CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con la industria de manufactura de accesorios para baños tales como llaves, muebles de baño, entre otras. Más específicamente está relacionado con la industria de manufactura de fluxómetros para mingitorios y tazas de baño y todavía más específicamente con la manufactura de fluxómetros que hacen eficiente el uso del agua.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un Fíuxómetro no es más que un aparato para controlarla cantidad de agua a descargar en un mueble sanitario tal como un mingitorlo o una taza de baño o retrete. El fíuxómetro es una válvula automática, que dosifica y controla en una sola operación el agua que requiere el mueble sanitario para hacer su limpieza, esto no obliga inicialmente a interpretar correctamente la correlación de los sistemas ciclo de accionamiento de apertura de flujo de agua y cierre del mismo.

Fíuxómetro Electrónico El fluxómetro electrónico se basa en el mismo sistema que los fiuxómetros temporizados pero se activa mediante un sistema electrónico de detectores de presencia. El sistema de interrupción de descarga suele ser temporizado.

Algunos dispositivos trabajan en conjunto para lograr la limpieza de los desechos a través de la descarga de agua. La cantidad de agua necesaria para eliminar los desechos y rellenar el mueble para evitar el olor de la cañería, en teoría es constante y depende del mueble únicamente. Sin embargo, el dispositivo que libera el flujo de agua, principalmente la válvulas de cierre automático (conocidos como fluxómetro) tienen un margen de regulación limitado a ciertas presiones, pudiendo haber casos en el que la descarga sea deficiente a bajas presiones hidrostáticas, o bien, una cantidad de agua innecesaria a altas presiones hidrostáticas. Estos dispositivos de descarga basan su funcionamiento en las leyes de la hidrodinámica, sin embargo, como es conocido, el flujo de un fluido depende de varios factores, entre ellos la presión de la línea y el área transversal del conducto del fluido.

El fluxómetro automático suele contar con un sensor de proximidad. Este se mantiene inactivo mientras no hay nadie cerca, pero al acercarse y posteriormente alejarse se permite la descarga del agua para la limpieza del inodoro o del urinal.

También es conocido que para el uso de estos dispositivos de cierre automático es necesario contar con tuberías de diámetros ya definidos en el sistema de plomería de las instalaciones, y por tanto una presión hidrostática mínima de funcionamiento.

Basado en estos dos hechos, el presente invento involucra una mejora en las válvulas de cierre automático al incluir al sistema un elemento electrónico de regulación.

En la patente estadounidense US4793588la invención se refiere a la mejora del funcionamiento de una válvula de descarga de tipo diafragma que se vuelve operativa por medio de un mando exterior.

La válvula de descarga convencional del tipo diafragma operado por una manilla externa, hay una entrada de agua y una salida de agua en una válvula de descarga convencional, la salida está conectada a un dispositivo tal como un urinario que es ser lavados; y la entrada y la salida están separadas por un diafragma a fin de proporcionar dos cámaras, una superior y una cámara inferior, llenas de agua a presión de la línea de suministro. La primera aproximación para lograr el cometido es emplear el principio básico de un fluxómetro de pistón (émbolo) de manija, el cual se basa en su construcción formando dos cámaras de agua y separarlas a través del émbolo; cuando se requiere una descarga de agua al mueble, el movimiento manual de la manija logra el vaciado de agua en la cámara superior disminuyendo la presión hidrostática en la cámara; la diferencia de presiones entre la cámara inferior y superior, permite que el émbolo se desplace permitiendo un gran flujo de agua al mueble.

Emular el efecto que produce el movimiento de la manija no resulta en ningún problema empleando una válvula solenoide para desplazar el agua que se acumula en la cámara superior hacia la salida. Este principio es empleado por la mayoría de los fabricantes de válvulas de cierre automático, como SLOAN, AMERICAN ESTÁNDAR, TOTO, ZURN, etc.

