ES2343169T3 - Sistema y procedimiento de calentamiento rapido de un fluido. - Google Patents
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Abstract
Aparato para calentar fluido que comprende un medio de paso que define una ruta de flujo (12, 63) para el fluido que se va a calentar, una pluralidad de conjuntos de elementos que forman electrodos dentro o formando la ruta del flujo y entre los que pasa dicho fluido, en los que dichos conjuntos de elementos que forman electrodos incluyen al menos un primero (16) y un segundo (17) conjunto de electrodos a lo largo de la ruta de flujo del fluido, en el que dicho primer conjunto de electrodos y dicho segundo conjunto de electrodos tienen al menos un par de electrodos (16a, 16b, 17a, 17b) entre los que una corriente eléctrica pasa a través de dicho fluido para calentar el fluido durante su paso a lo largo de la ruta de flujo, corriente arriba de los medios de medición de temperatura del fluido (35), corriente arriba del primer conjunto de electrodos, para medir la temperatura del fluido que se va a calentar, primero corriente abajo del medio de medición de la temperatura corriente abajo del segundo conjunto de electrodos, los medios de determinación del caudal del fluido (36, 39) y los medios de control eléctrico (41) para suministrar y controlar la potencia eléctrica a los electrodos de cada conjunto, en los que dichos medios de control tienen medios de procesamiento para relacionar el flujo actual y la tensión aplicada en respuesta a las temperaturas medidas corriente arriba y corriente abajo y el caudal del fluido para determinar la entrada de potencia deseada en el fluido desde cada conjunto de electrodos para alcanzar una temperatura de fluido deseada corriente abajo del segundo conjunto de electrodos.
Description
Sistema y procedimiento de calentamiento rápido
de un fluido.
La presente invención se refiere a un aparato,
sistema y procedimiento para el rápido calentamiento de fluidos y,
más particularmente, a un aparato, sistema y procedimiento para
calentar rápidamente fluidos usando energía eléctrica.
Sistemas de agua caliente de una forma u otra
están instalados en la gran mayoría de locales residenciales y
oficinas en los países desarrolladas. En algunos países, la fuente
de energía más habitual para calentar el agua es la
electricidad.
Por supuesto, como se conoce generalmente, la
generación de electricidad quemando combustibles fósiles contribuye
de forma significativa a la contaminación y el calentamiento global.
Por ejemplo, en 1996, el sector más consumidor de energía en
Estados Unidos eran los hogares residenciales, que eran responsables
del 20% de todas las emisiones de carbono producidas. Del total de
las emisiones de carbono por este sector consumidor de electricidad,
el 63% era directamente atribuible a quemar combustibles fósiles
usados para generar electricidad para dicho sector.
En las naciones desarrolladas, la electricidad
se considera ahora una necesidad práctica para locales residenciales
y con el consumo de electricidad por hogar en crecimiento de
alrededor de 1,5% anual desde 1990, el incremento proyectado del
consumo de electricidad para el sector residencial se ha convertido
en un tema central en e debate sobre la estabilización del carbón y
el cumplimiento de los objetivos del protocolo de Kyoto.
Desde 1982 a 1996, el número de hogares en
Estados Unidos ha aumentado a una tasa del 1,4% anual y el consumo
de electricidad residencial aumentó a una tasa de 2,6% al año
durante el mismo periodo. En consecuencia, se ha proyectado que el
número de hogares en Estados Unidos va a aumentar en 1,1% al año
hasta el año 2010 y cabe esperar que el consumo de electricidad en
las residencias aumente a una tasa del 1,6% anual para el mismo
periodo.
Se ha estimado que en 1995, 40 millones de
hogares, aproximadamente, de todo el mundo usaban sistemas de
calentamiento de agua eléctricos. La forma más frecuente de sistema
de calentamiento de agua caliente eléctrico implica un tanque de
almacenamiento en el que el agua se calienta lentamente durante un
tiempo a una temperatura predeterminada. El agua en el tanque de
almacenamiento se mantiene a la temperatura predeterminada, porque
el agua se extrae del tanque de mantenimiento y se repone con la
entrada de agua fría. Generalmente, los tanques de almacenamiento
incluyen un elemento de calentamiento por resistencia eléctrico
sumergido conectado a la red de alimentación cuyo funcionamiento
está controlado por un termostato o dispositivo de monitorización de
la temperatura.
Generalmente, los sistemas eléctricos de
almacenamiento de agua caliente se consideran ineficientes en
términos de energía porque operan sobre el principio de almacenar y
calentar agua hasta una temperatura predeterminada superior a la
temperatura requerida para el uso, aunque el consumidor puede no
necesitar agua caliente hasta más tarde en el tiempo. Dado que se
pierde energía térmica del agua caliente en el tanque de
almacenamiento, puede ser necesario un consumo adicional de energía
eléctrica para recalentar el agua hasta la temperatura
predeterminada. En última instancia, un consumidor puede no requerir
agua caliente durante un periodo de tiempo considerable. No
obstante, durante ese tiempo, algunos de los sistemas de
almacenamiento de agua caliente eléctricos continúan consumiendo
energía para calentar el agua en preparación para que el consumidor
requiera agua caliente en cualquier momento.
Por supuesto, el calentamiento rápido de agua de
modo que la temperatura del agua alcance un nivel predeterminado en
un corto periodo de tiempo permite que un sistema evite las
ineficiencias que necesariamente se producen como resultado de
almacenar agua caliente. En la actualidad se dispone de sistemas de
agua caliente de calentamiento rápido o "instantáneos" de modo
que, como fuente de energía, se usan gas, tal como gas natural o LPG
(Gas de Petróleo Licuado), y electricidad. En el caso del gas
natural y el LPG, estos son tipos de combustible que están
particularmente bien adaptados al calentamiento rápido de fluidos,
dado que la ignición de estos combustibles puede impartir
suficiente transferencia de energía térmica al fluido y elevar la
temperatura de dicho fluido hasta un nivel satisfactorio en un
periodo de tiempo relativamente corto en condiciones
controladas.
No obstante, aunque es posible usar fuentes de
combustible de gas natural para el rápido calentamiento del agua,
estas fuentes no siempre están disponibles fácilmente, En contraste
con ello, una red de electricidad está fácilmente disponible para
la mayoría de los hogares en los países desarrollados.
