Campo de aplicación La presente invención aplica al campo técnico de los intercambiadores de calor de uso domiciliario o industrial, para la extracción o transferencia de energía desde dispositivos acumuladores de agua tanto abiertos como cerrados, naturales o artificiales, tales como piscinas; y el control y manejo de las temperaturas en los inmuebles y/o otros dispositivos localizados de manera cercana al dispositivo acumulador de agua que requieran termostatación.

Descripción del estado del arte

Este sistema fue desarrollado con el propósito de dar solución a las necesidades energéticas de los hogares e industrias, en términos de termostatación tanto como la calefacción, el enfriamiento, y la producción de agua caliente.

Todo lo anterior está basado estrictamente en los requerimientos actuales de la eficiencia energética y ambientes libres de contaminación.

Desde siempre se ha sabido que los espejos de agua, debido a la densidad de éste elemento, son capaces de acumular y liberar temperatura lentamente. Es bien conocido que cuando una piscina ha pasado todo un día bajo la radiación solar esta se mantiene caliente durante las primeras horas de la noche. Este fenómeno se presenta en virtud de la densidad del agua que ai ser más densa que el aire (800 veces más densa) logra retener en su estructura esta energía. También por otro lado la tierra que envuelve el contenedor, si está enterrado, aporta calorías que son absorbidas por el agua. Algunos desarrollos en base a intercambiadores de calor se pueden ver en patentes de aire acondicionado y refrigeradores, algunos de estos desarrollos presentan dispositivos de control de rangos de temperatura en aires acondicionados como la patente europea EP2420758, pero no presentan un sistema integrado con el aporte calórico de un acumulador de agua cercano al lugar donde se requiere acondicionar la temperatura. Por otro lado, el general de las patentes aquí mencionadas, habla de sistemas cerrados con los cuales se intercambia el calor, si esto no fuera así y estos sistemas fueran abiertos, sus intercambiadores de calor se tornarían en altamente ineficientes para la operación en rangos de temperatura estrechos. Otras patentes relacionadas con estos problemas son EP2541169 y EP2180263.

Si se analizan las piscinas con calefacción se pueden encontrar sistemas calefactores pasivos en base a energía solar, tales como EP1806545, EP0493254 y EP0263097. Estos sistemas se utilizan para calefaccionar directamente una piscina y no para hacer uso de la energía que naturalmente capta el primer volumen de agua en su estado líquido, para calefaccionar o enfriar otra construcción y/u otro volumen de agua.

La definición de agua en el presente invento se refiere a H ₂ 0 o agua en su estado líquido, independientemente si su superficie o parte de ella está en estado sólido o gaseoso. Químicamente se considera cualquier tipo de agua, dentro de los cuales se puede mencionar agua potable, de alta y baja dureza, agua de residuos líquidos, agua de mar, agua subterránea, agua de lagos y ríos, aguas minerales, agua destilada, agua desmineralizada, agua filtradas por osmosis inversa u otros medios, entre otras.

Relacionando el uso de piscinas y los intercambiadores de calor se puede encontrar la siguiente patente americana con número de publicación WO2012045166, la cual presenta un sistema intercambiador de calor a través de un calentador tipo Abono o Compostaje, el cual se aleja fuertemente de la aplicación que se le da en el control fino de la temperatura en un contenedor abierto o cerrado de agua. Descripción del Invento en General

Debe notarse que el uso, aquí y en todo el texto que el singular no excluye el plural, salvo que en el contexto claramente lo implique. Entonces, por ejemplo, la referencia a un "elemento", es una referencia a uno o más elementos e incluye formas equivalentes conocidas por quienes conocen de la materia (el arte). Similarmente, como otro ejemplo, la referencia a "un paso", "una etapa" o a "un modo", es una referencia a uno o más pasos, etapas o modos y que puede incluir sub pasos, etapas o modos, implícitos y/o sobrevinientes. Todas las conjunciones usadas han de entenderse en su sentido menos restrictivo - más inclusivo- posible. Así, por ejemplo, la conjunción "o" debe entenderse en su sentido lógico ortodoxo, y no como un "o excluyente", salvo que el contexto o el texto expresamente lo necesite o indique. Las estructuras, materiales y/o elementos descritos han de entenderse que también se refieren a aquellos equivalentes funcionalmente y así evitar enumeraciones taxativas interminables.

Las expresiones usadas para indicar aproximaciones o conceptualizaciones deben entenderse así, salvo que el contexto mande una interpretación distinta.

Todos los nombres y términos técnicos y/o científicos aquí empleados tienen el significado común que le otorga una persona común, calificada en estas materias, salvo indicación expresa, distinta. Los métodos, técnicas, dispositivos, sistemas, equipos y materiales son descritos aunque métodos, técnicas, dispositivos, sistemas, equipos y materiales similares y/o equivalentes a los descritos pueden ser usados o preferidos en la práctica y/o pruebas de la presente invención. Las estructuras aquí descritas deben, también, entenderse que se refieren a cualquier estructura similar o funcionalmente equivalente.

Se incorporaron previamente todas las patentes y otras publicaciones como referencias, con el propósito de describir y/o informar, por ejemplo, las metodologías descritas en dichas publicaciones, que puedan resultar útiles en relación con el presente invento. Se incluyen estas publicaciones sólo por su información previa a la fecha de registro de la presente solicitud de patente.

Utilizando el principio básico de usar fuentes de energía existentes en el hogar o la industria, específicamente nos concentramos en disponer como fuentes energéticas, las piscinas familiares y/o acumuladores de agua y/o fuentes naturales ubicadas cerca de la construcción, como en el patio, jardín, playa, alrededor de lagos, alrededor de espejos de agua naturales o artificiales, entre otros. En general, un volumen de agua acumulado natural o artificial, utilizado para el consumo, proceso productivo o para la recreación (piscina) opera físicamente como una pila energética, esto quiere decir que logra almacenar y mantener grandes cantidades calóricas durante periodos de tiempo.

Esta energía almacenada puede ser utilizada para termostatar con calefacción o enfriamiento diferentes construcciones, otros volúmenes de agua o algún área que se quiera termostatar, y también en la generación de agua caliente para cubrir las necesidades requeridas. Una de las principales aplicaciones, es en el hogar con las piscinas familiares, sin descartar la misma utilización en otro tipo de aplicaciones.

El contenedor de un volumen de agua (sea piscina, un ojo de agua natural o artificial, o estanques de acumulación industrial), específicamente el agua almacenada en ella, adquiere energía, la que se expresa por su temperatura, desde su contacto directo con la tierra, el aire y la radiación solar.

El volumen de agua almacenada con una determinada temperatura equivale a un volumen energético. La razón energética es que, por cada litro de agua que aumenta o disminuye en un grado Celsius, se obtienen 1.000 calorías.

Un contenedor de 30 metros cúbicos de agua, por cada grado Celsius que se obtiene de ese volumen, equivalen a 30.000 Kcal (Kilo Calorías), equivalentes a 35 Kw/h, si se analiza desde el punto de vista energético..

Esto es 2,9 veces lo que se requiere para una casa o construcción de 200 metros cuadrados para su calefacción. Los requerimientos energéticos en materia de calefacción para una vivienda dependen de los niveles de aislación que disponga dicha vivienda. Según datos empíricos una vivienda de 200 metros cuadrados con aislación estándar puede ser calefaccionada con 12 Kw/h.

La energía obtenida así desde la piscina es recuperada desde el contacto con la tierra, el aire y la radiación solar. Por lo tanto, si es posible sacar energía suficiente desde un volumen de agua, tal como una piscina para cubrir las necesidades energéticas de un hogar, en términos de calefacción y agua caliente, recuperando en la piscina dicha energía desde el contacto con la tierra, con el aire y radiación solar, sería un proceso altamente eficiente y sustentable.

