ES2324116T3 - Ensamblaje de filtro. - Google Patents
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Abstract
Ensamblaje de filtro (1), particularmente para armarios eléctricos, que comprende una tela filtrante (5), un cárter de transporte (7) y un ventilador (9), caracterizado porque está equipado con al menos un sensor termo-resistivo (11) situado cerca de al menos un orificio (13) obtenido en dicho cárter de transporte (7).
Description
Ensamblaje de filtro.
La presente invención se refiere a un ensamblaje
de filtro mejorado, particularmente para armarios eléctricos.
En la técnica actual, para refrigerar paneles
eléctricos, se emplean sistemas de filtrado de aire que están
equipados con ventiladores (de tipo axial, radial o similares)
adaptados para impulsar aire a través de telas filtrantes adaptadas
para filtrar el aire (véase por ejemplo el documento de patente
EP-A-0 864 348).
En dichos sistemas conocidos, el ventilador
aplicado al ensamblaje de filtro debe superar la resistencia del
aire a atravesar el filtro, produciéndose dicha resistencia con una
pérdida de carga, que aumenta la presión que el ventilador debe
superar con la consiguiente reducción del rendimiento en términos de
caudal de aire.
En particular, una vez aumentada la obstrucción
del filtro, las reducciones adicionales de caudal no pueden ser
computadas por el usuario y a menudo puede caer (incluso rápidamente
en caso de atmósferas muy secas) bajo el valor mínimo, que
garantiza una refrigeración suficiente del dispositivo situado
dentro del armario eléctrico.
Una solución que ya se ha adoptado en este caso
es proporcionar un armario con un termostato que se activa una vez
alcanzada una temperatura límite, pero dicho termostato medirá
necesariamente la temperatura en un único punto y con un caudal
reducido también está asociada una ventilación interna reducida
(entendida como el aire que circula dentro del armario eléctrico),
con la consiguiente creación de peligrosos e incontrolados puntos
calientes ("hot spots") localizados.
Además, si la ausencia de ventilación es
completa, pero la temperatura externa es lo suficientemente baja,
el termostato pertinente no intervendría en absoluto, aunque los
puntos calientes estuvieran a su máximo nivel.
Para una óptima supervisión de la temperatura y
la ventilación dentro del armario, sería ideal poder supervisar
diferentes parámetros de alarma y crear mejores condiciones de
ventilación.
Los parámetros afectados son:
- -
- un caudal hacia el interior del armario;
- -
- temperaturas en el interior del armario;
- -
- fallos del ventilador.
Los ventiladores de los filtros pueden ser del
tipo de aspiración o de bombeo (concretamente pueden ser capaces de
aspirar aire al interior del armario y capaces de bombear hacia
fuera el aire de salida) y es extremadamente interesante que
funcionan de forma indistinta en las dos direcciones sea cual sea el
tipo de sensor que se usa.
Una mejora adicional con respecto a la técnica
anterior sería permitir una mayor ventilación en el interior del
armario cortocircuitando de forma permanente, o en caso necesario,
parte del aire del interior.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención
es resolver los anteriores problemas de la técnica anterior,
proporcionando un ensamblaje de filtro mejorado, particularmente
para armarios eléctricos, que es capaz de supervisar, de forma
económica y fiable, varios parámetros de alarma para garantizar una
óptima supervisión de la temperatura y la ventilación en el
interior del propio armario.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un ensamblaje de filtro mejorado equipado con un
sensor, que permite supervisar de forma económica y fiable el
caudal de aire hacia el interior del armario.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un ensamblaje de filtro mejorado, que es capaz de
supervisar de forma económica y fiable la temperatura en el
interior del armario eléctrico y detectar fallos del ventilador.
Además, un objeto de la presente invención es
proporcionar un ensamblaje de filtro mejorado equipado con sensores,
que funcionan como ventiladores de aspiración y como ventiladores
de bombeo.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un ensamblaje de filtro mejorado equipado con un
sistema de emergencia, que es capaz de permitir una mayor
ventilación en el interior del armario cortocircuitando,
permanentemente o en caso necesario, parte del aire del
interior.
