ES2335528T3 - Dispositivo para activar una bomba electromagnetica y bomba dosificadora electromagnetica relacionada. - Google Patents
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Abstract
Bomba dosificadora electromagnética que comprende un electroimán de accionamiento (4) controlado por un dispositivo activador, comprendiendo el electroimán (4) un devanado primario (3), capaz de ser atravesado por una corriente de excitación, y un elemento móvil (9), capaz de ser atraído dentro del devanado primario (3) cuando dicha corriente de excitación es superior a un primer valor umbral para introducir una dosis de líquido en un circuito hidráulico externo dependiendo del desplazamiento del elemento móvil (9), comprendiendo el dispositivo una unidad lógica de control (6), capaz de controlar dicha corriente de excitación, siendo capaz la unidad lógica de control (6) de detectar dicha corriente de excitación para proporcionar dicha corriente de excitación al devanado primario (3) hasta que dicha corriente de excitación adopte un segundo valor umbral, dependiendo de un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico externo, superior al primer valor umbral y no superior a un tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil (9) llega a la detención, estando la bomba caracterizada porque la unidad lógica de control (6) determina el segundo valor umbral como la suma de un cuarto valor umbral, detectado en un instante (t0, tP) sucesivo, de un intervalo constante no más corto que t0, hasta el instante (t0) en que dicha corriente de excitación comienza a circular a través del devanado primario (3) y que precede al instante (tF) en que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral, con una cantidad no mayor que la diferencia (Δ, Δ' Δ'') entre el tercer valor umbral y el cuarto valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico externo.
Description
Dispositivo para activar una bomba
electromagnética y bomba dosificadora electromagnética
relacionada.
La presente invención se refiere a una bomba
electromagnética, como, por ejemplo, las bombas para dosificar
líquidos, que comprende un dispositivo activador que permite, de una
manera sencilla, fiable, eficiente, precisa y económica, ajustar la
capacidad de la válvula integral con el elemento móvil del
electroimán sin la ayuda de sensores de posición o dispositivos
electromecánicos de calibración, permitiendo así un control preciso
de la capacidad cuando varía la presión fuera de la bomba, ejercida
por el circuito hidráulico externo.
La presente invención se refiere además a un
procedimiento para accionar el electroimán para accionar la
bomba.
Se sabe que las bombas electromagnéticas se
emplean para añadir líquidos, como detergentes, esterilizadores, y
desinfectantes, a soluciones acuosas mediante una dosificación que
se puede predeterminar repetible en el tiempo.
En particular, el líquido es dosificado dentro
de la solución mediante la acción mecánica de una membrana de
interposición, movida por la acción de dos fuerzas opuestas: una
fuerza de empuje, obtenida a través de la atracción magnética
ejercida sobre un pistón ferromagnético por un electroimán,
accionado adecuadamente por un circuito de control electrónico; y
una fuerza de retorno, obtenida a través de la acción de repulsión
de un muelle coaxial con el pistón que es cargado por el mismo
pistón durante la fase de empuje. Durante el funcionamiento, el
electroimán es accionado por una corriente eléctrica y empuja el
pistón dentro del cuerpo de la bomba, de manera que, a través de
válvulas adecuadas, el líquido que ha de ser dosificado es
introducido en el circuito hidráulico; luego se vuelve a llevar al
pistón a la posición de descanso mediante el muelle cargado durante
la fase de empuje activo.
En cada inyección o carrera se introduce una
cierta cantidad de líquido en el circuito hidráulico, por lo que
multiplicándola por el número de inyecciones (carreras) por minuto
se obtiene la capacidad en la unidad de tiempo, normalmente medida
en litros/hora.
Actualmente, por razones de adaptabilidad a los
equipos hidráulicos donde están instaladas, las bombas dosificadoras
electromagnéticas necesitan ajustes que definen la capacidad de las
mismas como una función de la presión de funcionamiento y de la
viscosidad del líquido dosificado.
Por lo tanto, todas las compañías fabricantes
ofrecen como ajustes el número de carreras/minuto (convencionalmente
indicadas en litros/hora) necesarias para obtener una cierta
capacidad: ajustando el número de carreras/minuto puede variarse la
cantidad de líquido introducido en el circuito hidráulico en la
unidad de tiempo.
Sin embargo, tal solución adolece del
inconveniente de que la reducción del número de carreras, que llegan
todas ellas a la detención del pistón, produce como consecuencia
que las concentraciones de dosificación son significativamente no
uniformes en la unidad de tiempo.
Algunas soluciones alternativas comprenden un
dispositivo que está provisto de un ajuste adicional de la carrera
del pistón a través de medios mecánicos, limitando el movimiento de
la válvula, accionada por el pistón, que a su vez mueve las
membranas. En particular, tales soluciones proporcionan que el
origen de la carrera se mueve hacia el límite de detención (es
decir, se mueve hacia delante), por lo que el volumen del líquido
inyectado es directamente proporcional al movimiento residual del
pistón.
Sin embargo, incluso estas soluciones tienen
grandes limitaciones de funcionalidad, debido al hecho de que la
capacidad de la bomba de cebar el líquido que ha de ser dosificado
contenido en un depósito adecuado está limitada en gran medida.
La patente de EE.UU. N° US 6.264.432 propone un
control para una bomba que aplica a una bobina de un electroimán la
cantidad de potencia necesaria para completar una carrera. Las
reivindicaciones 1 y 17 están limitadas en la forma de dos partes a
lo largo de la exposición de este documento.
Otras soluciones usan sensores para detectar el
movimiento del pistón, y por lo tanto de la válvula móvil.
Sin embargo, tales soluciones adolecen del
inconveniente de que el dispositivo de ajuste es sumamente
complicado y caro, ya que necesita sensores muy sofisticados y
sumamente precisos, considerando que los desplazamientos en juego
son típicamente del orden de uno a dos milímetros, y apenas pueden
instalarse dentro de la bomba, debido al reducido espacio dentro de
la misma.