Descripción del sistema específico

El sistema comprende cinco dispositivos, definidos como: un dispositivo de circuito primario; un dispositivo de circuito secundario, un dispositivo de circuito terciario, un dispositivo auxiliar y un dispositivo de control. Tal como se puede ver en la figura 1/13.

El dispositivo de circuito primario comprende un volumen de agua que puede o no ser estanco con circulación o recirculación continua, que puede estar o no enterrado, aunque es de preferencia que esté enterrado, esto puede abarcar piscinas, estanques, mar, lagos, ríos, espejos naturales o artificiales de agua entre otros.

Una de las características que puede o no poseer este dispositivo, es un filtro posterior a la bomba de recirculación, de preferencia se requiere un filtro para tener agua en una condición óptima para intercambiar temperatura, pero no es excluyente.

Otra parte del circuito primario es una bomba de recirculación de agua, la cual recircula o circula el agua, la cual es impulsada a través del filtro hacia la última parte del dispositivo de circuito primario, que está compuesto por un intercambiador de calor (recambiable) para ser devuelto al volumen de agua inicial, es decir, el agua solo circula, sale y entra a su volumen original. Toda esta descripción se presenta claramente en la figura 2/13.

El agua, al pasar por el intercambiador de calor (figura 2/13, 1 D), le transfiere la energía del volumen de agua en circulación al segundo dispositivo de circuito secundario (figura 3/13, 2A), el cual comprende un circuito cerrado el cual está lleno por un líquido que es una mezcla anticongelante que impida la solidificación del líquido en el circuito secundario, este tipo de líquidos abarca mezclas de agua con anticongelante, anticongelante solo, aceites, siliconas líquidas, gases licuados, líquidos especiales de intercambio de calor, gases especiales para intercambio de calor (fluorocarbonos, entre otros), y cualquier otro elemento que permita intercambio de calor, en una relación, que dependerá del punto de congelamiento especificado, que a modo de ejemplo, para este diseño se establece en (-10°C), sin restringir otras temperaturas más bajas o altas. La relación de preferencia utilizada para este caso específico, es de anticongelante con agua al 30%, la cual se explica más adelante.

Este segundo dispositivo de circuito secundario (figura 3/13) que comprende un volumen de líquido dentro de un circuito cerrado, también comprende una segunda bomba de circulación y una bomba de calor hidrotérmica por donde pasa todo el líquido de este dispositivo. La bomba de calor hidrotérmica (figura 4/13) obtiene la energía del líquido en circulación del circuito secundario, restándole a este líquido un rango de entre 1 y 20 °C, de preferencia entre 2 y 3 °C, los cuales se obtienen del circuito primario por donde circula el agua de la piscina, restándole también un rango de entre 1 y 20 °C, de preferencia entre 2 y 3 °C.

De esta forma se puede operar hasta una temperatura del agua de la piscina levemente superior al punto de congelamiento, es decir levemente superior a 0°C. (Denominado para la presente invención como 0°C+) Para presentar de mejor manera las diferencias térmicas en los flujos de los caudales en los diferentes dispositivos de circuitos, es importante explicar el proceso de congelamiento del agua:

Para disminuir en un grado Celsius 1 Kg de agua se deben restar 1.000 calorías, es decir para bajar la temperatura de 1 °C a 0°C se deben restar 1.000 Calorías.

Sin embargo para hacer que el agua cambie de estado, del líquido al sólido, a este mismo Kg de agua se le deben restar 80.000 Calorías.

Lo anterior significa que es totalmente factible operar con una temperatura del agua de la piscina levemente superior a los 0°C.

Puesto que la temperatura promedio ambiente, del aire, de la tierra y la radiación solar, durante las 24 horas de un día común, en ciudades con clima mediterráneo tales como Santiago de Chile (sin excluir otras ciudades con climas extremos), es en los días más fríos de invierno superior a 5°C, esto significa que el ambiente, el aire, la tierra y la radiación solar proporcionan energía suficiente al agua de la piscina para que esta no se congele en sus capas superiores o en su totalidad.

La bomba de calor hidrotérmica (figura 4/13), utiliza el principio físico del circuito térmico de Carnot, para transferir la energía, modificando los factores de la ley ideal de gases. Esto quiere decir que, al modificar la presión y manteniendo un volumen constante, se modifica la temperatura, transfiriendo de esta manera la misma energía obtenida desde el volumen de agua en el dispositivo de circuito primario (tal como una piscina) pero con distinta temperatura.

Como resultado, con el fin de transferir esta energía, se define el tercer dispositivo de circulación terciario (figura 5/13), que comprende la salida de la bomba de calor hidrotérmica hacia el elemento radiante de la construcción (figura 5/13, 4B), casa y/o a un tanque de acumulación de agua caliente (figura 5/13), 3A) y/u otro volumen de agua y/u otra aplicación en un área a termostatar.

El líquido contenido en el circuito terciario puede ser agua sola y/o con las mismas características a la utilizada en el circuito secundario. Es decir, el dispositivo de circuito terciario comprende el elemento radiante de la construcción (losa radiante, radiadores murales), y/o el serpentín interno de un tanque de acumulación de agua caliente, conectados a la salida de bomba de calor hidrotérmica. El dispositivo de control (figura 6/13), se maneja digitalmente y fue construido especialmente para la operación del resto de los dispositivos, el cual funciona con un programa lógico almacenado, con un algoritmo de control que permite dar operación al compresor de la bomba de calor hidrotérmica en el dispositivo de circulación secundario. El algoritmo de control toma los datos mediante sensores ubicados en cada elemento de entrada/salida de circulación de líquidos de la bomba de calor hidrotérmica, y controla de manera muy fina las fluctuaciones de temperaturas.

Finalmente el dispositivo auxiliar, y con el propósito de hacer más eficiente el aporte energético que requiere un hogar, específicamente para calentar el agua sanitaria, se puede o no incorpora un colector solar (figura 5/13, 4A) el cual opera como complemento del sistema previamente descrito.

Sin restringir la termostatación del agua sanitaria, este sistema puede también termostatar otro volumen de agua, tal como una piscina que se quiera temperar o cualquier estanque de líquido que se requiera temperar.

De esta forma, la integración de todos estos sistemas permite aportar de manera eficiente toda la energía que requiere una edificación, de preferencia un hogar durante todo el año, calefacción en invierno, agua caliente todo el año y enfriamiento del hogar en verano.

La figura 1/13 presenta el esquema completo del sistema de Hidrotérmia Modular. Algunas características específicas del sistema son que el agua, dentro del volumen de agua estanco o con flujo puede operar en un amplio rango de temperaturas, de preferencia hasta antes del punto de congelamiento, normalmente 0 a 1 °C.

En los peores escenarios para ciudades de clima mediterráneo, hemos comprobado que el agua del estanque, tal como una piscina, registra una temperatura de 2°C en el solsticio de invierno, para un estanque abierto que no recibe radiación solar durante todo el invierno, pero si está en contacto con el aire y la tierra.

Los estanques, tal como piscinas, que reciben radiación solar además de estar en contacto con el aire y la tierra, pueden registrar una temperatura de 4,5°C en solsticio de invierno.

Lo anterior indica las condiciones más desfavorables de operación, y se debe considerar que este sistema, puede operar con temperaturas de agua de estanque, tal como una piscina, hasta los 0°C.

En teoría, se puede seguir proveyendo energía estando el agua del estanque a 0°C, puesto que para alcanzar el congelamiento del agua líquida, se requiere retirar, en un período de tiempo, la energía equivalente a 80 veces la necesaria para bajarle 1 °C. (Este invento no está limitado a temperaturas más bajas al 0°C, solo lo limita la solidificación del agua, mientras el agua se mantenga en un estado líquido el sistema puede seguir operando).

