WO2022229477A1

WO2022229477A1 - Depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico y calentador eléctrico

Info

Publication number: WO2022229477A1
Application number: PCT/ES2021/070290
Authority: WO
Inventors: Angel ESPAULELLA; Salvador CALDERÓN; Juan LEBRÓN
Original assignee: Inerox Industries Sl
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico y a calentador eléctrico con depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico, referido a un depósito de agua caliente a presión de material plástico y a un calentador eléctrico con depósito de acumulación de agua caliente a presión, ya sea para agua caliente sanitaria o para calefacción, que presenta la ventaja de estar fabricado en material plástico, concretamente en material PERT (polietileno resistente a temperaturas), preferentemente PERTII (Polietileno RT Clase II).

Description

DEPÓSITO ACUMULADOR DE AGUA CALIENTE A PRESIÓN DE MATERIAL PLÁSTICO Y CALENTADOR ELÉCTRICO

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico y a un calentador eléctrico con depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico, ya sea para agua caliente sanitaria o para calefacción, que presenta la ventaja de estar fabricado en material plástico, concretamente en material PERT (polietileno resistente a temperaturas), preferentemente PERTII (Polietileno RT Clase II), consistente en un tipo de polietileno en forma de cilindro rígido con facilidad para la soldadura mediante unión molecular (también conocido como soldadura tope), combinado con un sistema de control de presión y un sistema de control de temperatura, permitiendo alargar considerablemente la vida útil del mismo frente a los depósitos de otros materiales actualmente conocidos.

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de depósitos acumuladores de agua, así como a la fabricación de calentadores eléctricos y otros aparatos con depósitos de acumulación de agua caliente sanitaria o inerciales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad los acumuladores de agua caliente sanitaria o inerciales (calefacción) se fabrican, en su mayoría, con depósitos de los siguientes materiales como base (el material final que estará en contacto con el agua):

Para inercia térmica (circuito cerrado):

- Acero S235JR sin tratar.

- Acero S235JR Galvanizado.

- Acero inoxidable AISI 304.

Para agua caliente sanitaria:

- Acero S235JR (Con tratamiento Vitrificado DIN 4753-3).

- Acero S235JR (Con tratamiento de resinas epoxídicas).

- Acero Inoxidable (De diversas calidades, AISI 444, 304L, 316L y Dúplex 2205). Cada uno de estos materiales no están exentos de fenómenos conocidos como la corrosión.

La corrosión de los metales es un fenómeno natural, que provoca una degradación de los mismos, con pérdidas de sus propiedades y destrucción gradual de su estructura. Los minerales representan el estado combinado estable de los metales en la naturaleza, por lo que estos, por los fenómenos de corrosión tienden a volver al estado combinado. La composición de los óxidos de hierro que aparecen tras un fenómeno de corrosión, es similar a la del mineral de hierro existente en las minas, habiéndose definido también la corrosión como el fenómeno inverso a la metalurgia.

Este fenómeno que al ser un proceso electroquímico que se establece entre el metal y el medio agresivo que le rodea, generalmente el agua, se intenta evitar o frenar al máximo con los diferentes tratamientos del metal (Resinas epoxídicas, galvanizado o vitrificado entre otras) que a su vez generan procesos industriales poco amables con el medio ambiente y que en el caso de que en una pequeña zona de los acumuladores se desprenda o dañe estos tipos de recubrimiento se produce una corrosión acelerada y en algunos casos de difícil solución, causando problemas en la disminución de la calidad del agua facilitar la proliferación de la bacteria de la legionella, y la alteración de la eficiencia en la producción y el transporte de la energía térmica, así como provocar desequilibrios hidráulicos.

Esta problemática se agrava si en el diseño de la instalación y en su fase de instalación no se ha previsto un sistema eficaz de protección catódica también según la zona geográfica donde esté dicha instalación y los niveles de dureza del agua, viéndose casos de sustituciones de acumuladores e instalaciones enteras a los pocos años, incluso habiendo soportado en ocasiones una problemática de calidad de agua o corrosión acelerada durante años, para así evitar los gastos derivados de la sustitución integral del sistema.

