ES2274162T3 - Dispositivo para accionar bombas electronicas en sistemas de distribucion de liquidos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para accionar bombas eléctricas para sistemas de distribución de agua, caracterizado porque comprende un cuerpo hidráulico hueco (10), para ser asociado con una bomba eléctrica (11) con un motor eléctrico monofásico, que forma internamente un conducto principal (18) con unos conectores extremos (19, 20) para la conexión al sistema hidráulico, conteniendo dicho conducto principal (18) un interruptor controlado por flujo (21) que coopera con un detector de presión (29) que está asociado con dicho cuerpo (10) y está acoplado a una unidad de reducción de presión electrónica que funciona reduciendo la velocidad de giro del motor según una variación de tensión seleccionada de entre una producida en un enrollado principal del motor y una en la línea de suministro de energía eléctrica.
Description
Dispositivo para accionar bombas electrónicas en
sistemas de distribución de líquidos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para accionar bombas eléctricas en sistemas de
distribución de líquidos.
El dispositivo es utilizado particularmente
aunque no de forma exclusiva en sistemas de distribución de
agua.
En el campo de dispositivos de accionamiento
para bombas eléctricas, existe actualmente un subconjunto de
diversos sistemas que pueden ser divididos principalmente en tres
grandes familias: dispositivos de accionamiento controlados por
presión, dispositivos de accionamiento controlados de presión y
flujo y dispositivos de accionamiento de presión controlada (que
utilizan un inversor).
El accionamiento controlado de presión y flujo
dispone la presencia de un detector de flujo (interruptor controlado
por flujo), el cual resulta generalmente del tipo ON/OFF para
determinar el flujo "0" (flujo de referencia con presión
máxima) y de un detector de presión para medir la "P de
arranque" o la presión en la que debe arrancar la bomba.
El arranque de la bomba se produce de dos
maneras:
- debido al flujo, cuando una solicitud
inmediata para flujo (superior al límite de la medida del caudal
regulado, por ejemplo regulado a aproximadamente 3 l/(min) llega
desde el sistema, por ejemplo al abrir un grifo;
- debido a la presión, cuando ocurre el goteo en
alguna parte del sistema o hay una pequeña demanda de flujo
(inferior al límite de la medida del caudal regulado, el cual está
regulado por ejemplo aproximadamente 3 l/min), que ocasiona un
disminución en la presión.
La bomba se detiene en cambio sólo debido al
flujo, es decir, el interruptor controlado por flujo verifica si se
ha alcanzado la condición de flujo "0", o se ha alcanzado una
medida del caudal en el sistema que resulta inferior al límite de
la medida del caudal regulado.
Aunque este tipo de accionamiento se utiliza
comúnmente y de forma extendida debido a que tiene una simple
estructura y ajuste, todavía presenta problemas sin resolver.
Por ejemplo, si la presión combinada, y el
interruptor controlado por flujo siempre se para en el punto "P
max", que corresponde al punto de flujo "0", esto significa
que el sistema se mantiene constantemente en la presión máxima
generada por la bomba.
Si la bomba en el sistema está sobredimensionada
o hay control deficiente de la presión en la entrada a la bomba
(como ocurre frecuentemente en sistemas domésticos), puede
producirse una situación en la que el "P max" es demasiado
elevado y ocasiona graves consecuencias para el cierre hermético de
las válvulas de seguridad de las piezas sanitarias, con el comienzo
de los esfuerzos intensos que afectan diversos dispositivos y con
posible inundación.
Otros dispositivos para accionar bombas
eléctricas se conocen también a partir de los documentos US nº
5.240.380 A, EP 0 390 627 A, JP 54 069802 A, DE 42 43 118 A o US nº
6.234.759 B.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un dispositivo para accionar bombas eléctricas para
sistemas de distribución de agua que resuelva los inconvenientes
observados anteriormente de la técnica anterior.
Dentro de esta finalidad, un objetivo de la
presente invención consiste en disponer un dispositivo para accionar
bombas eléctricas para sistemas de distribución de agua que logra
el efecto de reducir la presión sin causar ninguna pérdida de
carga.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en proporcionar un dispositivo para accionamiento de bombas
eléctricas para sistemas de distribución de agua que reduce la
presión sólo próxima a la presión máxima, manteniendo sin
alteración la eficacia y rendimiento en la posibilidad de
funcionamiento restante de la bomba.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un dispositivo para accionar bombas eléctricas para
sistemas de distribución de agua que resulta físicamente un módulo
separado que puede ser aplicado sin dificultad a una bomba estándar
para convertirla en una bomba de accionamiento controlado.
