ES2632942T3 - Procedimiento para la regulación de un equipo de calentamiento y equipo de calentamiento - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la regulación de una equipo de calentamiento, que presenta una cámara de combustión en la que a través de un soplador controlable con una rueda de soplador se introduce aire de combustión, detectándose una velocidad de giro de la rueda de soplador, caracterizado porque se mide una presión estática y/o una absorción de potencia del soplador, determinándose un coeficiente de flujo volumétrico con ayuda de la velocidad de giro medida en asociación con la presión estática medida y/o en asociación con la absorción de potencia medida, y determinándose un flujo volumétrico del aire de combustión con ayuda del coeficiente de flujo volumétrico.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la regulacion de un equipo de calentamiento y equipo de calentamiento
La invencion se refiere a un procedimiento para la regulacion de un equipo de calentamiento segun el preambulo de la reivindicacion 1. Ademas, la invencion se refiere a un equipo de calentamiento, de acuerdo con la reivindicacion 6, para llevar a cabo el procedimiento.
Tales equipos de calentamiento sirven para calentar un medio de calentamiento, utilizandose por regla general agua caliente. El equipo de calentamiento presenta a este respecto una camara de combustion, en la que se quema un combustible, como por ejemplo un gas. A este respecto se suministra aire de combustion a traves de un soplador. El calor que se libera es transferido en un intercambiador de calor al medio de calentamiento.
Para una combustion mas limpia resulta esencial una correcta relacion del volumen de aire de combustion suministrado y la cantidad de combustible suministrada. Si se suministra demasiado poco aire, el combustible puede no quemarse por completo. Debido a ello se producen altas emisiones de sustancias contaminantes, en particular de monoxido de carbono e hidrocarburo. Si se suministra demasiado aire, se enfrla la combustion, lo que lleva igualmente a mayores emisiones de sustancias contaminantes.
Habitualmente se realiza un control de la cantidad de aire de combustion suministrado mediante el correspondiente control del soplador. El soplador presenta por regla general una rueda de soplador, cuya velocidad de giro influye en el flujo volumetrico del aire de combustion, es decir en el volumen por unidad de tiempo. A este respecto puede monitorizarse el flujo volumetrico.
Se sabe como determinar el flujo volumetrico mediante medicion de la presion diferencial. Para ello se propone por ejemplo en el documento DE l0 159 033 A1 detectar una presion en dos puntos de medicion diferentes. Puesto que entre ambos puntos de medicion, debido a una diferencia de velocidad, una presion estatica del aire de combustion se convierte parcialmente en una presion dinamica, puede medirse entre los puntos de medicion una presion diferencial. A partir de la misma puede determinarse de manera conocida el flujo volumetrico. Ademas se mide la velocidad de giro de una rueda de soplador y teniendo en cuenta el diseno del aparato se determina as! el flujo volumetrico. Se obtiene con ello un sistema de control redundante.
Este procedimiento requiere una conduccion de aire especial y varios puntos de medicion. Es por tanto relativamente complejo y por tanto muy costoso. A este respecto pueden falsearse los resultados de medicion, por ejemplo debido a suciedad o debido a variaciones de parametros. Ademas existe el problema de la aparicion de deriva y otros problemas de envejecimiento.
En el documento DE 19 945 562 A1 se describe un procedimiento para monitorizar y/o regular un aparato de calefaccion de vehlculo, en el que se regula una velocidad de giro de un soplador para el control de un flujo volumetrico de un aire de combustion. A este respecto se monitoriza una combustion en al camara de combustion mediante un sensor de presion o de presion acustica.
En el documento DE 10 2005 011 021 A1 es un procedimiento para adaptar la potencia de calefaccion del aparato de un de calentamiento apoyado por un soplador a las perdidas de presion individuales de un sistema de conduccion de aire nuevo-gas de escape, detectandose una velocidad de giro del soplador y una potencia del soplador. Si la relacion de la velocidad de giro del soplador respecto a la potencia del soplador medida no se situa en un intervalo predefinible, se emite un aviso de error.
