ES2343161B1 - Sistema de ajuste automatico de la presion de un ventilador en funcion del caudal requerido. - Google Patents
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Abstract
Sistema de ajuste automático de la presión de un
ventilador en función del caudal requerido, comprendiendo una unidad
(1) de ventilación mecánica controlada, desde la que a través de
conducciones (3) se extrae el aire de distintos recintos de una
vivienda unifamiliar, en cuya unidad (1) de ventilación mecánica
controlada van incorporados medios (5) que en función de la presión
de entrada a la unidad (1) detectan las variaciones de presión en
los conductos (3), y una caja (7) lógica de control que integra en
memoria una curva de referencia caudal/presión, definiendo por
encima de dicha curva una franja preestablecida, dentro de la cual
se establece la zona de trabajo del ventilador (2) que forma parte
de la unidad (1) de ventilación mecánica controlada.
Description
Sistema de ajuste automático de la presión de un
ventilador en función del caudal requerido.
La presente invención esta relacionada con los
sistemas de ventilación controlados mediante regulación electrónica,
proponiendo para ello un sistema de ajuste automático de la presión
de un ventilador en función del caudal requerido, estando concebido
este sistema para su aplicación fundamental en viviendas
unifamiliares.
En las viviendas unifamiliares o dependencias en
donde conviven varias personas, el aire puede estar viciado, debido
a la propia agrupación de personas, a olores desagradables
provocados por el tabaco, a condiciones de humedad en los baños, a
olores y vapores derivados de la cocción de alimentos, etc.
Por todo ello, es fundamental realizar una
renovación del aire, para poder mantener unas condiciones de
salubridad del ambiente interior adecuadas. Para ello se debe
proceder a realizar una ventilación higiénica, mediante por ejemplo
una ventilación mecánica controlada, en donde los intercambios de
aire correspondan con las necesidades del recinto.
Para ello se vienen utilizando unos dispositivos
denominados "Unidades de Ventilación Mecánica Controlada (VMC)"
que, en esencia, se constituyen por una caja, en cuyo interior se
aloja un ventilador, presentando dicha caja una entrada de mayor
diámetro, para una conducción que se dirige hacia la cocina y varias
entradas para conducciones que van hacia los baños y zonas húmedas
de la vivienda; de manera que, a través de estas conducciones se
extrae el aire de tales recintos que es después conducido al
exterior de la vivienda, a través de la correspondiente tobera de
salida de la unidad.
Un aspecto importante a tener en cuenta durante
la renovación del aire es el consumo de esta unidad de ventilación,
y puesto que estas unidades deben funcionar durante las 24 horas del
día, se hace imprescindible rebajar, al máximo posible, el nivel de
consumo eléctrico de alimentación de la unidad de ventilación.
Las unidades de ventilación convencionales
vienen definidas por su curva característica, en la que el eje de
ordenadas se corresponde con los valores de presión, y el eje de
abscisas con los valores de caudal, de modo que dichas unidades de
ventilación convencionales presentan unas características de
ventilación en las que la presión disponible aumenta cuando el
caudal disminuye.
En el origen de estas unidades se disponía en
las bocas de los diferentes recintos una trampilla en funciones de
estrangulador que regulaba el caudal de paso por dicha boca, en
función de las necesidades del recinto. Por ejemplo si el recinto
era un baño, al poner en marcha la ducha, la boca se abría al máximo
para dejar pasar el máximo caudal posible y extraer así los vapores
de la ducha. En el caso de que las bocas estuvieran obturando en
mayor medida el caudal de paso, el ventilador seguía trabajando a
una presión superior a la requerida y ello conllevaba un consumo
excesivo e inútil.
