SISTEMA CAPACITIVO DE ACIONAMENTO DE MECANISMO DE PASSAGEM DE LÍQUIDO E SEU USO EM VEÍCULOS DE TRANSPORTE COLETIVO

Campo da Invenção

A presente invenção se situa no campo da engenharia. Mais especificamente, a presente invenção descreve um sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido, direcionado, mas não se limitando, ao uso em sanitários de pessoas com necessidades especiais, as quais necessitam de meios de acionamentos de torneiras, sabonetes, descargas e alarmes que não exijam muita pressão ou força das mãos do operador. O sistema da presente invenção é particularmente útil em veículos de transporte coletivo.

Antecedentes da Invenção

Sensores capacitivos são dispositivos que detectam movimentos e agOes que ouunem nub ιυυ¾¾¾υ¾ é^projetos de mecatrônica. Pode-se dizer

os sistemas de automação. Funcionam baseados na capacidade de um corpo armazenar energia elétrica por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente que o atravessa numa determinada frequência, e possui uma relação direta com a massa do corpo bem como seu material. Para um determinado material, a sua capacitância depende somente de suas dimensões. Quanto maior a massa, maior a capacidade deste corpo de absorver energia elétrica. A este fenómeno damos o nome de capacitância e sua unidade é F (Farad). A capacitância existe sempre que dois condutores estejam separados por um material isolante.

O campo elétríco gerado por este sensor sofre uma alteração devido à mudança do dielétrico do meio ocasionada pela presença do objeto em detecção. Desta maneira é possível monitorar níveis de líquidos, pós e outros tipos de materiais. Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear ou angular de um objeto; a umidade, a concentração de gases e o nível de líquidos ou sólidos; a força, o torque, a pressão e a temperatura; mas também detectar a proximidade de objetos, a presença de água e de pessoas, entre outras.

Hoje em dia existe uma grande variedade de aplicações que utilizam sensores capacitivos, de forma discreta ou integrada. Por exemplo, são bastante comuns os sensores capacitivos de pressão (caso dos microfones), de aceleração, de fluxo de gases ou líquidos, de umidade, de compostos químicos como o monóxido de carbono, dióxido de carbono, azoto, de temperatura, de vácuo, de nível de líquidos, de força, de deslocamento etc, uns detectando as variações na espessura do dielétrico, outros na constante dielétrica. A detecção da variação da capacitância é geralmente efetuada através da medição da carga acumulada, por exemplo, através da aplicação de uma tensão constante, ou então indiretamente através da variação da frequência de oscilação ou da forma de onda à saída de um circuito, do qual o sensor é parte integrante.

Os sensores capacitivos são muito usados para indicar o nível de reservatórios, quando estes não podem receber o sistema de bóias. Dois sensores capacitivos são colocados no lado externo do reservatório, um no menor nível e outro no nível superior. Quando o reservatório estiver com seu liquido ou sólido (água, cereais, combustível etc.) no nível abaixo do sensor, este acusa a falta de capacitância a que foi regulado, fazendo uma buzina ou lâmpada acenderem. Quando o nível atinge o sensor superior, este acusa a capacitância maior do que a aquela para a qual o sensor foi regulado, fechando o circuito que aciona algum mecanismo, buzina, lâmpada ou motor. São encontrados no comércio em geral, normalmente em forma de tubo com rosca no seu corpo, de 12 mm ou 18 mm ou 30 mm, com dois fios que saem pela parte traseira deste tubo, onde são levados a corrente e sai à informação do sensor. Podem funcionar com corrente alternada ou contínua. São usados como braço direito na mecatrônica. Como possuem um custo muito alto de fabricação, são usados apenas em situações especiais, pois se a necessidade puder ser atendida de forma mecanizada, o custo é certamente menor. Substituem bóias e sensores foto-elétricos ou indutivos, com a vantagem de acusarem mudança capacitiva vinda de qualquer corpo, quer este seja magnético, isolante, plástico, madeira, pedra, aço, vidro ou outro material. Os sensores indutivos acusam somente materiais ferrosos e afins.