Y puesto que se trata de sistemas abiertos (piscina), en contacto con la tierra, con el aire y con la radiación solar, y que los períodos de baja temperatura, como la noche, en climas mediterráneos, son de horas, indican que no es suficiente la liberación de energía para alcanzar el congelamiento.

Un elemento clave de este sistema es el intercambiador de calor del dispositivo del circuito primario que está en contacto con el dispositivo del circuito secundario, el cual está dimensionado para producir un rápido intercambio energético entre los dispositivos de circuitos primario y secundario, esto implica que se debe obtener una relación de intercambio con factor de acercamiento bajo, en el rango de 1 °C a 100°C, de preferencia de 1°C a 3°C, pudiendo utilizarse también factores de acercamientos distintos dependiendo de los caudales y tipo de intercambiador de calor.

El factor de acercamiento se define como la diferencia de temperatura entre un líquido o cualquier otro elemento de intercambio de calor, tal como un líquido, dentro de un circuito del intercambiador de calor a otro líquido en un segundo circuito del mismo intercambiador de calor.

Existe una gran variedad de tipos de intercambiadores de calor. Para los efectos de esta invención y debido a que se utilizan líquidos poco nocivos y corrosivos, es factible utilizar distintos tipos de intercambiadores de calor, estos pueden ser del tipo de tubos, de placas, de placas soldadas, de tubo y casco, entre otros.

Las variables importantes que se deben tomar en cuenta para la elección del tipo de intercambiador son: · Factor de acercamiento

• Caudal circuito primario

• Caudal circuito secundario

• Caudal circuito terciario La relación de superficies de intercambio dependerá del tipo de intercambiador de calor.

En general los intercambiadores se dimensionan por la capacidad de transferir energía, es decir, la capacidad de un intercambiador de calor se especifica en la transferencia de Kilo Calorías.

Para mantener una infraestructura temperada en un rango de 15°C a 30°C, de preferencia entre 18°C y 20°C, se le debe inyectar por mt ² de superficie un rango entre 30 Kcal a 100 Kcal, de preferencia un rango entre 50 Kcal y 70 Kcal.

Esta cantidad de Kcal transferida dependerán de la aislación de la zona a la cual se van a transferir, y de la capacidad de entrega del elemento radiante. Para lograr este objetivo, se tiene que tomar en cuenta la forma de transferencia del calor, si es a través del aire contenido en la infraestructura (A modo de ejemplo radiadores), el piso o loza (a modo de ejemplo una losa radiante), o inyección forzada de aire calentada a través de radiadores, entre otras aplicaciones. Todos estos elementos antes citados se consideran dentro del circuito terciario.

Para entregarle esta energía al circuito terciario, el circuito secundario debe intercambiarla con este, por intermedio de la bomba de calor hidrotémica, la cual opera de la siguiente manera:

Para transferir las Kcal al circuito terciario se requiere otro intercambiador de calor como los descritos previamente, de preferencia un intercambiador tubo dentro de tubo.

Este intercambiador va a intercambiar el mismo rango de Kcal dispuestas entre 30 Kcal a 100 Kcal, de preferencia un rango entre 50 Kcal y 70 Kcal dispuestas en el gas dentro de la bomba de calor y el liquido del circuito terciario.

Para realizar la transferencia previamente citada, la transformación de energía se realiza de la siguiente manera, la cantidad de energía que entrega el gas de la máquina de calor está relacionada con su volumen, presión, temperatura y cantidad, según la ley ideal de gases (PV=nRT), dejando constantes la cantidad de gas interna en moles (n) dentro de la bomba de calor, el volumen de gas en Litros (V) y siendo R una constante (0,082 (L x Atm)/K x mol), el sistema variará en forma directa en función de su presión (Atm) y temperatura (°K). Esto quiere decir que si se quiere transferir un rango de energía entre 50 y 70 Kcal con diferentes valores de temperatura entonces se debe variar la presión, función que cumple el compresor de la bomba de calor.

Para que el gas aporte una cantidad de Kcal, éste tiene que ser previamente energizado a través del circuito primario y controlado por la variación de presión. Para lograr el intercambio de Kilo calorías interno del circuito secundario, se requiere que se transfiera de la mezcla del anticongelante la energía necesaria al gas.

Todos estos procesos de intercambio deben operar lo más instantáneamente posible, con el propósito de que la bomba de calor funcione en base a transferencias pequeñas y finas de temperatura (redundando con el ahorro energético, que es uno de los objetivos de esta patente).

Este control fino se consigue utilizando un sistema de control automático digital, tal como se describe en las figuras 8/13, 9/13 y 10/13, dependiendo del tipo de control que se quiera llevar a cabo.

Un segundo elemento clave es la composición del líquido del circuito secundario, el cual comprende, dentro de las posibles mezclas, una mezcla de anticongelante con agua a fin de propiciar el congelamiento por debajo de los -10°C. A modo de ejemplo se puede utilizar una mezcla de Propilenglicol al 30%, que ofrece una temperatura de congelamiento a -12°C. Esto no descarta el uso de algún otro líquido de bajo punto de fusión como son los aceites, ceras, o mezclas de agua con algún otro compuesto que disminuya su punto de fusión.

Un tercer elemento clave es la característica constructiva de bomba de calor hidrotérmica, la cual es de alta calidad para otorgar durabilidad al sistema.

Cuando nos referimos a la alta calidad, se quiere describir que está compuesta por materiales duraderos resistentes a la abrasión y al esfuerzo mecánico. Los elementos claves de la bomba de calor son:

Compresor. La función del compresor es comprimir o expandir el gas para trasferir la energía con diferentes variables de temperatura. Se utilizan compresores de marcas reconocidas como Sanyo o Copeland, entre otros. Dentro de los modelos de compresores utilizados, pueden ser utilizados los de tornillo, más comunes, de pistón, entre otros, de preferencia de tornillo.

Circuitos intercambiadores internos. Se pueden utilizar toda la gama de intercambiadores presentados anteriormente, de tubo, de placas soldadas, de placas, de casco tubo, entre otras, de preferencia intercambiadores de tubo dentro de tubo. Su materialidad, y esto aplica a todos los intercambiadores descritos en esta patente, puede ser de, cobre, aleaciones metálicas, u otros metales, polímeros, cerámicas, entre otros, con la capacidad de ser resistente a la corrosión, al desgaste y con fácil conducción térmica.

Válvulas de control de flujo del gas interno de 3 o 4 vías. Del tipo de bola, membrana, aguja, electromagnéticas, de tornillo, entre otras.

- Placa madre de control digital Proporciona control digital por un programa o algoritmo almacenado, el cual actúa sobre el compresor, ordenándole arranque o detención, actúa sobre la válvula de 3 o 4 vías para el control de transferencia del gas interno y control del ciclo térmico de calor o frío, actúa sobre la bomba de recirculación del circuito primario ordenándole arranque o detención, actúa sobre la bomba de recirculación del circuito secundario ordenándole arranque o detención, actúa sobre la bomba de recirculación del circuito terciario ordenándole arranque o detención, actúa sobre la bomba de recirculación del circuito terciario de agua caliente sanitaria ordenándole arranque o detención y actúa sobre la bomba de recirculación del dispositivo auxiliar ordenándole arranque o detención. Provee una interfaz hombre máquina para el fácil manejo de todo el sistema.

- Toda la utilización de energía ( en Kilo Calorías )de estos equipos (eléctrica) posee una relación operativa mínima de entre 1 es a 3 y 1 es a 5 con respecto a la cantidad de energía aportada a la infraestructura objetivo a temperar, el resto de la energía es aportada por el volumen de agua , como por ejemplo la piscina. Sensores de medición de temperatura ubicados en cada punto de entrada y salida de flujos de líquidos. Estos sensores proveen al sistema de control automático (placa madre) las variables de temperatura para generar un control fino de la operación del sistema completo integrado.