Se han producidos ineficaces intentos previos
para producir un sistema de agua caliente eléctrico
"instantáneo". Estos incluyen los sistemas de hilo caliente y
de inducción electromagnética. Se ha desarrollado el sistema de
agua caliente "instantáneo" de hilo caliente en el que se
localiza un tubo término y eléctricamente no conductor de un
diámetro relativamente pequeño. En funcionamiento, el agua pasa a
través del tubo que está en contacto o muy cerca del cable, que se
energiza para transferir de este modo energía térmica al agua en el
interior del tubo. Generalmente, se actúa sobre el control
monitorizando la temperatura de salida del agua del tubo y
comparándola con una configuración de temperatura predeterminada. En
función del la temperatura de salida del agua monitorizada se
aplica una tensión al cabe hasta que la temperatura del agua alcanza
la configuración de temperatura predeterminada deseada. Aunque este
tipo de sistema evita las ineficiencias de energía implicadas con
el almacenamiento de agua caliente, por desgracia sufre una serie de
otras desventajas. En particular, es necesario calentar el hilo a
temperaturas mucho mayores que las del agua de alrededor. Esto
tiene la desventaja de causar la formación de cristales de sales
disueltas que normalmente están presentes a concentraciones
variables en agua, tales como carbonato de calcio y sulfato de
calcio. Las áreas calientes del cable en contacto directo con el
agua proporcionan un ambiente excelente para la formación de estos
tipos de cristales, lo que tiene como resultado que el hilo se
"encostra" y, por tanto, se reduzca la eficiencia de la
transferencia térmica desde el hilo al agua de alrededor. Como el
tubo es, generalmente, de diámetro relativamente pequeño, la
formación de cristales también puede reducir el flujo de agua a
través del tubo. Además, los sistemas de tipo de hilo caliente
requieren presiones de agua relativamente altas para que funcionen
de forma eficaz y, por tanto, estos sistemas no son eficaces para
usar en regiones que tienen una presión de agua relativamente baja
o frecuentes descensos de la presión de agua que se pueden producir
durante los momentos de uso máximo de agua.
El sistema de inducción electromagnética
funciona como un transformador. En este caso, las corrientes
inducidas en un arrollamiento secundario del transformador hacen
que el arrollamiento secundario se caliente. El calor generado aquí
se disipa mediante el agua circulante a través de una camisa de agua
que rodea al arrollamiento secundario. Después, el agua calentada
sale del sistema para usar. Generalmente, se actúa sobre el control
monitorizando la temperatura de salida de la camisa de agua y
comparándola con una configuración de temperatura predeterminada.
En función de la temperatura de salida monitorizada del agua se
puede variar la tensión aplicada al arrollamiento primario, lo que
varía las corrientes eléctricas inducidas en el arrollamiento
secundario hasta que la temperatura del agua alcanza la
configuración de temperatura predeterminada. Aunque este tipo de
sistema evita las ineficiencias de energía implicadas con el
almacenamiento de agua caliente, también sufre una serie de otras
desventajas. En particular, es necesario calentar el arrollamiento
secundario a temperaturas mayores que las del agua de alrededor.
Esto tiene el mismo efecto de causar la formación de cristales de
sales disueltas, tales como se ha comentado en lo que antecede.
Como el hueco entre el arrollamiento secundario y la camisa de agua
que lo rodea es, generalmente, relativamente estrecho, la formación
de cristales también puede reducir el flujo de agua a través de la
camisa.
Además, los campos magnéticos desarrollados y
las elevadas corrientes inducidas en el arrollamiento secundario
pueden tener como resultado niveles inaceptables de ruido eléctrico
o de RF. Este ruido eléctrico o de RF puede ser difícil de suprimir
o apantallar y afecta a otros dispositivos electromagnéticos
susceptibles en una gama de campos electromagnéticos. Algunos
ejemplos de dispositivos para calentar un fluido usando inducción
se divulgan en los documentos US-4 093 847,
US-4 029 937 o US-5 506 391.
Por tanto, es deseable proporcionar un aparato
para calentar rápidamente el fluido, particularmente agua, usando
energía eléctrica y que obvia al menos algunas de las desventajas de
otros sistemas.
También es deseable proporcionar un
procedimiento mejorado para calentar rápidamente agua usando energía
eléctrica que minimice el consumo de potencia.
También es deseable proporcionar un sistema
mejorado para calentar agua usando energía eléctrica que proporcione
calentamiento de agua relativamente rápido adecuada para fines
domésticos y/o comerciales.
También es deseable proporcionar un aparato y
procedimiento mejorados para calentar fluido eléctrico que facilite
el control de la temperatura de salida mientras minimiza la
formación de cristales de sales disueltas.
También es deseable proporcionar un sistema de
calentamiento de fluidos mejorado que usa la red de alimentación
disponible generalmente en los edificios domésticos y
comerciales.
También es deseable proporcionar un aparato de
calentamiento mejorado que puede fabricarse en varias capacidades
de rendimiento de fluido.
También es deseable proporcionar un aparato de
calentamiento de fluidos que se puede diseñar para operar con
diversos fluidos o con agua de varias durezas.
También es deseable proporcionar un aparato de
calentamiento de fluidos que se puede instalar en las cercanías del
agua caliente y, de este modo, obviar el innecesario desperdicio de
agua.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se
proporciona un aparato para calentar fluidos que comprende vías de
paso que definen una ruta de flujo para el fluido que se va a
calentar, una pluralidad de conjuntos de electrodos dentro o
formando la ruta del flujo y entre los que pasa dicho fluido, en los
que dichos conjuntos de elementos que forman electrodos incluyen al
menos un primer y un segundo conjunto de elementos que forman
electrodos junto con la ruta de flujo del fluido, en el que dicho
primer conjunto de elementos que forman electrodos y dicho segundo
conjunto de elementos que forman electrodos tienen al menos un par
de electrodos entre los que una corriente eléctrica pasa a través
de dicho fluido para calentar el fluido durante su paso a lo largo
de la ruta de flujo, corriente arriba del medio de medición de
temperatura corriente abajo del fluido, corriente arriba del primer
conjunto de elementos que forman electrodos, para medir la
temperatura del fluido que se va a calentar, primero corriente
abajo del medio de medición de la temperatura del segundo conjunto
de elementos que forman electrodos, los medios de determinación del
caudal del fluido y los medios de control eléctrico para
suministrar y controlar la potencia eléctrica a los electrodos de
cada conjunto, en los que dichos medios de control tienen medios de
procesamiento para relacionar el flujo actual y la tensión aplicada
en respuesta a las temperaturas medidas antes y después y el caudal
del fluido para determinar la demanda de potencia deseada al fluido
desde cada conjunto de electrodos para alcanzar una temperatura de
fluido deseada corriente abajo del segundo conjunto de
electrodos.
Preferentemente, la vía de paso comprende un
espacio anular entre los miembros cilíndricos espaciados y
sustancialmente coaxiales. La vía de paso puede definir una
pluralidad de rutas de flujo paralelas para el fluido.
