ES2284359A1 - Dispositivo para la recuperacion de parte de la energia residual de los vertidos de agua sanitaria. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la recuperación de parte de la energía residual de los vertidos de agua sanitaria (doméstica, de los servicios o de la industria) que consta de cuatro partes fundamentales: serpentín, cámara seca, cuba y detector de fugas. El agua tomada de la red (1) pasa a través de uno o más serpentines (2) en contacto con el interior de las paredes de su respectiva cámara seca (3) tomando parte del calor del agua contenida en la cuba (4) y llegando al consumo (5) con una temperatura superior a la de entrada. El agua de consumo utilizada es vertida por los desagües (6) en la cuba donde, antes de ser enviada a la red general de vertidos (7), habrá transmitido parte de su calor al agua de consumo. El elemento detector de fugas (8) avisa de la eventual humedad en la cámara seca.
Description
Dispositivo para la recuperación de parte de la
energía residual de los vertidos de agua sanitaria.
La invención se encuadra en el sector técnico de
procesos de intercambio de calor entre dos fluidos. Concretamente
en el calentamiento del agua de alimentación a un sistema con el
calor residual del agua de retorno. Los dispositivos de intercambio
de calor entre dos corrientes de agua se han desarrollado
fundamentalmente en la industria por razones obvias, sin embargo,
no están generalizados en aplicaciones domésticas y similares.
La eficiencia energética en el ámbito doméstico
está siendo contemplada como un objetivo prioritario para la
normativa europea y la española en particular.
Así lo demuestra la reciente aparición de
normativa que desarrolla reglas y recomendaciones en esa línea:
- a)
- Directiva 93/76/CEE (Limitación de emisiones de CO_{2} mediante la mejora de la eficacia energética).
- b)
- Directiva 2002/91/CE (Eficiencia energética de los edificios).
- c)
- ORDEN ECO/3888/2003, BOE 3 de febrero de 2004 (Aprobación del Documento de Estrategia de ahorro y eficiencia energética en España 2004-2012).
El principio fundamental de esta invención es el
intercambio de calor, sobradamente conocido y aplicado. En la gran
mayoría de las aplicaciones lo importante es la eficiencia del
intercambio de calor, dejando en un segundo plano la contaminación
entre los circuitos primario (el que cede calor) y secundario (el
que absorbe calor). El diseño tradicional atiende fundamentalmente
al rendimiento del equipo, es decir, obtener el máximo
aprovechamiento de un calor residual o el mínimo consumo energético
en un proceso de calentamiento.
El dispositivo que se propone en esta invención
constituye en sí mismo una novedad por dos razones
fundamentales:
- a)
- La garantía de no contaminación entre circuitos prevalece sobre la eficiencia o rendimiento el proceso. Al tratarse de agua que, en parte, va directamente dirigida al consumo humano, no se deben asumir riesgos de contaminación por los vertidos. Pero ello no debe ser obstáculo para recuperar parte de ese calor que inevitablemente se perderá si no se hace nada. El dispositivo que se preconiza permite recuperar una parte de esa energía, materializada en un incremento de la temperatura del agua que va a consumirse.
- b)
- En su ámbito de aplicación no se conoce la existencia de dispositivos cuyo objetivo sea el incrementar la temperatura del agua de consumo humano utilizando la energía residual del conjunto de los vertidos (principalmente domésticos, aunque también tiene aplicación en otras instalaciones de los sectores servicios e industrial).
En cualquier caso, actualmente el calor residual
se va con los vertidos a la red general, por lo que en las
instalaciones existentes no se presta atención al aislamiento de
las tuberías de alimentación y de desagüe. Aún así, es posible
obtener resultados de su aplicación, sobre todo cuando se instala
en edificios comunitarios donde se ponen de manifiesto las
economías de escala.
Si su aplicación se hiciera extensiva a las
nuevas construcciones, los resultados serían sustancialmente más
importantes cuando se procediera al aislamiento térmico de las
conducciones de alimentación y de vertidos de aguas, además de a la
instalación de este dispositivo.
Uno de los aspectos a los que se refiere la
Directiva 2002/91/CE es el agua caliente utilizada en los hogares.