A presente invenção foi desenvolvida levando em consideração o fato de que as pessoas com necessidades especiais precisam de comandos que funcionem com muito pouca força. Neste contexto, é bom salientar que os sistemas convencionais utilizam-se de molas, alavancas e dispositivos mecânicos - que requerem força para seu funcionamento. Além disso, o próprio tempo prejudica o funcionamento de tais sistemas, devido à oxidação que provoca uma ainda maior exigência do uso de força. Também foi considerado o fato de que os sistemas que se utilizam de sensores infravermelhos, permitindo o acionamento com aproximação da pessoa ou das mãos para que haja acionamento da torneira, tem se mostrado muito ineficientes. Seguidamente deixam de funcionar, ou mantêm água correndo permanentemente, esgotando a capacidade do reservatório. Pesquisas indicam que donos de hotéis estão substituindo os sistemas infravermelho para os sistemas convencionais de metais rosqueados com manípulos, o que mostra as limitações das alternativas disponíveis e sugerem que um sistema capacitivo seria uma opção bem aceita no mercado.

A literatura patentária compreende alguns documentos apenas parcialmente relevantes, descritos a seguir.

O documento WO 2009/095879 revela uma torneira automática composta de dois tipos de sensores diferentes agindo em conjunto para determinar quando abrir e fechar o fluxo de água, um sensor ótico e um capacitivo. A presente invenção difere do referido documento por não conter sensores óticos, bem como por ser de toque e não de proximidade. O documento WO 2008/094651 revela um aparato para controle de fluxo de fluidos compreendendo uma torneira, um tubo condutor de fluido, sensores capacitivos e uma unidade controladora dos dados de entrada e saída. Possui sistema de detecção por proximidade. A presente invenção difere do referido documento por possuir sensor de toque e não de proximidade.

O documento US 6,962,168 revela uma torneira com acionamento mediante sensor de proximidade ou sensível a toque do tipo capacitivo, em ambos os casos controlando o fluxo através de uma válvula eletricamente operável. Entretanto, além de requerer sistemas de controle mais complexos e caros do que aqueles da presente invenção, o referido sistema é aplicável somente a residências. Além disso, o referido sistema utiliza corrente elétrica alternada, ao passo que o proposto na presente invenção utiliza corrente contínua, normalmente disponível no campo veicular.

A presente invenção tem aplicação direcionada a veículos de transporte coletivo, sendo útil em torneiras e outros dispositivos de controle de fluxo de líquidos, como descargas, recipientes de sabão/detergente líquido e também ao acionamento de alarmes em tais veículos, sendo particularmente útil para pessoas com necessidades especiais.

Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.

Sumário da Invenção

A presente invenção proporciona um sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido para sanitários, bem como seu uso em veículos de transporte coletivo.

A presente invenção é particularmente útil para pessoas com necessidades especiais.

É, portanto, um objeto da presente invenção um sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido compreendendo: a) fonte de alimentação externa;

b) meios para controle e processamento dos dados; c) sensor capacitivo; e

d) meios para abrir e fechar uma passagem de líquido e/ou ligar e desligar um alarme.

Em uma realização preferencial, a alimentação é de baixa tensão, por meio de baterias ou pilhas.

Em uma realização preferencial, o processamento dos dados se dá por circuitos integrados instalados no sistema.

Em uma realização preferencial, os meios para se abrir e fechar a passagem de líquido compreendem uma solenóide ligada a uma válvula e/ou uma bomba de líquido.

É um objeto adicional da presente invenção o uso do sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido da presente invenção em sanitários para pessoas com necessidades especiais.

Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 apresenta o um diagrama representando o sistema da presente invenção, onde: (11) sensor capacitivo, (12) circuito integrado, (13) circuito integrado, (14) circuito integrado, (15) carga (torneira, sabonete, sabão, descarga ou alarme), (16) fonte de alimentação.