Este y otros objetivos que se pondrán más
claramente de manifiesto a continuación se alcanzan mediante un
dispositivo para accionar bombas eléctricas para sistemas de
distribución de agua, caracterizado porque comprende un cuerpo
hidráulico perforado, para ser asociado con una bomba eléctrica con
un motor eléctrico monofásico, la cual forma internamente un
conducto principal con conexiones finales para conexión al sistema
hidráulico, conteniendo dicho conducto principal un interruptor
controlado por el flujo que coopera con un detector de presión que
está asociado con dicho cuerpo y que se acopla a una unidad de
reducción de presión electrónica que funciona reduciendo la
frecuencia de rotación del motor según una variación de tensión
elegida entre una producida en el bobinado principal y uno en la
línea de suministro de energía eléctrica.
Características y ventajas adicionales de la
presente invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir
de la siguiente descripción detallada de una forma de realización
preferida aunque no exclusiva de la misma, ilustrada a título de
ejemplo no limitativo en los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una primera vista en sección,
siguiendo un plano longitudinal, de un dispositivo según la
invención;
la Figura 2 es una segunda vista en sección,
siguiendo la línea II-II de la Figura 1;
la Figura 3 es una tercera vista en sección,
siguiendo la línea III-III de la Figura 1;
la figura 4 es un diagrama de la medida del
caudal Q-H/cabeza (presión) de una bomba dispuesta
con el dispositivo según la invención;
las figuras 5 y 6 son unas vistas de dos etapas
del elemento de ajuste del dispositivo según la invención en una
bomba.
Con referencia a las figuras, un dispositivo
para accionar bombas eléctricas para sistemas de distribución de
agua comprende un cuerpo hidráulico perforado, generalmente
designado por el número de referencia 10, para ser asociado con una
bomba eléctrica 11, según se pondrá más claramente de manifiesto a
continuación, que tiene un motor eléctrico monofásico.
El cuerpo 10 hidráulico está provisto de una
pequeña cámara de compensación 12, formada por una membrana 13 que
está dispuesta de forma que sus bordes se encuentran sobre una
abertura 14 de la misma con una pestaña 15 y mediante una cubierta
curvada 16 que cierra el conjunto y se fija a la pestaña 15 por
medio de unos tornillos 17.
La membrana 13 resulta interpuesta y fijada por
medio de bordes entre el saliente 15 y la cubierta
16.
16.
El cuerpo 10 hidráulico forma internamente un
conducto principal 18 cuyo eje se encuentra dispuesto
perpendicularmente al eje de la cubierta 16, con unas conexiones
extremas 19 y 20 para la conexión al sistema hidráulico, el cual no
se muestra en las figuras para una mayor claridad.
Un interruptor controlado por flujo 21 está
dispuesto en el conducto 18 principal y está constituido por un
elemento de control de flujo 22 en forma de disco con un anillo 23
estanco que actúa sobre un asiento 24 del cuerpo 10.
El elemento de control de flujo 22 presenta, en
un lado, unos apéndices 25 periféricos longitudinales para guiar en
el conducto 18 y, sobre el lado opuesto, un vástago 26 axial que
está rodeado por un muelle 27 helicoidal cilíndrico, el cual está
comprimido entre el elemento de control de flujo y un elemento 28
tubular, que está dispuesto en el conducto 18 y por el cual pasa el
vástago 26; dicho muelle empuja dicho elemento de control de flujo
de manera que forme una junta hermética contra el asiento 24.
Un detector de presión analógico 29 conocido por
sí mismo se dispone en un asiento 30 formado en un saliente 31 de
un cuerpo 32 en forma de semicaja, el cual se fija por medio de unos
tornillos 33 al cuerpo 10 hidráulico en ángulos rectos a la cámara
12 y paralelo al eje longitudinal del conducto 18.
El detector de presión analógico 29 está
conectado al cuerpo 10 hidráulico por medio de un primer conducto
34 secundario, el cual está formado en el saliente 31 e incluye un
detector de temperatura del tipo NTC, no mostrado en las
figuras.
Los anillos de sellado 35 están dispuestos entre
el saliente 31 y el cuerpo 10 hidráulico.
Para tener una medida de presión exacta, el
detector 29 está conectado, sobre el lado opuesto con respecto al
primer conducto 34 secundario, a la presión atmosférica por medio de
un segundo conducto 36 secundario dispuesto el cuerpo 32 en forma
de semicaja.
El conjunto del detector de presión 29 descansa
sobre un panel electrónico 37, que está fijado dentro del cuerpo 32
en forma de semicaja.
