CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un dispositivo para la detección de fugas de fluidos, siendo una de sus principales aplicaciones la detección de fugas de agua en viviendas, aungue puede ser aplicado a cualguier tipo de red de distribución de fluidos.

Esta invención es capaz de detectar fugas y microfugas de un fluido a través de un único dispositivo situado a la entrada de la red de distribución, realizándose esta detección a partir de valores de caudal y presión registrados en tiempo real. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Son conocidos diferentes dispositivos destinados a detectar fugas de líguidos, especialmente los dispositivos destinados a avisar de fugas de agua en el viviendas, locales comerciales, oficinas e incluso instalaciones industriales, actuando en consecuencia de dos maneras: emitiendo una señal óptica/acústica de alarma, o cerrando la acometida general de agua.

Estos dispositivos actúan en función de tres técnicas conocidas:

Detección de humedad, siendo ejemplos de esta tecnología los aparatos descritos en el Modelo de Utilidad U9501958, y la patentes 9502360 y 9001920. Los cuales disponen de sensores de humedad gue al entrar en contacto con el agua de una fuga, disparan alarmas óptico/acústicas y en algunos casos cortan el suministro de agua a la red. Su problema principal reside en gue solo pueden detectar fugas en zonas puntuales de la red, en las gue se ha instalado el sensor. Si la fuga se produce en un tramo no cubierto por el sensor el sistema no se disparará. Ello obliga a instalar múltiples sensores a lo largo de toda la red de distribución, resultando entonces una instalación muy costosa.

Detección mediante vibraciones, siendo un ejemplo de la misma el Modelo de utilidad U 161274. Es una técnica menos extendida y gue consiste básicamente en monitorear permanentemente una red de distribución de agua para detectar el sonido característico de una fuga de agua, localizando la situación de la misma en función de la intensidad del sonido. Este es un sistema apropiado para conducciones ocultas donde no es visible la zona donde se ha producido la rotura de la tubería, pero

i resulta inapropiado para redes de distribución típicas de hogares, oficinas, comercios o instalaciones industriales, donde posiblemente es más sencilla la implantación de un sistema basado en la detección de humedad, y donde el nivel de vibraciones de la red es muy alto, al quedar expuestas al exterior las conducciones en muchos tramos. - Medición del flujo de agua en un punto de la red. Ejemplo de esta tecnología es el descrito en la patente ES 2 332 644 donde para la detección de una posible fuga se estudian dos variables del caudal, su valor (l/h) y su duración. Para ello un caudalímetro toma medidas continuadas sobre el flujo de agua que son recibidas en una unidad de control en la que se determina la hora de recepción. Esta unidad de control incorpora un programa informático que basa la determinación de la existencia de una fuga en dos axiomas: 1 ^o en una vivienda, el caudalímetro no puede estar más de un tiempo determinado registrando caudal, de ser así el sistema asume fuga. 2 ^o en una vivienda puede determinarse un valor de consumó máximo en función de las características de la red (n° de grifos, n° de baños, lavadora, friegaplatos... ) por lo que un valor de caudal superior al máximo de referencia es asumido como una fuga de agua. En cualquier caso, la determinación de la existencia una fuga por el sistema es seguida de una acción de alarma que entre otras medidas posibles incluye en cualquier caso el cierre del suministro mediante la intervención de una electroválvula comandada por la unidad de control. Esta última tecnología para la determinación de fugas puede considerarse la más avanzada, económica y de fácil aplicación en viviendas, sin embargo presenta dos problemas técnicos.

En primer lugar, no es capaz de detectar fugas inferiores a 3 l/h dado que los caudalímetros actuales aplicables no son capaces de detectar flujos inferiores.

En segundo lugar, la determinación de una fuga de agua es lenta, cuando el criterio de detección es la medición de caudal por un tiempo superior al de referencia, pudiendo llegar la orden de cierre de la acometida general cuando ya se ha vertido una ingente cantidad de agua en la vivienda.

Por lo tanto, el problema técnico planteado y que la nueva invención resuelve es doble, por un lado la detección de microfugas de agua con valores inferiores a 3 l/h y por otro, la determinación de fugas de agua por debajo del valor de caudal máximo sin necesidad de esperar a que transcurra el periodo máximo admisible de flujo de agua continuado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN. El novedoso detector de fugas y microfugas cuya patente se recaba efectúa la detección de fugas de cualquier tipo de fluido mediante la medición del caudal y presión en la red.