A Figura 2 apresenta a representação esquemática de uma concretização preferencial do sistema da presente invenção, onde: (21) torneira; (22) pia; (23) área da torneira sensível ao toque; (24) sistema eletrônico usando capacitância; (25) válvula solenóidea; (26) caixa de água e/ou sabão; (27) bomba de requalque (alternativa); (28) caixa de água e/ou sabão (alternativa). Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção proporciona um sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido para sanitários, bem como seu uso em veículos de transporte coletivo. Dentre as vantagens e efeitos técnicos proporcionados pela invenção, pode-se citar: facilitar o uso por pessoas com necessidades especiais e/ou com deficiência física, uma vez que o acionamento so sistema não requer força ou pressão; permite que o sensor de toque seja a própria torneira; proporciona a pré-determinação da quantidade de líquido que sai da torneira a cada toque do usuário, limitando uso abusivo e/ou economizando consumo; proporciona a uniformização do volume dispensado a cada toque, ao contrário dos sistemas convencionais com molas, que apresentam variação de mais de 500% no volume dispensado; diminuição do peso do veículo, uma vez que o uso de volumes pré-determinados evita a necessidade de excesso de volume de segurança; diminui o custo do reservatório correspondente; proporciona o uso para acionamento eletrônico tanto para sistemas hidráulicos com bombeamento como para sistemas por gravidade; proporciona que o mesmo conjunto eletrônico seja usado para chamada de socorro acionada por passageiros, especialmente no caso de pessoas com necessidades especiais, alertando o motorista por cigarra, luzes, campainha etc, por um tempo configurado ou até o real atendimento da chamada.

Os exemplos a seguir mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Sistema Capacitivo de Acionamento de Mecanismo de Passagem de Líquido e de Alarme

O sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido da presente invenção compreende:

a) fonte de alimentação externa;

b) meios para controle e processamento dos dados; c) sensor capacitivo; e d) meios para abrir e fechar uma passagem de líquido e/ou ligar e desligar um alarme.

Em uma outra concretização preferencial, o sistema presente invenção adicionalmente compreende meios para controlar o fluxo de líquidos a volumes pré-determinados.

Fonte de Alimentação

A fonte de alimentação da presente invenção compreende qualquer meio para fornecimento de energia elétrica para o sistema. Em uma configuração preferencial, a fonte de alimentação tem tensão diminuta, abaixo de qualquer possibilidade de eletrificação ao corpo do operador, como baterias ou pilhas. Mais ainda, utilizando-se em sistema automotivo (ônibus) a corrente elétrica é do tipo continua, portanto não provocando curto circuito fechado com o corpo humano. Em uma realização preferencial, alimentação tem segurança tripla, evitando que qualquer defeito resulte em acidente, por menor que seja, tendo em vista o uso do sistema em ambiente com água e eletricidade.

Controle e Processamento de Dados

O controle e processamento de dados da presente invenção compreende qualquer meio para se fazer a interface entre o acionamento capacitivo e a abertura/fechamento do fluxo de líquido ou ligamento/desligamento de alarme. Em uma realização preferencial, o controle e processamento de dados da presente invenção se dá por 3 circuitos (apenas exemplificando, pois também pode ser funcional com apenas 1 circuito integrado) integrados, conforme a Figura 1 , da seguinte maneira: o operador toca na torneira ou botão chamado de sensor "1" que por sua vez, é ligado ao circuito integrado (Cl) "2". O sistema é preferencialmente regulado para reconhecer/aceitar toques em intervalos pré-estabelecidos, o que proporciona a validação do cada toque e evita o desperdício de líquidos/água por toques simultâneos ou contínuos. O usuário, ao tocar na torneira ou botão de acionamento, desencadeia a liberação de um volume de líquido predeterminado. Quantificado por um temporizador, que faz parte do sistema eletrônico em pauta. Mesmo que o usuário mantenha a mão tocando na torneira, esta apenas liberará o volume determinado, uma única vez. Para outros acionamentos, o usuário deve afastar a mão do sensor e depois de um tempo pré-determinado, tocar novamente no sensor. O mesmo vale para a liberação de líquidos como sabão, detergente, água de vaso sanitário etc.

O Cl "2", ao confirmar um toque válido, passa a informação para o Cl "3" acionar um temporizador, que marca o tempo entre os toques. Quando estes toques ocorrem dentro de um intervalo de tempo pré-determinado, libera a informação ao Cl "A", que então fecha o circuito, liberando energia para acionar a carga - preferencialmente mediante um solenóide que a abre a válvula para liberar passagem de líquidos, quando usando sistema por gravidade.

Sensor Capacitivo

Em uma configuração preferencial, os sensores capacitivos da presente invenção são localizados em uma área previamente projetada para ser sensível ao toque humano, podendo ser a própria torneira.