El panel electrónico 37 comprende una unidad de
reducción de presión electrónica (no mostrada en las figuras), que
reduce la presión disminuyendo la velocidad de giro del motor
eléctrico sin ocasionar ninguna pérdida de carga (de forma
diferente que las unidades de reducción de presión mecánica).
La reducción de presión se produce sólo en la
zona que es considerada "critica", es decir, próxima a la
presión máxima, manteniendo inalterados el rendimiento y eficacia
sobre el intervalo restante de funcionamiento "real" de la
bomba.
La reducción de la velocidad de giro del motor
se produce únicamente variando la tensión del enrollado principal
de dicho motor, el cual presenta el tipo de fase única.
Se dispone también una versión que actúa
variando la tensión de la línea de suministro de energía.
Más particularmente, la variación de la tensión
se logra reduciendo la forma de onda de la tensión, por medio de un
triac 38, o reconstruyendo la amplitud de la forma de onda de la
tensión por medio de un MOSFET (tecnología PWM), no mostrada.
Puesto que ambos se cruzan por la corriente, se
sobrecalientan debido al efecto Joule y por lo tanto deben ser
refrigerados.
En el campo de la electrónica, el componente es
por lo general refrigerado mediante convección, es decir, por medio
de una lámina de aluminio que se fija mecánicamente a él.
En el caso del dispositivo según la invención,
el triac 38 tiene refrigeración dinámica, la cual se dispone
descansándolo sobre un inserto de bronce 39 localizado en el cuerpo
10 hidráulico en contacto con el líquido bombeado.
Para proporcionar aislamiento entre el triac 38
y el inserto 39, se interpone una capa y preferentemente dos o más
capas 40, necesariamente de acuerdo con los estándares con un grosor
de 1 mm cada una, y se fabrican de alúmina, un material que tiene
un elevado poder aislante mientras que mantiene buena conductividad
de calor.
Con relación al funcionamiento, por medio del
detector 29 es leída la presión, e interpolando el valor de la
variación de tensión con el valor de la presión, se obtiene la curva
registrada en líneas discontinuas en la Figura 4 (que varía desde
la curva sólida continua de la bomba en funcionamiento
estándar).
Con la actualización continua y automática de la
lectura de los datos de presión, interpolando la variación de
tensión, el sistema es capaz de variar la velocidad de giro del
motor y en consecuencia mantener constante por ejemplo el valor
P max -
20%
hasta que se replica el rendimiento
original de la
curva.
Por medio de un regulador (no mostrado en las
figuras) para ajustar la parte de presión entre P max y P max -20%,
es posible reducir o mantener normal la presión proporcionada por la
bomba.
Para proteger la bomba contra el hielo, cuando
el dispositivo según la invención, por medio del detector de
temperatura integrado en el detector de presión 29, detecta una
temperatura interna que resulta más baja que un valor regulado, por
ejemplo +2-3ºC, mediante un control realizado por
medio de un microcontrolador, el dispositivo emite una serie de
activaciones forzadas para mantener el líquido dentro de la bomba en
movimiento, evitando así su congelación y consiguiente
cristalización.
Según decrece la temperatura, las activaciones
forzadas son cada vez más frecuentes y más largas, de acuerdo con
las regulaciones determinados de antemano en el microcontrolador
durante el procedimiento de fabricación, que protege la bomba a una
temperatura límite de por ejemplo -10ºC.
El dispositivo de acuerdo con la invención
(figuras 5 y 6) está contenido en un módulo 50 en forma de caja, el
cual puede ser aplicado a una bomba 11 estándar para convertirla en
una bomba de accionamiento controlada por medio de sencillas
operaciones de retirada de una cubierta 41 de banda terminal de la
bomba 11 estándar, que aplica una conexión de acoplamiento 42 a la
bomba 11, y ajusta el módulo 50 obteniendo así un producto
automático y compacto por medio de sencillas operaciones.
En la práctica se ha encontrado que la invención
descrita ha resuelto las desventajas observadas en la técnica
anterior.
De hecho, está previsto un dispositivo para
accionar bombas eléctricas para sistemas de distribución de agua,
el cual logra el efecto de reducir la presión sin ocasionar ninguna
pérdida de carga.
La presión se mantiene a niveles que no
presentan consecuencias para la tensión de las válvulas de seguridad
de los aparatos sanitarios y no ocasionan esfuerzos intensos que
afectan diversos disposi-
tivos.
tivos.
El dispositivo reduce únicamente la presión que
está próxima a la presión máxima, que mantiene inalteradas la
eficacia y rendimiento en el intervalo restante de funcionamiento de
la bomba.