Actualmente en los depósitos de acumulación de agua caliente sanitaria existen elementos para ralentizar el proceso de corrosión que se define como natural mediante ánodos de magnesio o sacrificio, normalmente, como protección catódica. Su composición de magnesio provoca que la corrosión le ataque a él preferentemente, manteniendo por más tiempo inalterables el resto de materiales.

La falta de indicadores del estado del ánodo de magnesio obliga al usuario a realizar desmontajes para su supervisión para proceder o no a su cambio. Sin embargo, en una gran mayoría de casos el usuario final no acostumbra a realizar dichos mantenimientos.

Otra opción es la inclusión de ánodos permanentes por corriente impresa, este tipo de protección ofrece una varilla generalmente de titanio (no se desgasta) unida a un transformador que emite una corriente impresa para realizar y cerrar el circuito de pila catódica y así evitar la corrosión. Este sistema, que puede parecer definitivo tiene sus carencias en función de los valores de temperatura o dureza del agua, así como de la frecuencia e intensidad en que la corriente alcance todos y cada uno de los puntos del acumulador.

Otra gran desventaja en los acumuladores sanitarios domésticos (más conocidos como Termos Eléctricos) de hoy día, es la acumulación de cal sobre la resistencia eléctrica. La fuente de calor encargada de calentar el agua.

Con el fin de calentar el agua, actualmente existen diversos tipos de elementos dentro de los depósitos como los serpentines, sistema de calentamiento con bomba de calor, o resistencias de inmersión. En el caso de los depósitos domésticos se usan comúnmente las resistencias de inmersión. Éstas se componen habitualmente de dos tipos:

Las resistencias blindadas están sumergidas directamente en el agua y por lo tanto transfieren el calor con mayor rapidez. Sin embargo, este calor acelera la pila catódica y la hace muy vulnerable a las incrustaciones de cal por lo cual acaba por no transferir el calor o incluso dejar de funcionar.

Las resistencias envainadas, que son aquellas en las que el acumulador tiene en su interior y en contacto con el agua una vaina de acero que protege la resistencia de las incrustaciones directas de cal y en la que dentro de esta vaina se introduce la resistencia calefactora, ésta a su vez transfiere el calor a la vaina y esta transmite la energía al agua, por lo que la eficiencia de transferencia de calor es menor y el tiempo de calentamiento es mayor.

Estos problemas mencionados anteriormente, es decir, la corrosión en depósitos de almacenamiento de ACS o inercia y las incrustaciones de cal en los dispositivos de calentamiento, hacen que la media de vida de un tanque sea entre 5 y 10 años. Dependiendo de la calidad del agua y/o de los mantenimientos efectuados al depósito. Es por ello que se plantea como solución el desarrollo de un depósito exento de materiales metálicos, concretamente fabricado en material plástico, ya que los materiales plásticos gozan de inmunidad a la corrosión por derivados del agua caliente, y pueden ser lo suficientemente resistentes en cuanto a niveles mecánicos y térmicos. Sin embargo, no todos los materiales plásticos son aptos para ello.

En dicho sentido, conviene señalar que, si bien existen algunos documentos que divulgan depósitos, calentadores y otros dispositivos similares que no son metálicos o que directamente se indica que están fabricados en materiales plásticos, no parece evidente que ninguno resuelva de manera efectiva la problemática descrita, ya que ninguno de ellos describe la utilización de un material plástico concreto que, como en el caso de la presente invención, consiga superar los inconvenientes detectados en la mayoría de materiales plásticos, tal como se expone a continuación.