Son conocidas soluciones que presentan una curva
caudal/presión con "presión constante" o "caudal
constante", como la descrita en la Patente de Estados Unidos
US3.415.178. En esta Patente se describe la existencia de un sistema
de control basado en el control de la velocidad del motor del
ventilador y un sensor de presión localizado en la conducción de
entrada; de manera que un cambio de la presión en esta conducción,
causado por ejemplo por la apertura o cierre de unas trampillas, es
detectado por el sensor de presión que convierte el cambio de
presión en un cambio de la resistencia eléctrica que controla la
velocidad del motor del ventilador; de forma que un cambio en la
presión dentro de una de las conducciones de entrada, causada por
ejemplo por la apertura o cierre de las trampillas, se traduce
automáticamente en un cambio de la velocidad del motor del
ventilador; de manera que se mantenga una presión constante en el
flujo de aire desde las habitaciones; es decir que se trata de una
solución de "presión constante".
Una solución de este tipo seria también la
descrita en la Patente de Estados Unidos US5.019.757.La también
Patente de Estados Unidos número US6.4 62.4 94, da por conocidas
soluciones para el control del motor de un ventilador para obtener
una "presión constante" o un flujo de "volumen constante"
y reivindica una solución según la cual, la señal correspondiente a
un valor actual de la velocidad del motor del ventilador es medida y
comparada con el valor de una señal de control correspondiente a una
velocidad requerida y la velocidad actual es ajustada por unos
medios de control constituidos por un microcontrolador, al que se
hacen llegar una serie de diferentes valores.
La Patente francesa FR 2.884.904 describe un
método de regulación de la presión de un ventilador extractor de
aire, para el uso en sistemas de ventilación de viviendas
colectivas, no unifamiliares, en donde se recoge una solución de
"presión variable" y "caudal variable", en la que la
presión aumenta mientras lo hace el caudal, hasta un punto máximo,
en el cual, la presión decrece con el caudal.
Esta solución hace referencia a un ventilador
que lleva asociado un microcontrolador, el cual recoge información
sobre el motor del ventilador en relación a la tensión e intensidad
de alimentación del mismo.
El microcontrolador, integra en su memoria una
curva de caudal/presión establecida a partir de unos parámetros
previos relacionados con la red en donde va a actuar el ventilador.
De modo que el microcontrolador comprende un programa que permite, a
partir de un caudal que atraviesa el ventilador, determinar una
presión utilizando la curva memorizada en dicho microcontrolador. De
tal forma que, controlando la velocidad del motor del ventilador, se
alcanza dicha presión requerida.
Esta realización sin embargo, presenta el
inconveniente de necesitar calcular una curva de pérdidas de carga
para cada instalación concreta y para cada uno de los ramales en su
caudal mínimo y máximo, por lo cual, para minimizar el consumo del
sistema de ventilación, se hace necesario realizar un estudio, lo
que inherentemente lleva asociado un tiempo de preparación y un
coste de ingeniería.
De acuerdo con la presente invención se propone
un sistema de ajuste automático de la presión de un ventilador, que
responde a las necesidades de renovación de aire de una vivienda
unifamiliar, de modo que el consumo del sistema de ventilación se
ajusta a las necesidades de caudal de la instalación.
El sistema objeto de la invención está
constituido por una unidad de ventilación mecánica controlada que
dispone de un ventilador, una caja lógica de control y unos medios
medidores de la presión a la entrada de dicha unidad, los cuales
detectan cualquier variación en la presión de unas conducciones, que
comunican la unidad de ventilación mecánica controlada con las zonas
de extracción de aire (como baños, cocina, etc.).
La caja lógica de control, en su memoria
interna, integra una curva de referencia de caudal/presión en
relación a la unidad de ventilación mecánica controlada,
delimitándose por encima de dicha curva, una franja preestablecida,
dentro de la cual se establece la zona de trabajo del
ventilador.
Dicha curva de referencia de caudal/presión, es
una curva que define los caudales y presiones mínimos y máximos en
función de los requerimientos de renovación de aire de acuerdo con
las reglamentaciones de ventilación del mercado.
Las conducciones comprenden en sus extremos unas
bocas provistas de unos medios de detección convencionales, como
pueden ser detectores de humedad, de CO_{2}, contadores de
personas, o cualquier solución análoga, de modo que en función de
las necesidades de extracción de aire detectadas por dichos medios,
se procede a la mayor o menor apertura de las bocas, lo cual provoca
a su vez una variación en la presión de las conducciones. Esta
variación es detectada por los medios medidores de presión de la
unidad de ventilación mecánica controlada.