Ademas se sabe como averiguar un flujo masico a traves de sensores de alambre de calefaccion. Sin embargo estos son relativamente caros y sensibles. A este respecto aparecen con frecuencia derivas.
La invencion se basa en el objetivo de paliar las desventajas del estado de la tecnica y posibilitar en particular una regulacion del equipo de calentamiento con una complejidad reducida.
De acuerdo con la invencion esto se consigue con las caracterlsticas de la reivindicacion 1. Perfeccionamientos ventajosos pueden derivarse de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la reivindicacion 1 se averiguan una presion estatica y/o una absorcion de potencia del soplador, determinandose un coeficiente de flujo volumetrico con ayuda de la velocidad de giro en asociacion con la presion estatica y/o la absorcion de potencia. Una deteccion de la velocidad de giro esta prevista por regla general en cualquier caso en sopladores controlables de manera variable. Ademas tambien tiene que preverse solo un sensor para la deteccion de la presion estatica y/o de la absorcion de potencia del soplador. Esto puede implementarse con muy poca complejidad. A este respecto, tales sensores pueden obtenerse como artlculos de serie muy economicos.
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Preferiblemente se averiguan valores de referenda para un coeficiente de presion y/o un coeficiente de potencia en funcion de un coeficiente de flujo volumetrico en un soplador de referencia, teniendose en cuenta los valores de referencia en la determinacion del flujo volumetrico. El coeficiente de presion H es dependiente de la aceleracion de la gravedad g, de la velocidad de giro N, del diametro D de la rueda de soplador as! como de la presion estatica h y se calcula segun la siguiente formula:
Dado que la aceleracion de la gravedad g es una magnitud constante y el diametro de la rueda de soplador es un valor invariable conocido, tras la medicion de la presion estatica y de la velocidad de giro es posible determinar el coeficiente de presion.
El coeficiente de potencia P es dependiente de la absorcion de potencia W, de la densidad del aire de combustion p, de la velocidad de giro N, del diametro D y se calcula segun la siguiente formula:
La densidad del aire de combustion puede considerarse casi constante. No obstante, para mayor precision tambien puede detectarse adicionalmente la densidad. El diametro de la rueda de soplador es constante. Mediante la deteccion de la velocidad de giro y la absorcion de potencia es posible calcular por tanto el coeficiente de potencia de manera sencilla.
El coeficiente de flujo volumetrico F, que es una funcion cuadratica del coeficiente de presion y del coeficiente de potencia, es dependiente del flujo volumetrico V, de la velocidad de giro N as! como del diametro D y se calcula segun la siguiente formula:
Respecto al coeficiente de presion o coeficiente de potencia calculado en cada caso sobre la base de la velocidad de giro medida y de la absorcion de potencia medida o de la presion estatica medida es posible determinar con ayuda de valores de referencia, obtenidos en un soplador geometricamente similar y depositados por ejemplo en forma de curvas caracterlsticas, el coeficiente de flujo volumetrico. A partir del mismo es posible determinar entonces con relativa facilidad el flujo volumetrico mediante la formula (3) anterior. El flujo volumetrico puede averiguarse por tanto con una complejidad relativamente reducida. Para aumentar la seguridad de funcionamiento puede averiguarse el flujo volumetrico dado el caso tambien en paralelo por dos vlas, es decir una vez a traves de la medicion de la absorcion de potencia y por otro lado a traves de la deteccion de la presion estatica. Para poder determinar el flujo volumetrico con suficiente precision, el numero de Reynolds deberla ser suficientemente alto y las influencias de la viscosidad deberlan ser reducidas. Pero esto se da por regla general.