Sin embargo, esta solución no resuelve el control de la cantidad de agua que se descarga al mueble sanitario. En resumen esta gráfica nos dice que el volumen de agua descargada es directamente proporcional al tiempo que la válvula solenoide permanece abierta y a la presión hidráulica de la línea de alimentación.

Por tanto, mantener la válvula solenoide abierta durante un tiempo constante, trae consigo diferentes comportamientos en la cantidad de agua descargada al agua: poca agua a presiones h idrostáticas bajas; mucha agua a presiones hidrostáticas elevadas.

SISTEMA DE CONTROL ELECTRONICO BASADO EN FUZZY LOGIC Se basa en lo relativo de lo observado como posición diferencial. Este tipo de lógica toma dos valores aleatorios, pero contextualizados y referidos entre sí. Así, por ejemplo, una persona que mida 2 metros es claramente una persona alta, si previamente se ha tomado el valor de persona baja y se ha establecido en 1 metro. Ambos valores están contextualizados a personas y referidos a una medida métrica lineal.

Como es conocido, el objetivo de todo sistema de control es lograr un conjunto de salidas para un conjunto dado de entradas. Un controlador digital convencional puede obtener la variable a controlar a través de una tabla o matriz que específica que salida producir para cada entrada o combinación de entradas.

Sin embargo, esta solución es imprecisa y requiere una tabla muy grande si se requiere darle mayor precisión al control.

Otra solución muy común es tener un controlador que ejecute una fórmula matemática que exprese la salida como una función de la entrada .

Teóricamente la formula representa un modelo exacto del comportamiento del sistema. En la práctica trabajar con fórmulas puede ser un poco complejo y difícil modelar en un microcontrolador de bajo costo. Más allá, entender las variables físicas que involucran al sistema en ocasiones resulta complejo. Fuzzy Logic provee una solución práctica y económica para sistemas de control complejos y difíciles de definir. Estos controladores se basan en reglas y requieren menos memoria y código y no requieren complejos modelos matemáticos para operar. La regulación del volumen de la descarga es controlada por un sistema electrónico digital que ejecuta un algoritmo basado en la teoría de fuzzy logic, diseñada exclusivamente para este aparato.

El conjunto del sistema electrónico de regulación y la válvula tradicional de cierre automático basada en pistón, logran un sistema experto que se ajusta automáticamente para lograr un volumen constante de agua en la descarga en función de la presión h idrostática de la línea.

OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN

El primero de los objetivos es obtener una solución que resuelva el problema acerca del control de la cantidad de agua que se descarga al mueble sanitario.

El segundo de los objetivos de la presente invención es realizar una descarga de volumen constante de agua independiente de la presión hidrostática de la línea. Otro de los objetivos es que el dispositivo cumpla con las regulaciones vigentes en el consumo de agua manteniendo la eficiencia en la limpieza del mueble. Otro de los objetivos es que este fluxometro disminuya el consumo de agua, y se ajuste automáticamente de acuerdo con la frecuencia de uso.

El último de los objetivos es que no hay ningún desperdicio con la cantidad de agua que se emplea para este fluxometro

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención presenta una válvula de descarga de agua para muebles sanitarios tales como mingitorios o tazas, con regulación del volumen de agua en un amplio rango de presiones a través de un sistema electrónico. El dispositivo completo tiene como finalidad cumplir con las regulaciones vigentes en el consumo de agua manteniendo la eficiencia en la limpieza del mueble.

Básicamente el proceso que se realiza para el sistema electrónico de regulación es:

Primero se hará una toma de una muestra de la variable de la ón a través del transductor de presión. 2. Después realizara proceso de fuzzificacion .