En concreto, de los principales grupos de materiales plásticos, es decir, PTFE (politetrafluoroetileno oteflón), PVDF (polifluoruro de vinilideno), PEEK 1000 (poliéteréter cetona), Polipropileno, Polibutileno, CPVC (policloruro de vinilo clorado) y Polietileno, se descartan, por no ser económico-eficientes los siguientes materiales: PTFE, PVDF, PEEK 1000, CPVC.

Se descarta asimismo el Polibutileno, debido a que en algunos países se llegó a prohibir por los problemas que generaba. Debido a la creciente investigación y al bajo rendimiento de campo, ya no está permitido en muchos lugares del mundo, incluyendo las nuevas construcciones en Norteamérica. Se encontró que el producto reaccionaba con bajos niveles de cloro en el agua potable, lo que daba como resultado una resistencia a la tracción reducida y falla prematura.

Así pues, los materiales finales que permiten trabajar con las condiciones aptas para su uso en la aplicación que aquí concierne como depósito de agua caliente a presión son el Polipropileno y el Polietileno.

Sin embargo, aunque en principio la familia del PP pueda parecer apta, por su resistencia mecánica y a altas temperaturas, presenta un grave inconveniente por su incompatibilidad con instalaciones mixtas con cobre y sus condiciones indispensables de bajos niveles de cloro, según estudios realizados, lo cual hace que no sirva como material idóneo.

En consecuencia, tras descartar cualquier familia de PP (Polipropileno), los materiales plásticos óptimos son la familia de los Polietilenos (PE) PE100 o HDPE que son materiales fuertes y longevos sin embargo las temperaturas constantes de trabajo no pueden superar los 40°C y únicamente soportaría temperaturas de 80°C un máximo de LOOOh, por lo que el objetivo de la presente invención se centra en el desarrollo de un depósito acumulador fabricado con material Polietileno RT (Resistente a las temperaturas) preferentemente Clase II.

Por otra parte, y como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, aunque como se ha señalado anteriormente, existen algunos documentos que divulgan algunos aparatos con depósitos fabricados en material plástico, al menos por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ninguno que describa concretamente un depósito de agua caliente a presión para instalaciones de ACS o calefacción y que presente unas características técnicas y constitutivas a base de PERT como las que presenta el que aquí se reivindica.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como primer objeto de la misma un depósito de agua caliente a presión de material plástico conforme a la reivindicación 1.

El depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico, ya sea para agua caliente sanitaria ACS o de inercia para calefacción, objeto de la presente invención, presenta la ventaja de estar fabricado en material plástico, concretamente en material PERT (polietileno resistente a temperaturas), preferentemente PERTII (Polietileno RT de Clase II).

Más específicamente, el depósito acumulador de agua caliente de la invención se configura, preferentemente, a partir de un cilindro, tubo o tubería rígido SDR (Standard Dimensión Ratio o relación de dimensión estándar) fabricada en material PERT, preferentemente de clase II, con diámetro adecuado a la capacidad que convenga en cada caso, y con un fondo curvo superior e inferior, preferiblemente casquetes esféricos, fabricados igualmente en material PERT, preferentemente de clase II, que, obtenidos por moldeo, están soldados a los respectivos extremos del tubo mediante sistema de unión molecular denominado soldadura tope. La soldadura tope de tubos de polietileno (PERT) pasa por ser una de las más fiables y duraderas. La temperatura máxima de trabajo preferida es 70°C y la presión máxima de trabajo es 4 BAR.

Un segundo objeto de la presente invención conforme a la reivindicación 5, es un calentador eléctrico de agua caliente que incorpora al menos un depósito como el anteriormente descrito. En esta realización, el depósito acumulador comprende, además, al menos, un accesorio de conexión de entrada de agua fría preferentemente con difusor, un accesorio de conexión hidráulica para sondas termómetro etc., una salida a consumo con tubería interior según modelo, y que puede ser de pie, mural, o para colocación horizontal, y un accesorio de conexión para una fuente de calor que puede consistir, en un serpentín intercambiador de calor, en una resistencia sumergida o envainada, en un sistema con bomba de calor etc.

