ES2422873B2

ES2422873B2 - Dispositivo automático antihielo para viales

Info

Publication number: ES2422873B2
Application number: ES201300265A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos Sáenz-Díez Muro; Emilio Jiménez Macías; Julio Blanco Fernández; Eduardo MARTÍNEZ CÁMARA; Juan Ignacio LATORRE BIEL
Original assignee: Universidad de La Rioja
Current assignee: Universidad de La Rioja
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-01-13
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: ES2422873A1

Abstract

Dispositivo automático antihielo para viales (1), de los que se emplean de forma automática para la eliminación o prevención de placas de hielo o nieve sobre los viales o cualquier tipo de superficie, y que comprende una pluralidad de bandas conductoras (11, 12) con la finalidad de conducir una corriente eléctrica, una trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), con la función de en presencia de humedad comportarse como una resistencia eléctrica que genera por tanto calor al ser recorrida por una corriente eléctrica, y de un sistema de energización eléctrico (14), cuya misión es la de abastecer de energía eléctrica al sistema además de protegerlo y controlarlo.

Description

Dispositivo automático antihielo para viales.

s Objeto y sector de la técnica al que se refiere la invención

El objeto de la presente invención es presentar un nuevo dispositivo antihielo para viales, tanto para calzadas como para aceras u otro tipo de superficie, que no emplea ningún producto anticongelante y que se basa en un dispositivo que de fonna

la totalmente automática pennite la prevención o eliminación de hielo o nieve sobre los viales o cualquier tipo de superficie.

La invención se sitúa en el sector técnico de la ingeniería civil y más concretamente en el campo de la ingeniería de infraestructuras (viales) así como de superestructuras

15 (cubiertas), siendo de especial aplicación cuando se requiera una solución antihielo garantizada de forma automática, como por ejemplo en tramos de viales con alto riesgo de heladas, viaductos, pasarelas, rotondas y sus viales de incorporación y de salida, entradas "norte" de los túneles, etc.

20 Estado de la técnica anterior

Son conocidos diferentes sistemas para la eliminación o prevención de placas de hielo

o nieve sobre los viales. Los más conocidos se basan en la distribución de un anticongelante o fundente, normalmente sal o salmuera fabricada a base de cloruro

25 sódico (NaCl). La distribución de la salmuera se realiza mediante sistemas manuales, semi-automáticos y automáticos.

Los sistemas manuales se centran en la distribución de la salo salmuera mediante herramientas de mano o mediante vehículos sin dispensador automático.

30 Los sistemas semiautomáticos se centran en la distribución de la sal o salmuera mediante vehículos (quitanieves) dotados con un dispensador basado en la fuerza centrífuga que produce un disco en rotación.

35 Los sistemas automáticos se centran en la distribución de la salo salmuera mediante dispositivos fijos dotados de un sistema lanzador o de aspersión. También existen otros sistemas que requieren grandes inversiones tanto económicas como de tiempo para la realización de complejas obras en los viales.

40 En el documento de patente ES-2333392_BI, titulado "Conjunto modular de dispositivos compactos para instalaciones antihielo", puede encontrarse un dispositivo para distribuir automáticamente anticongelante, mediante aspersión, a la calzada.

En el enlace de intemet http://www.sistemasantillielo.com/es/otrosyroductos.lltm l. se 45 presentan unos sistemas automáticos de emisión de fundentes para viaductos y carreteras, fijos y móviles, basados en un dispositivo para distribuir automáticamente anticongelante mediante aspersores embebidos en la calzada.

Problema técnico planteado

Los sistemas del estado de la técnica anterior (nos centraremos en los sistemas automáticos) presentan una problemática que se basa fundamentalmente en los siguientes aspectos:

-: Requieren una alta inversión económica así como un elevado mantenimiento debido a la alta cualificación necesaria para mantener los sistemas fluídicos, etc.;

-: Presentan poca rentabilidad tanto para tramos muy largos como para tramos muy cortos o determinados puntos específicos de los viales;

-: Provocan un impacto negativo de corrosión tanto en los elementos metálicos de las infraestructuras como en los vehículos que circulan por las mismas;

-: Provocan un impacto negativo de contaminación salina sobre el medio ambiente.

Ventaja técnica que aporta la invención

El dispositivo que la invención reivindica resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.

Breve descripción de las figuras

Para complementar la descripción, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de figuras con carácter ilustrativo y no limitativo.

Glosario de referencias

( ID: Vial según el estado de la técnica anterior.