Los anteriores y otros objetos y ventajas de la
invención, como se verán a partir de la siguiente descripción, se
alcanzan con un ensamblaje de filtro mejorado de acuerdo con la
reivindicación 1. Realizaciones preferidas y variaciones no
triviales de la presente invención son el asunto de las
reivindicaciones dependientes.
\newpage
La presente invención se describirá mejor
mediante algunas realizaciones preferidas de la misma,
proporcionadas como ejemplo no limitante, remitiéndonos a los
dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 muestra una vista de sección
transversal de una realización de un ensamblaje de filtro de acuerdo
con la técnica anterior;
- la figura 2 muestra una gráfica que representa
las características de funcionamiento de un ventilador;
- la figura 3 muestra una vista de sección
transversal de una hipotética realización de un ensamblaje de
filtro;
- la figura 4 muestra una vista de sección
transversal de una realización del ensamblaje de filtro mejorado de
acuerdo con la presente invención; y
- la figura 5 muestra una vista de sección
transversal de otra realización del ensamblaje de filtro mejorado
de acuerdo con la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Remitiéndonos a la figura 1, es posible observar
un ensamblaje de filtro para armarios eléctricos perteneciente a la
técnica anterior. Dicho ensamblaje de filtro, insertado en una pared
3 de un armario eléctrico, se compone, como se sabe, de fuera a
dentro del armario a lo largo de la dirección del flujo de aire F,
de una tela filtrante 5, un cárter de transporte 7 y un ventilador
9; en dicha configuración, se definen sustancialmente tres
intervalos de presión: P_{1} es la presión externa, P_{2}
(igual a P_{1} menos la pérdida de carga del filtro) es la
presión intermedia entre la tela filtrante 5 y el ventilador 9 y
P_{3} (igual a P_{2} más la prevalencia del ventilador 9) es la
altura (de presión) interna. Como se ha mencionado anteriormente,
está claro que el ventilador 9 debe superar la resistencia al paso
del aire de la tela filtrante 5, produciéndose dicha resistencia
con una pérdida de carga que aumenta la presión que debe superar el
ventilador con la subsiguiente reducción del rendimiento en términos
de caudal de aire.
Para medir el caudal de aire, puede hacerse
referencia a dos modos operatorios diferentes; en un primer caso,
el caudal se mediría directamente a través de sensores helicoidales,
venturímetros o similares, pero en este caso, además de altos
costes, el ensamblaje de filtro tendría un volumen excesivo (el
espacio es un bien escaso en el interior de los paneles
eléctricos), puesto que estos dispositivos siempre necesitan amplios
espacios globales para mantener el flujo en modo laminar. En un
segundo caso, habría que medir un parámetro relacionado con el
caudal y, remitiéndonos a las tablas de calibrado del ensamblaje,
sería necesario computar el propio caudal.
Además, si fuera posible usar el mismo sensor
para medir parámetros relativos a otras cantidades relevantes, esto
sería también ventajoso, puesto que permitiría ahorros económicos
adicionales.
En la presente invención, el sensor de caudal
usado aprovecha un error sistemático que es típico de mediciones de
temperatura con sensores termo-resistivos o
resistencias térmicas, que es el
auto-calentamiento.
El principio de funcionamiento es el siguiente:
una resistencia térmica o un sensor termo-resistivo
cambia su resistencia interna cuando la cambia temperatura a la que
funciona. De este modo, es posible computar su temperatura midiendo
este valor resistivo con un ohmiómetro externo. Para poder realizar
la medición, sin embargo, es necesario hacer que pase una corriente
a través del sensor y medir la resistencia que opone a dicho paso,
el hecho de que una corriente pasa a través de este sensor,
automáticamente lo calienta de acuerdo con la famosa ley de Joule (W
= RI^{2}).
Desafortunadamente, si hay que medir
efectivamente la temperatura, este efecto perturba y se vuelve tan
perturbador como alta sea la precisión a alcanzar.