Por otra parte, sin embargo se deja el problema
principal de la gran variación que sufre la capacidad cuando varía
la presión de funcionamiento aplicada fuera de la bomba por el
circuito hidráulico en el que se introduce el líquido que ha de
dosificarse. De hecho, por razones funcionales de naturaleza
hidráulica, la membrana que empuja el líquido debe tener
características elásticas que luego son la causa de las variaciones
de capacidad cuando varía la presión. Tal coeficiente elástico está
determinado por la forma geométrica y por el material del que está
hecha la membrana, típicamente teflón.
A modo de ejemplo, la Figura 1 muestra el perfil
del diafragma en dos valores diferentes de presión externa: la
membrana adopta el perfil A cuando la presión externa es igual a 50
kPa (0,5 bar), mientras que adopta el perfil B cuando la presión
externa es igual a 1000 kPa (10 bar). Es evidente que en el primer
caso la cantidad de líquido introducido en el circuito hidráulico
es significativamente mayor que la del segundo caso. Obviamente, el
fenómeno aún crece cuando se eleva la presión, cuando se considera
que el límite habitual para las bombas electromagnéticas es igual a
aproximadamente 2000 kPa (20 bar). Como consecuencia, también sería
necesario un sensor de presión de funcionamiento aplicado fuera de
la bomba, haciendo aún más complicado y caro el dispositivo de
ajuste.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar un dispositivo para accionar un electroimán para
accionar bombas que permita, de una manera sencilla, fiable,
eficiente, precisa y económica, ajustar la capacidad de la bomba a
lo largo de un amplio intervalo, manteniendo la uniformidad de
dosificación, sin la ayuda de válvula integral con el elemento
móvil del electroimán sin la ayuda de sensores de posición o
presión, o de dispositivos electromecánicos de calibración,
permitiendo así un control preciso de la capacidad cuando varía la
presión fuera de la bomba, ejercida por el circuito hidráulico
externo.
Un objeto adicional de la presente invención es
proporcionar tal dispositivo activador que permita mejorar tanto la
fabricación como la aplicabilidad de ingeniería de electroimanes
para accionar bombas.
Por lo tanto, el tema específico de la presente
invención es una bomba dosificadora electromagnética que comprende
un electroimán de accionamiento controlado por un dispositivo
activador, comprendiendo el electroimán un devanado primario, capaz
de ser atravesado por una corriente de excitación, y un elemento
móvil, capaz de ser atraído dentro del devanado primario cuando
dicha corriente de excitación es superior a un primer valor umbral
para introducir una dosis de líquido en un circuito hidráulico
externo dependiendo del desplazamiento del elemento móvil,
comprendiendo el dispositivo una unidad lógica de control, capaz de
controlar dicha corriente de excitación, estando caracterizado el
dispositivo porque la unidad lógica de control es capaz de detectar
dicha corriente de excitación para proporcionar dicha corriente de
excitación al devanado primario hasta que dicha corriente de
excitación adopte un segundo valor umbral, dependiendo de un valor
de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito
hidráulico externo, superior al primer valor umbral y no superior a
un tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento
móvil llega a la detención.
La unidad lógica de control determina el segundo
valor umbral como la suma de un cuarto valor umbral, detectado en
un instante sucesivo, de un intervalo constante no más corto que 0,
hasta el instante en que dicha corriente de excitación comienza a
circular a través del devanado primario y que precede al instante en
que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral,
con una cantidad no mayor que la diferencia entre el tercer valor
umbral y el cuarto valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un
valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito
hidráulico externo.
Según la invención, el cuarto valor umbral puede
ser igual al primer valor umbral, por lo que la unidad lógica de
control determina el segundo valor umbral como la suma del primer
valor umbral, detectado en un instante sucesivo, de un intervalo
constante, hasta el instante en que dicha corriente de excitación
comienza a circular a través del devanado primario, con una
cantidad no mayor que la diferencia entre el tercer valor umbral y
el primer valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un valor de la
dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico
externo.
Además, según la invención, el dispositivo puede
comprender medios electrónicos para compensar las variaciones de la
resistencia del devanado primario controlado por la unidad lógica de
control, siendo capaz la unidad lógica de control, cuando no
proporciona dicha corriente de excitación, de proporcionar al
devanado primario una corriente de medición, inferior al primer
valor umbral, y de medir una caída de voltaje a través del devanado
primario para determinar si se varía la resistencia del devanado
primario y, llegado el caso, para controlar dichos medios
compensadores electrónicos para compensar tal variación de
resistencia.
Siempre según la invención, el cuarto valor
umbral puede ser igual a 0, por lo que la unidad lógica de control
determina que el segundo valor umbral es igual a una cantidad no
mayor que el tercer valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un
valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito
hidráulico externo.
Según la invención, la unidad lógica de control
puede proporcionar cíclicamente dicha corriente de excitación al
devanado primario hasta que dicha corriente de excitación adopta el
tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil
llega a la detención.
Además, según la invención, cuando proporciona
dicha corriente de excitación al devanado primario hasta que dicha
corriente de excitación adopta el tercer valor umbral, la unidad
lógica de control puede determinar una presión ejercida por el
circuito hidráulico externo sobre la bomba como proporcional al
intervalo de tiempo que transcurre desde un instante de referencia,
que está comprendido entre el instante en que dicha corriente de
excitación comienza a circular a través del devanado primario y el
instante en que dicha corriente de excitación adopta el tercer
valor umbral, hasta el instante en que dicha corriente de excitación
adopta el tercer valor umbral.
Siempre según la invención, dicho instante de
referencia puede ser igual al instante en que dicha corriente de
excitación comienza a circular a través del devanado primario o al
instante en que dicha corriente de excitación adopta el primer
valor umbral.
Según la invención, la unidad lógica de control
puede calcular el segundo valor umbral como una función del valor
determinado de la presión externa.
Además, según la invención, la unidad lógica de
control puede estar provista de medios de memoria que almacenan al
menos una tabla de consulta, preferentemente actualizable, a la que
la unidad lógica de control accede para leer dicho segundo valor
umbral como una función del valor determinado de la presión
externa.
Siempre según la invención, la bomba puede
comprender una membrana que tiene un coeficiente elástico,
determinando la unidad lógica de control el segundo valor umbral
como una función del coeficiente elástico de la membrana.
Según la invención, la unidad lógica de control
puede calcular el segundo valor umbral como una función del
coeficiente elástico de la membrana.
Además, según la invención, la unidad lógica de
control puede estar provista de medios de memoria que almacenan al
menos una tabla de consulta, preferentemente actualizable, a la que
la unidad lógica de control accede para leer el segundo valor
umbral como una función del coeficiente elástico de la membrana.
Siempre según la invención, el dispositivo puede
comprender además primeros medios de selección, conectados a la
unidad lógica de control, capaces de seleccionar dicho valor de la
dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico
externo.
Según la invención, el dispositivo puede
comprender además segundos medios de selección, conectados a la
unidad lógica de control, capaces de seleccionar una viscosidad del
líquido que ha de introducirse en el circuito externo.
Además, según la invención, la unidad lógica de
control puede calcular el segundo valor umbral como una función de
la viscosidad seleccionada del líquido que ha de ser introducido en
el circuito externo.
Siempre según la invención, la unidad lógica de
control puede estar provista de medios de memoria que almacenan al
menos una tabla de consulta, preferentemente actualizable, a la que
la unidad lógica de control accede para leer el segundo valor
umbral como una función de la viscosidad seleccionada del líquido
que ha de introducirse en el circuito externo.
Aún es tema específico de la presente invención
un procedimiento para activar un electroimán para accionar una
bomba, comprendiendo el electroimán un devanado primario, capaz de
ser atravesado por una corriente de excitación, y un elemento
móvil, capaz de ser atraído dentro del devanado primario cuando
dicha corriente de excitación es superior a un primer valor umbral
para introducir una dosis de líquido en un circuito hidráulico
externo como una función del desplazamiento del elemento móvil,
estando caracterizado el procedimiento porque
comprende las siguientes etapas:
- A.
- detectar dicha corriente de excitación;
- B.
- proporcionar dicha corriente de excitación al devanado primario hasta que dicha corriente de excitación adopte un segundo valor umbral, dependiendo de un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico externo, mayor que el primer valor umbral y no mayor que un tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil llega a la detención; estando caracterizado el procedimiento porque, en la etapa B, el segundo valor umbral se determina como la suma de un cuarto valor umbral, detectado en un instante (t_{0}, t_{p}) sucesivo, de un intervalo constante no más corto que 0, hasta el instante (t_{0}) en que dicha corriente de excitación comienza a circular a través del devanado primario (3) y que precede al instante (t_{F}) en que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral, con una cantidad no mayor que la diferencia (\Delta, \Delta', \Delta'') entre el tercer valor umbral y el cuarto valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico externo.
Siempre según la invención, el procedimiento
puede comprender además la siguiente etapa:
- E.
- proporcionar cíclicamente dicha corriente de excitación al devanado primario hasta que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil llega a la detención.
Más realizaciones del procedimiento según la
invención se definen por las reivindicaciones subordinadas
18-20 y 22-31.
A continuación se describirá la presente
invención, a modo de ilustración y no a modo de limitación, según
sus realizaciones preferidas, haciendo referencia particularmente a
las Figuras de los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 muestra esquemáticamente el perfil
de una membrana de una bomba que está sometida a dos valores
diferentes de presión externa;
la Figura 2 muestra la curva de una corriente de
excitación de un electroimán para accionar una bomba;
\global\parskip0.900000\baselineskip
la Figura 3 muestra la curva de la corriente de
excitación de un electroimán, la duración del impulso, y el
desplazamiento de la válvula a la presión de funcionamiento de 0 kPa
(0 bar);
la Figura 4 muestra la curva de la corriente de
excitación de un electroimán, la duración del impulso, y el
desplazamiento de la válvula a la presión de funcionamiento de 1000
kPa (10 bar);
la Figura 5 muestra las curvas de la corriente
de excitación de un electroimán para accionar una bomba para tres
valores de presión de funcionamiento, bajo condiciones de constantes
eléctricas del circuito idénticas;
la Figura 6 muestra las curvas de la corriente
de excitación de un electroimán para accionar una bomba para tres
valores de las constantes eléctricas del circuito, bajo condiciones
de presión de funcionamiento idéntica;
la Figura 7 muestra una realización preferida
del dispositivo activador según la invención; y
la Figura 8 muestra la curva estimada y la curva
medida de la capacidad como una función de la presión de
funcionamiento para una bomba de membrana específica.
En las Figuras, los elementos iguales están
indicados por los mismos números de referencia.
El inventor ha desarrollado un dispositivo
activador de capacidad ajustable para activar un electroimán para
accionar bombas que usa una detección puramente electrónica de la
detención del pistón basándose en el muestreo de la curva de la
corriente impartida al electroimán, buscando los puntos
característicos de la curva de corriente a lo largo del tiempo. Tal
detección será más precias cuanto más elevado sea el número de
valores muestreados en la unidad de tiempo.
En particular, con referencia a la Figura 2,
puede observarse que la curva a lo largo del tiempo de la corriente
que circula a través del electroimán, cuyo pistón está sostenido
inicialmente por la carga del muelle coaxial, comprende
sustancialmente tres partes: una primera parte C1 desde to (instante
en el que el dispositivo activador comienza a hacer que la
corriente i(t) circule a través del electroimán) hasta
t_{P} (instante en el que la corriente i(t) finalmente
vence la resistencia inicial de la carga del muelle), en la que el
pistón y la válvula permanecen inmóviles; una segunda parte C2
desde t_{P} (instante en el que el pistón comienza a moverse)
hasta t_{F} (instante en el que el pistón alcanza la detención, es
decir, llega a la pulsación), en la corriente i(t) aumenta
exponencialmente desde el valor i (t_{P}) en un valor igual a V/R,
según la fórmula conocida de la carga de un inductor que tiene
inductancia L a través de una resistencia en serie R.
donde L/R es la constante de tiempo
típica del electroimán; y una tercera parte C3 desde t_{F}
(instante en el que el pistón alcanza la detención) en la que la
corriente i(t) aumenta muy rápido más allá del valor
i(t_{F}).
Por consiguiente, manteniendo constante la
proporción V/R, durante la segunda parte C2 la corriente i(t)
crece de una manera exponencial con una constante de tiempo que es
típica del mismo imán. Como la fuerza de tracción es directamente
proporcional a la corriente i(t), durante la segunda parte C2
de la curva de la corriente, en el instante t_{F} ésta llega a
vencer toda la presión de funcionamiento opuesta, permitiendo que la
válvula realice todo el desplazamiento. Por lo tanto, la duración
de la segunda parte C2, igual a (t_{F}-t_{P}),
es proporcional a la presión: cuanto más prolongado es el tiempo
necesario, más elevada es la presión, y viceversa. En este punto el
sistema es capaz de conocer, dependiendo del tiempo que se detecta
como necesario para que la corriente i(t) aumente
exponencialmente en V/R comenzando desde el valor i (t_{P}), lo
elevada que es la presión de funcionamiento. Por otra parte, en
cuanto se alcanza el aumento de corriente necesario para hacer que
la válvula llegue a la pulsación, el dispositivo activador puede
interrumpir la corriente al electroimán y puede volver a establecer
un nuevo ciclo, haciendo que el pistón retorne a su posición de
partida por medio de la tracción del muelle cargado.
Las Figuras 3 y 4 explican claramente la curva
de la corriente i(t), la duración del impulso, y el
desplazamiento de la válvula a presiones de funcionamiento de 0 kPa
(0 bar) y 1000 kPa (10 bar), respectivamente. En particular, debe
observarse que en las Figuras 3 y 4 el desplazamiento está
representado con una definición de dos décimas de milímetro por
cuadrado.
Por lo tanto, suponiendo que las constantes
eléctricas del circuito del electroimán no varían, la Figura 5
esquematiza la forma de la curva de corriente i(t) cuando
varía la presión de funcionamiento opuesta, en la que el instante
t_{F} en el que el pistón alcanza la detención, es decir, llega a
la pulsación, está retrasado proporcionalmente a la presión opuesta
P, por lo que
t_{F1} = t_{F}(P1) <
t_{F2} = t_{F}(P2) < t_{F3} =
t_{F}(P3),
con
P1 < P2 < P3
\global\parskip1.000000\baselineskip
El inventor ha desarrollado además el
dispositivo activador basándose en el hecho de que, aun cuando las
constantes eléctricas del circuito varíen (por ejemplo, debido a
una variación de temperatura), como el electroimán tiene mucho
entrehierro, la forma de la curva de la corriente i(t)
siempre comprende puntos característicos que subdividen la misma de
una manera reconocible, es decir, de una manera detectable, en las
tres partes anteriormente mencionadas C1, C2 y C3.
De hecho, con referencia a la Figura 6, que
muestra tres curvas de la corriente i(t) para tres valores
diferentes de las constantes del circuito del mismo electroimán,
puede observarse que, suponiendo una presión de funcionamiento
externa constante, cuando varían las constantes eléctricas del
circuito las tres curvas de la corriente i(t) siempre
alcanzan en el mismo instante t_{P} el valor necesario para vencer
la resistencia inicial de la carga del muelle, por lo que la
duración (t_{P}-t_{0}) de la primera parte C1,
C1' y C1'' de las tres curvas es constante; tal valor varía cuando
varían las constantes del circuito del electroimán
(l_{P}<l_{P'},<l_{P''}, suponiendo una temperatura de
funcionamiento que aumenta con las tres curvas
correspondientes).
Una vez que las tres curvas de corriente han
alcanzado su valor respectivo necesario para vencer la resistencia
inicial de la carga del muelle, todas ellas continúan con una
segunda parte C2, C2' y C2'' de aumento exponencial desde t_{P}
hasta t_{F} (instante en el que el pistón alcanza la detención, es
decir, llega a la pulsación), en la que el instante t_{F} es el
mismo instante (en la hipótesis de que la presión opuesta de
funcionamiento es la misma para las tres curvas), por lo que el
valor de aumento de corriente en la segunda parte es constate para
cualquier variación de las constantes eléctricas del circuito
(\Delta=\Delta'=\Delta'').
Por último, las tres curvas siguen a una tercera
parte respectiva C3, C3' y C3'' que comienza desde t_{F}, que
varía dependiendo de las constantes eléctricas del circuito. Sin
embargo, como la tercera parte de la curva de corriente i(t)
no es significativa, porque sólo produce un consumo inútil de
corriente, por lo que el dispositivo activador interrumpe la
corriente al electroimán para volver a establecer un nuevo ciclo, la
variación de esta tercera parte cuando varían las constantes
eléctricas del circuito no es relevante.
En lo que viene a continuación, se hará
referencia explícita a una arquitectura del dispositivo activador
similar a la del dispositivo descrito en la solicitud de patente
italiana Nº RM2004A000371. Sin embargo, debe comprenderse que la
invención también puede aplicarse a dispositivos de accionamiento
que adoptan otras arquitecturas de circuito.
La Figura 7 muestra un diagrama de circuito
específico de la realización preferida del dispositivo activador
según la invención, en el que, en particular, los interruptores
electrónicos de alimentación están representados por simples
interruptores de encendido y apagado.
El dispositivo según la invención está conectado
a la red eléctrica 1 a través de un puente rectificador 2 y un
diodo de bloqueo D0 (que impide que se produzcan corrientes
inversas), cuyo voltaje de salida es estabilizado por el
condensador C1 y provisto, después de una resistencia R1, en un
terminal de alimentación MA.
Un primer interruptor de alimentación S1 está
conectado entre el terminal de salida PO de un devanado primario 3
del electroimán 4 y la toma de tierra del circuito GC. Un segundo
interruptor de alimentación S2 está conectado entre el terminal de
alimentación MA y un terminal PI', conectado al terminal de entrada
PI del devanado primario 3 del electroimán 4 a través de una
resistencia que compensa la fase de control electrónico 10, cuya
funcionalidad se ilustrará más adelante.
Un segundo diodo D1 está conectado entre el
terminal PO y el nodo positivo PN del condensador estabilizador C1,
antes de la resistencia R1, con polaridad tal que permite que
circule corriente desde el terminal PO hasta el nodo positivo PN.
Un tercer diodo D2 está conectado entre la toma de tierra del
circuito GC y el terminal PI', con polaridad tal que permite que
circule corriente desde la toma de tierra del circuito GC hasta el
terminal PI'. En particular, el segundo y el tercer diodo D2 y D3
realizan las mismas funciones de los diodos similares del
dispositivo de control que es el tema de la patente italiana Nº
IT1315957.
Una primera unidad lógica de control 6, no
aislada galvánicamente, controla el funcionamiento de los
interruptores de alimentación S1 y S2, controla el valor de la
resistencia compensadora de la fase 10, y detecta la corriente de
alimentación que circula a través del devanado primario 3 del
electroimán 4, midiendo el voltaje en la resistencia R1. Por otra
parte, la primera unidad lógica de control 6 está conectada a un
potenciómetro de regulación P1, ajustable por un operador para
indicar la capacidad deseada de la bomba electromagnética. La
alimentación necesaria para el funcionamiento de la primea unidad
lógica de control 6 es proporcionada por una derivación adecuada PP
del devanado primario 3 del electroimán 4.
El dispositivo además comprende una segunda
unidad lógica de control 7, capaz de comunicarse (en recepción y/o
en transmisión) a través de señales digitales y/o analógicas con
dispositivos externos. En particular, la segunda unidad lógica de
control 7 es capaz de comunicarse además con la primera unidad
lógica de control 6 a través de una unidad de aislamiento galvánico
8. La alimentación necesaria para el funcionamiento de la segunda
unidad lógica de control 7 es proporcionada por un devanado
secundario adecuado 5 del electroimán 4.
Como se dijo anteriormente, el electroimán 4
está provisto de un elemento móvil 9 capaz de ser atraído dentro
del mismo electroimán por la corriente que circula a través del
devanado primario 3.
Basándose en lo que se expuso previamente, es
evidente que una vez que se conoce el tiempo
(t_{F}-t_{P}) necesario para que el pistón
realice todo el desplazamiento, suponiendo que la presión opuesta de
funcionamiento permanece constante, la primera unidad lógica de
control 6 puede ajustar la capacidad de la bomba electromagnética,
limitando el desplazamiento del pistón 9, simplemente dando
corriente al electroimán sólo para una porción de la segunda parte
C2 de la curva de corriente mostrada en la Figura 2. De esta manera,
el dispositivo según la invención sustituye la regulación mecánica
de las bombas electromagnéticas de capacidad ajustable disponibles
actualmente por un sistema totalmente electrónico, sumamente fiable,
preciso y económico.
Por otra parte, la primera unidad lógica de
control 6 es capaz de adaptar la regulación de activación y de
capacidad en el caso en que la presión opuesta de funcionamiento
varía. De hecho, reduciendo el tiempo de suministro de corriente
del electroimán como se describió (para reducir el desplazamiento
del pistón de una manera completamente electrónica), se impide que
la curva de corriente alcance el instante t_{F} de parada del
pistón 9, no obteniendo la comprobación de la presión opuesta de
funcionamiento instantánea que, por ejemplo, debido a razones del
equipo, podría variar. Para vencer este problema, la primera unidad
lógica de control 6, después de un número (predefinido o ajustable)
de carreras del pistón 9 con desplazamiento reducido (basándose en
la indicación del potenciómetro P1), lleva a cabo cíclicamente una
activación de "calibración" con la que da corriente al
devanado primario 3 del electroimán 4 hasta hacer que el pistón 9
alcance la detención de la pulsación. De tal manera, la primera
unidad lógica de control 6 es capaz de detectar con continuidad el
tiempo (t_{F}-t_{P}) necesario para que el
pistón realice todo el desplazamiento y, como consecuencia, el
valor de la presión opuesta de funcionamiento, para variar la
activación del electroimán 4 para adaptar la regulación de
capacidad a las variaciones de la presión opuesta de
funcionamiento.
De hecho, basándose en el valor de la presión
opuesta de funcionamiento, conociendo el coeficiente elástico de la
membrana, es posible calcular el desplazamiento necesario para
obtener la capacidad requerida a una presión dada, manteniendo tal
capacidad constante a cualquier valor de la presión de
funcionamiento.
La Figura 8 muestra la curva estimada F_{S} y
la curva medida F_{M} de la capacidad (suponiendo que el pistón
siempre llega a la detención) como una función de la presión del
equipo para una membrana específica. La relación entre la presión
de funcionamiento P y la capacidad F es la siguiente:
donde F_{0} representa una
constante (proporcional al coeficiente elástico de la membrana)
proporcional a la capacidad obtenida con el equipo a 0
bar.
Ventajosamente, en lugar de calcular el valor de
la capacidad como una función de la presión según la fórmula recién
mostrada, la primera unidad lógica de control 6 está provista de una
memoria interna que almacena una tabla de consulta (preferentemente
actualizable) en la que un valor de capacidad F corresponde a cada
valor de presión P. Por lo tanto, detectando cíclicamente la
presión de funcionamiento opuesta P como se describió
anteriormente, la primera unidad lógica de control 6 puede acceder
simplemente a la memoria y puede leer cuál es la capacidad de la
bomba para activar la detención del pistón 9, para adaptar la
activación del electroimán 4 al coeficiente elástico de la
membrana.
Además, la memoria de la primera unidad lógica
de control 6 podría almacenar diferentes tablas de consulta
dependiendo de la viscosidad del líquido que ha de introducirse en
el circuito externo, cuyo valor causa una variación correspondiente
en la capacidad de la bomba, pudiendo ser establecido tal valor de
la viscosidad por un operador. Igualmente, la memoria podría
almacenar diferentes tablas de consulta dependiendo del
envejecimiento de la membrana usada.
La realización preferida del dispositivo
activador según la invención, mostrado en la Figura 7, también
comprende una resistencia que compensa la fase de control
electrónico 10, capaz de compensar la variación de la resistencia
del devanado primario 3 (típicamente en cobre) que constituye el
inductor con la temperatura, dada por la conocida ley de
Boltzmann:
Rt =
Ro(1 +
\alpha(T-To))
donde:
- Rt es el valor de la resistencia a la
temperatura T;
- Ro es el valor de la resistencia a la
temperatura de referencia To (normalmente igual a la temperatura
ambiente);
{}\hskip0,6cm y
{}\hskip0,6cm y
- \alpha es la constante de Boltzmann.
\newpage
La primera unidad de control lógico 6, durante
las fases de reposo (es decir, entre una carrera y la siguiente),
inyecta una corriente dentro del devanado primario 3 inferior al
valor necesario para producir la atracción del pistón 9 y mide una
caída de voltaje a través del mismo devanado primario 3 (por
ejemplo, en el terminal PP). Después, calcula la variación de la
resistencia del devanado primario 3 (debida a la variación de
temperatura) y modifica el valor de la resistencia en serie de la
fase 10 para compensar tal variación.
De esta manera, las constantes del circuito
eléctrico del electroimán 4 permanecerían constantes y, por
consiguiente, no habría variación de la curva de la corriente
i(t) a través del devanado primario 3 cuando varía la
temperatura, como, en cambio, se muestra en la Figura 6. Por lo
tanto, la primera unidad lógica de control 6 podría detectar la
presión opuesta de funcionamiento determinando el tiempo
transcurrido desde cualquier instante (supuesto como instante de
referencia) de la primera parte C1 de la curva de la Figura 5,
incluso el instante inicial hasta en el que la corriente
i(t) comienza a circular a través del electroimán 4 (es decir, desde el instante en el que la corriente tiene un valor cero), hasta en instante de parada t_{F}.
i(t) comienza a circular a través del electroimán 4 (es decir, desde el instante en el que la corriente tiene un valor cero), hasta en instante de parada t_{F}.
La fase 10 con una resistencia en serie es
puramente ejemplar, ya que en otras realizaciones del dispositivo
según la invención la primera unidad lógica de control 6 puede
modificar mediante software la resistencia en serie del generador
de corriente que a su vez alimenta al electroimán 4. Por otra parte,
tal compensación puede obtenerse por medio de cualquier otro
dispositivo, como, por ejemplo, una o más resistencias de
coeficiente de temperatura negativo (NTC).
Las ventajas ofrecidas por el dispositivo y el
procedimiento según la invención son significativas.
En primer lugar, la fabricación de tal
dispositivo y la bomba electromagnética relacionada se simplifica y,
por consiguiente, es de coste reducido. De hecho, se eliminan todas
las partes necesarias para una reducción mecánica del
desplazamiento y cualquier sensor electrónico o electromecánico de
posición o presión.
También, el procedimiento de activación adoptado
por el dispositivo según la invención es sumamente preciso,
proporcionando una mejor uniformidad de dosificación: de hecho,
reduciendo el desplazamiento es posible aumentar significativamente
el número de carreras por unidad de tiempo.
Además, cuando la presión opuesta de
funcionamiento varía, el dispositivo según la invención permite
dosificar siempre la misma cantidad de producto, mientras que en
los otros aparatos disponibles actualmente a presiones del equipo
inferiores a la de calibración, se dosifican cantidades de producto
mucho mayores que lo necesario con considerable desperdicio y mayor
contaminación.
Además, la propiedad de cebar el líquido de
dosificación sigue siendo la óptima, ya que la válvula tiene la
posibilidad de llevar a cabo aún todo el desplazamiento.
Por otra parte, el procedimiento de
accionamiento y el dispositivo según la invención permiten una mejor
uniformidad de la capacidad entre los aparatos de la misma familia,
ya que en la fase de envejecimiento el dispositivo puede aprender
la cantidad de desplazamiento necesario para alcanzar la capacidad
nominal.
Además, la reducción del desplazamiento de la
válvula se produce deteniendo el avance de la misma válvula, en
lugar de moviendo el origen de avance, como es en los sistemas
disponibles de control mecánico actuales. Por lo tanto, el volumen
de líquido inyectado siempre será directamente proporcional al
movimiento de avance de la válvula y no al movimiento residual como
en el caso mecánico.
Por último, gracias a sus propiedades de
precisión, el procedimiento de accionamiento y el dispositivo según
la invención permiten una mejor dosificación de líquidos viscosos,
simplemente teniendo en cuenta en los parámetros de cálculo usados
por el dispositivo activador uno o más factores correctores que
dependen de la viscosidad, es decir, sosteniendo la válvula en la
posición para alcanzar la capacidad requerida durante un tiempo más
prolongado de manera que el líquido tenga suficiente tiempo para
circular.
La presente invención se ha descrito, a modo de
ilustración y no a modo de limitación, según su realización
preferida, pero debe comprenderse que los expertos en la materia
pueden realizar variaciones y/o cambios, sin apartarse así del
ámbito de protección relacionado, tal como se define por las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (31)
1. Bomba dosificadora electromagnética que
comprende un electroimán de accionamiento (4) controlado por un
dispositivo activador, comprendiendo el electroimán (4) un devanado
primario (3), capaz de ser atravesado por una corriente de
excitación, y un elemento móvil (9), capaz de ser atraído dentro del
devanado primario (3) cuando dicha corriente de excitación es
superior a un primer valor umbral para introducir una dosis de
líquido en un circuito hidráulico externo dependiendo del
desplazamiento del elemento móvil (9), comprendiendo el dispositivo
una unidad lógica de control (6), capaz de controlar dicha
corriente de excitación, siendo capaz la unidad lógica de control
(6) de detectar dicha corriente de excitación para proporcionar
dicha corriente de excitación al devanado primario (3) hasta que
dicha corriente de excitación adopte un segundo valor umbral,
dependiendo de un valor de la dosis de líquido que ha de
introducirse en el circuito hidráulico externo, superior al primer
valor umbral y no superior a un tercer valor umbral en
correspondencia de lo cual el elemento móvil (9) llega a la
detención, estando la bomba caracterizada porque la unidad
lógica de control (6) determina el segundo valor umbral como la suma
de un cuarto valor umbral, detectado en un instante (t_{0},
t_{P}) sucesivo, de un intervalo constante no más corto que
t_{0}, hasta el instante (t_{0}) en que dicha corriente de
excitación comienza a circular a través del devanado primario (3) y
que precede al instante (t_{F}) en que dicha corriente de
excitación adopta el tercer valor umbral, con una cantidad no mayor
que la diferencia (\Delta, \Delta', \Delta'') entre el tercer
valor umbral y el cuarto valor umbral, dependiendo dicha cantidad de
un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el
circuito hidráulico externo.
2. Bomba según la reivindicación 1,
caracterizada porque el cuarto valor umbral es igual al
primer valor umbral, por lo que la unidad lógica de control (6)
determina el segundo valor umbral como la suma del primer valor
umbral, detectado en un instante (t_{P}) sucesivo, de un intervalo
constante (t_{P}-t_{0}), hasta el instante
(t_{0}) en que dicha corriente de excitación comienza a circular a
través del devanado primario (3), con una cantidad no mayor que la
diferencia (\Delta, \Delta', \Delta'') entre el tercer valor
umbral y el primer valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un
valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito
hidráulico externo.
3. Bomba según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque el dispositivo activador además
comprende medios electrónicos (10) para compensar las variaciones
de la resistencia del devanado primario (3) controlado por la
unidad lógica de control (6), siendo capaz la unidad lógica de
control (6), cuando no proporciona dicha corriente de excitación,
de proporcionar al devanado primario (3) una corriente de medición,
inferior al primer valor umbral, y de medir una caída de voltaje a
través del devanado primario (3) para determinar si se varía la
resistencia del devanado primario (3) y, llegado el caso, para
controlar dichos medios compensadores electrónicos (10) para
compensar tal variación de resistencia.
4. Bomba según la reivindicación 3,
caracterizada porque el cuarto valor umbral es igual a 0, por
lo que la unidad lógica de control (6) determina que el segundo
valor umbral es igual a una cantidad no mayor que el tercer valor
umbral, dependiendo dicha cantidad de un valor de la dosis de
líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico
externo.
5. Bomba según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la unidad
lógica de control (6) proporciona cíclicamente dicha corriente de
excitación al devanado primario (3) hasta que dicha corriente de
excitación adopta el tercer valor umbral en correspondencia de lo
cual el elemento móvil (9) llega a la detención.
6. Bomba según la reivindicación 5,
caracterizada porque, cuando la unidad lógica de control (6)
proporciona dicha corriente de excitación al devanado primario (3)
hasta que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor
umbral, la unidad lógica de control (6) determina una presión
ejercida por el circuito hidráulico externo sobre la bomba como
proporcional al intervalo de tiempo que transcurre desde un instante
de referencia, que está comprendido entre el instante (t_{0}) en
que dicha corriente de excitación comienza a circular a través del
devanado primario (3) y el instante (t_{F}) en que dicha corriente
de excitación adopta el tercer valor umbral, hasta el instante
(t_{F}) en que dicha corriente de excitación adopta el tercer
valor umbral.
7. Bomba según la reivindicación 6,
caracterizada porque dicho instante de referencia es igual al
instante (t_{0}) en que dicha corriente de excitación comienza a
circular a través del devanado primario (3) o al instante (t_{P})
en que dicha corriente de excitación adopta el primer valor
umbral.
8. Bomba según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizada porque la unidad lógica de control (6) calcula
el segundo valor umbral como una función del valor determinado de
la presión externa.
9. Bomba según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizada porque la unidad lógica de control (6) está
provista de medios de memoria que almacenan al menos una tabla de
consulta, preferentemente actualizable, a la que la unidad lógica
de control (6) accede para leer dicho segundo valor umbral como una
función del valor determinado de la presión externa.
10. Bomba según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende
una membrana que tiene un coeficiente elástico, determinando la
unidad lógica de control (6) el segundo valor umbral como una
función del coeficiente elástico de la membrana.
11. Bomba según la reivindicación 10,
caracterizada porque la unidad lógica de control (6) está
provista de medios de memoria que almacenan al menos una tabla de
consulta, preferentemente actualizable, a la que la unidad lógica
de control (6) accede para leer el segundo valor umbral como una
función del coeficiente elástico de la membrana.
12. Bomba según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
dispositivo activador comprende además primeros medios de selección
(P1), conectados a la unidad lógica de control (6), capaces de
seleccionar dicho valor de la dosis de líquido que ha de
introducirse en el circuito hidráulico externo.
13. Bomba según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
dispositivo activador comprende además segundos medios de
selección, conectados a la unidad lógica de control (6), capaces de
seleccionar una viscosidad del líquido que ha de introducirse en el
circuito externo.
14. Bomba según la reivindicación 13,
caracterizada porque la unidad lógica de control (6) calcula
el segundo valor umbral como una función de la viscosidad
seleccionada del líquido que ha de introducirse en el circuito
externo.
