electrónica comprende un medio de mando de la alimentación eléctrica del accionador electromagnético (43) por el acumulador.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la generatriz forma el captador susodicho, estando la señal constituida por la frecuencia de la corriente generada.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad electrónica (7, 35) de tratamiento de las señales del captador (28, 34) y de mando de la alimentación eléctrica del accionador electromagnético (43) por el acumulador (36, 37), está alojada en el aparato único.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el aparato único comprende un cuerpo (20) ahuecado del canal interno, equipado de los medios de empalme (22, 23) de este último a una canalización y formando el soporte único de la generatriz (33), del acumulador (36, 37), de la unidad (7, 35) electrónica del cerrojo (42) y del accionador (43).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el cerrojo está formado por una rueda de trinquete (55) solidaria al obturador (24), de un trinquete (58) cooperando con la rueda de trinquete para oponerse a su rotación en un sentido (A) y de un electroimán (60, 61) de accionamiento del escape del trinquete (58).

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el órgano de maniobra manual está enganchado de manera desembraguable al obturador.