Preferiblemente se averigua la absorcion de potencia del soplador a partir de la potencia electrica absorbida por un motor de soplador electrico, teniendose en cuenta un rendimiento. Esta asociado a una menor complejidad detectar la absorcion de potencia electrica que determinar una potencia mecanica de la rueda de soplador. A este respecto, la potencia mecanica es dependiente de la potencia electrica y del rendimiento, que es dependiente de una carga y de una velocidad de motor. Este rendimiento puede averiguarse por ejemplo experimentalmente y despues depositarse en un control. La conexion entre absorcion de potencia electrica y potencia mecanica se establece como sigue, designando r|e el rendimiento, que es por ejemplo dependiente de la carga y de una velocidad de motor:
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Preferiblemente se averigua la presion estatica por detras del soplador en el sentido aguas abajo. Con el soplador desconectado puede averiguarse entonces la presion de aire actual mientras que durante el funcionamiento puede determinarse la presion estatica del aire de combustion con relativa precision.
El objetivo se alcanza tambien mediante el equipo de calentamiento para llevar a cabo el procedimiento con las caracterlsticas de la reivindicacion 6.
Este equipo de calentamiento sirve para calentar un medio de calentamiento, en particular agua caliente, y presenta una camara de combustion a la que pueden suministrarse a traves de un soplador aire de combustion y a traves de una conduccion de alimentacion combustible. A este respecto, el equipo de calentamiento presenta un sensor de velocidad de giro y un sensor de presion y/o un sensor de potencia. Mediante la determinacion del flujo volumetrico del aire de combustion es posible regular entonces adecuadamente la combustion. En particular puede adaptarse el volumen suministrado de aire de combustion en funcion de la cantidad de combustible suministrado. As! se garantiza una combustion optima.
La invention se describe a continuation mas detalladamente con ayuda de diversos ejemplos de realization en asociacion con los dibujos. En los mismos muestran en vista esquematica:
la figura 1 un equipo de calentamiento de una primera forma de realizacion,
la figura 2 un equipo de calentamiento de una segunda forma de realizacion y
la figura 3 un diagrama con una curva caracterlstica de coeficiente de potencia y una curva caracterlstica de
coeficiente de presion.
En la figura 1 esta representado esquematicamente un equipo de calentamiento, que presenta un soplador 1, un quemador, un intercambiador de calor 3, un canal de evacuation 4 y un tubo de evacuation 5. A traves del soplador
1 se transporta aire de combustion a una camara de combustion del equipo de calentamiento. En la camara de combustion estan dispuestos tambien el quemador 2 y el intercambiador de calor 3. Se transporta hasta el quemador
2 combustible, como por ejemplo un gas. Sin embargo esto no esta representado. Para abastecer el soplador 1 con energla este presenta una interfaz de abastecimiento 1.2.
En el intercambiador de calor 3 se transfiere el calor que se libera en el quemador a un medio de calentamiento, como por ejemplo agua caliente.
Para una combustion mas limpia y con pocas emisiones se requiere ajustar el volumen suministrado de aire de combustion a la cantidad suministrada de combustible. Un flujo volumetrico se ve afectado a este respecto fundamentalmente por una velocidad de giro del soplador 1. La velocidad de giro de una rueda de soplador se detecta por tanto por medio de un sensor de velocidad de giro 1.1, que esta configurado por ejemplo como sensor de Hall. A traves de un sensor de presion 1.3 se averigua una presion estatica del aire de combustion entre soplador 1 y quemador 2.
El sensor de presion 1.3 y el sensor de velocidad de giro 1.1 estan conectados a un control 6 que, con ayuda de los valores medidos para una velocidad de giro de la rueda de soplador y de la presion estatica, calcula un flujo volumetrico. Para ello, el control 6 presenta una memoria, en la que estan depositados valores de referencia para un coeficiente de presion, un coeficiente de potencia y un coeficiente de flujo volumetrico en forma de curvas caracterlsticas. Estos valores de referencia se determinaron en un soplador de referencia y son trasladables a sopladores con dimensiones geometricas similares. La determinacion del flujo volumetrico puede producirse por tanto con relativa facilidad mediante la detection de la velocidad de giro y de la presion estatica.
En la figura 2 esta representada una forma de realizacion ligeramente diferente con respecto a la figura 1. Elementos iguales y mutuamente correspondientes estan dotados en la misma de los mismos numeros de referencia.