En una forma de realización, un segundo medio de
medición de la temperatura mide la temperatura del fluido entre los
conjuntos de electrodos primero y segundo y el medio de control
controla la potencia a los conjuntos de electrodos primero y
segundo de acuerdo con las temperaturas medidas y un incremento
deseado de la temperatura del fluido en el paso del fluido entre
los respectivos conjuntos de electrodos.
En una forma de realización preferida, el medio
de electrodo comprende al menos tres pares de electrodos espaciados
a lo largo de la ruta del flujo. Los electrodos de cada par están
espaciados a través de la ruta de flujo de modo que la tensión
aplicada entre los electrodos de cada par hace que la corriente
fluya a través del fluido a través de la ruta del flujo a medida
que el fluido pasa a lo largo de la vía de paso.
En una forma de realización preferida, el medio
de electrodo comprende electrodos cilíndricos sustancialmente
coaxiales que se forman o localizan en una sección de la vía de
paso. Preferentemente, la vía de paso incluye tres secciones, en la
que cada sección de la vía de paso tiene una entrada y una salida,
estando las secciones conectadas entre sí en serie de modo que la
salida de una primera sección comprende la entrada de la segunda
sección que comprende la entrada de la tercera sección, con
electrodos para cada una de las tres secciones.
Con esta organización, las salidas de las
secciones primera y segunda tienen medios de medición de la
temperatura del fluido y el medio de control controla la potencia a
los electrodos de cada sección de acuerdo con las temperaturas
medidas en la entrada y la salida de cada sección y una diferencia
de temperaturas deseada predeterminada.
En una forma de realización preferida, cada
sección de la vía de paso está formada por electrodos espaciados
sustancialmente coaxiales que definen una ruta de flujo anular para
el fluido.
En otra forma de realización, la vía de paso
incluye más de tres secciones de vía de paso, en la que cada
sección tiene una entrada y una salida, estando las secciones
conectadas en serie y el medio de control controla la potencia
hacia un par de electrodos de cada sección de acuerdo con las
temperaturas de entrada y salida medidas de cada sección y una
diferencia de temperaturas deseada predeterminada para cada
sección.
En formas de realización preferidas de la
invención, el control de la potencia eléctrica que se pasa al fluido
se proporciona mediante un sistema de gestión controlado por un
microordenador. Preferentemente, el sistema de gestión controlado
por microordenador es capaz de detectar y acomodar los cambios en la
conductancia específica del propio fluido debido al cambio de
temperatura del fluido dentro del propio sistema, así como
variaciones en la conductividad eléctrica del fluido entrante. Es
decir, en formas de realización preferidas de la presente
invención, el sistema de gestión monitoriza y responde a una
conductividad eléctrica, o gradiente de conductancia específico
entre la entrada y la salida de elementos del sistema de
calentamiento. En un sistema de calentamiento de fluidos presente
de acuerdo con una forma de realización de la presente invención
usado para calentar agua doméstica, las fluctuaciones e la
conductividad eléctrica del agua entrante también se puede deber a
factores tales como variaciones en las temperaturas del agua y
variaciones en las concentraciones de las sustancias químicas y las
sales disueltas, y dichas variaciones deben gestionarse como algo
habitual. No obstante, formas de realización preferidas de la
presente invención también gestionarán y responderán a cambios en la
conductividad eléctrica del fluido porque se calienta dentro del
propio sistema, es decir la gestión efectiva del gradiente de
conductancia específico.
De acuerdo con otro aspecto de la invención se
proporciona un procedimiento para calentar fluidos que comprende
las etapas de:
- pasar fluido a lo largo de una ruta de fluido;
- proporcionar al menos dos conjuntos de electrodos espaciados a lo largo de la ruta del fluido;
- aplicar una tensión eléctrica variable entre los electrodos de cada conjunto para pasar de este modo corrientes eléctricas a través del fluido entre los electrodos de cada conjunto;
- monitorizar la temperatura del fluido de entrada en la ruta del fluido;
- monitorizar la temperatura del fluido de salida en la ruta del fluido;
- monitorizar las corrientes que atraviesan el fluido entre electrodos de cada conjunto de electrodos en respuesta a la aplicación de la tensión eléctrica variable; y
- controlar la tensión eléctrica variable entre los electrodos de cada conjunto de electrodos en respuesta a la conductancia específica del fluido determinado mediante referencia a las temperaturas de fluido monitorizadas y los flujos de corriente para un flujo de fluido dado en cada sección de la ruta del flujo de modo que una cantidad de potencia eléctrica que ha pasado al fluido corresponde a un incremento de temperatura predeterminado del fluido.
En formas de realización preferidas del
procedimiento de la presente invención se pueden llevar a cabo otras
etapas adicionales que comprenden:
- Compensar un cambio en la conductividad eléctrica del fluido producido por temperaturas variables y concentraciones variables de sustancias químicas y sales disueltas y a través del calentamiento del fluido, alternado la tensión eléctrica variable para acomodar los cambios en la conductancia específica al incrementar la temperatura del fluido mediante la cantidad deseada.
Dicha etapa se puede realizar controlando la
potencia eléctrica aplicada a los conjuntos de electrodos para
mantener el requerido incremento constante de la temperatura del
fluido en dicho segmento de electrodos. La tensión eléctrica
variable puede después ajustarse para compensar los cambios en la
conductancia específica del fluido dentro del segmento de la ruta
de flujo asociado con cada par de electrodos, que afectará a la
corriente del fluido en dicho segmento. Los cambios en la
conductancia específica del fluido que atraviesa los distintos
segmentos de electrodos se pueden gestionar por separado de este
modo. Por tanto, el sistema es capaz de controlar y gestionar de
forma eficaz el gradiente de conductancia específico resultante a
través de todo el sistema.
De igual forma, preferentemente, el sistema de
la presente invención comprende además medios para gestionar los
cambios en la conductancia específica del fluido producidos por el
calentamiento del fluido. Dichos medios pueden comprender un sensor
de temperatura para medir la temperatura del fluido a la salida del
sistema por comparación con la temperatura del fluido de entrada de
cada sección con el fin de determinar si se ha alcanzado un
incremento deseado de la temperatura del fluido.
En formas de realización preferidas, se coloca
un sensor de temperatura corriente arriba de los segmentos para
suministrar una señal representativa de la temperatura del fluido
corriente arriba de su paso entre los segmentos de electrodos. Con
el sensor de la temperatura colocado corriente arriba de los
segmentos de electrodos se puede determinar una diferencia de
temperaturas entre el fluido de entrada y una temperatura deseada
del fluido de salida. Un usuario puede ajustar la temperatura
deseada del fluido de salida mediante un medio de control
ajustable.