El control automático está diseñado para que todas las temperaturas de entrada salida de cada circuito, primario, secundario y terciario se mantengan con un factor de acercamiento bajo, entre 1 °C a 15°C, de preferencia de 1 °C a 5°C.

El último elemento clave es precisamente el volumen de agua a utilizar, tal como una piscina o un volumen natural.

Dependiendo de su tamaño será la capacidad que tendrá ésta de intercambiar calor con el inmueble cercano al contenedor del volumen de agua, tal como una piscina, sin excluir volúmenes de agua naturales como el mar, ríos, lagos, agua subterránea, entre otros.

Procedimiento de operación del sistema

El procedimiento de operación del sistema puede separarse en dos operaciones:

-Operación de Calentamiento, (tal como se describe conceptualmente en la figura 7/13 y específicamente en las figuras 8/13 y10/13).

-Operación de Enfriamiento, (tal como se describe conceptualmente en la figura 7/13 y específicamente en la figura 9/13).

A continuación se describen las dos operaciones con sus respectivos procesos.

Descripción del proceso de calentamiento de la infraestructura cercana al contenedor de agua.

El proceso de calentamiento se caracteriza por obtener la energía desde el contenedor de agua, tal como una piscina, y transferirla al inmueble. El agua del contenedor, que forma parte del dispositivo de circuito primario, se succiona e impulsa mediante una bomba del tipo de recirculación, elevación, vacío, u otro tipo de bomba que mueva volúmenes de líquido, el cual se puede hacer pasar opcionalmente a través de un filtro (aplicable a la amplia gama de filtros conocidos), de preferencia un filtro de arena estándar y luego se impulsa hacia el intercambiador de calor entre el dispositivo de circuito primario y el dispositivo de circuito secundario. Esta agua del dispositivo de circuito primario trabaja en la condición más crítica a 0+°C, para un estanque que estando en contacto con la tierra y el aire no recibe radiación solar. Por otro lado, si el estanque recibe radiación solar éste trabaja en una condición superior sobre el 0+°C. El agua del estanque puede operar, manteniendo su estado líquido, hasta una temperatura levemente superior a 0°C, lo cual para el presente invento se describe como 0+°C.

La bomba de calor hidrotérmica, entre los dispositivos de los circuitos secundario y terciario, para el proceso de obtener y transferir la energía al inmueble en términos caloríficos, le extrae al flujo en circulación a través del intercambiador de calor entre el dispositivo de circuito primario y el dispositivo de circuito secundario, entre 1 °C a 3 °C. De esta manera se mantiene una de las premisas de esta invención que es un factor de acercamiento bajo.

A través del principio de Camot, esta energía es transferida al dispositivo de circuito terciario aumentando la temperatura.

Dependiendo de los requerimientos, en términos reales de termostatación, se trabaja en un rango entre los 5C y hasta los 80°C para climatización, de preferencia 35°C para calefacción y hasta 60°C para agua caliente sanitaria. Ahora, si el ciclo es de enfriamiento, se puede trabajar en un rango de 20°C a - 5°C, de preferencia se trabaja a 10°C para enfriamiento manteniendo las condiciones para agua caliente sanitaria. El líquido dentro del dispositivo de circuito terciario, que obtiene la energía a través de las temperaturas previamente señaladas, se hace recircular por los circuitos de irradiación como son la losa radiante, los radiadores y/o un volumen de agua a temperar, transfiriendo así la energía calórica al ambiente del inmueble para el caso de calefacción, o transfiriendo la energía calórica a un volumen de agua, tal como una piscina temperada. Descripción del proceso de calentamiento de agua sanitaria

Para el caso de agua caliente sanitaria, se activa el proceso de calentamiento de la infraestructura cercana al contenedor de agua descrito anteriormente, en donde el dispositivo de circuito terciario circula por un serpentín de cobre dentro de un tanque de acumulación que contiene el agua potable a calentar, obteniendo los grados de temperatura de confort de 45°C a 60°C.

Descripción del proceso de enfriamiento de la infraestructura cercana al contenedor de agua.

El sistema de Hidrotérmia Modular tiene la capacidad de invertir el ciclo de transferencia de calor, esta es una propiedad estándar de las bombas de calor, específicamente se realiza mediante un comando en el controlador de la bomba de calor donde se invierte el ciclo de trabajo al modificar el flujo dentro de la misma bomba de calor, como resultado del movimiento de la válvula de cuatro vías que es parte de la misma, por tanto en épocas de verano, el sistema Hidrotérmia Modular cumple la función de enfriar una estructura o el hogar, transfiriendo la energía desde el interior de la estructura hacia el contenedor de agua, tal como una piscina, con dos efectos importantes, se enfría la estructura generando un ambiente confortable en épocas de calor y a su vez tempera el agua del contenedor (piscina) , haciéndola más agradable para su utilización. Por otro lado, este mismo proceso puede ser utilizado para enfriar áreas específicas de una infraestructura, pudiendo llegar a temperaturas bajo cero, dependiendo de la aislación del espacio específico a enfriar. Es decir manteniendo todos los flujos en circulación del dispositivo de circuito primario, del dispositivo de circuito secundario y el terciario, se obtiene la energía del inmueble y se transfiere hacia el agua del contenedor de agua.

Descripción del proceso de operación mixta

En la descripción de la operación mixta existen un par de combinaciones importantes para el usuario como son: el calentamiento de agua sanitaria más el calentamiento de la infraestructura cercana, o por otro lado, el calentamiento de agua sanitaria más el enfriamiento de infraestructura cercana. En este proceso de operación mixta, el sistema de control es programado para activar encadenadamente dos procesos, el de calentamiento de agua sanitaria seguido del proceso de calentamiento de la infraestructura cercana o, el de calentamiento de agua sanitaria seguido del enfriamiento de la infraestructura cercana.

La operación mixta se caracteriza por la activación automática de dos procesos, uno después del otro, siendo estos procesos los mismos descritos en la modalidad individual. Los problemas técnicos que soluciona esta tecnología son:

-Permite ahorros energéticos para calefacción y agua caliente normal y sanitaria. -Permite ahorros energéticos para el enfriamiento de áreas específicas o de agua.

Esto es debido a que por cada 1.000 Kilo Calorías de consumo, del sistema, de electricidad, se transfieren entre 3.000 a 5.000 Kilo Calorías como mínimo de energía a la infraestructura o líquido a termostatar. Esta diferencia en Kilo Calorías se explica en virtud de la extracción de las mismas desde el contenedor o fuente natural de agua.

-No produce contaminación, tanto dentro como fuera de la estructura.

-Permite utilizar un contenedor de agua o fuente natural de agua existente como fuente energética.

-Un solo sistema, provee calefacción, enfriamiento y agua caliente sanitaria. -Puede reemplazar equipos de combustión como son las calderas y calefón. -Utiliza los mismos elementos existentes para transferir la radiación de calor.

-El mismo elemento que se utiliza para irradiar calor, se utiliza para generar enfriamiento. -Es un sistema modular que viene listo para ser conectado en alguna instalación existente que posea un contenedor de agua o fuente natural de agua y una estructura aledaña. -Sistema que permite rescatar como mínimo entre 3 a 5 veces la cantidad de energía en Kcal para termostatar una edificación o contenedor de un líquido, con solo el aporte de 1 vez la cantidad de energía necesaria para hacer operar el sistema.

Procedimiento de reemplazo de piezas de recambio

Todas las partes y piezas son factibles de intercambiar.