Mecanismo de Abertura e Fechamento de Passagem de Líquido

O mecanismo de abertura e fechamento de passagem de líquido da presente invenção compreende qualquer meio para se permitir ou impedir o transporte de líquido. Em uma realização preferencial, são utilizados solenóides ligados a válvulas ou bombas de líquido.

Exemplo 1 - Realização Preferencial

A presente invenção proporciona um sistema que se utiliza do princípio capacitivo acima descrito, com elementos eletrônicos tais como circuitos- integrados, transistores, capacitores, resistores, trimpot e outros, comuns e encontráveis no mercado convencional. Nesta concretização preferencial, tais componentes são montados em uma placa eletrônica - circuito impresso - ligado a ou dotado de ao menos uma área sensível ao toque humano. Isso proporciona um circuito que serve como chave de acionamento de rele, que por sua vez aciona um comando de liberação de líquido e/ou aciona uma bomba de água, comandos que transportem água, sabão ou detergente até a pia ou vaso sanitário. No caso preferencial da invenção de uso do sistema capacitivo de acionamento de mecanismo de passagem de líquido em veículos de transporte coletivo, o sistema pode adicionalmente compreender meios para além acionar lâmpadas e/ou sirenes de aviso ao motorista, como pedido de ajuda para pessoas com necessidades especiais, como preconiza a lei.

A mesma torneira ou chave de acionamento da descarga do vaso sanitário recebe um conjunto eletrônico diminuto (do tamanho de uma caixa de fósforos) que, ao receber o sinal eletrônico "verdadeiro" proveniente do corpo da torneira, providencia o acionamento da bomba e/ou solenóide, deixando a passagem da água saindo pela torneira. Nesta concretização preferencial, o sistema compreende um temporizador programável, de modo que o volume do líquido liberado a cada acionamento sempre é o mesmo. Este mesmo circuito eletrônico pode ser usado para sabonete líquido, detergente, quer no uso para lavar as mãos em pias, quer para acionar descarga do vaso sanitário ou chamada de socorro. Preferencialmente, em especial no caso de uso de veículos de transporte coletivo, o sistema da invenção usa amperagem e voltagem diminutas, muito abaixo de qualquer possibilidade de eletrificação ao corpo humano.

Exemplo 2 - Realização Preferencial

Fazendo-se referência à figura 2, tem-se que nesta concretização preferencial o sistema compreende: (21) torneira; (22) pia; (23) área da torneira sensível ao toque; (24) sistema eletrônico usando capacitância; (25) válvula solenóide; (26) caixa de água e/ou sabão; (27) bomba de requalque (alternativa); (28) caixa de água e/ou sabão (alternativa). Tal concretização preferncial prevê duas possibilidades. Uma na qual a caixa de água e/ou sabão (26) com líquido passa por uma válvula solenóide (25) que libera a passagem de líquido quando do toque na região sensível (23) da torneira (21). O sistema eletrônico por capacitância (24), ao reconhecer o toque, libera corrente elétrica para a abertura do solenóide (25). O mesmo princípio pode ser usado para a a libreação de água de um vaso sanitário, ou seja, a região sensível ao toque pode ser colocada em qualquer lugar, podendo também se apresentar como um botão decorativo. Noutra concretização, o reservatório de água e/ou sabão (28) fica abaixo do nível de saída, representado pela torneira (21) e pia (22). Quando reconhecido e processado pelo sistema da presente invenção, ocorre a liberação de corrente elétrica para que a bomba (27, interna ou não ao reservatório), pressione o líquido até a saída.

Ao conhecimento dos inventores esse é o primeiro relato do uso, em veículos de transporte coletivo, de um sistema que concomitantemente compreende as especificações técnicas acima descritas. O conceito inventivo de utilizar concomitantemente: a propriedade capacitiva dos corpos como princípio ativo do chaveamento atuador no mecanismo ou válvula de passagem de líquidos; e um sistema temporizador regulável, cuja função é determinar o volume a ser oferecido a cada toque no meio de escoamento de líquidos, como torneiras, resolve diversos problemas técnicos e ao mesmo tempo tem fácil montagem, uma vez que as peças e/ou respectivo circuito eletrônico utilizam componentes facilmente encontrados.

Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outros variantes, abrangidos no escopo das reivindicações anexas.