La mayor parte del agua consumida se calienta hasta la temperatura
de utilización por los diferentes servicios domésticos (bien sea
para su utilización directa o mezclada con fría). El resultado es
que se calienta la mayor parte del agua (supondremos que es el 80%
de la totalidad del consumo). El otro 20% supondremos que se
vierte, siempre fría, a través de los inodoros, no formando parte
de los vertidos a los que nos referimos aquí. Una estimación de
carácter moderado nos indica que, si tenemos en cuenta los
diferentes usos del agua doméstica, podríamos considerar que la
temperatura media de utilización es de 38ºC, mientras la
temperatura de llegada del agua procedente de la red está entorno a
los 19ºC (esta media considera que la temperatura oscila entre 14ºC
en invierno y 24ºC en verano, o incluso cifras inferiores en
algunas poblaciones).
Las estadísticas reflejan que el consumo medio
de agua por persona y día está en unos 125 litros. Si como elemento
de referencia tomamos la familia formada por tres miembros
(actualmente la media en España), y la consideramos como unidad de
consumo, estamos ante 375 litros/día. Si esta familia tipo calienta
el 80% del agua consumida hasta 38ºC partiendo de 19ºC, la energía
necesaria para ello sería: 375 l/d x 80% x
(38-19)ºC = 5.700 Kcal/día, lo que es equivalente a
6,60 kwxh/día. (Estos kwxh equivalentes deben ser suministrados por
las fuentes energéticas habituales, gas o electricidad).
En todo caso esta energía se vierte por los
desagües, después de ceder algo de calor al medio en que realiza su
función. También cederá algo de calor a lo largo de su recorrido
hasta la red general de vertidos.
Antes de llegar a la red general podría
extraerse el calor residual que lleva el agua desechada en
beneficio del agua de entrada (consumo), en línea con la política de
eficiencia energética.
El sistema que se propone sirve para recuperar
parte de esa energía, que actualmente se tira en su totalidad.
Suponiendo que sólo recuperásemos el 25% (el 75% restante se
perdería en los medios que utilizan el agua, trayectos de desagüe y
rendimiento de intercambio) de toda la energía consumida durante 330
días al año, el ahorro obtenido sería: 6,60 x 330 x 25% = 544,5
kwxh. Este ahorro supondría una disminución de las emisiones de
CO_{2} de 275 kg por familia tipo y año.
Analizándose desde la perspectiva del ahorro por
cada ºC que logremos incrementar la temperatura del agua que va a
consumirse:
375 \ l/d \ x
\ 80% \ x \ 1^{o}C \ x \ 330 \ d/año = 99.000 \ Kcalx^{o}C/ano = 115
\ kwxhx^{o}C/año
Lo que es equivalente a 58 kg de CO_{2} por
familia tipo, ºC y año.
Sobre la Fig. 1 (Esquema de Principio) se
explica el funcionamiento del dispositivo para la recuperación de
parte de la energía residual de los vertidos de agua sanitaria,
reflejando sus componentes fundamentales:
- a)
- Serpentín de agua a presión de la red (2) (Nota: El número de elementos se determinará en función del consumo y para asegurar la máxima eficiencia del sistema)
- b)
- Elementos de unión entre serpentines (11)
- c)
- Cámara seca de separación a presión atmosférica (3)
- d)
- Cuba de vertidos a presión atmosférica (4)
- e)
- Indicador de fugas (8)
- f)
- Elementos de conexión del indicador de fugas (9) y (10)
- g)
- Recubrimiento aislante del conjunto (12).
Así como otros auxiliares que, no formando parte
del dispositivo en sentido estricto, aseguran su integración en la
instalación y contribuyen a los objetivos del mismo (No obstante,
en algún caso podrían ser integrados en el dispositivo):
- a)
- Válvulas del circuito primario o vertidos: de bypass (15) y de bloqueo (16)
- b)
- Válvulas del circuito secundario o consumo: de bypass (13) y de bloqueo (14).
El agua de consumo de la red general accede a
los serpentines (2) por la conexión (1) y sale por la conexión (5)
estando las válvulas de bloqueo (14) abiertas y la de bypass (13)
cerrada. La posición inversa de estas válvulas servirá para dejar el
dispositivo fuera de servicio. En cualquier caso, el agua
procedente de la red llega al punto de consumo.