El elemento principal de recambio, por su exposición al medio ambiente entregado por la calidad del agua del contenedor o fuente natural de agua, es el intercambiador de calor ubicado entre el circuito primario y circuito secundario.

El procedimiento para realizar este recambio es:

- Apagar el sistema;

- Vaciar los circuitos primario y secundario;

Desconectar las entradas y salidas al intercambiador;

- Reemplazar por un intercambiador nuevo o en su defecto limpiar químicamente el ya existente;

Reconectar las entradas y salidas el intercambiador;

- Rellenar circuito secundario con líquido anticongelante previamente definido; y

- Encender bomba de recirculación del circuito primario.

Ejemplo de aplicación del sistema Ejemplo de aplicación 1

El primer caso de aplicación corresponde a una casa de 180 mt ² a termostatar, con una piscina de 34 mt ³ que no recibe radiación solar en período de invierno, con un consumo diario de agua caliente sanitaria de 0,5 mt ³ . El agua de la piscina es succionada mediante una bomba de ½ hp de potencia marca Jacuzzi® que pasa a través de un filtro de arena de cuarzo marca jacuzzi®, esta agua es conducida mediante cañerías de PVC (polivinilcloruro) de 50 mm hacia el intercambiador de calor entre circuitos primario y secundario, el cual ha sido diseñado específicamente para este propósito. Con el fin de conseguir un intercambio casi instantáneo y con un factor de acercamiento bajo, se utilizó un intercambiador de calor con capacidad de intercambio de 450.000 Kcal.

El caudal del dispositivo de circuito primario con los equipos mencionados previamente es de 1 ,6 litros por segundo.

Una vez transferidas las Kilo Calorías a través del primer intercambiador, son conducidas por el dispositivo de circuito secundario mediante una bomba de recirculación de 0,08 hp hacia la bomba de calor con una capacidad de transferencia de 12 KW equivalentes a 10318 Kcal, la cual posee un diseño propio que comprende: un compresor que cumple la función de comprimir o expandir el gas para trasferir la energía, para este caso es un compresor del tipo de tornillo, marca Sanyo®; circuitos intercambiadores internos, para este caso de tubo dentro de tubo, resistente a la corrosión, al desgaste y con fácil conducción térmica, típicamente de acero inoxidable sin costuras el tubo externo y de cobre el tubo interno; válvulas de control de flujo del gas interno de 4 vías del tipo de bola de teflón; la placa madre de control que proporciona control digital, el cual actúa sobre el compresor, ordenándole arranque o detención, actúa sobre la válvula de 4 vías para el control de transferencia del gas interno, utilizando el gas R410A, y control del ciclo térmico de calor o frío; para poder censar los cambios térmicos la bomba posee sensores de medición de temperatura ubicados en cada punto de entrada y salida de flujos de líquidos.

Para este ejemplo los rangos de medición de temperatura en invierno en los sensores son de:

- Dispositivo de Circuito Primario entre 0°C y 8°C

Dispositivo de Circuito Secundario entre 0°C y 8°C

- Dispositivo de Circuito Terciario entre 30°C y 40°C El líquido que está comprendido en el dispositivo de circuito secundario es una mezcla de agua con propilenglicol al 30% con una capacidad de soporte de congelamiento hasta -10°C.

La bomba de calor obtiene sus calorías dentro del dispositivo de circuito secundario y las transfiere al dispositivo de circuito terciario, que para este caso particular el dispositivo de circuito terciario comprende dos objetivos, el primero a una losa radiante de 100 mt ² de la casa y en forma secundaria a un contenedor de agua sanitaria de 0,5 mt ³ . El dispositivo circuito terciario contiene agua potable la cual es movilizada a través de una bomba de recirculación Wilo ® de 0,1 hp a través de cañerías de 19 mm.

El dispositivo circuito terciario, para este caso se conecta también con el tanque de 0,5 mt ³ mediante un serpentín de cobre de 12,7 mm el cual permite la transferencia de calor al agua sanitaria dentro del tanque.

La condición previamente descrita es para calefaccionar una casa, de manera inversa, modificando a través del dispositivo de control el ciclo interno de la bomba de calor se inyecta frío a la casa mediante el dispositivo circuito terciario, y a su vez se inyecta calor a la piscina mediante el dispositivo circuito primario, lográndose el temperado de la piscina.

Ejemplo de aplicación 2 El segundo caso de aplicación corresponde a una casa de 350 mt ² a termostatar, con una piscina de 27 mt ³ con radiación solar en período de invierno, con un consumo diario de agua caliente sanitaria de 0,6 mt ³ .

El agua de la piscina es succionada mediante una bomba de 3/4 hp de potencia marca Jacuzzi ® que pasa a través de un filtro de arena de cuarzo marca jacuzzi ®, esta agua es conducida mediante cañerías de PVC (polivinilcloruro) de 50 mm hacia el intercambiador de calor entre circuitos primario y secundario, el cual ha sido diseñado específicamente para este propósito. Con el fin de conseguir un intercambio casi instantáneo y con un factor de acercamiento bajo, se utilizó un intercambiador de calor con capacidad de intercambio de 450.000 Kcal. El caudal del dispositivo de circuito primario con los equipos mencionados previamente es de 1 ,9 litros por segundo.

Una vez transferidas las Kilo Calorías a través del primer intercambiador, son conducidas por el dispositivo de circuito secundario mediante una bomba de recirculación de 0,08 hp hacia la bomba de calor con una capacidad de transferencia de 15 KW equivalentes a 12.897 Kcal, la cual posee un diseño propio que comprende: un compresor que cumple la función de comprimir o expandir el gas para trasferir la energía, para este caso es un compresor del tipo de tornillo, marca Sanyo ®; circuitos intercambiadores internos, para este caso de tubo dentro de tubo típicamente de acero inoxidable sin costuras el tubo externo y de cobre el tubo interno, resistente a la corrosión, al desgaste y con fácil conducción térmica; válvulas de control de flujo del gas interno de 4 vías del tipo de bola de teflón; la placa madre de control que proporciona control digital, el cual actúa sobre el compresor, ordenándole arranque o detención, actúa sobre la válvula de 4 vías para el control de transferencia del gas interno , utilizando el gas R410A, y control del ciclo térmico de calor o frío; para poder censar los cambios térmicos la bomba posee sensores de medición de temperatura ubicados en cada punto de entrada y salida de flujos de líquidos. Para este ejemplo los rangos de medición de temperatura en los sensores son de:

Dispositivo de Circuito Primario entre 0°C y 8°C

- Dispositivo de Circuito Secundario entre 0°C y 8°C

- Dispositivo de Circuito Terciario entre 30°C y 50°C

El líquido que está comprendido en el dispositivo de circuito secundario es una mezcla de agua con propilenglicol al 30% con una capacidad de soporte de congelamiento hasta -10°C. La bomba de calor obtiene sus calorías dentro del dispositivo circuito secundario y las transfiere al dispositivo circuito terciario, que para este caso particular el dispositivo circuito terciario comprende dos objetivos, el primero a una losa radiante de 150 mt ² de la casa y en forma secundaria a un contenedor de agua sanitaria de 0,6 mt ³ . El dispositivo circuito terciario contiene agua potable la cual es movilizada a través de una bomba de recirculación Wilo® de 0,1 hp a través de cañerías de 19 mm.

El dispositivo circuito terciario, para este caso se conecta también con el tanque de 0,6 mt ³ mediante un serpentín de cobre de 12,7 mm el cual permite la transferencia de calor al agua sanitaria dentro del tanque.