Y además, debido al principio de indeterminación
de Pauli, de acuerdo con el cual cuanto más precisamente se conoce
la posición de una partícula (o en este caso un valor de
temperatura), peor se conoce su velocidad (en este caso la
diferencia entre su valor interno y el valor de aire real) y
viceversa, dicho efecto no puede remediarse.
El ensamblaje de filtro mejorado de acuerdo con
la presente invención, en vez de esto, aprovecha ventajosamente
este error sistemático, aumentándolo y obteniendo a partir de su
variabilidad toda la información relevante, como se expondrá en la
siguiente descripción.
Remitiéndonos en particular a la figura 4, es
posible observar una realización preferida del ensamblaje de filtro
mejorado 1 de acuerdo con la presente invención; dicho ensamblaje de
filtro 1, preferentemente insertado en la pared 3 de un armario
eléctrico, comprende, análogamente a ensamblajes de filtro
frontales, una tela filtrante 5, un cárter de transporte 7 y un
ventilador 9. El concepto básico de la presente invención, sin
embargo, se basa en colocar un sensor
termo-resistivo 11, tal como preferentemente un
termómetro de resistencia o un termistor, de modo que sea
atravesado por un flujo de aire dependiendo del caudal del
ventilador 9 en dicho punto de funcionamiento. Como puede
observarse a partir de la figura 3, a primera vista podría parecer
que el mejor sitio en el que debe colocarse el sensor 11 es aguas
abajo de la tela filtrante 5, pero esto es un error, puesto que en
dicha área, la velocidad del aire de entrada (flujo F_{1})
seguramente es pequeña o comparable con la debida a turbulencias de
aire causada por la rotación de las palas y el resultado estaría
fuertemente alterado; además, en este caso, si hubiera que usar una
lectura realizada para medir la temperatura del panel interno, ésta
podría hacerse solamente en caso de que el ventilador expulse aire
desde el panel (flujo F_{2}) puesto que, en el caso en que el
ventilador aspire aire hacia el interior del panel, en realidad se
mediría la temperatura del aire del exterior.
La disposición de acuerdo con la presente
invención es, por lo tanto, insertar al menos un sensor 11 en el
interior de al menos un pequeño orificio 13 preferentemente en forma
de un tubo Venturi (para garantizar un flujo laminar), obtenido en
el interior del cárter de transporte 7 del ensamblaje de filtro 1,
aprovechando el hecho de que, cerca de dicho orificio, siempre
existe la presión generada por el ventilador y el filtro siempre es
atravesado por aire procedente del interior del armario
eléctrico.
La técnica usada para la medición es la conocida
técnica del anemómetro de alambre caliente. En la práctica, es
importante que el sensor 11 tenga una capacidad térmica pequeña, de
modo que con potencias (y por lo tanto corrientes) pequeñas se
obtiene un efecto de auto-calentamiento (por ejemplo
1ºC/50 mW) en el aire inmóvil.
Está claro que este
auto-calentamiento cambia cuando la capacidad de
refrigeración del sensor 11 cambia y esto a su vez es una función
lineal del movimiento de convección que lo atraviesa.
Al medir el sensor 11 la temperatura en momentos
diferentes pero cercanos, nominalmente con potencia disipada (valor
afectado por el error de auto-calentamiento) y
computar una diferencia entre las dos cantidades, se obtiene un
parámetro que está directamente relacionado con la velocidad del
aire en el orificio 13. La velocidad del aire es una función lineal
de la diferencia de presión entre los dos lados del orificio 13 (en
caso de flujo laminar, y de todos modos monótono incluso en caso de
un movimiento turbulento) y la geometría del orificio 13, que genera
la resistencia aerodinámica.
Puesto que la geometría del orificio 13 no
cambia, la velocidad del aire que atraviesa el sensor 11 es una
función directa de la diferencia de presión \DeltaP en los lados
del ventilador 9, midiendo la cual puede computarse la potencia
real del ventilador V dependiendo de sus características de
funcionamiento. La figura 2 muestra como ejemplo la gráfica de la
hipotética característica de funcionamiento del ventilador 9,
dependiendo del caudal Q (medido en m^{3}/h) y diferencia de
presión \DeltaP (medida en Pa), usando valores de caudal V_{1}
y V_{2} que se han obtenido como ejemplo, dependiendo de valores
de diferencia de presión medidos respectivos \DeltaP_{1} y
\DeltaP_{2}. Obviamente, la medición de presión puede realizarse
con sensores de presión de tipo membrana, pero su coste sería mayor
en al menos dos órdenes de magnitud.