3. Evaluación de reglas.

4. Defuzzificación

5. Válvula solenoide abierta el tiempo calculado

También explica los elementos principales del sistema electrónico de regulación lograr su cometido los cuales son:

1 Un sistema de control digital.

2 Un transductor comercial de presión.

3 Un sensor infrarrojo comercial.

4 Una válvula solenoide comercial.

5 Una válvula de cierre automático basado en pistón (émbolo).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Muestra un corte transversal del dispositivo Figura2.- Muestra un corte transversal de los elementos electrónicos.

Figura 3.- Diagrama de flujo del sistema de control electrónico. Figura 4.- Gráfica que muestra la proporcionalidad que tiene el volumen de agua con el tiempo de abertura de la válvula solenoide. Figura 5.- Funciones de membrecía de la variable PRESIÓN.

Figura 6.- Funciones de membrecía de la variable de salida TIEMPO.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN - La figura 1 muestra un corte longitudinal del disposivo en donde se puede apresiar todos los componentes que conforman dicho dispositivo, con el numeral 1 se muestra el sistema de control digital, este tiene la función de transformar los datos obtenidos por el transductor de presión 2, la lectura del transductor es digitalizada a través de un módulo conversor de analógico a digital incluido en el sistema de control digital 1 obteniendo un valor numérico de la variable física PRESIÓN. Es en este punto donde el sistema de control digital ejecuta el algoritmo basado en el proceso teórico FUZZY LOGIC, consistente en tres bloques de código funcionales: FUZZIFICACION, EVALUACIÓN DE REGLAS Y DEFUZZIFICACIÓN. Cabe aclarar que esta terminología es una interpretación convencional a los términos usados por el autor de la teoría, del cual no hay una traducción actual en lenguaje castellano. El primer paso en el proceso FUZZY LOGiC involucra una transformación de dominio llamado FUZZIFICACION. En este proceso el valor numérico de la variable PRESIÓN obtenido por el transductor de presión 2 es llevada a un término lingüístico "FUZZIFICADO". Por ejemplo, si el transductor obtiene un valor de 1.5 bar, este será transformado a un valor "PRESIÓN MUY BAJA". De igual forma un valor de presión hidrostática de 5.5 bar será transformado al valor "PRESION ALTA". Para realizar esta transformación se deben determinar primero "funciones de membresía", que representan todos los conjuntos de la variable PRESIÓN en todo el universo de la aplicación, en el caso del aparato presentado serán 7 bar. Las funciones de membresía para la variable PRESIÓN de este aparato están representados en la figura 6.

El proceso de FUZZIFICACIÓN toma el valor numérico de la variable PRESIÓN y lo compara en las funciones de membresía y asigna a cual conjunto pertenece ese valor. Por ejemplo, un valor de la variable presión de 1.166 bar, el proceso de FUZZIFICACIÓ le asigna la pertenencia a dos conjuntos (valores FUZZY): PRESION MUY BAJA y PRESION BAJA. Terminado este proceso es mandada una señal de A/C ala válvula solenoide 4, dichcha válvula solenoide permanece abierta el tiempo calculado por el algoritmo de control arriba explicado, dependiendo de la presión que exista en ese momento, dicho de otra manera a mayor presión, menor tiempo de actividad en la válvula solenoide y a menor presión, mayor tiempo de actividad en la valvaula solenoide; en este lapso, mientras la válvula solenoide permanece abierta, el agua fluye a través del conducto de desfogue 11 , el cual libera la presión en la cámara superior 10 del alojamiento del pistón 7. La relación de entrada y salida de agua entre la cámara inferior y superior del pistón es controlada a través del orificio de control 8 que es muy inferior al orificio de desfogue 11. Esta diferencia, provoca que la presión en la cámara superior 10 del pistón sea menor a la presión de la línea 6, por tanto la fuerza que ejerce la presión hidráulica de la línea tiende a empujar el pistón 7 hacia arriba, abriendo la válvula casi en su totalidad y permitiendo un flujo considerable de agua hacia la salida de la válvula de cierre automática 9 y por ende hacia el mueble sanitario, no representado en las figuras. La figura 2 muestra un corte longitudinal del dispositivo, exponiendo los componentes electrónicos, tales como el sensor infrarrojo 3, diseñados especialmente para la detección, clasificación y poslcionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, este manda una la señal al sistema de control digital 1, que se caracteriza por la presencia de una serie de elementos que permiten conseguir, mediante la manipulación de las variables de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas alcancen unos valores prefijados. El sensor de presión 2, utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite. Dicha señal es procesada en el sistema de control digital y posteriormente transformada en tiempo de actividad en la válvula solenoide 4 que responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre, eventualmente controlable por un programa, que en este caso por nuestro sistema de control digital.

