ITMI20120465A1 - Sistema di controllo di fluidi di processo - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal

titolo: “SISTEMA DI CONTROLLO DI FLUIDI DI PROCESSOâ€

Testo della descrizione

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema di controllo del consumo idrico in impianti con flussi di acqua a perdere, ad esempio sistemi di raffreddamento adiabatico, umidificazione, lavaggio o qualsiasi altro impianto nel quale sia necessario limitare i consumi idrici.

Uno dei principali problemi tecnici connessi agli impianti di raffreddamento o refrigerazione che sfruttano l’effetto adiabatico à ̈ generalmente riconducibile al consumo del fluido termovettore, ovvero l’acqua, problema che difficilmente può essere risolto unicamente con l’implementazione di sofisticate logiche nel sistema di regolazione della portata di alimentazione.

Perché infatti una qualsiasi logica di regolazione possa impattare sull’efficienza dell’impianto à ̈ necessario che questa riceva in ingresso l’effettiva quantità di acqua non evaporata, e cioà ̈ quella che non partecipa allo scambio termico con il fluido da raffreddare.

La conoscenza di questo dato, in tempo reale e con una elevata accuratezza, permette l’immediata interruzione del flusso di acqua di alimentazione.

Come si vedrà la presente invenzione non si avvale di sofisticati dispositivi di rilevazione di presenza di fluidi residui nelle parti attraversate dall’acqua a perdere ma utilizza un sistema in cui à ̈ implementata una logica di gestione basata su azionamenti elettromeccanici in grado di ricevere segnali provenienti da dispositivi economizzatori, come quello oggetto della domanda di brevetto di proprietà della stessa Richiedente e depositata alla stessa data della presente domanda.

Il sistema di controllo della presente invenzione può comprendere anche un software e un relativo sistema elettronico; tuttavia questi due elementi non devono essere considerati come accessori irrinunciabili all’interno dell’invenzione che può funzionare anche in assenza di tali particolari.

A tale scopo la descrizione dell’invenzione proseguirà senza riferimenti espliciti a software e dispositivi elettronici.

Alcune delle applicazioni tipiche della presente invenzione rientrano nell’ambito dei sistemi di raffreddamento adiabatico e nell’ambito dei sistemi di umidificazione adiabatica descritti nella sopraccitata domanda di brevetto di economizzatore. Detto economizzatore rappresenta un tipo di sensore eventualmente abbinabile al sistema di controllo in conformità della presente invenzione.

Scopo principale della presente invenzione à ̈ allora quello di prevedere ed evitare lo scarico di una fase liquida residua di un fluido che sia utilizzato o scaricato in impianti di tipo a perdere.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ poi quello di prevedere e evitare un ristagno della fase liquida di un fluido, evitando cioà ̈ che questo possa essere rilevato solo al raggiungimento di un determinato livello.

Ancora uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere e evitare sprechi della fase liquida di un fluido utilizzato in impianti evaporativi integrati in apparecchiature di raffreddamento, riscaldamento o umidificazione.

Ergo uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di prevedere e evitare sprechi della fase liquida di un fluido utilizzato in impianti evaporativi integrati in apparecchiature di raffreddamento, riscaldamento o umidificazione aventi caratteristiche rispondenti alle precauzioni contro lo sviluppo, la proliferazione e l’espulsione di agenti batterici nocivi o letali (cosiddette normative anti-legionella).

Non ultimo uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere un sistema di rilevazione della fase liquida di un fluido che sia scarsamente soggetto al deposito di impurità inevitabilmente contenute nel fluido soggetto a rilevazione (falso segnale).

Infine uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di ottenere un sistema di rilevazione della fase liquida di un fluido che sia scarsamente soggetto al deterioramento o avaria o falsa lettura di dispositivi di misura particolarmente delicati (sonde umidità).

Nella fattispecie, ad esempio nel caso di apparecchiature per il raffreddamento di liquidi mediante radiatori costituiti da batterie di scambio termico e ventilatori, integrati da sistemi adiabatici che pre-raffreddano l’aria entrante nelle batterie di scambio termico mediante l’evaporazione di quantità di acqua, la presente invenzione consente il controllo del processo di evaporazione con l’ausilio di semplici sensori di temperatura a bulbo secco, ovvero da notare senza richiedere l’ausilio di sensori di umidità, oppure sensori di temperatura a bulbo umido, la cui applicazione risulterebbe molto più intuitiva nonostante le criticità della loro applicazione appena enunciate, essendo l’evaporazione dell’acqua nell’aria sia un processo tendente a saturare l’aria fino ad un limite di umidità oltre il quale qualsiasi adduzione di acqua non produce evaporazione utile al processo, ma si traduce in spreco della risorsa idrica.