Preferentemente, las conexiones de entrada, salida y brida de la fuente de calor se realizan mediante un sistema de soldadura tipo SOCKET.

Además, en una forma de realización preferida aplicable como calentador eléctrico, el calentador comprende internamente, un conjunto de dos depósitos acumuladores de agua caliente a presión conectados entre sí, aunque como se ha mencionado anteriormente también podría incluir uno solo, estando fabricados de material PERT clase II. El calentador presenta dos resistencias eléctricas, una en cada depósito, para calentar el agua, además de un vaso de expansión para absorber la sobrepresión por temperatura y dos válvulas; una primera válvula reductora de presión y una segunda válvula de seguridad que, preferentemente, se activa cuando se supera la presión máxima permitida en el calentador eléctrico.

Con todo ello, las ventajas del depósito acumulador de agua caliente objeto de la invención para servir tanto para un calentador eléctrico como para otros aparatos con depósitos de acumulación de agua caliente sanitaria o inerciales.

Así, dentro de la familia de los Polietilenos se trabaja concretamente en la última formulación del mercado de tubería rígida (no flexible) y con facilidad para la soldadura mediante unión molecular como el RT (Polietileno Resistente a Temperaturas), y se descartan los conocidos como PERT/AL o PERT/AL/PEX, debido a las capas que la tubería incluye en su interior como adhesivo y aluminio. Esto hace que no se puedan realizar soldaduras por uniones moleculares (soldaduras tipo tope o socket) que es lo que preferentemente se busca para la construcción de un depósito acumulador.

Además, la utilización de Polietileno Resistente a Temperaturas (PERT de cualquier clase) de última generación, frente a cualquier otro material plástico se debe a su idoneidad y por cumplir con todos los puntos necesarios para la creación de un depósito acumulador de agua caliente, principalmente por su resistencia mecánica, térmica y también inmune a los cloruros y el carbonato cálcico, principales causantes de la corrosión.

En concreto, según el ensayo de tracción y longevidad realizado, aunque en principio se utiliza como base la “SDR” (Standar Dimensión Ratio) que define la relación que existe entre el diámetro nominal y el espesor tubo o tubería en función de los requerimientos, se obtiene que, preferiblemente, la serie adecuada para la fabricación de un depósito acumulador de agua caliente garantizando una larga longevidad y resistencia a los factores clave como temperatura y presión será entre SDR 17 y SDR 13.6.

Cabe destacar que a cuanto menor es la serie SDR mayor será el peso del material por lo que se busca un equilibrio entre peso-seguridad.

Acorde con la resistencia, según las condiciones de trabajo de un acumulador tradicional de agua caliente, se realiza un ensayo de resistencia a presión hidrostática a largo plazo de 1000 horas a 80°C y una presión de 10 BAR. Los resultados obtenidos por el centro de ensayos CEIS determinan que para obtener una longevidad de 78 años bajo esas condiciones se debería trabajar con la Serie SDR 13.6 (según ISO 9080).

Se efectúan asimismo ensayos de inmunidad a la corrosión. Concretamente, se efectúan ensayos UNE-EN ISO 9227 NSS:2017, y UNE-EN ISO 6270-2CH:2019 con respectivos resultados plenamente satisfactorios.

Por otra parte, el depósito acumulador de material plástico de la invención proporciona ventajas adicionales frente a los depósitos acumuladores convencionales de acero y frente a los metales comúnmente usados para la fabricación de depósitos acumuladores de agua caliente, como son una baja conductividad térmica, una total inmunidad a la corrosión por fenómenos provocados por el agua caliente y un importante ahorro en C02 debido a la longevidad del material:

Conductividad térmica. Una de las grandes ventajas que ofrece esta familia de los polietilenos frente a los aceros convencionales es la conductividad térmica del material plástico usado, que es de 0,35W/Mk.