El volumen del fluido que pasa entre cualquier
conjunto de electrodos puede determinarse con exactitud midiendo
las dimensiones del paso dentro del cual el fluido queda expuesto a
los electrodos tomados junto con el flujo del fluido.
De igual forma, el tiempo durante el cual un
volumen dado recibirá potencia eléctrica de los electrodos puede
determinarse midiendo el caudal del fluido a través del paso. El
incremento de temperatura del fluido es proporcionar a la cantidad
de potencia eléctrica aplicada al fluido. La cantidad de potencia
eléctrica requerida para elevar la temperatura del fluido una
cantidad conocida es proporcional a la masa (volumen) del fluido que
se está calentando y al caudal del fluido a través del paso. La
medición de la corriente eléctrica que fluye a través del fluido se
puede usar como medida de la conductividad eléctrica o de la
conductancia específica de dicho fluido y, por tanto, permite la
determinación del cambio requerido en la tensión aplicada requerida
para conservan constante la potencia eléctrica aplicada. La
conductividad eléctrica y, por tanto, la conductancia específica
del fluido que se está calentando cambiarán con la elevación de la
temperatura, de modo que se produce un gradiente de conductancia
específica a lo largo de la ruta del flujo del fluido.
La energía requerida para aumentar la
temperatura de un cuerpo de fluido se puede determinar combinando
dos relaciones:
Relación
(1)
o
La energía por unidad de tiempo requerida para
aumentar la temperatura de un cuerpo de fluido se puede determinar
mediante la relación:
Para los fines del análisis, la capacidad de
calor específico del agua puede considerarse una constante entre
las temperaturas de 0ºC y 100ºC. La densidad del agua igual a 1
también puede considerarse constante. Por tanto, la cantidad de
energía requerida para cambiar la temperatura de una masa unitaria
de agua, 1 grado C e 1 segundo se considera como una constante y se
puede denominar "k". El volumen/tiempo es el equivalente del
caudal (C). Por tanto: La energía por unidad de tiempo requerida
para aumentar la temperatura de un cuerpo de fluido se puede
determinar mediante la relación:
Por tanto, si se conoce el cambio de temperatura
requerido, se puede determinar el caudal y se puede calcular la
potencia requerida.
En formas de realización preferidas de la
presente invención, los electrodos están segmentados y se miden las
temperaturas de entrada y de salida. La medición de la temperatura
permite que el medio informático del sistema de gestión controlado
por microordenador determina la tensión requerida que se debe
aplicar en los electrodos en un segmento de electrodo con el fin de
suministrar al fluido una cantidad necesaria de potencia eléctrica
para proporcionar el necesario control de los cambios en la
conductancia específica del fluido de modo que se incremente la
temperatura del fluido en una cantidad deseada.
Normalmente, cuando un usuario requiere agua
caliente se acciona una llave de agua caliente de modo que se hace
fluir el agua. Este flujo de agua se puede detectar mediante un
caudalímetro y producir el inicio de una secuencia de
calentamiento. La temperatura del agua entrante se puede medir y
comparar con una temperatura deseada predeterminada para la emisión
de agua desde el sistema. A partir de estos dos valores, se puede
determinar el cambio requerido en la temperatura del agua desde la
entrada a la salida.
Por supuesto, la temperatura del agua de entrada
en los segmentos de electrodos puede medirse repetidamente en el
tiempo y a medida que el valor para los cambios medidos de la
temperatura del agua de entrada, el valor calculado para el cambio
de temperatura requerida desde la entrada a la salida de los
segmentos de electrodos se puede ajustar en consecuencia. De forma
similar, con los cambios de temperatura, el contenido de minerales
y similares, se pueden producir cambios en el tiempo en la
conductividad eléctrica y, por tanto, en la conductancia específica
del fluido. En consecuencia, la corriente que atraviesa el fluido
cambiará, lo que hace que cambie la potencia resultante aplicada al
agua. La medición repetida de la temperatura de salida de los
segmentos de electrodos en el tiempo y su comparación con los
valores de la temperatura de salida requeridos permitirá que los
cálculos repetidos corrijan la tensión aplicada a los segmentos de
los electrodos.
En una forma de realización preferida, se usa un
medio de computación proporcionado por el sistema de gestión
controlado por el microordenador para determinar la potencia
eléctrica que debería aplicarse al fluido que atraviesa los
electrodos mediante la determinación del valor de potencia eléctrica
que efectuará el deseado cambio de temperatura entre la entrad ay
la salida del segmento de electrodo, midiendo el efecto de los
cambios en la conductancia específica del agua y, de este modo, se
calcula la tensión que se necesita aplicar para una caudal
dado.
En formas de realización preferidas de la
presente invención, se mide la corriente eléctrica que fluye entre
los electrodos dentro de cada segmento de electrodos y, por tanto, a
través del fluido. También se miden las temperaturas de entrada y
salida al segmento de electrodos. La medición de la corriente
eléctrica y de la temperatura permite que el medio de computación
del sistema de gestión controlado por microordenador determine la
potencia requerida que se debe aplicar al fluido en un segmento de
electrodo para incrementar la temperatura del fluido en una
cantidad deseada.
La corriente que atraviesa el fluido cambiará,
Preferentemente, la corriente que atraviesa el fluido se mide
repetidamente en el tiempo para permitir cálculos repetidos, lo que
permite que la potencia eléctrica aplicada a los segmentos de
electrodos permanezca en el valor adecuado.
En una forma de realización, el medio de
computación proporcionado por el sistema de gestión controlado por
microordenador determina la potencia que se debería aplicar al
fluido que pasa entre los electrodos y, de este modo, calcular la
tensión media que se necesita aplicar para mantener el cambio de
temperatura sustancialmente constante.
La relación (2), más adelante, facilita el
cálculo de la potencia eléctrica que se ha de aplicar con la mayor
exactitud posible, casi de forma instantánea. Esto elimina la
necesidad de uso innecesario de agua que de otro modo se requeriría
para atravesar inicialmente el sistema antes de facilitar la
liberación de agua a la temperatura requerida. Esto proporciona un
potencial para ahorrar agua.
En las formas de realización preferidas,
habiendo determinado la potencia eléctrica que debería suministrarse
al fluido que pasa entre los electrodos, el medio de computación
puede calcular después la tensión que debería aplicarse a cada
Segmento de Electrodo (SE) del siguiente modo si se puede calcular
la potencia requerida para el segmento de electrodo y se puede
medir la corriente extraída por el segmento de electrodo (n).