I vantaggi ottenibili con la presente invenzione sono molteplici e si collegano alla necessità di ottenere economicamente e efficacemente le condizioni per un funzionamento ininterrotto e costante di impianti con flussi di acqua a perdere descritti in precedenza.

Questi ed ulteriori vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari alla lettura della seguente descrizione dettagliata di una sua realizzazione preferita da considerare in riferimento alle annesse tavole di disegni in cui:

la fig. 1 Ã ̈ uno schema di impianto impiegante acqua a perdere,

la fig. 2 à ̈ uno schema del sistema di controllo in conformità di una realizzazione preferita della presente invenzione asservito all’impianto di fig. 1, e

la fig. 3 à ̈ uno schema di flusso della logica di controllo del sistema in fig. 2. Con riferimento alla fig. 1, l’acqua a perdere à ̈ caricata in un sistema 10 attraverso un dispositivo 2 di regolazione portata ed erogata sopra un pannello 4 assorbente a sua volta investito da una corrente d’aria. Le condizioni di evaporazione dell’acqua assorbita dipendono ovviamente dalla temperatura, dall’umidità e dalla velocità della corrente stessa.

Quando queste condizioni non sono verificate per tutta la massa d’acqua assorbita dal pannello, una certa quantità di acqua non evaporata scende per gravità verso il basso, dove può essere raccolta mediante una vasca 5 ed evacuata attraverso un canale di scarico a perdere in cui à ̈ inserito un economizzatore 3.

Una delle funzioni dell’economizzatore 3 consiste nel trasdurre la portata di acqua non evaporata passante attraverso di esso in un segnale inviato al pannello di comando e controllo (non mostrato) del sistema 10.

Una delle funzioni della logica implementata nel sistema di controllo consiste, in generale, nell’interruzione del carico d’acqua attraverso un dispositivo 2 di regolazione portata in seguito al segnale dell’economizzatore 3.

Si dimostra in questo modo che il dispositivo 3 à ̈ un economizzatore perché il suo intervento, attraverso la logica di comando e controllo implementata, interrompe il carico di ulteriori quantità di acqua nelle condizioni in cui l’acqua stessa non à ̈ in grado di evaporare.

L’efficienza di questa logica di regolazione tuttavia à ̈ limitata a causa della repentina alternanza tra la condizione di incontrollato carico d’acqua attraverso un dispositivo 2 di regolazione portata e la successiva interruzione, laddove il pannello 4 assorbente si presenta prevalentemente bagnato, trasferendo temporaneamente all’aria la dovuta quantità di umidità, quando si tratta di impianto di umidificazione adiabatica, o assorbendo calore dall’aria per effetto dell’evaporazione dell’acqua, quando si tratta di impianto di raffreddamento adiabatico, oppure parzialmente asciutto, e quindi inefficace, mentre perdura il passaggio delle ultime quantità di acqua non evaporata attraverso lo scarico a perdere contenente un economizzatore 3.

Tali discontinuità di funzionamento si traducono in discontinuità dei valori di umidità e temperatura dell’aria in uscita da un pannello 4 assorbente e di conseguenza, nella irregolarità dell’effetto utile richiesto all’apparecchiatura di cui il sistema 10 à ̈ parte integrante.

Per evitare l’insorgere di queste irregolarità di funzionamento à ̈ stata sviluppata la logica di comando e controllo in oggetto, finalizzata a caricare con acqua un pannello 4 inferiore al limite di assorbimento massimo, oltre il quale l’acqua in eccesso, non evaporando, precipita verso la vasca 5 ed esce attraverso lo scarico a perdere.

In questi ambiti la funzione dell’economizzatore consiste nel limitare lo spreco di acqua impedendo il carico di nuove quantità fintanto il pannello 4 evaporante à ̈ ancora bagnato, e quindi incapace di assorbire e trattenere dell’acqua ulteriore.