El agua procedente de los vertidos accede a la
cuba (4) por la conexión (6) y sale por la conexión (7) estando las
válvulas de bloqueo (16) abiertas y la de bypass (15) cerrada. La
posición inversa de estas válvulas servirá para dejar el dispositivo
fuera de servicio. En cualquier caso, el agua de vertidos llega al
punto de conexión a la red general.
Las conexiones del circuito primario en la cuba
están dispuestas de tal manera que siempre permanece llena. Las
cámaras secas (3) aseguran un doble aislamiento entre los circuitos
primario y secundario, realizándose la transmisión de calor entre
ambos a través de las paredes de aquéllas. Dichas cámaras secas
están dispuestas en "zig-zag" configurando un
camino óptimo para la circulación de los vertidos en el interior de
la cuba.
El recubrimiento aislante (12) es una especie de
envoltorio o caja con tapa que envuelve totalmente las restantes
partes del dispositivo (excepto el indicador de fugas) y garantiza
un óptimo rendimiento del intercambio de calor.
El indicador de fugas (8) sirve para señalizar
una eventual contaminación de las cámaras secas, que se debería a
una fuga en cualquiera de los dos circuitos. De esta manera, se
manifiesta la necesidad de una reparación en alguno de los circuitos
mientras se sigue manteniendo la estanqueidad absoluta entre
ambos.
La Fig. 2 muestra una vista general del
dispositivo, sin la tapa ni cubierta aislante, donde se aprecia una
forma de integrar las diferentes partes del mismo. Se destaca la
disposición en "zig-zag" de las cámaras secas
(3) y la unión en serie de los diferentes serpentines (11).
La Fig. 3 muestra la vista superior del
dispositivo.
La Fig. 4 muestra la vista frontal del
dispositivo.
La Fig. 5 muestra la vista lateral del
dispositivo.
El dispositivo que se preconiza es muy sencillo
de ejecutar, ya que para casi todos sus componentes existen
elementos normalizados. No obstante, siguiendo las figuras, haremos
unas breves indicaciones para facilitar el proceso de fabricación de
este dispositivo.
En la Fig. 2 se puede ver el serpentín (2) y
cámara seca (3), que constituyen el circuito de consumo o circuito
secundario del intercambio de calor. El serpentín del circuito de
consumo estará fabricado en tubo metálico de las dimensiones
adecuadas a las condiciones de caudal y presión de la red general
de agua y del material más adecuado al conjunto. Las
interconexiones entre los diferentes componentes (salvo que
estuviera construido de una sola pieza mediante tubo curvado) serían
soldadas (preferentemente). La cámara seca de separación es la
cavidad donde se aloja cada uno de las etapas del serpentín. Se
trata de una caja metálica, estanca, cuyas dimensiones mayores
(largo y alto) se acomodarán al tamaño resultante del serpentín y a
las dimensiones de la cuba y su menor dimensión (ancho) al diámetro
exterior del tubo del serpentín. En una de sus caras, por la parte
interior, irá soldado el tubo del serpentín (2) con el fin de
mejorar la transmisión térmica; esta misma cara, por su parte
exterior podría llevar algún tipo de aleteado. Las otras caras
pueden ejecutarse de una sola pieza mediante dobleces para dar la
forma. Se asegurará su estanqueidad soldando los dobleces. En
construcciones de poca capacidad (unifamiliares) esta cavidad
podría ser prefabricada y recibir al serpentín mediante inserción
por su cara abierta. La cámara seca se conecta con el exterior a
través de un "racor" y "latiguillo" rígido o flexible
(9).
Las figuras 2, 3, 4 y 5 reflejan el dispositivo
en su conjunto, sin los elementos auxiliares (válvulas) de conexión
a las redes de consumo y vertidos y sin el recubrimiento aislante.