Relación
(2)
Como parte de la secuencia de calentamiento
inicial, la tensión aplicada se puede establecer en un valor
relativamente bajo con el fin de determinar la conductancia
específica inicial del fluido que pasa entre los electrodos. La
aplicación de tensión a los electrodos hará que la corriente se
conduzca a través del fluido que pasa entre ellos, lo que permite
la determinación de la conductancia específica del fluido, ya que es
directamente proporcional a la corriente conducida a su través. En
consecuencia, habiendo determinado la potencia eléctrica que debería
suministrarse al fluido que fluye entre los electrodos en los
segmentos de electrodos, es posible determinar la tensión requerida
que debería aplicarse a dichos electrodos con el fin de incrementar
la temperatura del fluido que fluye entre los electrodos en los
segmentos de electrodos en la cantidad requerida. Preferentemente,
la corriente instantánea demandada por el fluido se monitoriza
continuamente para detectar los cambios a lo largo de la longitud
de la ruta de calentamiento. Cualquier cambio en la corriente
instantánea demandada en cualquier posición a lo largo de la ruta
de calentamiento es indicativo del cambio en la conductividad
eléctrica o la conductancia específica del fluido. Los valores
variables de la conductancia específica aparente en el fluido que
pasa entre los electrodos en los segmentos de electrodos define de
forma efectiva el gradiente de conductividad específica a lo largo
de la ruta de calentamiento.
Preferentemente, varios parámetros se
monitorizan de forma continua y se realizan cálculos de forma
continua para determinar la potencia eléctrica que debería
suministrarse al fluido y la tensión que debería aplicarse a los
electrodos con el fin de elevar la temperatura del fluido hasta una
temperatura deseada previamente establecida en un periodo dado.
A continuación se describirán formas de
realización de la invención con referencia a las figuras adjuntas
en las que:
La figura 1 es un diagrama de bloque esquemático
de un sistema de calentamiento rápido de acuerdo con una forma de
realización de la presente invención;
La figura 2 es una leyenda de algunos de los
símbolos usados en la figura 1; y
La figura 3 es una ilustración de una forma de
montaje de segmentos de electrodos de acuerdo con una forma de
realización de la invención.
En referencia a las figuras. La figura 1 muestra
un diagrama de bloque esquemático de un sistema de calentamiento de
una forma de realización en la que se hace que el agua fluya a
través de una tubería o tubo 12. Preferentemente, el tubo 12 está
hecho de un material no conductor eléctrico, tal como un material
plástico sintético. No obstante, es probable que el tubo 12 se
conecte a una tubería metálica de agua, tal como tuberías de cobre,
que es un conductor eléctrico. De acuerdo con esto, en cada extremo
del tubo 12 se incluyen trenzas de tierra 14 para poner a tierra
eléctricamente cualquier tubería de metal conectada al tubo 12.
Idealmente, las trenzas de tierra 14 se conectarían a una tierra
eléctrica de la instalación eléctrica en la que se instaló el
sistema de calentamiento de la forma de realización. Como las
trenzas de tierra pueden extraer corriente de un electrodo a través
del agua que atraviesa el tubo 12, se puede producir la activación
de un interruptor de fuga a tierra o dispositivo de corriente
residual (DCR). En una forma particularmente preferida de esta forma
de realización, el sistema incluye dispositivos de protección del
circuito contra fugas a tierra.
El tubo 12, que define la ruta de flujo del
fluido, se proporciona con tres conjuntos de electrodos 16, 17 y
18. El material del electrodo puede ser cualquier material conductor
metálico o no metálico adecuado, tal como materiales de plástico
conductores, material impregnado de carbono o similares. Es
importante que los electrodos se seleccionen de un material para
minimizar la reacción química y/o la electrolisis.
Uno de cada par de electrodos 16b, 17b y 18b
está conectado a una ruta común de retorno controlada 19 a través
de distintos dispositivos de control de potencia de suministro de
tensión 21a, 22a y 23a, mientras que el otro de cada par de
electrodos 16a, 17a y 18a está conectado al suministro de tensión
trifásica entrante 21, 22 y 23. Los distintos dispositivos de
control de potencia de suministro de tensión 21a, 22a y 23a cambian
el retorno común de acuerdo con el control de la gestión de la
potencia. La corriente eléctrica total suministrada a los
electrodos se mide mediante el dispositivo de medición de la
corriente 26, mientras que la corriente suministrada a cada par
individual de electrodos 16, 17 y 18 se mide mediante dispositivos
de medición de la corriente 27, 28 y 29, respectivamente. Se
suministra una señal que representa la corriente total como una
señal de entrada junto con la línea 31 a través del conector J6 y la
interfaz de entrada de la señal 33 al controlador del suministro de
potencia 41. El controlador del suministro de potencia 41 también
recibe señales directamente desde un dispositivo de medición de
flujo 34 localizado en el tubo 12 y un dispositivo de
establecimiento de la temperatura 37 mediante el cual un usuario
puede establecer una temperatura de fluido de salida deseada y
señales adicionales a través del conector J6 y la interfaz de
entrada de la señal desde un dispositivo de medición de la
temperatura de entrada 35 para medir la temperatura del fluido de
entrada al tubo 12, un dispositivo de medición de temperatura de
salida 36 que mide la temperatura del fluido que sale del tubo 12,
un primer dispositivo de medición de la temperatura intermedio 38
para medir la temperatura del fluido entre los electrodos 16 y 17 y
un segundo dispositivo de medición de la temperatura intermedio 39
para medir la temperatura del fluido entre el conjunto de electrodos
17 y 18.
El controlador de la potencia 41 recibe las
diversas entradas monitorizadas y realiza los cálculos necesarios
con respecto a las tensiones deseadas de los pares de electrodos
para proporcionar una potencia calculada que se debe suministrar al
fluido que fluye a través del tubo 12. El controlador de potencia 41
controla el suministro pulsado de tensión desde cada una de las
tres fases separadas conectadas a cada uno de los pares de
electrodos 16, 17 y 18. Cada suministro de tensión pulsada se
controla por separado mediante las señales de control individuales
desde el controlador de potencia 41 a cada dispositivo de control de
potencia de suministro de tensión 21a, 22a y 23a.
Por tanto, se verá que, sobre la base de los
diversos parámetros para los que el controlador de potencia 41
recibe señales de entrada representativas, un medio de computación
bajo el control de un programa de software dentro del controlador
de potencia 41 calcula las señales control requeridas por los
respectivos dispositivos de control de potencia de suministro de
tensión 21a, 22a y 23a con el fin suministrar una potencia eléctrica
requerida para impartir el cambio de temperatura requerido en el
agua que fluye a través del tubo 12 de modo que el agua calentada
se emite desde el tubo 12 a la temperatura deseada establecida por
el dispositivo de establecimiento de temperatura 37.