Le funzioni principali della logica di comando e controllo in oggetto sono le seguenti (l’ordine di descrizione non sottintende alcuna priorità di controllo e funzionamento):

1. determinazione della temperatura Tu,f,setoppure dell’umidità φu,f,setdi uscita richiesta (set-point del processo identificato con SPA) dei fluidi di processo mediante inserimento manuale di tali valori nel pannello di controllo e comando del sistema della presente invenzione;

2. determinazione automatica della temperatura Ta,f,objdell’aria necessaria a valle dell’elemento 74 evaporante (set-point adiabatico identificato con SPBe tale che SPB= SPA– X, in cui X à ̈ un valore di temperatura predeterminato variabile da 0 a 20°C) ai fini dell’ottenimento degli obiettivi (set-point del processo) di cui al punto precedente;

3. attivazione (automatica da quadro elettrico) degli organi accessori necessari al trattamento di processo richiesto (ventilatori, pompe, dispositivi di controllo e protezione etc.);

4. rilevamento della temperatura Tu,foppure dell’umidità φu,fdel fluido di processo e confronto ∆Tf,uo ∆ φu,fcon i set-point Tu,f,seto φu,f,setmediante sensori di processo;

5. attivazione di un sistema di raffreddamento oppure umidificazione adiabatico con acqua a perdere quando à ̈ verificata la condizione Ta,f,obj> SPB;

6. immissione di acqua Q(t) sull’elemento 74 con modalità intermittenti in un periodo t1di tempo predeterminato in funzione delle caratteristiche del sistema adiabatico di cui sopra, ovvero in funzione del limite di portata di acqua sostenibile attraverso la rete di alimentazione idrica e il condotto di alimentazione di acqua all’interno dell’apparecchiatura, ivi compreso il dispositivo di regolazione;

7. rilevamento di eventuale passaggio acqua QRin modo continuativo per un tempo maggiore di 0 e variabile fino a 10 secondi attraverso gli economizzatori inseriti nello scarico a perdere;

8. sospensione temporanea dell’immissione di acqua Q(t) a perdere per un tempo t2= y·t1in seguito a rilevamenti di passaggio acqua QRattraverso gli economizzatori di cui sopra, dove t1 costituisce un modulo di tempo maggiore di 0 e variabile fino a 20 secondi in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura, mentre y à ̈ una variabile numerica compresa tra 1 e 10 in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura;

9. ripresa dell’immissione di acqua Q(t) a perdere dopo un tempo t3= 2·t1la cessazione dei rilevamenti di passaggio acqua QRattraverso gli economizzatori, dove t1 costituisce il sopraccitato modulo di tempo maggiore di 0 e variabile fino a 20 secondi in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura, mentre z à ̈ una ulteriore variabile numerica compresa tra 1 e 10 in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura;

10. ripresa dell’immissione di acqua a perdere allo scadere di un tempo predeterminato t4 = w1•(dove w1 à ̈ un intervallo di tempo compreso tra 1 e 1800 secondi in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura) durante il quale si verificano erroneamente situazioni corrispondenti al passaggio acqua QRattraverso gli economizzatori (falso segnale) a causa di sporcizia o umidità condensata;

11. attivazione dell’immissione di acqua Q(t) a perdere, anche dopo un periodo di inattività, allo scadere di un tempo predeterminato t5 = w2 (dove w2 à ̈ un intervallo di tempo compreso tra 1 e 1800 secondi in funzione delle caratteristiche dell’apparecchiatura) durante il quale si verificano erroneamente situazioni corrispondenti al passaggio QRacqua attraverso gli economizzatori (falso segnale) a causa di sporcizia o umidità condensata;

12. sospensione dell’immissione di acqua Q(t) a perdere sull’elemento 4 quando sono raggiunti gli obbiettivi (set-point adiabatico) di cui al punto 2, con Ta,f,obj= SPB; 13. sospensione o variazione del regime di azionamento di alcuni organi accessori quando sono raggiunti gli obbiettivi (set-point del processo) di cui al punto 1, mediante azionamenti da quadro elettrico.

Oltre alle funzioni indispensabili (accensione/spegnimento dell’apparecchiatura) la logica di comando e controllo in oggetto può essere integrata con gradini di attivazione/sospensione quando l’apparecchiatura à ̈ frazionata su due o più moduli di funzionamento omogenei.

Le funzioni sopradescritte, possono essere applicate e utilizzate parzialmente con logiche di comando e controllo concepite per qualsiasi applicazione (non necessariamente connesse alle funzioni di raffreddamento oppure di umidificazione) in cui sia presente un flusso di acqua a perdere e siano richiesti accorgimenti finalizzati alla riduzione dello spreco di acqua.

Nelle applicazioni in ambito anti-batterico, questa logica di comando e controllo, integrata con l’economizzatore oggetto di domanda di brevetto separata, à ̈ una protezione contro la presenza di acqua non evaporata per sistemi di regolazione di impianti evaporativi integrati in apparecchiature di raffreddamento, riscaldamento o umidificazione aventi caratteristiche rispondenti alle precauzioni contro lo sviluppo, la proliferazione e l’espulsione di agenti batterici nocivi o letali (cosiddette normative antilegionella).