La caja lógica de control recibe así información
continua de las revoluciones del motor del ventilador, y de la
presión existente en la entrada al ventilador de la unidad de
ventilación mecánica controlada, de modo que en cuanto se detecta
una variación en la presión de las conducciones, la caja lógica
envía una señal al motor del ventilador con la nueva presión, para
que este adapte su velocidad a las nuevas necesidades de caudal de
la instalación. Esta nueva presión tendrá un valor comprendido
dentro de dicha franja, que siempre estará situada por encima de la
curva de referencia.
Se obtiene así un sistema de ajuste automático
de la presión de un ventilador, que presenta una solución de
"caudal variable" y "presión variable", de modo que el
consumo eléctrico de la unidad de ventilación mecánica controlada se
ajusta a las necesidades de renovación del caudal de aire de la
instalación, con una doble particularidad, por un lado que la unidad
de ventilación mecánica controlada incorpora en si misma todos los
medios precisos para dicho ajuste, con total independencia de las
conducciones y de las bocas de los diferentes recintos, respecto, de
las cuales no requiere de conexión
eléctrico-electrónica alguna para recibir datos o
información encaminada a dicho ajuste; de manera que la unidad de
ventilación mecánica controlada viene ya de fábrica lista para su
instalación, no necesitando de medición o ajuste alguno en su lugar
de instalación, siendo suficiente con conexionarla a la alimentación
eléctrica, para que aporte ya dicho sistema de ajuste automático y
por consiguiente un ahorro de consumo.
Por otro lado, el ajuste de la presión se
establece dentro de una franja situada por encima de la curva de
referencia; de manera que no son necesarios complicados cálculos y
ajustes para situar el valor de la presión justo sobre la curva de
referencia y será suficiente con que se sitúe dentro de la precitada
franja, para que ya se esté consiguiendo un ahorro de energía que,
en algún caso quedará un poco separado del valor idóneo, pero que en
cualquier caso compensará por estar próximo a dicho valor idóneo,
con una solución que no requiere de complejos cálculos y de ajustes
para cada instalación. Esto es fundamental para el campo al que está
destinada la presente invención, el cual es el de las viviendas
unifamiliares, campo este que no puede permitirse la complejidad y
altos costos de las instalaciones de una vivienda colectiva y que lo
que reclama es una solución como la ahora preconizada, que permite
el montaje sin más de la unidad mecánica de ventilación, tal y como
llega de fábrica, obteniendo de inmediato un ahorro en el
consumo.
La figura 1 muestra un esquema del sistema de
ajuste automático de la presión de un ventilador objeto de la
invención.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La figura 2 muestra la curva de referencia
caudal/presión en relación al sistema objeto de la invención.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques del
funcionamiento del sistema de ajuste automático de la presión de un
ventilador según un ejemplo de realización de la invención.
El objeto de la invención se refiere a un
sistema para el ajuste automático de la presión de un ventilador,
regulándose el consumo del sistema en función de las necesidades de
renovación del aire de los recintos a ventilar que se constituyen
por la cocina, los baños y demás zonas húmedas de una vivienda
unifamiliar.
El sistema objeto de la invención que se
representa en la figura 1 queda constituido por una unidad (1) de
ventilación mecánica controlada, provista de un ventilador (2), de
los compuestos por un conjunto motor-rodete,
quedando comunicada dicha unidad (1) de ventilación mecánica
controlada con los recintos a ventilar a través de unas conducciones
(3), las cuales vienen provistas en sus extremos inferiores de unas
bocas (4) susceptibles de ser reguladas en obturación mediante
apertura o cierre de las mismas.