Cuando un usuario establece la temperatura
deseada del agua de salida usando el dispositivo de establecimiento
de temperatura 37, el valor establecido es capturado por el
controlador de la potencia 41 y se almacena en una memoria del
sistema hasta que se cambia o reinicia. Preferentemente, en la
memoria se conserva un valor predeterminado por defecto y el
dispositivo de establecimiento de la temperatura 37 puede
proporcionar una indicación visual del conjunto de temperaturas. El
controlador de potencia 41 puede tener un máximo preestablecido
para el dispositivo de establecimiento de temperatura 37 que
representa el valor máximo de temperatura por encima del cual el
agua puede no calentarse. Por tanto, el valor del dispositivo de
establecimiento de temperatura 37 no puede ser superior al valor
máximo establecido. El sistema puede diseñarse de modo que si, por
cualquier motivo, la temperatura detectada por el dispositivo de
temperatura de salida 36 fuera superior a la temperatura máxima
establecida, el sistema se apagaría de inmediato y se
desactivaría.
El sistema se acciona cuando se detecta flujo de
agua mediante el dispositivo de medición de flujo 34 a través del
conector J7. Esto produce el inicio de una secuencia de
calentamiento. La temperatura del agua entrante se mide mediante el
dispositivo de temperatura de entrada 35 y este valor es capturado
por la interfaz de entrada 33 y se registra en la memoria del
sistema. Habiéndose establecido en el dispositivo de establecimiento
de temperatura 37 un valor de temperatura establecido o por
defecto, el cambio requerido en la temperatura del agua se
determina con facilidad, siendo la diferencia entre la temperatura
establecida y la temperatura de entrada medida. Por supuesto, la
temperatura del agua de entrada se mide repetidamente y, si el valor
cambia, también varía la diferencia calculada de la
temperatura.
Después, el medio de computación es capaz de
determinar la potencia eléctrica que necesita aplicarse al agua que
fluye a través del tubo 12 con el fin de incrementar su temperatura
desde la temperatura de entrada medida a la temperatura
establecida. Habiendo calculado la potencia eléctrica que tiene que
aplicarse al agua que fluye, el medio de computación es capaz de
calcular la tensión que se necesita aplicar entre los pares de
electrodos 16, 17 y 18 para producir, de este modo, la corriente
requerida para fluir a través del agua.
Como parte de una secuencia de calentamiento
inicial, la tensión aplicada se establece en un valor bajo
predeterminado con el fin de calcular la conductividad del agua, o
la capacidad térmica específica. La aplicación de esta tensión en
el agua hará que se extraiga la corriente y el dispositivo de
medición de la corriente 26 medirá la corriente extraída y
proporcionará una señal a la interfaz de entrada 33. El valor de la
corriente total también se mide periódica-
mente.
mente.
Después, el sistema de control realiza una serie
de comprobaciones para asegurarse de que:
- (a)
- la temperatura del agua en la salida no supera la temperatura máxima permitida;
- (b)
- la pérdida de corriente a tierra no ha superado un valor establecido predeterminado; y
- (c)
- la corriente del sistema no supera un límite de corriente preestablecido del sistema.
Estas comprobaciones se realizan repetidamente
mientras la unidad está operativa y, si alguna de las comprobaciones
revela una brecha de los límites de control, el sistema se
desactiva de forma inmediata.
Cuando la comprobación del sistema inicial se
completa satisfactoriamente se realiza un cálculo para determinar
la tensión requerida que debe aplicarse al agua que fluye a través
del tubo 12 con el fin de cambiar su temperatura en la cantidad
deseada. Después, la tensión calculada se aplica a los pares de
electrodos 16, 17 y 18 para incrementar rápidamente la temperatura
del agua a medida que fluye a través del tubo 12.
A medida que el agua que fluye a través del tubo
12 aumenta de temperatura desde el extremo de entrada del tubo, la
conductividad cambia en respuesta al incremento de la temperatura.
Los dispositivos de medición de la temperatura intermedios primero
y segundo 38 y 39 y el dispositivo de medición de la temperatura de
salida 36 miden los incrementos de la temperatura crecientes en los
tres segmentos del tubo 12 que contienen los electrodos 16, 17 y
18. Después, la tensión aplicada a los respectivos pares de
electrodos 16, 17 y 18 se puede variar para tener en cuenta los
cambios en la conductividad del agua para asegurarse de que se
produce un aumento uniforme de la temperatura a lo largo de la
longitud del tubo 12, para mantener una entrada de potencia
sustancialmente constante por cada uno de los conjuntos de
electrodos y para garantizar la mayor eficiencia y estabilidad en
el calentamiento del agua entre la medición de la temperatura de
entrada y la medición de la temperatura de salida. La potencia
suministrada al agua que fluye se cambia incrementando o
disminuyendo el número de pulsos control suministrados a los
dispositivos de control de la potencia 21a, 22a y 23a. Esto sirve
para incrementar o disminuir la potencia suministrada por los pares
de electrodos individuales 16, 17 y 18 al agua.
Se verá que el sistema monitoriza repetidamente
el agua para detectar cambios en la conductividad interrogando
continuamente al dispositivo de medición de la corriente del sistema
26 y los dispositivos de medición de la corriente individual 27, 28
y 29, y los dispositivos de medición de la temperatura 35, 36, 38 y
39. Cualquier cambio en los valores para las temperaturas del agua
según se detecta a lo largo de la longitud del tubo 12 o cambios en
las corrientes detectadas hacen que el medio de computación calcule
los valores revisados de la tensión media que se debe aplicar a
través de los pares de electrodos. La monitorización constante del
bucle cerrado de los cambios en la corriente del sistema, las
corrientes de electrodos individuales, la temperatura del agua en
el segmento de electrodos hace que se aplique un recálculo de la
tensión que se ha de aplicar a los segmentos de electrodos
individuales para permitir que el sistema suministre la potencia
estable adecuada al agua que fluye a través del sistema de
calentamiento.
La figura 2 ilustra otra representación de la
forma de realización de la invención en la que se hace que el agua
fluya a través de tres secciones 51, 52 y 53 que están conectadas
entre sí por tuberías de conexión 54 y 55. Una tubería de entrada
de agua 56 permite suministrar agua a las secciones 51, 52 y 53, y
una tubería de salida de agua 57 transporta agua desde el
sistema.