Inmunidad a la corrosión. Tal y como se menciona en el apartado de antecedentes, los fenómenos de la corrosión en los metales es uno de los principales problemas de los depósitos acumuladores actuales. Sin embargo, el polietileno resistente a las temperaturas clase II, es inmune a los cloruros y el carbonato cálcico, principales causantes de la corrosión, y no es necesario ningún tipo de tratamiento interno ni recubrimiento. Consigue conducciones seguras y fiables a lo largo de toda su vida útil. Además, actualmente las tuberías de polietileno, son utilizadas en todo el mundo para la canalización de aguas para saneamiento, canalización en zonas urbanas.

- Ahorro en C02. Debido a la longevidad que ofrece el material PERT (más de 50 años según estudios realizados) y con una vida útil de media en los aceros convencionales de 7 años, se determina que gracias a la longevidad ofrecida por el material PERT se conseguirá un ahorro en emisiones de C02 que puede llegar a ser del 85,6%

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se adjunta a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo.

La figura número 1 muestra una vista en sección de una representación esquemática de un ejemplo de realización del depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico, apreciándose las principales partes que comprende.

La figura número 2 muestra una vista en sección de un ejemplo de realización del calentador eléctrico con depósito acumulador de agua caliente a presión de material plástico, según la invención apreciándose los principales elementos internos que comprende.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, a continuación, se describen ejemplos de realización de la invención.

Así, en la figura 1 , se observa un depósito acumulador (2) de agua caliente a presión de material plástico consistente en PERT, preferentemente de Clase II. El depósito acumulador (2) hermético está conformado a partir de un cuerpo cilindrico (2a), conformado a partir de un cilindro, tubo o tubería rígida SDR fabricado en material PERT, preferentemente de clase II, y sendos fondos curvos, preferiblemente con forma de casquete esférico, uno superior (2b) y otro inferior (2c), obtenidos por moldeo que, a su vez, también están fabricados en material PERT, preferentemente de clase II, los cuales están unidos a los respectivos extremos del tubo que conforma el cuerpo cilindrico (2a) mediante una soldadura efectuada con sistema de unión molecular o soldadura tope.

La figura 1 muestra un depósito acumulador (2) de acumulación de agua caliente a presión que está conformado por un recipiente como el descrito anteriormente en el que se contempla la incorporación de, al menos, un accesorio de conexión de entrada de agua fría (3) con difusor, un accesorio de conexión hidráulica (4) para sondas, termómetro u otros dispositivos, un accesorio de conexión de salida de agua (5) a consumo con tubería interior de configuración variable, según se trate de un aparato de pie, mural, o para colocación horizontal, y un accesorio de conexión (6) para una fuente de calor. Esta fuente de calor puede ser de naturaleza variable, pudiendo consistir, por ejemplo, en un serpentín intercambiador de calor, en una resistencia sumergida o envainada, o en un sistema bomba de calor.

Por su parte, la unión de las conexiones de entrada de agua fría (3), de salida de agua (5) y para la fuente de calor (6) al depósito acumulador (2) de material plástico consiste preferentemente en una soldadura efectuada mediante sistema de soldadura tipo SOCKET o TESTA.

En otra realización preferente, y tal como se observa en la figura 2, dos depósitos acumuladores (2) conectados entre si, aunque podría ser uno, forman parte de un calentador eléctrico (1) que comprende, al menos, una carcasa exterior (1) de preferiblemente polipropileno, ABS o acero lacado, aunque podría ser de otros materiales en cuyo interior se incorporan los dos depósitos acumuladores (2). Ambos depósitos de acumulación de agua (2) son de material plástico PERT clase II y comprenden en su interior dos resistencias eléctricas (10) como fuente de calor para calentar el agua.