La unidad (1) de ventilación mecánica controlada
integra unos medios (5) detectores de presión, los cuales detectan
cualquier fluctuación producida en la presión de las conducciones
(3) debida a una apertura o cierre de las bocas (4). Estando dichas
bocas (4) provistas de unos medios (6) de detección, como pueden ser
detectores de CO_{2}, de humedad, de presencia humana, de humos o
cualquier solución análoga.
De este modo, estos medios (6) comandan la
apertura o cierre de las bocas (4) en función de las condiciones
ambientales del recinto (número de personas, cantidad de humedad,
etc.), provocando esta variación de la sección de entrada de aire de
las bocas (4), una variación en la presión de las conducciones (3).
Esta variación de la presión es detectada por los medios (5) de la
unidad (1) de ventilación mecánica controlada, de tal forma que el
sistema objeto de la invención es susceptible de funcionar con
cualesquiera que sean los medios (6) de detección, ya que no existe
una relación directa entre el sistema y dichos medios (6).
La unidad (1) de ventilación mecánica controlada
comporta igualmente una caja (7) lógica de control, la cual integra
en su memoria interna una curva (8) de referencia de caudal/presión
de la unidad (1) de ventilación mecánica controlada, delimitándose
por encima de dicha curva (8), una franja (9) preestablecida, dentro
de la cual se establece la zona de funcionamiento del ventilador
(2). (Ver figura 2).
La caja (7) lógica de control recibe, por un
lado, una información real y continua de la presión en las
conducciones (3) detectada por los medios (5), y por otro lado una
lectura continua de las revoluciones a las que gira el motor del
ventilador (2) suministrada por un transductor de velocidad. Esa
información es introducida en la lógica de control, la cual mediante
una serie de cálculos en interpolación de puntos realizados dentro
del campo delimitado por la franja (9), establece el nuevo valor de
presión del ventilador (2), para que este se adapte a las nuevas
condiciones de extracción de aire demandadas por la instalación.
De esta manera, tal y como se observa en la
figura 2, cuando las bocas (4) están con la mínima apertura, la
unidad (1) de ventilación mecánica controlada trabaja a mínimo
rendimiento, representado este estado de funcionamiento por el punto
(P1, Q1).
Cuando los medios (6) detectan cualquier
variación en las condiciones ambientales de un recinto, (como por
ejemplo la apertura de una ducha) la boca (4) de dicho recinto
aumenta su grado de apertura, lo que provoca una variación en la
presión de la conducción (3) reciproca, y por lo tanto esta
variación es detectada por los medios (5), enviándose la lectura de
esta última presión a la caja (7), la cual comanda la velocidad del
motor del ventilador (2) para que se ajuste a este nuevo valor de
presión, representado por los puntos (P2, Q2) y (P3, Q3), aunque
lógicamente pueden definirse una infinidad de puntos siempre y
cuando estos se encuentren dentro de la franja (9).
De esta forma, según varían las condiciones
ambientales de los recintos se produce la apertura controlada de las
bocas (4), adecuando la presión de trabajo del ventilador (2) dentro
de la franja (9) hasta una zona de máximo funcionamiento
representada por el punto (P4, Q4).
La figura 3 muestra un diagrama de bloques según
un ejemplo de realización de la invención, el cual esta compuesto
por dos lazos de control realimentados a la entrada de los mismos
con el valor real de velocidad del motor (14) del ventilador
(2).
El primer lazo de control está compuesto por un
sensor de presión (10) que se corresponde con los medios (5) y un
algoritmo (11) de cálculo de la curva (8) y la franja (9) de trabajo
del ventilador (2). Mientras que el segundo lazo de control se
constituye por un módulo (12) proporcional integral, un buffer (13)
de salida y el motor (14) del ventilador (2), cerrándose ambos lazos
de control por el transductor (15) de velocidad.
De este modo, al algoritmo (11), del primer lazo
de control, le llega por un lado, la señal de presión real del
sistema a través del sensor (10), y por otro lado, el valor real de
velocidad del motor (14) del ventilador (2), obteniéndose a la
salida del algoritmo (11) el nuevo valor deseado de velocidad a la
que debe girar el motor (14) del ventilador (2) para ajustarse a la
presión requerida por el sistema.