(01): Banda lateral izquierda.

(02): Eje o separación de carriles.

(03): Banda lateral derecha.

(04): Pavimento

( 1): Dispositivo antihielo para viales según se reivindica en la

invención.

(!!l: Banda conductora lateral izquierda.

(ll): Banda conductora lateral derecha.

(!J): Trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales.

CM): Sistema de energización eléctrico.

(81): Banda conductora central.

(111 ): Banda de pintura resistiva activada en seco para viales.

(112): Relleno de pintura resistiva activada en seco para viales.

(113): Cable eléctrico desnudo.

S: (131) Banda de pintura resistiva activada por la humedad para viales.

(141): Sistema de alimentación, protección y control de energía

eléctrica.

(142): Cable eléctrico aislante izquierdo.

(143): Cable eléctrico aislante derecho.

10: (144) Sonda de temperatura de pavimento.

Figura 1 (Fig.l).-muestra una vista en planta de un vial según el estado de la técnica

anterior (O). 15

Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en planta del dispositivo automático antihielo para

viales (1), según se reivindica en la invención.

Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en planta de la trama de pintura resistiva activada 20 por la humedad para viales (13), y en concreto una forma de ejecución.

Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista en planta de la trama de pintura resistiva activada

por la humedad para viales (13), y en concreto otra fonna de ejecución.

25 Figura S (Fig.5).-muestra una vista en sección transversal de una banda conductora lateral, tanto izquierda (11) como derecha (12).

Figura 6 (Fig.6).-muestra arriba una vista en sección transversal de una banda de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131), y muestra abajo un detalle 3 O en planta del solape con la banda conductora lateral izquierda (11).

Figura 7 (Fig.7).-muestra una vista en planta del sistema de energización eléctrico

(14).

35 Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista en perspectiva del dispositivo antihielo para viales

(1) para otra aplicación diferente a viales, siendo en este caso un dispositivo antihielo para cubiertas de edificios.

Descripción detallada de la invención y exposición de un modo de realización 4 O preferente de la invención

Se describe detalladamente una realización preferente de la invención, de entre las distintas alternativas posibles, mediante enumeración de sus componentes así como de su relación funcional, en base a reterencias a las figuras.

Figura 1 (Fig.l).-muestra una vista en planta de un vial según el estado de la técnica anterior (O). Se aprecia el pavimento (04), que normalmente es bituminoso O de hormigón. También pueden apreciarse las marcas de señalización horizontal: banda

5 lateral izquierda (O 1), eje o separación de carriles (02) y banda lateral derecha (03), que normalmente se construyen a base de pinturas, termoplásticos y plásticos en frio.

Figura 2 (Fig.2).-muestra una vista en planta del dispositivo automático antihielo para viales (1), según se reivindica en la invención. Se muestra la disposición de los 10 elementos del dispositivo reivindicado por la invención (1), y que se caracteriza por constar de:

una pluralidad de bandas conductoras, preferentemente dos por calzada, banda conductora lateral izquierda (11) y banda conductora lateral derecha 15 (12), cuya función es la de conducir una corriente eléctrica, y que constan

de: -una banda de pintura resistiva activada en seco para viales (111); -un relleno de pintura resistiva activada en seco para viales (112); -un cable eléctrico desnudo (113);

20 una trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13) formada por una pluralidad de bandas de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131), que se dispondrá entre las citadas bandas conductoras, solapándose los extremos de las bandas de pintura con las

25 bandas conductoras para realizar conexión eléctrica, y cuya función es que en presencia de humedad el dispositivo se comporte como una resistencia eléctrica y genere calor al ser recorrido por una corriente eléctrica;

un sistema de energización eléctrico (14), cuya misión es la de abastecer de 30 energía eléctrica al sistema, protegerlo y controlarlo, y que consta dc:

-: un sistema de alimentación, protección y control de energía eléctrica (141 );

-: un cable eléctrico aislante izquierdo (142); 35 -un cable eléctrico aislante derecho (143); -una sonda de temperatura de pavimento (144).

La pintura resistiva activada por la humedad para viales, aparece descrita en la solicitud de patente de invención que lleva por título "Aditivos electroconductores para 4 O pintura de marcas viales", cuyo titular es la Universidad de La Rioja.

La pintura resistiva activada en seco para viales. aparece descrita en el estado de la técnica.