La figura 3 muestra un diagrama de flujo del sistema de control electrónico 1 el cual consta de 5 etapas, las cuales son:

1. - Regulación

2. - Muestrea variable presión

3. - Fuzzificación

4.- Evaluación de reglas

5. - Defuzzificación

6. - Válvula solenoide abierta el tiempo calculado

La figura 4 muestra una gráfica donde explica como el volumen de agua depende de la presión y el tiempo que permanece abierta la válvula solenoide, dependiendo de la cantidad de agua en la descarga y los 4 tipo de presión que se maneje, dependerá el tiempo que la válvula solenoide 1 permanecerá abierta. Por ejemplo en la imagen se observa que la presión que equivale a 3bar, cuando tiene una duración de 1 segundo equivale a 3 litros.

La figura 5 explica cómo se puede realizar esta transformación se deben determinar primero "funciones de membrecía", que representan todos los conjuntos de la variable presión en todo el universo de la aplicación, en el caso del aparato presentado serán 7 bar. Las funciones de membrecía para la variable presión de este aparato están representadas en la figura mediante el proceso de FUZZIFICACIÓN; toma el valor numérico de la variable PRESIÓN 1 y lo compara en las funciones de membrecía y asigna a cual conjunto pertenece ese valor. Por ejemplo, un valor de la variable presión de 1.166 bar 2, el proceso de FUZZIFICACIÓN le asigna la pertenencia a dos conjuntos (valores FUZZY): PRESION MUY BAJA y PRESION BAJA.

La figura 6 explica como al igual que las variable de entrada PRESIÓN, la variable de salida TIEMPO en segundosl tiene una representación FUZZY (2) en funciones de membrecía. A diferencia de las funciones de membrecía de presión que son trapezoides, ias funciones de salida son rectas con un valor puntual conocida como SINGLETON y de altura con el valor máximo de verdad.

La técnica de DEFUZZIFICACIÓN que se emplea en este sistema de control es conocido como CENTRO DE GRAVEDAD (COG) que consiste en recortar cada función de membrecía de salida FUZZY 2 a la altura determinada en el proceso de EVALUACIÓN DE LAS REGLAS y después determinar el punto de equilibrio mediante la siguiente formula algebraica. Explica que multiplicando la sumatoria de fuzzy logic 2 con la posición singleton 3 y que este resultado sea dividido sobre la sumatoria de fuzzy logic 2 dará como resultado el tiempo de la salida 1.

Ejemplo acerca de la salida real (el valor de tiempo que debe permanecer abierta la válvula solenoide) para descargar un volumen constante de agua.

((0.32 X 8) + (0.64 X 5.36))

iemvo ~ ^{; ; 1 1} ———

^P 0,32 + 0.64 El valor de 0.32 (2)se debe a que la presión es muy baja y cuenta con una relevancia de 0.32 (2)es multiplicado por 8 por la cantidad de tiempo (3), después ese resultado se sumado cuando la relevancia de la presión baja(4), es decir 0.64 (4) se multiplica con la segunda cantidad en segundo(5) que en este caso es 5.36 y estos resultados es dividido entre el valor de la presión baja con relevancia de 0.32 (2) sumado con el valor de la presión baja con relevancia de 0.64 (4).