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Este algoritmo (11) de cálculo de la curva (8) y
la franja (9) del ventilador (2), se fundamenta en un algoritmo de
cálculo e interpolación de puntos, basados en unas funciones
matemáticas y varias tablas de valores reales cuyo origen son unos
ensayos específicos, de manera que a la salida del algoritmo (11) se
obtiene dicho valor deseado de la velocidad, medido en revoluciones
por minuto, el cual es función de la presión y viene definido por la
expresión:
P = 0,693 Xrpm
-
18,3
El segundo lazo de control recibe el valor real
de la velocidad del motor (14) del ventilador (2) y el valor deseado
de la velocidad, así como el valor de la presión real del sistema,
para que en este segundo lazo de control pueda ser detectada
cualquier variación en la presión que conllevarla una variación en
la velocidad del motor (14).
De este modo, el módulo (12) del segundo lazo de
control se encarga de corregir el error, mediante múltiples
iteraciones, entre el valor deseado de la velocidad del motor (14)
del ventilador (2) y el valor real suministrado por el transductor
(15), de modo que el buffer (13) le suministra al motor (14) la
nueva velocidad de giro para ajustarse a las necesidades de caudal
de la instalación, manteniéndose estas condiciones mientras la
presión requerida este comprendida dentro de la franja (9) de
trabajo del ventilador (2).
Claims (3)
1. Sistema de ajuste automático de la presión de
un ventilador en función del caudal requerido, del tipo de
ventiladores (2) de los que forman parte de una unidad (1) de
ventilación mecánica controlada que, a través de unas conducciones
(3) provistas de unas bocas (4) de apertura y cierre regulable,
extrae el aire de los correspondientes recintos de una vivienda
unifamiliar, caracterizado porque dicha unidad (1) de
ventilación mecánica controlada comporta, en si misma, unos medios
(5) que controlan la presión a la entrada del ventilador (2),
detectando variaciones de la presión en las conducciones (3), y una
caja (7) lógica de control en cuya memoria interna se integra una
curva de referencia de caudal/presión, en relación con la unidad (1)
de ventilación mecánica controlada, definiéndose, por encima de
dicha curva (8), una franja (9) preestablecida, dentro de la cual,
el correspondiente software, establece la zona de trabajo del
ventilador (2),mediante la aportación a la caja (7) lógica de
control del dato del número de revoluciones por minuto del
ventilador (2) y de la presión a la entrada del ventilador (2),
detectada por los medios (5).
2. Sistema de ajuste automático de la presión de
un ventilador en función del caudal requerido, en todo de acuerdo
con la primera reivindicación, caracterizado porque las bocas
(4) están provistas de unos medios (6) de detección, que comandan la
apertura o cierre de las bocas (4) en función del caudal de aire
necesario a extraer de los recintos, lo que conlleva una variación
en la presión a la entrada del ventilador (2), variación esta que es
detectada por los medios (5) de control de la presión situados
dentro de la propia unidad (1) de ventilación mecánica controlada,
junto a la boca de entrada del ventilador (2).
3. Sistema de ajuste automático de la presión de
un ventilador en función del caudal requerido, de acuerdo con la
primera reivindicación, caracterizado porque el software de
la caja (7) lógica de control comprende un diagrama de bloques
compuesto por un algoritmo (11), el cual suministra el valor deseado
de la velocidad del motor (14) del ventilador (2), en función de la
señal de presión real del sistema suministrada por un sensor (10) y
de la velocidad real del motor (14) del ventilador (2) suministrada
por un transductor (15), y un módulo (12) encargado de corregir el
error, entre el valor deseado y el valor real de la velocidad del
motor (14) del ventilador (2), suministrándole a dicho motor (14),
mediante el buffer (13), la nueva velocidad de giro para ajustarse a
las condiciones de presión de la instalación, manteniéndose estas
condiciones mientras la presión requerida por el sistema este
comprendida dentro de la franja (9) de trabajo del ventilador
(2).
Priority Applications (4)
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