Ademas de la deteccion de la velocidad de giro de la rueda de soplador a traves del medidor de velocidad de giro 1.1 se mide en esta forma de realizacion una absorcion de potencia a traves de un sensor de potencia y se pone a disposition del control 6. A este respecto se realiza una medicion de la potencia electrica, que se suministra a un motor del soplador 1. Con ayuda de esta potencia y de la velocidad de giro calcula entonces el control el flujo volumetrico conducido por el soplador 1 hasta el quemador 2 o a la camara de combustion.
La figura 3 es un diagrama en el que en una primera curva caracterlstica esta representado el coeficiente de presion H y en una segunda curva caracterlstica esta representado el coeficiente de potencia P en cada caso a traves de un coeficiente de flujo volumetrico F. A este respecto se trata de curvas caracterlsticas que se averiguaron a partir de valores de referencia.
Mediante la deteccion de la velocidad de giro y de la presion estatica es posible determinar el coeficiente de presion con la formula (1) indicada anteriormente. A partir de la curva caracteristica de acuerdo con la figura 3 puede sacarse entonces el coeficiente de flujo volumetrico y calcularse a partir del mismo el flujo volumetrico con ayuda de la formula (3) anterior.
5 De manera correspondiente, con la formula (2) anterior puede averiguarse el coeficiente de potencia mediante la deteccion de la velocidad de giro y la potencia absorbida y determinarse con ayuda de la curva caracteristica en la figura 3 el coeficiente de flujo volumetrico correspondiente. A partir del mismo puede calcularse el flujo volumetrico con la formula (3) anterior.
El procedimiento de acuerdo con la invention y el equipo de calentamiento de acuerdo con la invention permiten por 10 tanto averiguar el flujo volumetrico con una complejidad reducida. A este respecto solo se requieren dos sensores, concretamente un sensor de velocidad de giro y un sensor de presion o un sensor de velocidad de giro y un sensor de potencia. Por lo demas, el calculo se realiza con ayuda de valores y funciones memorizados. Asi, la determination del flujo volumetrico solo esta sujeta a un indice de error reducido. Puede garantizarse asi una combustion mas limpia y con pocas emisiones.
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Claims (6)
- 510152025REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la regulacion de una equipo de calentamiento, que presenta una camara de combustion en la que a traves de un soplador controlable con una rueda de soplador se introduce aire de combustion, detectandose una velocidad de giro de la rueda de soplador, caracterizado porque se mide una presion estatica y/o una absorcion de potencia del soplador, determinandose un coeficiente de flujo volumetrico con ayuda de la velocidad de giro medida en asociacion con la presion estatica medida y/o en asociacion con la absorcion de potencia medida, y determinandose un flujo volumetrico del aire de combustion con ayuda del coeficiente de flujo volumetrico.
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se averiguan valores de referencia para un coeficiente de presion y/o un coeficiente de potencia en funcion de un coeficiente de flujo volumetrico, teniendose en cuenta los valores de referencia en la determinacion del flujo volumetrico.
- 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado porque los valores de referencia se depositan en forma de una curva caracterlstica de coeficiente de presion y/o una curva caracterlstica de coeficiente de potencia.
- 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la absorcion de potencia del soplador se averigua a partir de la potencia electrica absorbida por un motor de soplador electrico, teniendose en cuenta un rendimiento.
- 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la presion estatica se averigua por detras del soplador en el sentido de flujo.
- 6. Dispositivo de calentamiento para calentar un medio de calentamiento, en particular agua caliente, con una camara de combustion a la que pueden suministrarse a traves de un soplador (1) aire de combustion y a traves de una conduccion de alimentacion combustible, presentando el equipo de calentamiento un sensor de velocidad de giro (1.1), y caracterizado porque el equipo de calentamiento presenta un sensor de presion (1.3) para averiguar una presion estatica y/o un sensor de potencia (1.4) para averiguar una absorcion de potencia del soplador y un control (6) para averiguar un flujo volumetrico con ayuda de un coeficiente de flujo volumetrico, que se determina a partir de la velocidad de giro medida en asociacion con la presion medida y/o en asociacion con la absorcion de potencia medida, produciendose la regulacion del equipo de calentamiento con un procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5.
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