El dispositivo, además, resulta físicamente un
módulo independiente que puede ser aplicado sin dificultad a una
bomba estándar para convertirla en bomba de accionamiento
controlado.
La invención resulta así susceptible de
numerosas modificaciones y variaciones, todas las cuales se
encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas;
todos los detalles pueden ser además remplazados con otros elementos
técnicamente equivalentes.
En la práctica, los materiales empleados,
mientras que se encuentren compatibles con la utilización
específica, así como las dimensiones, pueden resultar cualquiera de
acuerdo con los requerimientos y el estado actual de la técnica.
Cuando las características técnicas mencionadas
en cualquier reivindicación están acompañadas por signos de
referencia, los signos de referencia se han incluido con el único
propósito de mejorar la inteligibilidad de las reivindicaciones y en
consecuencia tales signos de referencia no tienen ningún efecto
limitativo con respecto a la interpretación de cada elemento
identificado a título de ejemplo por los signos de
referencia.
referencia.
Claims (11)
1. Dispositivo para accionar bombas
eléctricas para sistemas de distribución de agua,
caracterizado porque comprende un cuerpo hidráulico hueco
(10), para ser asociado con una bomba eléctrica (11) con un motor
eléctrico monofásico, que forma internamente un conducto principal
(18) con unos conectores extremos (19, 20) para la conexión al
sistema hidráulico, conteniendo dicho conducto principal (18) un
interruptor controlado por flujo (21) que coopera con un detector
de presión (29) que está asociado con dicho cuerpo (10) y está
acoplado a una unidad de reducción de presión electrónica que
funciona reduciendo la velocidad de giro del motor según una
variación de tensión seleccionada de entre una producida en un
enrollado principal del motor y una en la línea de suministro de
energía eléctrica.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho detector de presión (29) es
analógico y está localizado en un asiento (30) que está formado en
un saliente (31) de un cuerpo (32) en forma de semicaja, que está
fijado por medio de unos tornillos (33) a dicho cuerpo hidráulico
(10) que se encuentra dispuesto en paralelo al eje longitudinal de
dicho conducto principal (18), estando conectado dicho detector de
presión (29) a dicho cuerpo hidráulico (10) por medio de un primer
conducto secundario (34), el cual está formado en dicho saliente
(31), y estando conectado, sobre el lado opuesto con respecto a
dicho primer conducto secundario (34), a la presión atmosférica por
medio de un segundo conducto secundario (36) que está dispuesto en
dicho cuerpo (32) en forma de semicaja.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho detector de presión analógico (29)
incluye un detector de temperatura.
4. El dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el conjunto de dicho detector de presión
(29) descansa sobre un panel electrónico (37), el cual está fijado
en el interior de dicho cuerpo (32) en forma de semicaja y
comprende dicha unidad de reducción de presión electrónica.
5. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicha variación de tensión se logra
seleccionando entre los procedimientos de reducción de la forma de
onda de la tensión por medio de un triac (38) y de reconstrucción
de la amplitud de la forma de onda de la tensión mediante MOSFET
(tecnología PWM).
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque dicho triac (38) o MOSFET es refrigerado
por contacto contra un inserto metálico (39) que está presente en
dicho cuerpo hidráulico (10) en contacto con el líquido
bombeado.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque por lo menos una capa (40) de alúmina se
encuentra interpuesta entre dicho triac (38) o MOSFET y dicho
inserto (39).
8. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende un regulador para ajustar la
regulación de la presión máxima real para el funcionamiento
controlado de dicha bomba
(11).
(11).
9. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho cuerpo hidráulico (10) está
provisto de una cámara de compensación (12) cuyo eje se encuentra
dispuesto perpendicularmente al eje de dicho conducto principal
(18), estando formada dicha cámara por una membrana (13) que está
dispuesta en una de sus aberturas (14) con una pestaña (15) y por
una cubierta curvada (16), que cierra el conjunto y está fijada por
medio de unos tornillos (17) a la pestaña (15).
10. Dispositivo según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque si dicho
detector de temperatura integrado en dicho detector de presión (29)
detecta una temperatura interna que es inferior a una temperatura
regulada, por medio de un control realizado por un microcontrolador,
emite una pluralidad de activaciones forzadas reguladas durante el
procedimiento de fabricación, para mantener el líquido en el
interior de la bomba en movimiento, evitando así su congelación y en
consecuencia la cristalización.
11. Bomba eléctrica, caracterizada
porque comprende un dispositivo según una o más de las
reivindicaciones anteriores.
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