Figura 3 (Fig.3).-muestra una vista en planta de la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), y en concreto una forma de ejecución. La ejecución se basa en una distribución de una única banda de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131), geométricamente en zig-zag, y en el que la variable es el

S ancho de la citada banda. Se ha elegido esta forma de ejecución para poder realizarse con una máquina dotada de un movimiento longitudinal de avance y de un movimiento transversal del aplicador. El aplicador dispondrá de posibilidad de regulación del ancho de banda a ejecutar.

10 Figura 4 (Fig.4).-muestra una vista en planta de la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), y en concreto otra forma de ejecución. La ejecución se basa en una distribución de una pluralidad de bandas de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131), geométricamente en zig-zag, y en el que la variable es el número de bandas. Se ha elegido esta fOl111a de ejecución, por el mismo motivo

15 que se ha comentado en el párrafo anterior, disponiendo en este caso el aplicador de regulación del número de bandas a ejecutar.

Modelado para la obtención de los parámetros de la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13)

Glosario de variables y parámetros

Pavimento:

ap (m): Anchura de pavimento.

25 bp (m): Longitud de pavimento.

Sp (m'): Superficie de pavimento.

Agua: h(mm¡ Altura de agua en el pavimento.

30 Va (m ) Volumen de agua en el pavimento. Ma (kg) Masa de agua en el pavimento. CLF (kcal/kg) Calor latente de fusión del agua a OOC. oC (kcallkg¡ Calor cambio un grado del agua. Qa (kcal/m ) Calor necesario a aportar al agua:

35 -para provocar la fusión del agua (hielo).

-: para elevar la temperatura X oC (agua). Banda: ab(m) Anchura de la banda. bb (m) Longitud de la banda.

40 Sb (m') Superficie de la banda.

Pintura: Dos (g/m') Dosificación de la pintura. dp (kgll) Densidad de la pintura.

45 Mp (kg) Masa de la pintura.

Vp (m'): Volumen de la pintura.

e (m): Espesor de la pintura.

p (l1·m): Resistividad de la pintura.

R (11): Resistencia de la pintura.

5 Q (kcal): Calor aportado por la pintura al energizarla.

t (s): Tiempo de energización.

I (A): Intensidad de corriente eléctrica.

V (V): Tensión de energización.

lOSe pretende realizar el modelo para la obtención de los parámetros de la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13)

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de 15 vaporización), o viceversa (solidificación y condensación), aunque éstas últimas no afectan en este caso, ni tampoco los cambios entre sólido y gas (sublimación y deposición). Se debe tener en cuenta que esta energía en fonna de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura; por tanto al cambiar de gaseoso a líquido y de líquido a sólido se libera la misma cantidad de energía. Para el

2 O caso del agua el calor latente de fusión a O°C es de 80 kcal/kg y el calor para elevar I ·C es de I kcallkg.

El modelado del proceso se ha implementado mediante una hoja de cálculo (en concreto la aplicación Excel ®). 25 Se han simulado dos casos:

Caso A: El agua que hay en el pavimento está helada a O°C y se quiere pasar a estado líquido energizando adecuadamente la pintura resistiva.

30 Caso B: El agua que hay en el pavimento está líquida a O°C y se quiere elevar su temperatura a 1°C energizando adecuadamente la pintura resistiva.

35 Caso A

Se incluye a continuación el resultado de la simulación.

Mp

7 0,5 3,5 2000 1,35 7 5,19E-D3 l ,48E-Q3

P (O·m) 2,4Óe02: R(O) Q (kcal) " ,,:"~",.'" ' f'¡;,' -~",>; 2,27E+02 ¿-S;6OE+02 t (s) 3600 I(A) 1,69E+OO V(V) 3,83E+02

5: Se requiere, por cada mm de altura de hielo en el pavimento, un tiempo de energización de 3600 s (1 h) Y una superfi cie de trama frente a la de pavimento del 50%, así como el empleo de una tensión de energización de 383 V para una anchura de pavimento de 7 metros.

Caso B

Se incluye a continuación e l resu ltado de la simulación.

p(O'm) R(O) Q (kcal) t (s) 1(A) v (V)

1,69E+OO 3,83EtOa

Se requiere, por cada mm de altura de agua en el pavimento, un tiempo de energización de 45,1 s y una superficie de trama frente a la de pavimento del 50%, así como del empleo de una tensión de energización de 383 V para una anchura de

15 pavimento de 7 metros.