La cuba de vertidos (4) es un recipiente estanco que trabaja a
presión atmosférica, por lo que su construcción podría ser variable
en forma y materiales, constituyendo el circuito primario del
intercambio de calor. Su dimensionamiento será el adecuado para
retener la cantidad de vertido que corresponda a un consumo de agua
durante un tiempo suficiente para que se optimice el intercambio de
calor. La entrada de vertidos a la cuba se realiza mediante la
conexión (6) y su salida mediante la conexión (7). En la Fig. 2, en
un corte realizado sobre una de las cámaras (3) se aprecia su
correspondiente serpentín (2). También se aprecia la interconexión
(11) entre dos módulos de serpentín. El indicador de fugas (8)
mediante los colectores (10) recoge las eventuales humedades de las
cámaras secas (3), que están conectadas al exterior mediante los
latiguillos (9). Dicho indicador tiene por función detectar una
determinada cantidad de agua vertida en las cámaras secas y su
resultado es el aviso de esa eventualidad con el fin de que la fuga
sea corregida. El modo de conseguirlo podría ser cualquiera de los
habituales (flotador o cualquier otro principio de detección de
nivel, detector de humedad, etc.).
El recubrimiento aislante del conjunto, que no
aparece reflejado en las figuras para simplicidad de las mismas, no
es más que una capa de material aislante térmico convencional que
envuelve el dispositivo (excepto al indicador de fugas, caso de
necesitar ser visible) y que puede ser desmontado por partes para
acceder a los diferentes elementos. Su finalidad es la de confinar
la energía residual de los vertidos y que la mayor parte de esa
energía sea transmitida al circuito secundario.
Conjunto de auxiliares de maniobra: se trata de
las válvulas de bypass del circuito de consumo y de bloqueo del
mismo y las válvulas de bypass del circuito de vertidos y de
bloqueo del mismo. Estas válvulas podrían estar equipadas con
accionamientos automáticos para actuación remota si la importancia
de la instalación lo requiriese. Adicionalmente formarían parte del
conjunto de auxiliares otros elementos de instrumentación como
manómetros, termómetros, indicadores de nivel, presostatos, etc.
cuya función sería realizar automatismos y/o aportar datos para
cuantificar el comportamiento del dispositivo. En cualquier caso se
trata de elementos estándares del mercado. Este conjunto de
auxiliares de maniobra podría interactuar con el indicador de fugas
automatizando la puesta en "fuera de servicio" del dispositivo
en caso necesario.
Claims (4)
1. Dispositivo para la Recuperación de Energía
de los Vertidos de Agua, particularmente para instalaciones de agua
sanitaria, que teniendo por finalidad el aprovechamiento de parte
de la energía calorífica almacenada en los vertidos de aguas, se
caracteriza porque está constituido por un recipiente (4) de
recogida de los vertidos procedentes de los diferentes desagües y
una o más cámaras secas (3) que alojan los respectivos serpentines
(2) por los que circula el agua de consumo, asegurando la
estanqueidad total entre los circuitos de consumo y vertidos, y un
conjunto de válvulas que permiten su mantenimiento sin interrupción
del servicio de ambos circuitos.
2. Dispositivo para la Recuperación de Energía
de los Vertidos de Agua, según la primera reivindicación,
caracterizado porque las cámaras secas (3) dotan al
dispositivo de una doble pared entre los circuitos de consumo y de
vertidos. Esta característica es la que asegura la no contaminación
del agua de consumo con el agua de vertidos.
3. Dispositivo para la Recuperación de Energía
de los Vertidos de Agua, según las anteriores reivindicaciones,
caracterizado por la conexión (9) entre la cámara seca y el
exterior, hasta un indicador de fugas (8), que permite la detección
de una eventual fuga en cualquiera de los dos circuitos.
4. Dispositivo para la Recuperación de Energía
de los Vertidos de Agua, según las anteriores reivindicaciones que,
opcionalmente, puede equiparse con elementos de instrumentación (de
presión, temperatura, nivel o caudal) que actúen adecuadamente
sobre las válvulas (en este caso válvulas dotadas con dispositivos
de accionamiento automático) en orden a automatizar las operaciones
de desconexión con las redes de consumo y vertidos, y dar las
alarmas y avisos previos que se estime oportuno.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES200502758A ES2284359B1 (es) | 2005-11-11 | 2005-11-11 | Dispositivo para la recuperacion de parte de la energia residual de los vertidos de agua sanitaria. |
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| ES (1) | ES2284359B1 (es) |
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- 2005-11-11 ES ES200502758A patent/ES2284359B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2284359B1 (es) | 2008-07-01 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20071101 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2284359B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |