Sistema y método de gestión, control y mantenimiento predictivo en instalaciones en locales húmedos y redes de distribución de fluidos

Campo técnico de la invención

La presente invención está referida a un sistema de gestión, control y mantenimiento predictivo en instalaciones en locales húmedos y, además de un método para el control, gestión de incidencias y mantenimiento predictivo en redes de transporte de fluidos mediante el empleo de un sensor capaz de medir mínimos cambios de impedancia generados entorno al sensor. Este sensor está basado en la tecnología de campos electromagnéticos controlados (CEMF).

Estado de la técnica

Por locales o emplazamientos húmedos se entiende como aquellos locales o instalaciones cuyas condiciones ambientales se manifiestan momentánea o permanentemente bajo la forma de condensación en el techo y paredes, manchas salinas o moho, cuando no aparezcan gotas, ni el techo o paredes estén impregnados de agua. Típicamente, los locales húmedos son local húmedos o cocinas que comprenden una serie de aparatos, también típicamente de alimentación eléctrica, como secadores de manos o dispensadores de papel, y que por sus condiciones especiales requieren también unos determinados condicionantes técnicos.

Por otro lado, las redes de distribución de fluidos comprenden redes de distribución de agua, bien comunitarias, como las redes de distribución de agua potable, de cualquier tamaño y tipo, por ejemplo, como las que hay en local húmedos de uso público y/o privado, o bien instalaciones de distribución de otros fluidos, como instalaciones de tuberías en refinerías o instalaciones de distribución de gases.

En el estado de la técnica se describen diversos sistemas relacionado con la detección de presencia en baños públicos, tal como urinarios o baños. Por ejemplo, el documento DE19950874A1 describe una sonda en forma de sensor de proximidad, por ejemplo, para detectar a una persona que usa un urinario. La señal de salida de un circuito electrónico depende de la capacitancia de la sonda. El actuador de una válvula solenoide se controla mediante la señal de salida. El dispositivo de control funciona en modo pulsado y la sonda está integrada en un circuito de control controlado por microprocesador. El ancho de pulso (t) es preferiblemente 200 microsegundos. El intervalo entre pulsos es de 0.5 a 1.0 s. La energía eléctrica se suministra desde una batería, una batería recargable o una célula solar. Por otro lado, el documento EP1936045A1 describe un dispositivo sanitario que consiste en un lavabo que tiene un sensor para montaje empotrado, este sensor está controlado por un dispositivo de control.

Finalmente, el documento US3434164A describe un sistema de control automático de descarga que comprende medios de detección de proximidad accionados por voltaje para detectar la presencia de un usuario en el urinario, primeros medios de control de agua que responden a dichos medios de detección de proximidad para iniciar un flujo de agua a una primera velocidad desde un suministro de agua a través del urinario cuando un usuario se acerca, y el segundo medio de control del agua responde a: dicho medio de detección de proximidad para iniciar un flujo de agua a una segunda velocidad desde el suministro de agua a través del urinario durante un tiempo predeterminado después de que el usuario se aleje de él.

Los documentos descritos son sólo algunos de los que describen sistemas de detección. No obstante, todos estos documentos tienen los mismos defectos. En primer lugar, todos los documentos localizados están basados en detectores de presencia de distintas tecnologías. Actualmente, la mayoría de los detectores empleados en baños públicos son detectores ópticos. El problema de este tipo de detectores es que no son capaces de discriminar la presencia humana de otro tipo de objetos que se encuentran habitualmente en los baños públicos, como son papeles, plásticos, restos de suciedad o incluso seres vivos, como insectos o pequeños roedores.

Estos problemas hacen que los actuales sistemas sean poco higiénicos, ofrezcan multitud de falsos positivos -con el consiguiente malgasto de agua- y lo más importante, no son capaces de permitir establecer un mantenimiento predictivo y correctivo en caso de detectar alguna incidencia en el baño.

Otro importante punto a tener en cuenta es que, generalmente, los aparatos actuales requieren que el usuario esté muy cerca del sensor, prácticamente en contacto con él, siendo las superficies metálicas en este tipo de instalaciones una fuente de contagio de patógenos. Por tanto, sería deseable que los sensores pudiesen detectar al usuario a una distancia suficiente para evitar cualquier posibilidad de contagio debido al contacto. Por otro lado, en otro tipo de instalaciones típicas de distribución de fluidos, como las redes de tuberías presentes en la industria petroquímica o en las redes públicas de distribución de agua potable, no se ha descrito un sistema de gestión, control y mantenimiento predictivo que permita, de forma precisa, conocer la situación de la tubería en tiempo real, detectando cualquier tipo de fuga, diferencias en el fluido de paso o cualesquiera cambios en la red de tuberías debido a cualquier incidencia como las descritas anteriormente para los locales húmedos.

Explicación de la invención

El objeto de la presente invención es un sistema de gestión, control y mantenimiento predictivo en instalaciones en locales húmedos y redes de distribución de fluidos que mediante el empleo de la tecnología de campos electromagnéticos controlados (CEMF) permite discriminar la presencia humana de cualquier otra presencia, así como advertir de cualquier incidencia que pueda existir en local húmedo las instalaciones en locales húmedos y/o las redes de distribución de fluidos, así como establecer las medidas correctivas para ello. Todo ello de acuerdo con el aparato de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes de ésta se describen realizaciones particulares del aparato de la invención. Otros aspectos de la invención se describen en realizaciones independientes.

La presente invención, por tanto, cuenta con la particularidad de disponer al menos un sensor CEMF en cada elemento a controlar de una instalación en locales húmedos como por ejemplo, en un urinario, una pila, un secador de mano o una taza, aunque se podría implementar en cualquier elemento presente en un local húmedo, como un dispensador de papel, un dispensador de jabón, la instalación eléctrica, o cualquier otro elemento-. En este aspecto cabe destacar que se puede utilizar un sensor por local húmedo o zona, o bien un sensor por elemento, siendo ambas soluciones indistintas en este aspecto.

Se ha descrito en forma de ejemplo no limitativo el uso en instalaciones de distribución de fluidos como las que se presentan en locales húmedos de uso público y/o privado. Pero también se describen otros usos, como el control de paso de fluidos en redes de tuberías, mediante la medida de la presión y/o del tipo de fluido dentro de la tubería gracias al sensor CEMF y que es de utilidad en la industria petroquímica o en redes públicas de distribución de agua. El principio del funcionamiento del aparato es simple. El aparato comprende esencialmente un circuito oscilador que genera una onda sinusoidal (corriente alterna) y cuya salida está conectada al menos a una antena dispuesta en los elementos de local húmedo - preferentemente integrada en los mismos-. Ahora bien, el circuito cuenta con la particularidad de ser un lazo cerrado ya que la señal de la antena, a su vez, se configura como señal de entrada del circuito oscilador. Esta configuración particular permite seguir la señal de la antena, es decir, cuando hay una perturbación y cambia la magnitud del campo, este cambio afectará inmediatamente a la entrada del circuito oscilador, con lo que se aumenta notablemente la sensibilidad del aparato y, además, hace innecesaria la tradicional configuración emisor-receptor descrita en el estado de la técnica. Otra importante ventaja es que dicha configuración no se ve afectada por ruidos externos, puesto que la configuración en lazo cerrado lógicamente cancela los ruidos que pudieran existir en la señal. Esta configuración en lazo cerrado, ya descrita en el documento EP2980609 o en el documento EP3553477 del mismo solicitante se aplica en un ambiente particularmente hostil para los sistemas electrónicos, como son los locales húmedos, particularmente los baños de uso público y/o privado, que lógicamente son ambientes sucios y húmedos con multitud de particularidades que se resuelven de acuerdo con la presente invención.

La base de la tecnología CEMF aplicada por la presente invención parte del hecho de que, el cuerpo humano, al igual que cualquier otro objeto existente, presenta unas características dieléctricas propias, dependientes de los materiales, densidad, volumen, temperatura y conductividad. Las diferencias de potencial entre los diferentes objetos hacen que existan una pluralidad de interacciones electrostáticas de un objeto a otro cuando entran en contacto o están próximos. Este efecto genera unas fluctuaciones en el campo electromagnético alrededor de la antena, que son medidas en continuo por el aparato. Precisamente, la medida de esta señal de la antena -esto es, la medida del cambio de impedancia de la antena debido a una perturbación- a su vez moldea el campo eléctrico y magnético controlado alrededor de la antena y permite determinar, en función del cambio de impedancia producido, qué objeto ha producido dicha perturbación -persona, animal o cosa-.

Por lo tanto, gracias a la presente invención es posible instalar un sensor CEMF en distintos elementos propios de un local húmedo, por ejemplo un baño de uso público y/o privado, como un urinario, una pila, un secador o una taza, de tal forma que no solamente se detecte la presencia de personas, sino que también sea capaz de establecer la detección de atascos en el sumidero -por ejemplo, detectando el aumento del nivel del agua- y cortar el suministro de agua. También será capaz de detectar la presencia de elementos no habituales en los locales húmedos, por ejemplo, la detección de plásticos, polvo u objetos extraños. Todo ello mediante un sistema invisible, integrado en el elemento del local húmedo, que permite evitar falsos positivos en la detección de presencia -con el consecuente ahorro de agua- y que, por tanto, permite establecer un mantenimiento preventivo del sistema completo.

El alcance de la presente invención se define por las reivindicaciones. A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos de uso y figuras asociadas se proporcionan a modo ilustrativo y no limitativo. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos y esquemas que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención, que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

FIG.1 - Muestra un esquema del sensor CEMF que implementa el sistema de gestión, control y mantenimiento predictivo en instalaciones en un local húmedo, por ejemplo un baño, objeto de la presente invención.

FIG.2 - Muestra un esquema del sistema de gestión, control y mantenimiento predictivo en instalaciones en locales húmedos, objeto de la presente invención.

FIG.3 - Muestra una vista esquematizada de un urinario que implementa el sistema de la invención.

FIG.4 - Muestra una vista esquematizada de una taza que implementa el sistema de la invención.

FIG.5 - Muestra una vista esquematizada de una pila que implementa el sistema de la invención. FIG.6 - Muestra una vista esquematizada de un secador de manos que implementa el sistema de la presente invención.

FIG.7 - Muestra una vista esquematizada de una instalación de tuberías que implementa el sistema de la presente invención.

Explicación detallada de un modo de realización de la invención

La invención está basada en la implementación de la tecnología CEMF descrita en los documentos EP2980609 y/o EP3553477 y cuyas indicaciones se incluyen aquí por referencia. Así pues, tal y como se puede observar en la figura 1, el sensor CEMF 100 está basado en una antena 101 , 101a, 101b, 101c, 101 d, 101e que está conectada con un circuito oscilador 102. La particularidad del sensor CEMF es que tanto la salida como la entrada del oscilador 102 está conectada con la misma antena 101, de tal forma que la señal de la antena 101 realimenta al propio oscilador 102. Dicho de otra forma, la emisión de la señal del oscilador 102 es proporcional a las perturbaciones detectadas en la antena 101, dado que dichas perturbaciones se configuran como la entrada del circuito oscilador 102.

Por otro lado, la misma señal de entrada del oscilador 102 es adquirida por un procesador 104 a través de un conversor analógico-digital 103. El procesador 104, además, comprende una memoria o memorias que almacenan un programa o programas compuestos por instrucciones que, cuando son ejecutadas por el procesador 104 hacen que el sensor CEMF 100: (a) adquiera continuamente la señal generada alrededor de la antena 101 ; (b) establecer un patrón de comportamiento correspondiente con la señal adquirida y (c) enviar el patrón de comportamiento correspondiente con la señal adquirida a un servidor externo 105 junto con un código identificador de la antena 101a...101e que ha detectado la perturbación. El envío del patrón de comportamiento al servidor 105 puede ser continuo -se envían todos los patrones identificados- o discontinuo -sólo se envían los patrones identificados como erróneos-. En otra realización práctica el patrón de comportamiento también podría ser procesado de forma autónoma en el procesador local y solo se enviaría un código de error.

El servidor externo 105 será el encargado de fusionar los datos procedentes de los distintos sensores 100 situados en distintas localizaciones físicas. De esta forma, a través de la fusión de los datos es posible establecer acciones preventivas y/o correctivas en función de la perturbación detectada. Una de las virtudes de la presente invención es que es capaz de emitir el campo electromagnético de manera controlada, mediante un apantallamiento activo 106 mediante un circuito de baja impedancia, de tal forma que, a través del único elemento conductor que conforma la antena emisora-receptora, es posible dirigir el campo electromagnético hacia una zona de influencia determinada y configurable para cada aplicación concreta, como posteriormente se describirá en este mismo documento.

Gracias a esta estructura, el aparato es capaz de distinguir, en función de la magnitud del cambio -esto es, de la perturbación generada- si hay una persona, un animal o cualquier otro objeto, puesto que la invención se basa en la capacidad que tiene el aparato en medir las variaciones del campo electromagnético existente alrededor de cada una de las antenas a las que esté conectado el aparato, ya que el aparato puede estar conectado con varias antenas, con la particularidad de que cada una de las antenas actúa de forma independiente respecto de las otras, es decir, cada antena tiene las mismas capacidades y funcionalidades en la detección de la perturbación -emite un campo electromagnético controlado y a su vez detecta las perturbaciones de ese campo-.

Como se ha indicado, el servidor 105 es capaz de establecer acciones preventivas y/o correctivas sobre la perturbación detectada. La versatilidad del sensor 100 hace que pueda detectarse cualquier objeto extraño y no únicamente la presencia de personas como en los documentos del estado de la técnica. Así pues, un sensor 100 situado en un local húmedo público puede detectar, por ejemplo, la presencia de insectos o roedores. También es posible la detección de algún problema de embozos dentro del urinario o de la pila, puesto que a través de la medida continua del campo electromagnético y eléctrico alrededor de cada antena 101a... 101e, por ejemplo, por la detección de un objeto extraño -plástico, papel- o por el cambio en la perturbación que supone el incremento continuo del nivel de agua. Otro punto a tener en cuenta es que el sensor 100 es capaz de detectar el goteo o pérdida de agua de forma continua, lo que puede redundar en un importante ahorro de recursos hídricos y un considerable abaratamiento de las instalaciones. Gracias a esta estructura, desde el servidor 105 se pueden establecer medidas correctivas, por ejemplo, cerrando el paso de agua en una determinada zona o avisando al personal de limpieza.

En la figura 2 se muestra el esquema distribuido del sistema de control y mantenimiento predictivo en local húmedos de uso público y/o privado, objeto de la presente invención. Así, se pueden observar una pluralidad de sensores 100a... 100e donde cada uno de ellos está unido a una determinada antena 101a..101e dispuesta en diferentes elementos de un local húmedo, tal como un urinario -figura 3-, una taza -figura 4-, una pila -figura 5- o un secador de manos -figura 6- La distribución de las antenas 101a... 101e es muy importante, como posteriormente se explicará con referencia a las figuras 3 a 6. Por otro lado, es importante reseñar que la estructura del sensor 100 puede variar, incluyendo una pluralidad de antenas 101a... 101e, cada una conectada con un circuito oscilador 102. La señal de entrada del circuito oscilador 102 estará conectada con distintos circuitos conversores analógicos digitales 103 y de estos a un único procesador 105 que recibirá la señal de cada una de las antenas 101a... 101 e.

Como se ha indicado es muy importante la distribución de las antenas 101a..101e en cada uno de los elementos del local húmedo. En la figura 3 se puede ver cómo es la integración de la antena 101a en el cuerpo del urinario 3. La antena 101a se materializa en una tira metálica que queda alojada en el interior de la zona inferior del cuerpo del urinario 3. Así pues, resulta totalmente invisible -y, por tanto, inviolable- y permite rangos de detección de perturbaciones de hasta 1,5 metros. Cuando una persona se acerca, genera una perturbación en el campo electromagnético generado alrededor de la antena 101a y acciona el mecanismo de agua cuando se aleja. No obstante, esto es solamente su uso normal. Dada la sensibilidad del sensor 100, la perturbación también es distinta cuando cae el agua a una velocidad anormal, cuando hay objetos extraños -papel, plásticos u otros- o cuando el nivel de agua se incrementa sin vaciado. Es decir, en el sensor 100 al establecer el tipo de perturbación no trata únicamente de comparar señales una a una, sino que caracteriza situaciones o secuencias típicas de datos. Por ejemplo, una situación típica es pasar de “no detección” a “detección de persona” de ahí a “detección de agua cayendo” y finalmente “persona alejándose” y “no caída de agua”. Si falla cualquiera de las detecciones típicas de esa secuencia es que, evidentemente, hay un error en el urinario 3, por lo que el servidor 105 puede identificar la medida preventiva y/o correctiva apta para cada error identificado. Por ejemplo, las medidas a tomar no son las mismas si se detecta una persona y no cae agua - error debido, por ejemplo, a que hay un corte de agua- a que se detecte una caída continua de agua sin presencia -rotura de la llave de paso- u otro de cualquier otro tipo.

En la aplicación en una taza 4 que se muestra en la figura 4 esencialmente se aplica de una forma parecida a los urinarios 3. Así pues, tenemos que la antena 101b rodea la parte superior de la taza 4, creando un campo electromagnético alrededor de la misma para la detección de una persona sentada sobre la taza 4. En una operativa normal, al levantarse y alejarse de la taza 4, el sensor 100 activa el paso del agua desde la cisterna 41. De nuevo, y como en el caso anterior, la ventaja de la invención no reside tanto en la detección de la presencia, sino en la identificación de patrones de comportamiento de la persona y de la taza 4 que pueden derivar en distintas acciones preventivas o correctivas en función del fallo identificado. Por ejemplo, es posible detectar si la persona se ha sentado sobre la tapa 42 y no sobre la propia taza, por lo que se hace innecesario habilitar el paso de agua. También es posible detectar suciedad en el borde superior de la taza 4 o un embozo de papel o similar, lo que podría implicar un aviso automático a los servicios de limpieza y, llegado el caso y si está implementado de esta forma -siempre y cuando no se detecte la presencia de una persona- clausurar dicha taza mediante el cierre de la puerta de entrada al mismo hasta que el personal de limpieza no lo habilite.

En la aplicación en una pila 5 que se muestra en la figura 5 la antena 101c rodea totalmente el borde superior externo de la pila 5 para crear un campo electromagnético alrededor de la pila 5. De esta forma es posible que cuando el usuario llega y se apoya se habilite el paso de agua por el grifo 51 y se cierre el citado grifo 51 cuando el usuario retira las manos, lo que redunda en la higiene del sistema. Como en los casos descritos en las figuras 3 o 4, la utilidad y ventaja del sistema no radica en la mera detección, sino en el reconocimiento de los patrones de comportamiento típicos de un usuario en una pila, de tal forma que se establezca un uso correcto del elemento o un uso incorrecto o erróneo. Por ejemplo, la secuencia típica es “acercar manos” - “abrir grifo” - “retirar manos” - “cerrar grifo”. La antena 101c detectará cualquier perturbación en el campo creado a su alrededor que se corresponda con esas acciones. No obstante, si falla alguno de esos pasos, o aparecen otros no previstos -como la detección de un elemento extraño en la propia pila, tal que papel o plástico- puede generar acciones correctivas o preventivas distintas. Aunque la secuencia anterior se lleve a cabo, si el sensor 100 detecta una perturbación que podemos calificar de adicional, como puede ser la presencia de una gran cantidad de papel en la pila 5, puede hacer que no se abra el grifo 51 o que se regule la salida de agua para evitar un gran embozo. En determinadas aplicaciones, incluso, puede existir algún tipo de pantalla de aviso al usuario solicitando la retirada del papel y/o justificando la ausencia de agua en el grifo 51.

En la aplicación sobre secadores de mano 6 que se muestra en la figura 6 tenemos básicamente una antena 101 d rodeando la parte inferior del mismo, en la salida de aire caliente. Las ventajas descritas en las figuras 3 a 5 son las mismas que para el secador de manos, ya que se trata de un sistema invisible e inviolable que permite la detección de patrones de comportamiento y no sólo presencia -que es una parte pequeña del patrón de comportamiento- debido a los cambios que distintas acciones generan en el campo electromagnético alrededor de la antena 101 d y que, a su vez, provocan distintas respuestas correctivas o preventivas desde el servidor 105.

Finalmente, en la figura 7 se muestra una aplicación sobre una red de tuberías, del tipo empleado en la industria petroquímica o en una red pública de gestión de agua potable. En esta aplicación se tiene esencialmente una antena 101e rodeando la tubería 7. Las ventajas descritas para los ejemplos anteriores se reproducen en esta realización, ya que se trata de un sistema invisible, inviolable y de implementación sencilla que permite la detección de la presión de paso del fluido y cualquier mínimo cambio en la dicha presión, de tal forma que se puede establecer y caracterizar cualquier cambio de presión no previsto debido a los cambios que distintas acciones generan en el campo electromagnético alrededor de la antena 101e y que, a su vez, provocan distintas respuestas correctivas o preventivas desde el servidor 105.