También es posible medir la rapidez con la que
el se pierde calor almacenado con un pulso de corriente midiendo
simplemente las derivadas en el tiempo de la función de temperatura,
siendo esto muy fácil de hacer con un componente operacional
normal, en caso de que haya que realizar el sistema con componentes
electrónicos separados y no con microprocesadores.
El sistema en este caso (debido a los efectos
del principio de solapamiento) también es completamente
independiente del valor absoluto de la temperatura del armario
eléctrico, siendo esto también interesante (hay que recordar que,
al derivar, se pierde una constante que no es interesante, que en
este caso es la temperatura absoluta). El mismo resultado se
obtiene en el caso de una medición digital diferenciando la función
de temperatura en un intervalo de tiempo, que es lo suficientemente
corto.
También es ventajoso que el sensor 11 del
ensamblaje de filtro 1 de acuerdo con la presente invención funcione
como un termómetro interno, independientemente del hecho de que el
ventilador 9 sea del tipo de aspiración o de bombeo.
Esta combinación de factores hace posible poder
usar un único sensor 11 para medir el flujo de aire real que entra
en el armario eléctrico y la temperatura del armario eléctrico,
haciendo posible de este modo obtener tres posibles resultados con
un único y económico sensor 11:
- -
- un termostato de alarma (no se muestra) que es capaz de generar alarmas y/o supervisar la velocidad del ventilador, sustituyendo de este modo a un componente adicional del interior del panel;
- -
- un termómetro capaz de medir y mostrar la temperatura del panel (debe observarse que, estando el ensamblaje de filtro parcialmente fuera del panel, es posible medir la temperatura en medios de visualización externa, tales como una pantalla (no se muestra) situada en la superficie externa del filtro sin perforar otros orificios en el panel eléctrico).
En ambos aspectos anteriores, una lectura es más
fiable que en un sensor normal situado en el interior del panel,
puesto que el aire es impulsado para que impacte de forma continua
sobre el propio sensor 11, sin que se permita la formación de capas
de temperaturas;
- -
- la medida del caudal de aire, en la que también puede colocarse una señal de alarma, que puede observarse desde el exterior y que, en un caso límite, interviene físicamente sobre usuarios en el interior del panel.
También es posible, cuando el sensor 11 tiene
una inercia térmica que es lo suficientemente baja, medir
ondulaciones debidas a variaciones de velocidad locales cuando las
palas del ventilador 9 pasan, y de este modo verificar que el
propio ventilador 9 está girando y a que velocidad, siendo éste otro
parámetro en el que es posible introducir una señal de alarma.
Si, con ventiladores particularmente rápidos o
con ventiladores que causan pocas turbulencias, no es posible medir
este parámetro, bastará adoptar un dispositivo de lectura óptico
(fotodiodo) o un dispositivo de lectura magnético (transistor de
efecto Hall) para posibilitar la medición de este parámetro.
Con respecto a la actual técnica anterior, es
posible introducir una mejora adicional a los ensamblajes de
filtro, obteniéndose ya dicha mejora de forma parcialmente
automática debido a la adopción del sistema de medición de caudal
descrito anteriormente.
A menudo en el caso de obstrucción de la tela
filtrante 5, el aire en el interior del armario eléctrico permanece
inmóvil y en capas; para resolver dicho problema, a menudo se añade
un ventilador adicional para agitar el aire del interior.
Remitiéndonos a la figura 5, es posible observar
que el cárter de transporte 7 del ensamblaje de filtro 1 puede
estar equipado con aberturas adecuadas 15 a través de las cuales es
posible hacer que el aire del interior re-circule,
haciendo, en algunos casos, innecesario usar un segundo ventilador
de homogeneización interno, con el consiguiente ahorro
económico.