Básicamente el nuevo sistema monitoriza el caudal de fluido en la red, y está dotado de un sistema inteligente que detecta caudales anormales fuera de unos parámetros prefijados. Estos caudales son considerados constitutivos de una fuga en la red.

Aparte de detectar fugas, el nuevo sistema es capaz de detectar microfugas que son pérdidas de fluido en torno a 0, 15 l/h, típicas en uniones, grifos, válvulas, poros, o cualquier otro suceso que implique una pérdida de caudal tan pequeña.

El novedoso detector se inserta en la tubería de entrada de la red, por ejemplo, en el caso de una vivienda, en la tubería de entrada de agua, preferentemente tras el contador de consumos de la compañía suministradora.

Operativamente el nuevo detector comporta tres elementos que se posicionan alineados, siendo el primero según la dirección del flujo, una electroválvula, la cual es seguida de un caudalímetro y finalmente un presostato. Estos elementos son gestionados y conectados a una placa electrónica, Controlador Lógico Programable (PLC) o elemento similar, con el que el usuario puede interactuar a través de un teclado, botonera, pantalla táctil o cualquier otro medio adecuado para la introducción de datos y selección de opciones.

Todos estos elementos pueden estar incorporados en un cuerpo o carcasa que los unifique en un solo aparato. Una de las novedades de la invención radica en que en la placa electrónica reside una aplicación informática con dos rutinas complementarias que actúan alternativamente. Una rutina rige sobre el presostato y la electroválvula, y opcionalmente en versiones más desarrolladas también sobre el caudalímetro, y la segunda sobre el caudalímetro y la electroválvula. La primera rutina tiene como objetivo la detección de microfugas que corresponden a pérdidas de fluido superiores a 0, 1 l/h, mientras que la segunda rutina detecta fugas superiores a 3 l/h.

El trabajo alterno de ambas rutinas garantiza la detección de cualquier fuga en la red por encima de un caudal de 0, 15 l/h, disparando una señal de aviso o advertencia en el caso de las microfugas, y cerrando además el suministro de agua en fugas superiores a 3 l/h. La localización de microfugas se desarrolla mediante la primera rutina del programa como test puntual a petición del usuario, o como una parte de una actividad programada que se ejecuta a intervalos regulares.

Su funcionamiento se atiene a la premisa de que si no existen microfugas, manteniendo la red presurizada, la presión del fluido en esta debe mantenerse constante, pero si existe una microfuga, el volumen de fluido disminuirá y con ello también la presión.

Este diferencial de presión también puede ser motivado por cambios de temperatura o a dilataciones de los conductos de la red o del propio fluido, por lo que es necesario un algoritmo que permita discernir cuando existe microfuga y cuando no. Se parte de un estado de la red en la que no hay consumo de fluido, por lo que, en el ejemplo de una vivienda, todos los grifos se hallan cerrados y los aparatos susceptibles de consumir agua, apagados.

En dichas condiciones, el programa residente en la placa electrónica envía una señal a la electroválvula para llevarla a su posición de cerrado, con lo que el circuito queda presurizado. En las versiones más básicas, el usuario ha de asegurarse que todos los grifos están cerrados, pero en versiones más desarrolladas, la aplicación antes de cerrar la electroválvula, verifica que el caudal registrado es 0, con lo que se asume que no hay consumo en la red. En caso contrario suspende el test.

Tras la presurización del circuito, el presostato comienza a registrar medidas de la presión en la red (Pn) que son analizadas en la placa electrónica. Dicho análisis consiste en comparar el registro tomado (Pn) con el registro precedente (Pn-1), verificando si:

- (Pn) = (Pn-1) o

- (Pn)≠ (Pn-1) El número de resultados iguales de cada tipo es a su vez registrado y analizado a través de un algoritmo programado en la aplicación, donde en función del tiempo (Tt) y del número de resultados iguales obtenidos en periodos de tiempo establecidos (Tp), se determina la existencia de microfuga.

Durante la mayor parte del día, el control de una posible fuga se realiza con la segunda rutina que solo detecta fugas superiores a 3 l/h.