Ejemplo de aplicación 3 El tercer caso de aplicación corresponde a un contenedor con aislación refrigerada de 20 pies o 33 m ³ a termostatar entre 21 y 25°C, con un contenedor de agua cerrado de plástico IBC (Contenedor intermedio para el transporte de productos a granel) de 1 mt ³ enterrado, sin consumo de agua sanitaria. Este contenedor está instalado en una zona en donde en invierno las temperaturas fluctúan entre los -10 y 30°C y en verano entre los 10 y 48°C a la sombra.

El agua del IBC es succionada mediante una bomba de ¼ hp de potencia marca jacuzzi® que no requiere pasar a través de un filtro, esta agua es conducida mediante cañerías de PVC (polivinilcloruro) de 50 mm (donde se conecta directamente al IBC) hacia el intercambiador de calor entre circuitos primario y secundario, el cual ha sido diseñado específicamente para este propósito. Con el fin de conseguir un intercambio casi instantáneo y con un factor de acercamiento bajo, se utilizó un intercambiador de calor con capacidad de intercambio de 150.000 Kcal, (se eligió este intercambiador por su capacidad tanto de transferencia energética como la capacidad de caudal de entrada/salida del intercambiador).

El caudal del dispositivo de circuito primario con los equipos mencionados previamente es del litro por segundo. Una vez transferidas las Kilo Calorías a través del primer intercambiador, son conducidas por el dispositivo de circuito secundario mediante una bomba de recirculación de 0,08 hp hacia la bomba de calor con una capacidad de transferencia de 6 KW equivalentes a 5.159 Kcal, la cual posee un diseño propio que comprende: un compresor que cumple la función de comprimir o expandir el gas para trasferir la energía, para este caso es un compresor del tipo de tornillo, marca Sanyo ®; circuitos intercambiadores internos, para este caso de tubo dentro de tubo típicamente de acero inoxidable sin costuras el tubo externo y de cobre el tubo interno, resistente a la corrosión, al desgaste y con fácil conducción térmica; válvulas de control de flujo del gas interno de 4 vías del tipo de bola de teflón; la placa madre de control que proporciona control digital, el cual actúa sobre el compresor, ordenándole arranque o detención, actúa sobre la válvula de 4 vías para el control de transferencia del gas interno, utilizando el gas R410A, y control del ciclo térmico de calor o frío; para poder censar los cambios térmicos la bomba posee sensores de medición de temperatura ubicados en cada punto de entrada y salida de flujos de líquidos. Para este ejemplo los rangos de medición de temperatura en los sensores son de:

Dispositivo de Circuito Primario entre 0°C y 8°C

Dispositivo de Circuito Secundario entre 0°C y 8°C

Dispositivo de Circuito Terciario entre 15°C y 25°C

El líquido que está comprendido en el dispositivo de circuito secundario es una mezcla de agua con propilenglicol al 30% con una capacidad de soporte de congelamiento hasta -10°C. La bomba de calor obtiene sus calorías dentro del dispositivo circuito secundario y las transfiere al dispositivo circuito terciario, que para este caso particular el dispositivo de circuito terciario comprende un objetivo, abastecer de agua termostatada a un radiador instalado en el piso de la parte baja del contenedor. El dispositivo circuito terciario contiene agua potable la cual es movilizada a través de una bomba de recirculación Wilo® de 0,08 hp a través de cañerías de 19 mm.

Ejemplo de aplicación 4 El tercer caso de aplicación corresponde a un condominio de 100 casas cada una de ellas de 180 mt ² a termostatar, con un lago o tranque cercano de 1.000.000 mt ³ de capacidad mínima, con un consumo diario de agua caliente sanitaria de 0,5 mt ³ en cada casa. El agua del lago o tranque es succionada mediante 10 bombas de 3 hp de potencia marca Jacuzzi® que pasa a través de 10 filtros de arena de cuarzo marca jacuzzi®, uno por cada bomba, esta agua es conducida mediante cañerías de PVC (polivinilcloruro) de 100 mm hacia 10 intercambiadores de calor, uno por cada bomba, ubicados entre circuitos primario y secundario, de tal forma de implementar 10 circuitos primarios y 10 circuitos secundarios, los cuales han sido diseñados específicamente para este propósito. Con el fin de conseguir un intercambio casi instantáneo y con un factor de acercamiento bajo, se utilizaron 10 intercambiadores de calor con capacidad de intercambio de 900.000 Kcal cada uno.

El caudal del dispositivo de circuito primario con los equipos mencionados previamente es de 16 litros por segundo.

Una vez transferidas las Kilo Calorías a través de cada uno de los 10 primeros intercambiadores, son conducidas por el dispositivo de circuito secundario mediante una bomba de recirculación de 1 hp hacia 10 bombas de calor con una capacidad de transferencia de 90 KW equivalentes a 77.386 Kcal, cada una de las cuales posee un diseño propio que comprende: un compresor que cumple la función de comprimir o expandir el gas para trasferir la energía, para este caso es un compresor del tipo de tornillo, marca Sanyo ®; circuitos intercambiadores internos, para este caso de tubo dentro de tubo típicamente de acero inoxidable sin costuras el tubo externo y de cobre el tubo interno, resistente a la corrosión, al desgaste y con fácil conducción térmica; válvulas de control de flujo del gas interno de 4 vías del tipo de bola de teflón; la placa madre de control que proporciona control digital, el cual actúa sobre el compresor, ordenándole arranque o detención, actúa sobre la válvula de 4 vías para el control de transferencia del gas interno, utilizando el gas R410A; y control del ciclo térmico de calor o frío; para poder censar los cambios térmicos, la bomba posee sensores de medición de temperatura ubicados en cada punto de entrada y salida de flujos de líquidos.

Para este ejemplo los rangos de medición de temperatura en los sensores son de:

- Dispositivo de Circuito Primario entre 0°C y 8°C

Dispositivo de Circuito Secundario entre 0°C y 8°C

- Dispositivo de Circuito Terciario entre 30°C y 40°C El líquido que está comprendido en el dispositivo de circuito secundario es una mezcla de agua con propilenglicol al 30% con una capacidad de soporte de congelamiento hasta -10°C.

Cada una de las bombas de calor, que en conjunto forman un cluster o grupo de bombas de calor hidrotérmicas, obtienen sus calorías dentro del dispositivo de circuito secundario y las transfieren al dispositivo de circuito terciario, que para este caso particular el dispositivo de circuito terciario comprende dos objetivos, el primero a una losa radiante de 100 mt ² para cada casa y en forma secundaria a un contenedor de agua sanitaria de 0,5 mt ³ , también para cada casa.

El dispositivo de circuito terciario contiene agua potable la cual es movilizada a través de una bomba de recirculación Wilo® de 0,1 hp a través de cañerías de 19 mm, en cada una de las casas. El dispositivo de circuito terciario, para este caso se conecta también con el tanque de 0,5 mt ³ mediante un serpentín de cobre de 12,7 mm el cual permite la transferencia de calor al agua sanitaria dentro del tanque, para cada una de las casas.

Descripción de Figuras

Figura 1/13

Esta figura presenta un esquema general del sistema con los cinco dispositivos integrados y funcionando.

IA) Contenedor de agua, este puede ser una piscina estándar, un estanque, y/o un volumen de agua natural, para su uso domiciliario o industrial.

B) Bomba del filtro o bomba de elevación.

I C) Filtro optativo.

1 D) Parte del Intercambiador de calor sobredimensionado del dispositivo de circulación primario.

2A) Parte del Intercambiador de calor del dispositivo de circulación secundario.

2B) Bomba de calor hidrotérmica.

3A) Tanque acumulador de agua caliente sanitario.

3B) Entrada agua sanitaria. 3C) Control hidráulico.

4A) Colector solar térmico.

4B) Losa Radiante. Figura 2/13

Esta figura presenta un esquema del dispositivo de circuito primario.