Estas aberturas 15 podrían ocluirse con una
cinta pelable o un tapón desprendible, para poder satisfacer con un
único producto diferentes necesidades de uso (el usuario decide
después de la instalación adoptar o no la opción de
re-circulación) o pueden abrirse automáticamente
mediante un transductor mecánico (por ejemplo a través de una
puerta 17 con desacoplamiento con muelle y magnético) cuando, puesto
que el caudal externo es demasiado reducido, se decide que es mejor
seleccionar una ventilación interna de emergencia hasta que se
sustituya la tela filtrante 5.
El ensamblaje de filtro 1 de acuerdo con la
presente invención funciona de forma óptima independientemente de
la razón que genera la reducción de caudal, puesto que la presión
real se mide en los extremos del ventilador 9.
La reducción del caudal, de hecho, podría estar
causada, además de por la obstrucción del filtro, también por una
presurización interna del panel debida a errores de ensamblaje o por
la puesta en marcha de acondicionadores del aire ambiental, si el
panel tiene una sección de aspiración situada fuera y tiene sus
terminales de cable en un hueco subterráneo que está sometido a la
altura de presión.
Debe observarse que, además, el sistema de
recirculación de aire no tiene fallos en caso de reducciones de
caudal debidas a sobrepresión interna, sino que, en su lugar, cuando
estas condiciones cambian (el acondicionador de aire ambiental en
el edificio se pone en marcha o se apaga), el sistema cambia
automáticamente la función pasando de una
re-circulación casi completa a una succión completa
con continuidad.
El ensamblaje de filtro 1 de acuerdo con la
presente invención se ha descrito hasta el momento como ejemplo
aplicado para ventilar armarios eléctricos, puesto que ésta es su
aplicación industrial más típica, pero está claro que puede usarse
en cualquier otro campo en el que se requieran las mismas
características inventivas, tales como, por ejemplo, en la
supervisión del funcionamiento de campanas de succión, sin alejarse
del alcance de la presente invención como lo definen las siguientes
reivindicaciones.
Claims (14)
1. Ensamblaje de filtro (1), particularmente
para armarios eléctricos, que comprende una tela filtrante (5), un
cárter de transporte (7) y un ventilador (9), caracterizado
porque está equipado con al menos un sensor
termo-resistivo (11) situado cerca de al menos un
orificio (13) obtenido en dicho cárter de transporte (7).
2. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho sensor
termo-resistivo (11) es un termómetro de
resistencia o un termistor.
3. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho orificio (13)
tiene forma de tubo Venturi.
4. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho sensor
termo-resistivo (11) está adaptado para medir un
caudal de aire que atraviesa dicho ensamblaje de filtro (1).
5. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho sensor
termo-resistivo (11) está adaptado para medir una
temperatura interna de dicho armario eléctrico.
6. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho sensor
termo-resistivo está adaptado para medir
ondulaciones debidas a cambios de la velocidad de las palas de dicho
ventilador (9).
7. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque está equipado con una señal de alarma adaptada para señalar
anomalías de valores de dicho caudal de aire y/o dicha temperatura
interna y/o dicha velocidad de rotación.
8. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque está equipado con un
termostato de alarma conectado de forma operativa a dicho sensor
termo-resistivo (11).
9. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 5, caracterizado porque está equipado con
medios de visualización del valor de dicha temperatura interna.
10. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque está equipado con un
dispositivo de lectura óptico o magnético adaptado para medir
variaciones de la velocidad de rotación de las palas de dicho
ventilador (9).
11. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho cárter de
transporte (7) está equipado con al menos una abertura (15) para la
re-circulación del aire del interior.
12. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque dicha abertura (15)
está ocluida por una cinta pelable o un tapón desprendible.
13. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque dicha abertura (15)
está equipada con una puerta de apertura automática (17).
14. Ensamblaje de filtro (1) de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque dicha abertura (15)
está equipada con una puerta de apertura gradual (17).
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