El sistema se controla mediante una unidad de
control 58 montada sobre un lateral del sistema y la unidad de
control 58 está conectada a una fuente de alimentación en 59. Con el
sistema de esta forma de realización, cada sección individual 51,
52 y 53 aloja un conjunto de electrodos entre los que pasa el agua
que fluye a través del sistema. Por tanto, cada sección recibe agua
a una temperatura de entrada determinada por la posición relativa
de la celda.
El sistema control de esta forma de realización
opera de un modo similar al descrito en lo que antecede. Las
temperaturas de entrada y de salida del agua que fluye a través de
cada sección se miden de forma continua y las tensiones aplicadas
entre los electrodos de cada celda se controlan de modo que se
suministra la potencia requerida en cada celda para elevar de forma
uniforme la temperatura del agua que fluye desde la tubería de
entrada 56 a la tubería de salida 57.
En referencia a la figura 3, las secciones
individuales de la figura 2 puede, cada una, comprender un par de
electrodos coaxiales 61 y 62, espaciados radialmente para definir
una ruta de flujo de fluido anular 63. El electrodo externo 61 está
formado por un tubo de material conductor de la electricidad y una
entrada de fluido 64 permite que el fluido pase a la ruta de flujo
anular 63 entre los electrodos 61 y 62.
Los electrodos internos 62 pueden también
comprender un tubo de material conductor de la electricidad montado
coaxialmente dentro del electrodo externo 61. El montaje coaxial
puede comprender un tapón 66 fijado en un extremo del electrodo
interno 62, un espaciador 67 montado sobre el extremo del electrodo
interno 62 y dentro del extremo del electrodo externo 61 y un
capuchón 68 fijado al tapón 66 mediante un pasador 69. El espaciador
67 es una junta o ajuste fino dentro del espacio anular entre los
electrodos interno y externo 61 y 62 para sellar de este modo ese
espaciador y confinar el fluido en la ruta del flujo sin perder
fluido.
Una sección formada de este modo permite aplicar
una tensión entre los electrodos interno y externo 61 y 62 de modo
que la corriente sea capaz de fluir entre las superficies de los
electrodos y a través del fluido que fluye a través de la ruta de
flujo anular 63. Las conexiones para el suministro eléctrico del
electrodo interno 62 pueden realizarse a través del tapón del
extremo 66 y del capuchón 68.
El electrodo externo 61 puede estar recubierto
de un material aislante para proporcionar un entorno eléctrico
seguro para el sistema de calentamiento del agua. Tal material
aislante puede comprender un tubo de plástico o similar que se
engancha estrechamente a la superficie externa del electrodo externo
61.
Se apreciará que se puede usar cualquier número
de conjuntos de electrodos en la realización de la presente
invención. Por tanto, mientras que as formas de realización
descritas muestran tres pares de electrodos, el número de
electrodos se puede aumentar o disminuir de acuerdo con requisitos
individuales para calentar fluidos. Si el número de electrodos
aumenta a, por ejemplo, seis pares, cada par individual puede
controlarse de forma individual con respecto a la tensión del
electrodo del mismo modo que el descrito en relación con las formas
de realización de la presente memoria descriptiva.
Claims (26)
1. Aparato para calentar fluido que comprende un
medio de paso que define una ruta de flujo (12, 63) para el fluido
que se va a calentar, una pluralidad de conjuntos de elementos que
forman electrodos dentro o formando la ruta del flujo y entre los
que pasa dicho fluido, en los que dichos conjuntos de elementos que
forman electrodos incluyen al menos un primero (16) y un segundo
(17) conjunto de electrodos a lo largo de la ruta de flujo del
fluido, en el que dicho primer conjunto de electrodos y dicho
segundo conjunto de electrodos tienen al menos un par de electrodos
(16a, 16b, 17a, 17b) entre los que una corriente eléctrica pasa a
través de dicho fluido para calentar el fluido durante su paso a lo
largo de la ruta de flujo, corriente arriba de los medios de
medición de temperatura del fluido (35), corriente arriba del primer
conjunto de electrodos, para medir la temperatura del fluido que se
va a calentar, primero corriente abajo del medio de medición de la
temperatura corriente abajo del segundo conjunto de electrodos, los
medios de determinación del caudal del fluido (36, 39) y los medios
de control eléctrico (41) para suministrar y controlar la potencia
eléctrica a los electrodos de cada conjunto, en los que dichos
medios de control tienen medios de procesamiento para relacionar el
flujo actual y la tensión aplicada en respuesta a las temperaturas
medidas corriente arriba y corriente abajo y el caudal del fluido
para determinar la entrada de potencia deseada en el fluido desde
cada conjunto de electrodos para alcanzar una temperatura de fluido
deseada corriente abajo del segundo conjunto de electrodos.
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicha vía de paso comprende un espacio anular (63) entre
los miembros cilíndricos espaciados sustancialmente coaxiales (61,
62).
3. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que un segundo medio de medición de la temperatura (38) mide
la temperatura del fluido entre los conjuntos de electrodos primero
(16) y segundo (17) y el medio de control (41) controla la potencia
a los conjuntos de electrodos primero y segundo de acuerdo con las
temperaturas medidas y un incremento deseado de la temperatura del
fluido en el paso del fluido entre los respectivos conjuntos de
electrodos.
4. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha pluralidad de conjuntos de
elementos que forman electrodos incluye un tercer conjunto de
electrodos (18) colocado corriente abajo de dicho segundo conjunto
de electrodos (17) y un tercer medio de medición de la temperatura
corriente abajo (36) mide la temperatura del fluido corriente abajo
del tercer conjunto de electrodos.
5. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el elemento que forma electrodos
comprende electrodos cilíndricos sustancialmente coaxiales (61, 62),
que definen secciones separadas (51, 52, 53) de la vía de paso a lo
largo de la(s) ruta(s) de flujo.
6. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha vía de paso incluye tres
secciones (51, 52, 53), en el que cada sección de la vía de paso
tiene una entrada y una salida, estando las secciones conectadas
entre sí en serie de modo que la salida de una primera sección se
comunica con la entrada de la segunda sección y la salida de la
segunda sección se comunica con la entrada de la tercera sección,
con un conjunto de electrodos para cada sección.
7. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que las salidas de cada una de loas secciones primera,
segunda y tercera (51, 52, 53) tienen medios de medición de la
temperatura del fluido y dicho medio de control (58) controla la
potencia a los electrodos de cada sección de acuerdo con las
temperaturas detectadas en la entrada y la salida de cada sección y
una diferencia de temperaturas deseada predeterminada.
8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 6,
en el que cada sección de la vía de paso (51, 52, 53) está formada
por electrodos cilíndricos espaciados sustancialmente coaxiales (61,
62) que definen una ruta de flujo anular (63) para el fluido.
9. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que dicha vía de paso incluye más de tres secciones de la vía
de paso (51, 52, 53), en el que cada sección tiene una entrada y una
salida, estando las secciones conectadas en serie y el medio de
control (58) controla la potencia hacia un par de electrodos de cada
sección de acuerdo con las temperaturas de entrada y salida medidas
de cada sección y una diferencia de temperaturas deseada
predeterminada para cada sección.
10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 7 o
la reivindicación 9, en el la diferencia de temperaturas deseada
predeterminada se determina en relación con la tensión aplicada
entre los respectivos electrodos y la corriente extraída, las
temperaturas de entrada y de salida de las secciones, el flujo del
fluido y las temperaturas medidas corriente arriba y corriente
abajo.
11. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que el medio de control (41, 58)
suministra una tensión variable a los pares de electrodos (16, 17,
18, 61, 62) a una frecuencia de pulso que es submúltiplo de la
frecuencia de la tensión de suministro de red y el control de la
potencia suministrada a los electrodos incluye variar el número de
pulsos por tiempo unitario.
12. Aparato de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha vía de paso define una
pluralidad de rutas de flujo paralelas para dicho fluido.
13. Un procedimiento para calentar fluido, que
comprende las etapas de:
hacer pasar fluido a lo largo de una ruta de
fluido;
proporcionar al menos dos conjuntos de
electrodos espaciados a lo largo de la ruta del fluido;
aplicar una tensión eléctrica variable entre los
electrodos de cada conjunto para hacer pasar de este modo
corrientes eléctricas a través del fluido entre los electrodos de
cada conjunto;
monitorizar la temperatura del fluido de entrada
en la ruta del fluido;
monitorizar la temperatura del fluido de salida
en la ruta del fluido;
monitorizar las corrientes que atraviesan el
fluido entre electrodos de cada conjunto de electrodos en respuesta
a la aplicación de la tensión eléctrica variable; y
controlar la tensión eléctrica variable entre
los electrodos de cada conjunto de electrodos en respuesta a la
conductancia específica del fluido determinado mediante referencia a
las temperaturas de fluido monitorizadas y los flujos de corriente
para un flujo de fluido dado en cada sección de la ruta del flujo de
modo que una cantidad de potencia eléctrica que ha pasado al fluido
corresponde a un incremento de temperatura predeterminado del
fluido.
14. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con la reivindicación 13, que incluye la etapa de
monitorizar la temperatura del fluido entre los conjuntos de
electrodos (16, 17, 18, 61, 62).
15. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con la reivindicación 13, que incluye la etapa de controlar
la potencia eléctrica que se pasa al fluido mediante un sistema de
gestión controlado por microordenador.
16. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con la reivindicación 13, que incluye la etapa de gestionar
y responder a los cambios en la conductividad eléctrica del fluido a
media que se caliente dentro del sistema junto con el flujo del
fluido medido, la temperatura de entrada del fluido y la velocidad
deseada de elevación de la tempera-
tura.
tura.
17. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con la reivindicación 13, que incluye la etapa de compensar
un cambio en la conductividad eléctrica del fluido producido por
temperaturas variables y concentraciones variables de sustancias
químicas y sales disueltas y a través del calentamiento del fluido,
alternado la tensión eléctrica media para acomodar los cambios en
la conductancia específica al incrementar la temperatura del fluido
mediante la cantidad deseada.
18. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, que
incluye las etapas de proporcionar al menos tres conjuntos de
electrodos en el flujo de fluido, aplicar una tensión eléctrica
entre los electrodos de cada par de acuerdo con las temperaturas
monitorizadas de fluido en localizaciones corriente arriba y
corriente abajo de los pares de electrodos.
19. Un procedimiento para calentar fluido de
acuerdo con la reivindicación 18, que incluye las etapas de
monitorizar la temperatura del fluido en la ruta de flujo en ambos
lados de cada par de electrodos, controlar por separado la potencia
eléctrica aplicada a los pares de electrodos de cada conjunto de
electrodos para mantener un incremento constante de la temperatura
del fluido en el segmento del flujo de fluido adyacente a los
respectivos pares de electrodos.
20. Un sistema de calentamiento de fluido que
comprende al menos una ruta de flujo (12, 63) para el fluido que se
va a calentar y que tiene una entrada de fluido, medios de medición
de la temperatura del fluido de entrada (35), al menos dos pares de
electrodos (16, 17,18) dentro o definiendo la ruta del fluido,
estando los pares de electrodos espaciados a lo largo de la ruta de
flujo, corriente abajo del medio de medición de la temperatura del
fluido (38, 39), corriente abajo de cada par de electrodos, medio de
medición del caudal del fluido (34) medio de control eléctrico (41,
58) para suministrar y controlar la potencia eléctrica a los
electrodos de cada par, en el que dicho medio de control tiene
medios de procesamiento para relacionar el flujo de la corriente,
la tensión aplicada, la temperatura del fluido de entrada, las
respectivas temperaturas del fluido después y el caudal del fluido
para determinar la entrada de potencia deseada al fluido por cada
par de electrodos para alcanzar una temperatura de fluido de salida
deseada en un tiempo predeterminado.
21. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que dicha ruta de flujo
comprende un espacio anular (63) entre los miembros cilíndricos
espaciados sustancialmente coaxiales (61, 62).
22. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que dichos miembros
cilíndricos constituyen dichos electrodos (61, 62).
23. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, que tiene una pluralidad de rutas
de flujo paralelas para dicho fluido.
24. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que dicha ruta de flujo
incluye tres secciones (51, 52, 53), en el que cada sección tiene
una entrada y una salida, estando las secciones conectadas entre sí
en serie, de modo que la salida de una primera sección se comunica
con la entrada de la segunda sección y la salida de la segunda
sección se comunica con la entrada de la tercera sección, con un
conjunto de electrodos para cada sección.
25. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que dichos dispositivos de
medición de la temperatura del fluido se localizan adyacentes a cada
conjunto de electrodos (16, 17, 18, 61, 62) y dicho medio de
control (41, 58) controla la potencia a los electrodos de cada
sección de acuerdo con las temperaturas de entrada y de salida
detectadas de cada sección y una diferencia de temperatura deseada
predeterminada en cada sección.
26. Un sistema de calentamiento de fluido de
acuerdo con la reivindicación 20, en el que el medio de control
(41, 58) suministra una tensión a los pares de electrodos a una
frecuencia de pulso que es submúltiplo de la frecuencia de la
tensión de suministro de red, control de la potencia suministrada a
cada par de electrodos, incluido el control mediante la variación
del número de pulsos.
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