Conclusiones de la simulación

El empleo de 383 V, estando situados los polos a 7 metros, representa un gradiente en 20 el pavimento de 54,7 V/m, valor muy inferior al máximo admisible de 500 V/m según prescribe la MIE-RAT_ 13 (Reglamento de Alta Tensión R.D. 3275/1982 Y O.M.

18. 10. 1984).

Es preferible elevar la temperatura del agua un grado en estado líquido que esperar a 25 que se forme hielo para proceder a su fusión; esta simulación define el procedimiento de energización del dispositivo que reivindica la invención y que se indica a continuación.

Procedimiento de energización automática que utiliza el dispositivo automático 5 antihielo para viales (/); se describe a continuación mediante la enumeración y descripción de las etapas a eiecutar según el orden indicado:

Etapa de reposo:

10 Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) mayor de 3 ·C;

No se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13); 15

Etapa de energización sin calentamiento con pavimento seco:

Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) menor o igual a 3 oC;

20 Se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), no habiendo consumo de intensidad de corriente eléctrica con el estado del pavimento seco;

25 Etapa de energización con calentamiento con pavimento húmedo o mojado:

Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) menor o igual a 3 oC;

30 Se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), habiendo consumo de intensidad de corriente eléctrica con el estado del pavimento húmedo O mojado;

35 Se mantiene la energización hasta que la temperatura medida por el sensor supera los 3°C, y se pasa a la etapa de reposo.

Figura S (Fig.S).-muestra una vista en sección transversal de una banda conductora lateral, tanto izquierda (11) como derecha (12). La función de cada banda lateral es la

4 O de conducir una corriente eléctrica, cada una un polo, para poder alimentar de energía eléctrica, es decir energizar, la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), y constan de:

-: una banda de pintura resistiva activada en seco para viales (111); 45 -un relleno de pintura resistiva activada en seco para viales ( 112); -un cable eléctrico desnudo (113), preferentemente de cobre recocido;

El cable desnudo (113) será preferentemente de cobre recocido, cable empleado comúnmente para la construcción de instalaciones de puesta a tierra, y tiene como función conducir la corriente eléctrica con muy bajas pérdidas eléctricas para alimentar la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13). El citado cable se embutirá en una ranura realizada en el pavimento, por ejemplo con una máquina con disco radial, y se rellenará el hueco de la ranura mediante un relleno de pintura resistiva activada en seco para viales (112) el cual estará en contacto en su parte superior con una banda de pintura resistiva activada en seco para viales (111). La profundidad del cable en el pavimento se escogerá adecuadamente para que al hacer las labores de mantenimiento del finne (rascado de la capa bituminosa) no se dañe. El cable por lo tanto tendrá buena conexión eléctrica a lo largo de toda su longitud con la citada banda. Interesa que la banda y sobre todo el relleno estén fonnados de pintura resistiva que presente propiedades conductoras en seco y por supuesto en húmedo o mojado. El motivo es que el relleno interesa que tenga una conductividad volumétrica, cuyo interior estará siempre seco. La banda tendrá una conductividad superficial pero tiene que conducir tanto por la cara superior como por la inferior, estando la cara inferior en estado seco. La trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13) cuando se pinte en el pavimento se solapará en todos sus extremos con las bandas conductoras (11 ,12) para que tengan conexión eléctrica y admitan el energizado. El detalle gráfico de esta conexión se muestra en la figura 6 (Fig.6).

Figura 6 (Fig.6).-muestra arriba una vista en sección transversal de una banda de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131), Y muestra abajo un detalle en planta del solape con la banda conductora lateral izquierda (11). Las bandas conductoras laterales (11 , 12) alimentan de energía eléctrica a las bandas (131) de la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13).

Figura 7 (Fig.7).-muestra una vista en planta del sistema de energización eléctrico (14), cuya misión es la de abastecer de energía eléctrica al sistema, así como protegerlo y controlarlo, y que consta de:

-un sistema de alimentación, protección y control de energía eléctrica (141); -un cable eléctrico aislante izquierdo (142); -un cable eléctrico aislante derecho (143); -un sensor de temperatura de pavimento (144).

El sistema de alimentación, protección y control de energía eléctrica (141) estará formado por un sistema de captación de energía eléctrica, pudiendo ser a base de energías renovables (solar fotovoltaica. solar eólica, etc.) O de la red eléctrica, dispondrá también de un controlador lógico programable (PLC) que llevará implementado el procedimiento que se reivindica en la invención y llevará elementos de protección convencionales (interruptores magnetoténnicos, diferenciales, etc.), así como de un contactar o contactares para la energizaci6n automática del sistema.

El cable eléctrico aislante izquierdo (142), y derecho (143), será un cable aislado tipo

5 RZI-K 0,6/1 kV o similar. Se embutirá en el pavimento de forma análoga al cable eléctrico desnudo (113), pero no se dispondrá de relleno conductor. La profundidad del cable en el pavimento se escogerá adecuadamente para que al hacer las labores de mantenimiento del firme (rascado de la capa bituminosa) no se dañe.

10 El sensor de temperatura de pavimento (144) será de los empleados normalmente para estas labores y no se cubrirá de pintura resistiva en un espacio adecuado para no falsear la medida, siendo el pavimento normalmente bituminoso mal conductor del calor por lo que no transmitirá el calor de la trama de pintura resistiva cuando ésta se caliente.

15 Figura 8 (Fig.8).-muestra una vista en perspectiva del dispositivo automático antihielo para viales (1) en otra aplicación diferente a viales, constituyendo en este caso tanto un dispositivo antihielo para cubiertas de edificios como un dispositivo antinieve para cubiertas de edificios. La función de evitar la acumulación de nieve en una cubierta de un edifico es muy interesante pues evita la sobrecarga mecánica del

2 O peso de la capa de nieve. La sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que, en las condiciones climáticas más desfavorables, puede acumularse sobre ella. Conociendo la altura de la capa de nieve, y su densidad, se puede calcular el peso de la misma por cada metro cuadrado. La densidad de la nieve es muy variable según las circunstancias, con valores orientativos como los siguientes:

2S -nieve recién caída: 120 kglrn3

-: nieve prensada o empapada: 200 kg/rn3

3 O -nieve mezclada con granizo: 400 kglm3

Claims

REIVINDICACIONES

l. Dispositivo automático antihielo para viales (1), de los que se emplean de

S forma automática para la eliminación o prevención de placas de hielo o nieve sobre los viales o cualquier tipo de superficie, y que se caracteriza porque comprende:

una pluralidad de bandas conductoras, preferentemente dos por calzada,

10 banda conductora lateral izqu ierda ( 11) Y banda conductora lateral derecha (12), cuya función es la de conducir una corriente eléctrica, y que constan de: -una banda de pintura resistiva activada en seco para viales (111); -un relleno de pintura resistiva activada en seco para viales (112);

15 -un cable eléctrico desnudo (113);

una trama de pintura resistiva activada por la humedad para via les (13) formada por una pluralidad de bandas de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13 1), que se dispondrá entre las citadas bandas

2 O conductoras, solapándose los extremos con las mismas para realizar conexión eléctrica, y cuya función es, en presencia de humedad, comportarse como una resistencia eléctrica y generar calor al ser recorrida por una corriente eléctrica;

25 un sistema de energización eléctrico (14), cuya misión es la de abastecer de energía eléctrica al sistema, protegerlo y controlarlo, y que consta de: -un sistema de alimentación, protección y control de energía eléctrica (141); -un cable eléctrico aislante izquierdo (142);

30 -un cable eléctrico aislante derecho (143); -una sonda de temperatura de pavimento (144).
2. Dispositivo automático antihielo para viales (1), según la reivindicación I caracterizado porque la trama de pintura resistiva activada por la humedad

35 para viales (13) se ejecuta geométricamente en zig-zag, y en el que la variable es el ancho de la banda de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131).
3. Dispositivo automático antihielo para viales (1), según la reivindicación 1

4 O cacaderizado porque la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13) se ejecuta geométricamente en zig-zag, y en el que la variable es el número de bandas de pintura resistiva activada por la humedad para viales (131).
4. Procedimiento de energización automática que utiliza el dispositivo automático antihielo para viales (1) según la reivindicación I caracterizado por que comprende las siguientes etapas:

Etapa de reposo:

Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) mayor de 3 oC;

No se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13);

Etapa de energización sin calentamiento con pavimento seco:

Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) menor o igual a 3 oC;

Se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), no habiendo consumo de intensidad de corriente eléctrica con el estado del pavimento seco;

Etapa de energización con calentamiento con pavimento húmedo o mojado:

Temperatura medida por el sensor de temperatura de pavimento

(144) menor o igual a 3 oC;

Se energiza la trama de pintura resistiva activada por la humedad para viales (13), habiendo consumo de intensidad de corriente eléctrica con el estado del pavimento húmedo o mojado;

Se mantiene la energización hasta que la temperatura medida por el sensor supera los 3°C, y se pasa a la etapa de reposo.