En esta función, la placa electrónica analiza los registros del caudalímetro, los compara con unos valores de referencia que han sido introducidos o seleccionados a través del teclado o botonera del dispositivo y controla el tiempo transcurrido desde el inicio de la evaluación. La detección de una fuga se atiene a tres premisas:

1 ^o El valor del caudal registrado en cualquier momento tiene un máximo admisible (Cmax) en función de las características de la red monitorizada. Un caudal superior a (Cmax) es considerado fuga.

2 ^o El tiempo máximo que puede registrarse un caudal determinado (TCmax) es inversamente proporcional al volumen del mismo. De esta forma, un caudal próximo a Cmax solo puede ser registrado durante un corto periodo de tiempo, mientras que un caudal menor puede ser registrado durante un tiempo superior. Cada volumen de caudal (Cn) tiene asociado un tiempo máximo de registro (Tn). Si el caudal Cn se registra durante un tiempo superior a su tiempo asociado (Tn), se considera una fuga.

3 ^o En algún momento el caudal registrado ha de ser cero porque no es posible que en la red se detecte un consumo indefinido por pequeño que este sea. De ello se establece periodo máximo de registro de caudal ininterrumpido (Tmax), el registro de caudal, sea cual sea su valor por un tiempo superior a (Tmax) se considera una fuga. Operativamente, esta rutina presenta dos fases. En la primera se establecen los valores de referencia (Cmax), (Tmax) introduciéndolos directamente mediante el teclado, o introduciendo otros datos como por ejemplo n° de grifos en la vivienda, aparatos susceptibles de consumo de agua, puntos de riego, etc. de los cuales se deducirán (Cmax y Tmax) así como el valor (TCmax) basado en la relación Cn/Tn. En la segunda fase, se procede con la detección de fugas propiamente dicha. En ella la aplicación va registrando el tiempo total desde inicio de la evaluación (Tt) así como valores de caudal (Cn) y ejecutando un análisis de la información recibida. (Tt) pasa a ser 0 cuando el caudal registrado (Cn) es igual a cero.

Las variables utilizadas en este análisis son: - Cn: Valor n del caudal Cn-1 : Valor anterior a Cn

Tt: Valor del tiempo actual

Tn: Tiempo máximo asociado al valor Cn

Tn-1 : Tiempo máximo asociado a Cn-1

Tmax: tiempo máximo registrable

Cmax: valor máximo de caudal registrable

De acuerdo con las variables descritas, el algoritmo programado en la segunda rutina de la aplicación establece los siguientes resultados posibles:

1. Que Cn >= Cmax: Este caso activa una alarma de fuga.

2. Que Tt >= Tmax: Este caso activa una alarma de fuga.

3. Que Cmax>Cn>Cn-1 : (ver fig.5)

3.1 Para los C>Cn-1 , la relación Cn/Tn pasa a ser Cn/(Tn+x) Siendo x el tiempo total registrado de Cn-1.

3.2 Para los C=<Cn-1 , Se mantiene la relación Cn/Tn.

3.3 Si Tt=Tn, este caso activa una alarma de fuga.

3.4 Si Tt< Tn, no hay fuga.

4. Que Cmax > Cn =Cn-1 :

4.1 Si Tt >=Tn-1 , Este caso activa una alarma de fuga.

4.2 Si Tt < Tn, no hay fuga

5. Que Cmax > Cn-1 > Cn:

5.1 Si Tt>= Tn, Este caso activa una alarma de fuga. - 5.2 Si Tt < Tn, No hay fuga.

6. Que Cn=0: En este caso se confirma la no fuga, termina el proceso y se reinicia el registro de tiempo Tt=0 en espera del próximo consumo.

La subrutina de alarma de fuga implica dos acciones básicas, la primera consiste en enviar una señal a la electroválvula para llevarla a su posición de cerrado cortando el suministro general y así detener la fuga, y la segunda en emitir una señal para alertar al usuario que puede ser por ejemplo, luminosa y/o sonora que advierta al usuario. Aparte de las dos acciones básicas, la subrutina de alarma puede incluir otros mandatos complementarios, como por ejemplo lanzar una llamada de auxilio a una central de averías, un sms, email...