IA) Contenedor de agua, este puede ser una piscina estándar, un estanque, y/o un volumen de agua natural, para su uso domiciliario o industrial.

I B) Bomba del filtro o bomba de elevación.

I C) Filtro optativo.

I D) Parte del Intercambiador de calor del dispositivo de transferencia primario.

1 Da) Principio de funcionamiento del intercambiador de placas (1 D-2A), en esta descripción se puede ver como se mueve y desplaza el caudal a través de las placas intercambiando calor.

1 Db) En dos tonalidades de gris se ve gráficamente la interacción térmica entre la parte del intercambiador representada por 1 D y la parte del intercambiador representada por 2A.

Figura 3/13

Esta figura presenta un esquema del dispositivo de circuito secundario. 2A) Parte del Intercambiador de calor del dispositivo de circulación secundario.

2B) Bomba de calor hidrotérmica.

2C) Entrada de la recirculación del líquido de la combinación anticongelante a la bomba de calor 2B del dispositivo de circuito secundario.2D) Salida de la recirculación del líquido de la combinación anticongelante desde la bomba de calor 2B a parte del intercambiador de calor 2B.

2E) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito secundario.

2F) Salida de la recirculación del líquido desde la bomba de calor 2B al serpentín del tanque acumulador de agua caliente Sanitaria 3A. (En una operación de calefaccionamiento de la casa y el agua sanitaria) 2G) Entrada de la recirculación del líquido desde el serpentín del tanque acumulador de agua caliente Sanitaria 3A a la bomba de calor 2B. (En una operación de calefaccionamiento de la casa y el agua sanitaria)

2H) Salida de la recirculación del líquido desde la bomba de calor 2B a la loza radiante 4B. (En una operación de calefaccionamiento de la casa y el agua sanitaria)

21) Entrada de la recirculación del líquido desde la loza radiante 4B a la bomba de calor 2B. (En una operación de calefaccionamiento de la casa y el agua sanitaria). 2J) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para agua caliente sanitaria.

2K) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para calefaccionar un inmueble.

Figura 4/13 Esta figura presenta el detalle interno de la bomba de calor hidrotérmica con sus entradas y salidas.

1 D) Parte del Intercambiador de calor del dispositivo de transferencia primario.

2A) Parte del Intercambiador de calor del dispositivo de circulación secundario.

7A) Compresor de la bomba de Calor.

7C) Válvula de Expansión.

7E) Válvula de cuatro vías.

7F) Evaporación del Gas.

7G) Condensación del Gas.

7L) Válvula de 3 vías para el manejo del agua caliente sanitaria.

7LL) Válvula de 3 vías para el manejo de la calefacción de la casa.

3D) Salida del agua sanitaria al tanque 3A.

3E) Salida del agua de calefacción a la loza radiante.

3F) Llegada del agua sanitaria a la bomba de calor 2B.

3G) Llegada del agua de calefacción de la loza radiante a la bomba de calor 2B.

Figura 5/13

Esta figura presenta un esquema del dispositivo de circuito terciario. 2J) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para agua caliente sanitaria.

2K) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para calefaccionar un inmueble.

3A) Tanque acumulador de agua caliente sanitario.

3B) Entrada agua sanitaria.

3C) Control hidráulico.

3D) Salida del agua sanitaria al tanque 3A.

3E) Salida del agua de calefacción a la loza radiante.

3F) Llegada del agua sanitaria a la bomba de calor 2B.

3G) Llegada del agua de calefacción de la loza radiante a la bomba de calor 2B.

3H) Bomba del circuito del colector solar. A) Colector solar térmico.

4B) Losa Radiante. Figura 6/13

Esta figura presenta un esquema del dispositivo de control.

C) Controlador.1 B) Bomba del filtro o bomba de elevación.

2E) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito secundario.

2J) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para agua caliente sanitaria.

2K) Bomba de recirculación del dispositivo de circuito terciario, para calefaccionar un inmueble.

3H) Bomba del circuito del colector solar.

2B) Bomba de calor hidrotérmica.

ST1 ) Sensor de temperatura del fluido en la entrada al tangue acumulador 3A.

ST2) Sensor de temperatura del fluido en la salida del tangue acumulador 3A.

ST3) Sensor de temperatura del fluido en la entrada al circuito de agua caliente sanitaria.

ST4) Sensor de temperatura del fluido en la salida del circuito de agua caliente sanitaria.

ST5) Sensor de temperatura del fluido en la entrada a la bomba de calor 2B del dispositivo de circuito secundario. ST6) Sensor de temperatura del fluido en la salida de la bomba de calor 2B al dispositivo de circuito secundario.

ST7) Sensor de temperatura del fluido en la entrada al circuito de calefacción 4B. ST8) Sensor de temperatura del fluido en la salida del circuito de calefacción 4B.

TA) Sensor de Temperatura ambiente.

Figura 7/13

Esta figura presenta los esquemas de los flujos de gases dentro de la bomba de calor, en sus dos posibles configuraciones. La imagen superior presenta a la bomba en un ciclo de calefacción, en cambio la imagen inferior presenta a la bomba en un ciclo de refrigeración.

7A) Compresor de la bomba de Calor.

7B) Intercambiador de Calor entre circuito secundario y la bomba de calor.

7C) Válvula de Expansión.

7D) Intercambiador de Calor entre la bomba de calor contenida en el dispositivo de sistema secundario y el dispositivo de circuito terciario.

7E) Válvula de cuatro vías.

7F) Evaporación del Gas.

7G) Condensación del Gas.

7H) Entrada de calor exterior del circuito secundario desde el dispositivo de circuito primario. (Función de enfriamiento de la piscina y calentamiento de la casa).

71) Salida de calor desde la bomba de calor al dispositivo del circuito secundario al dispositivo de circuito terciario. (Función de enfriamiento de la piscina y calentamiento de la casa).

7J) Salida de calor exterior del circuito secundario al dispositivo de circuito primario. (Función de enfriamiento de la casa y calentamiento de la piscina).

7K) Entrada de calor exterior a la bomba de calor del circuito secundario desde dispositivo de circuito terciario. (Función de enfriamiento de la casa y calentamiento de la piscina).

Figura 8/13 Esta figura presenta el orden lógico de activación y desactivación de los diferentes dispositivos del sistema cuando se está en un ciclo de calefacción amiento de una infraestructura. MT) En el dispositivo de control se posiciona la operación en el Modo Temperar.

D-TRI) Definir la temperatura de referencia de la infraestructura (temperatura a la cual se quiere llegar en la infraestructura).

A-BR-CT) Accionamiento de la bomba de recirculación para termostatación de la infraestructura del circuito terciario.

L-CT-E) Lectura de la temperatura del circuito terciario de entrada de la loza radiante. L-CT-S) Lectura de la temperatura del circuito terciario de salida de la loza radiante. E-60s) Espera de un minuto o 60 segundos.

AP-BC) Apagado de bomba de calor

AP-BR-CP) Apagado de bomba de recirculación del circuito primario

AP-BR-CS) Apagado de bomba de recirculación del circuito secundario.

CT-E) Temperatura del circuito terciario de entrada de la loza radiante.

TRI) Temperatura de referencia de la infraestructura (temperatura a la cual se quiere llegar en la infraestructura).

CT-S) Temperatura del circuito terciario de salida de la loza radiante.

A-BR-CP) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito primario.

A-BR-CS) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito secundario.

ΔΤΤ) Diferencia de temperatura del circuito terciario.

E-10s) Espera de 10 segundos.

CS-E) Temperatura del circuito secundario de entrada a la bomba de calor.

CS-S) Temperatura del circuito secundario de salida de la bomba de calor.

ATS) Diferencia de temperatura del circuito secundario.

A-BC) Accionamiento Bomba de Calor.