Posto che un impianto evaporativo può contenere un sistema di applicazione dell’acqua da evaporare come una condotta, un ugello, un recipiente con fori o ugelli, un tubo forato, oppure uno o più ugelli polverizzatori o atomizzatori, con o senza ausilio di sistemi di pressurizzazione ad aria o acqua, e un elemento su cui si deposita temporaneamente l’acqua in corso di evaporazione, à ̈ noto che il sopraccitato deposito temporaneo di acqua tende a precipitare verso il basso per effetto della forza di gravità.

Oltre alla necessità di provvedere al ripristino del livello di deposito temporaneo di acqua in corso di evaporazione, le conseguenze di un trasferimento di massa incontrollato consistono in: maggiore consumo acqua a causa della mancata evaporazione dell’acqua entrante in qualsiasi dispositivo di scarico a perdere; necessità di assicurare una disponibilità di acqua uguale o superiore all’eccesso di consumo acqua; rischio di trascinamento meccanico dell’acqua in eccesso negli impianti a circolazione d’aria forzata, con possibilità di formazione di ristagno d’acqua in cui possono insorgere e proliferare sostanze batteri nocive o letali.

Dalla descrizione dettagliata appena fornita risulta evidente che, particolarmente nell’ambito degli impianti evaporativi, la presente invenzione permette una retroazione immediata della quantità di acqua non evaporata, una riduzione dei costi esercizio, un ridimensionamento della riserva di acqua da impegnare per l’impianto evaporativo ed, infine, una riduzione del rischio di proliferazione di sostanze batteriche nocive o letali che potrebbero insorgere e svilupparsi a causa dell’eventuale ristagno d’acqua in eccesso trascinata negli impianti a circolazione di aria forzata.

Claims (10)

1. Rivendicazioni 1. Sistema di controllo di un impianto di trattamento dell’aria, particolarmente adatta allo scambio termico con fluidi di processo, detto impianto di trattamento comprendendo: i. un condotto di ammissione di aria dall’esterno di detto impianto ii. un elemento di assorbimento di acqua investito da detta aria, iii. un condotto di alimentazione (Q(t)) di acqua per detto elemento di assorbimento iv. un dispositivo economizzatore per rilevare l’acqua di alimentazione non evaporata (QR) da detto elemento di assorbimento, caratterizzato d a l fatto c h e l’erogazione della quantità di acqua di alimentazione di detto condotto di alimentazione à ̈ regolata secondo una predeterminata modalità intermittente ed interrotta, per un predeterminato periodo di tempo, sulla base di segnali provenienti da detto dispositivo economizzatore.
2. 2. Sistema di controllo in conformità della rivendicazione 1, in cui l’erogazione della quantità di acqua di alimentazione à ̈ regolata sulla base di un predeterminata differenza di temperatura di bulbo secco fra aria entrante e aria uscente (aria trattata) da detto impianto.
3. 3. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il valore (SPB) di temperatura di uscita a bulbo secco dell’aria trattata à ̈ derivato sulla base di un desiderato valore (SPA) di temperatura o di umidità di detto fluido di processo.
4. 4. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la corrispondenza del valore di temperatura di uscita a bulbo secco dell’aria trattata con il valore (SPB) di temperatura o di umidità di detto fluido di processo determina l’interruzione dell’erogazione di acqua di alimentazione.
5. 5. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui la corrispondenza di temperatura o di umidità relativa del fluido di processo con il desiderato valore (SPA) di temperatura o di umidità di detto fluido di processo determina l’interruzione dell’erogazione di acqua di alimentazione.
6. 6. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui l’erogazione di acqua di alimentazione viene concessa dopo un predeterminato intervallo di tempo calcolato a partire dall’istante in cui detto economizzatore rileva il passaggio di condensa o altra sostanza non proveniente da detto elemento di assorbimento.
7. 7. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, cui sono demandate le funzioni di attivazione e disattivazione dell’impianto di trattamento d’aria.
8. 8. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, cui sono demandate le funzioni di attivazione e disattivazione di uno o più dispositivi ausiliari dell’impianto di trattamento d’aria.
9. 9. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui gli istanti di interruzione e di ripresa dell’alimentazione di acqua sono proporzionali, tramite predefinite costanti, alla predefinita modalità intermittente.
10. 10. Sistema di controllo in conformità di una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui gli istanti di interruzione e di ripresa dell’alimentazione di acqua sono definiti in termini assoluti.