Las ventajas del nuevo detector son varias: Es capaz de diagnosticar una fuga en un tiempo menor que otros sistemas, ya que su algoritmo es capaz de establecer la existencia de una fuga antes de llegar a Tmax y emitir la alarma.

Es un sistema escalable y reprogramable, de manera que el aparato es utilizable en cualquier tipo de viviendas simplemente introduciendo los datos de referencia necesarios sobre número de grifos, baños, aparatos de lavado etc.

Es capaz de efectuar un testeo de la red de distribución de agua para detectar microfugas bajo demanda o como parte de una tarea programada. De esta forma los habitantes de la vivienda serán advertidos de la existencia de una rotura de la red por la que se pierde agua en grandes volúmenes, como de un defecto o desajuste por el que se pierde fluido en muy pequeña cantidad, totalmente indetectable para los dispositivos de detección actuales.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con el objeto de ilustrar cuanto hasta ahora hemos expuesto, se acompaña a la presente memoria descriptiva de unas hojas de dibujos en la que:

La figura 1 representa un ejemplo esquemático de realización del nuevo dispositivo de detección de fugas instalado en una red de distribución de agua de una vivienda

La figura 2 consiste en un diagrama de conectividad y relaciones entre los distintos componentes del sistema.

La figura 3 consiste en un diagrama de la rutina de detección de fugas.

La figura 4 consiste en un diagrama de la rutina de detección de microfugas.

La figura 5 Corresponde a una gráfica Caudal / tiempo, en la que se establecen los límites de detección de fugas según los valores de referencia. LISTADO DE REFERENCIAS:

1. Cuerpo

2. Tubería vivienda

3. Contador consumo

4. Electroválvula

5. Caudalímetro

6. Presostato

7. Placa electrónica

8. Botonera

9. Pantalla alfanumérica

10. Cuadro de control

1 1. Pilotos luminosos

12. Rutina de fugas

13. Rutina de microfugas

14. Emisor acústico DESCRIPCIÓN DEL EJEMPLO:

Se adjunta un ejemplo de realización correspondiente a dispositivo detector de fugas según la invención preparado para su uso en una vivienda como detector de fugas de agua.

Según la invención en nuevo detector agua descrito presenta un cuerpo (1) que se inserta en la tubería de entrada de agua a la vivienda (2) tras el contador de consumos de la compañía suministradora (3).

En el cuerpo (1) incorpora en su interior una electroválvula (4), un caudalímetro (5) y un presostato (6), todos ellos conexionados operativamente a un cuadro de control (10) que comporta en su interior una placa electrónica (7), mientras que en el exterior presenta una emisor acústico (14) una botonera (8), una pantalla alfanumérica (9) y un conjunto de pilotos luminosos (11).

En la placa electrónica (7) reside una aplicación informática con dos rutinas independientes que actúan alternativamente, una dedicada a la detección de microfugas (13) que determina pérdidas de fluido superiores a 0, 15 l/h, y otra dedicada a la detección de fugas (12) que detecta perdidas de fluido irregulares superiores a 3 l/h.

Según el diagrama de conexionado representado en la figura 2, están vinculados a la rutina de detección de microfugas (13) el presostato (6), la electroválvula (4), la botonera (8), la pantalla alfanumérica (9) y un piloto luminoso (11), mientras que a la rutina de detección de fugas (12) están vinculados el caudalímetro (5), la electroválvula (4), la botonera (8), la pantalla alfanumérica (9) un piloto luminoso (11) y el emisor acústico (14).

La aplicación residente en la placa electrónica (7) registra los valores de caudal (Cn) medidos por el caudalímetro y los valores de presión (Pn) medidos por el presostato, y según los algoritmos de programación, envía señales de maniobra a la electroválvula (4), a los pilotos luminosos (1 1), al emisor acústico (14) y a la pantalla alfanumérica (9), pudiéndose intervenir en los algoritmos a través de la botonera (8).

Concretamente, a través de la botonera (8) se introducen las variables Cmax, Tmax y TCmax, utilizadas en la rutina de fugas (12) y que corresponden a: - Cmax: Caudal máximo que puede consumir la vivienda en función de n° de grifos, inodoros, bidets, lavaderos, lavadoras y lavaplatos que contiene.

Tmax: Tiempo máximo durante el cual se puede detectar consumo de agua sin que medie interrupción por pequeño que sea este.