Figura 9/13

Esta figura presenta el orden lógico de activación y desactivación de los diferentes dispositivos del sistema cuando se está en un ciclo de enfriamiento de una infraestructura. ME) En el dispositivo de control se posiciona la operación en el Modo Enfriar. D-TRI) Definir la temperatura de referencia de la infraestructura (temperatura a la cual se quiere llegar en la infraestructura).

A-BR-CT) Accionamiento de la bomba de recirculación para temnostatación de la infraestructura del circuito terciario.

L-CT-E) Lectura de la temperatura del circuito terciario de entrada de la loza radiante. L-CT-S) Lectura de la temperatura del circuito terciario de salida de la loza radiante. E-60s) Espera de un minuto o 60 segundos.

AP-BC) Apagado de bomba de calor

AP-BR-CP) Apagado de bomba de recirculación del circuito primario

AP-BR-CS) Apagado de bomba de recirculación del circuito secundario.

CT-E) Temperatura del circuito terciario de entrada de la loza radiante.

CT-S) Temperatura del circuito terciario de salida de la loza radiante.

ΔΤΤ) Diferencia de temperatura del circuito terciario. TRI) Temperatura de referencia de la infraestructura (temperatura a la cual se quiere llegar en la infraestructura).

A-BR-CP) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito primario.

A-BR-CS) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito secundario.

E-30s) Espera de 30 segundos.

CS-E) Temperatura del circuito secundario de entrada a la bomba de calor.

CS-S) Temperatura del circuito secundario de salida de la bomba de calor.

ATS) Diferencia de temperatura del circuito secundario.

A-BC) Accionamiento Bomba de Calor Figura 10/13

Esta figura presenta el orden lógico de activación y desactivación de los diferentes dispositivos del sistema cuando se está en un ciclo de calefaccionamiento del agua caliente sanitaria.

M-ACS) En el dispositivo de control se posiciona la operación en el Modo Agua Caliente Sanitaria.

D-TTR) Definir la temperatura de referencia del tanque del agua caliente sanitaria. A-BR-CTA) Accionamiento de la bomba de recirculación para termostatación del agua caliente sanitaria del circuito terciario. AP-BC) Apagado de bomba de calor

AP-BR-CP) Apagado de bomba de recirculación del circuito primario

AP-BR-CS) Apagado de bomba de recirculación del circuito secundario.

AP-BR-CTA) Apagado de bomba de recirculación del agua caliente sanitaria del circuito terciario.

TTR) Temperatura de referencia del tanque del agua caliente sanitaria.

TTAC) Temperatura del Tanque de Agua Caliente.

A-BR-CP) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito primario.

A-BR-CS) Accionamiento de bomba de recirculación del circuito secundario.

E-30s) Espera de 30 segundos.

CS-E) Temperatura del circuito secundario de entrada a la bomba de calor.

CS-S) Temperatura del circuito secundario de salida de la bomba de calor.

ATS) Diferencia de temperatura del circuito secundario.

L-CS-E) Lectura de la temperatura del circuito secundario de entrada a la bomba de calor.

L-CS-S) Lectura de la temperatura del circuito secundario de salida de la bomba de calor.

CTA-S) Temperatura de salida del agua caliente sanitaria del circuito terciario.

TAM) Temperatura del agua caliente máxima.

A-BC) Accionamiento Bomba de Calor

Figura 11/13

Esta figura presenta un diagrama de barras en donde en el eje de las ordenadas corresponde al número de kilocalorías utilizadas para temperar el lugar objetivo, para esta figura corresponden: a la izquierda del gráfico, una casa presentada en el ejemplo de aplicación 1 ; y a la derecha del gráfico un contenedor de 33 mt ³ presentado en el ejemplo de aplicación 2. Por otro lado, en el eje de las abscisas presenta los dos ejemplos de aplicación y los rendimientos comparativos entre tener y no tener el presente sistema integrado en el consumo de energía en Kcal.

E1) Ejemplo de aplicación 1 y resultado experimental 1.

E3) Ejemplo de aplicación 3

SC) Sistema convencional

HD) Hidrotérmia Modular Figura 12/13

Esta figura presenta un diagrama de barras en donde en el eje de las ordenadas corresponde al número de kilocalorías utilizadas para temperar el lugar objetivo, para este caso corresponde a la termostatacion de una casa de 350 m ² del ejemplo de aplicación 2. Por otro lado, en el eje de las abscisas presenta el ejemplo de aplicación 2 y los rendimientos comparativos entre tener y no tener el presente sistema integrado en el consumo de energía en Kcal. E2) Ejemplo de aplicación 2 y resultado experimental 2.

SC) Sistema convencional

HD) Hidrotérmia Modular

Figura 13/13

Esta figura presenta un diagrama de barras en donde en el eje de las ordenadas corresponde a el número de kilocalorías utilizadas para temperar el lugar objetivo, para este caso corresponde a la termostatacion de 100 casas de 180 mt ² en el ejemplo de aplicación 4. Por otro lado, en el eje de las abscisas presenta el ejemplo de aplicación 4 y los rendimientos comparativos entre tener y no tener el presente sistema integrado en el consumo de energía en Kcal.

E4) Ejemplo de aplicación 4.

SC) Sistema convencional

HD) Hidrotérmia Modular

Resultados experimentales

Resultado experimental 1 :

- Casa habitacional de 350 mt ² , piscina de 30 mt ³ en contacto con la tierra, el aire y con suficiente radiación solar. o Operación durante las 24 horas en modo calefacción obteniendo una temperatura ambiente dentro del inmueble de entre los 20,5°C a 21 ,5°C. o La temperatura de la piscina medida el 20 de junio es de 4,5 ^C C. o En conjunto y en operación paralela se obtienen 600 litros diarios de agua caliente que cubren las necesidades de una familia de 6 integrantes y 2 trabajadores dependientes. o El gasto promedio mensual en invierno para calefacción las 24 horas y la producción de 600 litros de agua caliente sanitaria diaria asciende a 1.629.189 Kcai, que se comparan con un gasto mensual, sin el sistema del presente invento, de 9.286.380 Kcai, con un ahorro superior al 80%.

Esto se ve gráficamente en la figura 2/13, en E3.

Resultado experimental 2 - Casa habitacional de 180 mt ² , piscina de 34 mt ³ en contacto con la tierra, el aire y sin radiación solar durante el invierno,

o Operación durante 8 horas en modo calefacción obteniendo una temperatura ambiente dentro del inmueble de entre los 18°C a 19°C. o La temperatura de la piscina medida el 20 de junio, en Santiago de Chile, es de 2°C. o En conjunto y en operación paralela se obtiene 500 litros diarios de agua caliente sanitaria que cubre las necesidades de una familia de 6 integrantes. o El gasto mensual promedio en invierno para calefacción 8 horas y 500 litros de agua caliente diaria asciende a 619.092 Kcai con el sistema de hidrotérmia Modular, que se comparan con un gasto histórico mensual de 3.405.006 Kcai sin el sistema, con un ahorro superior al 80%. Esto se ve gráficamente en la figura 11/13, en E1.

El cálculo de Kcai. previamente descrito se basa en la transformación de los metros cúbicos de gas natural a su equivalente en kilocalorías y de electricidad a su equivalente en kilocalorías para su utilización en calefacción. Estas equivalencias son:

1 mt3 de gas: 9.300 Kcal.

1 W /h de electricidad: 860 Kcal.

Típicamente en las otras pruebas reales realizadas con estos sistemas previamente descritos, se puede trabajar el dispositivo de circuito terciario hasta los 12°C para bajar la temperatura del ambiente hasta unos 21 °C y de paso se obtiene un temperado del agua de la piscina de hasta unos 29°C según estas pruebas.