Además, el calentador eléctrico (1) con los dos depósitos acumuladores (2) de material plástico PERT comprende: por una parte, un sistema de control de presión (8) que permite reducir la presión interna de los depósitos acumuladores (2) al disponer de capacidad de absorber el aumento de presión del agua que se origina en el circuito cuando se calienta el agua mediante un control de la expansión térmica. Así se consigue lograr una estabilización de la presión cuando sea conveniente, evitando que superen las presiones que el material PERT tolera, y por otra parte, un dispositivo de control de temperatura (12) que limita la temperatura máxima de seguridad.

Preferentemente, el sistema de control de presión con que cuenta el calentador eléctrico (1) comprende, al menos, la inclusión de una válvula reductora de presión (7), un dispositivo de expansión térmica (8) y una válvula de seguridad por sobrepresión (11).

Atendiendo a la figura 2 se observa cómo los depósitos de acumulación de agua (2) conectados entre sí con una resistencia eléctrica cada uno reguladas por el dispositivo de control de la temperatura (12). Cada depósito (2) presenta una entrada de agua y una salida de agua, de manera que la entrada de agua fría de un primer depósito (2) coincide con la entrada de agua en el calentador (1) y la salida de agua de dicho primer depósito (2) conecta con la entrada de agua del segundo depósito (2) a través de una conexión, siendo la salida de agua de dicho segundo depósito (2) la salida de agua caliente del calentador (1). La conexión dispuesta entre ambos depósitos (2) permite conectar también ambos depósitos con un vaso de expansión (8) para absorber la sobrepresión por temperatura que se pueda generar en el interior de dichos depósitos (2). Asimismo, se disponen dos válvulas, situadas en la entrada de agua del calentador (3) para controlar la presión. En concreto se dispone en dicha salida entrada de agua ( 3-é ) una primera válvula reductora de presión (7) y una segunda válvula de seguridad (11) que, preferentemente, se activa cuando se supera la presión máxima permitida en el calentador eléctrico, por ejemplo, los 4 BAR.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Depósito acumulador (2) de agua caliente a presión de material plástico caracterizado porque el material plástico es PERT.

2. Depósito, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el material plástico es PERT de Clase II.

3. Depósito, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque comprende un cuerpo cilindrico (2a), conformado a partir de un tubo rígido SDR, y sendos fondos curvos, uno superior (2b) y otro inferior (2c).

4. Depósito, según la reivindicación 3, caracterizado porque los fondos curvos son casquetes esféricos en material PERT y están unidos a los respectivos extremos del tubo mediante una soldadura efectuada con sistema de unión molecular.

5. Calentador eléctrico (1), caracterizado porque comprende al menos un depósito acumulador (2), según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, con, al menos, un accesorio de conexión de entrada de agua fría (3), un accesorio de conexión de salida de agua (5) a consumo, y un accesorio de conexión para una fuente de calor (6).

6. Calentador eléctrico, según reivindicación 5, caracterizado porque comprende un sistema de control de presión para absorber el aumento de presión (8) del agua que se origina cuando se calienta el agua y un sistema de control de temperatura (12) que limita la temperatura máxima de seguridad.

7. Calentador eléctrico, según la reivindicación 6, caracterizado porque el sistema de control de presión comprende un vaso de expansión térmica (8) que absorbe el aumento de presión del agua por temperatura en el interior del al menos un depósito acumulador (2).

8. Calentador eléctrico, según reivindicación 7, caracterizado porque comprende dos depósitos acumuladores (2) conectados entre sí.

9. Calentador eléctrico, según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque el sistema de control de presión comprende dos válvulas en la entrada de agua (3), una primera válvula reductora de presión (7) y una segunda válvula de seguridad (11).

10. Calentador eléctrico, según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque el al menos un depósito acumulador (2) comprende al menos uno o más accesorios de conexión hidráulica (4) para sondas, termómetro u otros dispositivos,

11. Calentador eléctrico, según las reivindicaciones 6 y 10, caracterizado porque la unión de las conexiones de entrada de agua fría (3), de salida de agua (5) y para la fuente de calor (6) es una soldadura efectuada mediante sistema de soldadura tipo SOCKET o TESTA.