TCmax: Tiempo máximo que un valor de caudal puede ser registrado, siendo que el valor del tiempo es inversamente proporcional a valor del caudal registrado.

Estas variables dan origen a una función compuesta representada en la gráfica de la figura 5. Según dicha función, cualquier valor que se halle fuera del área oscura es una fuga de agua.

Según la figura 3, la descripción de la rutina de fugas (12) es la siguiente: Se inicia la aplicación y se cargan los valores Cmax, Tmax y TCmax. (Esto constituye la fase 1 de la rutina y no debe repetirse en más ocasiones salvo cuando se modifiquen las características de la red)

Se abre registro de caudal (Cn) y registro de tiempo (Tt). (Esto constituye la fase 2de la rutina que se repite indefinidamente sistemáticamente hasta detectar un caudal 0 o una fuga)

Se realiza un primer proceso de decisión con los registros (Cn) y (Tt) con seis resultados posibles:

1 [Cn >= Cmax] 2 [Tt >= Tmax]

3 [Cmax>Cn>Cn-1]

4 [Cmax > Cn =Cn-1]

5 [Cmax > Cn-1 > Cn]

6 [Cn=0] El resultado [Cn=0] implica que no hay consumo en la red, y por lo tanto no hay posibilidad de fuga. Este resultado finaliza la rutina (12) de la aplicación, que vuelve a reiniciarse desde el inicio.

Los resultados [Cn >= Cmax] y [Tt >= Tmax] inician una subrutina de fuga.

El resto de resultados abren un segundo proceso de decisión en cada caso de los que se establecen un segundo nivel de resultados:

3 Siendo [Cmax>Cn>Cn-1] puede ser que:

- 3.1 [C>Cn-1]

- 3.2 [C=<Cn-1]

- 3.3 [Tt>=Tn]

3.4 [Tt< Tn] 4 Siendo [Cmax > Cn =Cn-1] puede ser que:

4.1 [Tt >=Tn-1]

- 4.2 [Tt < Tn]

5 Siendo [Cmax > Cn-1 > Cn] puede ser que: - 5.1 [Tt>= Tn]

- 5.2 [Tt < Tn]

Los resultados 3.3 [Tt>Tn], 4.1 [Tt >=Tn-1] y 5.1 [Tt>= Tn] inician la subrutina de fuga.

Los resultados 3.4 [Tt< Tn], 4.2 [Tt < Tn] y 5.2 [Tt < Tn] no implican fuga por lo que la aplicación prosigue. Por último, los resultados 3.1 [C>Cn-1] y 3.2 [C=<Cn-1] corresponden a un incremento y un decrecimiento del caudal registrado. En el primer caso [C>Cn-1], la aplicación abre una subrutina en la que la relación Cn/Tn pasa a ser Cn/(Tn+x) Siendo x el tiempo total registrado de Cn-1. (fig.5), mientras que en el segundo caso, se mantiene Cn/Tn, prosiguiendo la rutina normalmente. La subrutina de fuga implica un proceso de cierre de la electroválvula, un proceso de activación de alarma luminosa y acústica que implica a la pantalla alfanumérica (9), Un piloto luminoso (11) y el emisor acústico (14).

Según la figura 4, la descripción de la rutina de microfugas (13) es la siguiente:

Al iniciarse la aplicación se inicia un proceso que cierra la electroválvula (4), quedando la red presurizada.

Se abre el registro de presión de la red (Pn) y de tiempo (Tt).

Se realiza un primer proceso de decisión con los registros (Pn) y (Tt) y se establecen dos resultados posibles:

1 [Pn = Pn-1]

2 [Pn≠ Pn-1] Se realiza un recuento de los resultados idénticos obtenidos durante un intervalo de tiempo predeterminado (Tp) y se guardan en memoria.

Se realiza un segundo proceso de decisión con los datos memorizados previamente, relacionando el número de repeticiones de resultados registrados durante (Tp) con el tiempo total transcurrido (Tt) y se establecen dos resultados posibles que lanzan dos procesos:

Proceso microfuga, que activa un aviso (activar un contacto, alarma sonora, visual... ) y un proceso (abrir la electroválvula).

Proceso no microfuga, que activa el proceso (abrir la electroválvula). Fin de rutina microfugas.