15. Bomba según la reivindicación 13,
caracterizada porque la unidad lógica de control (6) está
provista de medios de memoria que almacenan al menos una tabla de
consulta, preferentemente actualizable, a la que la unidad lógica
de control (6) accede para leer el segundo valor umbral como una
función de la viscosidad seleccionada del líquido que ha de
introducirse en el circuito externo.
16. Dispositivo para activar un electroimán (4),
que comprende una unidad lógica de control (6), caracterizado
porque el dispositivo activador es capaz de funcionar como
dispositivo activador de una bomba dosificadora electromagnética
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Procedimiento para activar un electroimán
(4) para accionar una bomba, comprendiendo el electroimán (4) un
devanado primario (3), capaz de ser atravesado por una corriente de
excitación, y un elemento móvil (9), capaz de ser atraído dentro
del devanado primario (3) cuando dicha corriente de excitación es
superior a un primer valor umbral para introducir una dosis de
líquido en un circuito hidráulico externo como una función del
desplazamiento del elemento móvil (9), comprendiendo el
procedimiento las siguientes etapas:
- A.
- detectar dicha corriente de excitación;
- B.
- proporcionar dicha corriente de excitación al devanado primario (3) hasta que dicha corriente de excitación adopte un segundo valor umbral, dependiendo de un valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico externo, mayor que el primer valor umbral y no mayor que un tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil (9) llega a la detención;
estando caracterizado el procedimiento
porque, en la etapa B, el segundo valor umbral se determina como la
suma de un cuarto valor umbral, detectado en un instante (t_{0},
t_{p}) sucesivo, de un intervalo constante no más corto que 0,
hasta el instante (t_{0}) en que dicha corriente de excitación
comienza a circular a través del devanado primario (3) y que
precede al instante (t_{F}) en que dicha corriente de excitación
adopta el tercer valor umbral, con una cantidad no mayor que la
diferencia (\Delta, \Delta', \Delta'') entre el tercer valor
umbral y el cuarto valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un
valor de la dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito
hidráulico externo.
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
caracterizado porque el cuarto valor umbral es igual al
primer valor umbral, por lo que en la etapa B el segundo valor
umbral se determina como la suma del primer valor umbral, detectado
en un instante (t_{P}) sucesivo, de un intervalo constante
(t_{P}-t_{0}), hasta el instante (t_{0}) en
que dicha corriente de excitación comienza a circular a través del
devanado primario (3), con una cantidad no mayor que la diferencia
(\Delta, \Delta', \Delta'') entre el tercer valor umbral y el
primer valor umbral, dependiendo dicha cantidad de un valor de la
dosis de líquido que ha de introducirse en el circuito hidráulico
externo.
19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó
18, caracterizado porque además comprende las siguientes
etapas:
- C.
- proporcionar al devanado primario (3) una corriente de medición, inferior al primer valor umbral,
- D.
- medir una caída de voltaje a través del devanado primario (3) para determinar si se varía la resistencia del devanado primario (3) y, llegado el caso, para compensar tal variación de resistencia.
20. Procedimiento según la reivindicación 19,
caracterizado porque el cuarto valor umbral es igual a 0, por
lo que en la etapa B se determina que el segundo valor umbral es
igual a una cantidad no mayor que el tercer valor umbral,
dependiendo dicha cantidad de un valor de la dosis de líquido que ha
de introducirse en el circuito hidráulico externo.
21. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque además
comprende la siguiente etapa:
- E.
- proporcionar cíclicamente dicha corriente de excitación al devanado primario (3) hasta que dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral en correspondencia de lo cual el elemento móvil (9) llega a la detención.
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado porque, en la etapa E se determina una presión
ejercida por el circuito hidráulico externo sobre la bomba como
proporcional al intervalo de tiempo que transcurre desde un
instante de referencia, que está comprendido entre el instante
(t_{0}) en que dicha corriente de excitación comienza a circular
a través del devanado primario (3) y el instante (t_{F}) en que
dicha corriente de excitación adopta el tercer valor umbral, hasta
el instante (t_{F}) en que dicha corriente de excitación adopta
el tercer valor umbral.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado porque dicho instante de referencia es igual al
instante (t_{0}) en que dicha corriente de excitación comienza a
circular a través del devanado primario (3) o al instante (t_{P})
en que dicha corriente de excitación adopta el primer valor
umbral.
24. Procedimiento según la reivindicación 22 ó
23, caracterizado porque en la etapa B el segundo valor
umbral se calcula como una función del valor de la presión externa
determinado en la etapa E.
25. Procedimiento según la reivindicación 22 ó
23, caracterizado porque en la etapa B el segundo valor
umbral se lee de los medios de memoria en al menos una ubicación
dependiendo del valor de la presión externa determinado en la etapa
E.
26. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 25, caracterizado porque la bomba
comprende una membrana que tiene un coeficiente elástico, y porque
en la etapa B se determina el segundo valor umbral como una función
del coeficiente elástico de la membrana.
27. Procedimiento según la reivindicación 26,
caracterizado porque en la etapa B el segundo valor umbral se
lee de los medios de memoria en al menos una ubicación dependiendo
del coeficiente elástico de la membrana.
28. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 27, caracterizado porque además
comprende la siguiente etapa:
- F.
- seleccionar dicho valor de la dosis de líquido que ha de ser introducido en el circuito hidráulico externo.
29. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 28, caracterizado porque además
comprende la siguiente etapa:
- G.
- seleccionar una viscosidad del líquido que ha de ser introducido en el circuito externo.
30. Procedimiento según la reivindicación 29,
caracterizado porque en la etapa B el segundo valor umbral se
calcula como una función de la viscosidad del líquido seleccionada
en la etapa G.
31. Procedimiento según la reivindicación 29,
caracterizado porque en la etapa B el segundo valor umbral se
lee de los medios de memoria en al menos una ubicación dependiendo
de la viscosidad del líquido seleccionada en la etapa G.
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