Procedimiento para el funcionamiento de un calentador de agua, en particular de un calentador de agua de gas.

La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un calentador de agua,

en particular de un calentador de agua de gas, así como a un calentador de agua para su uso en el procedimiento de acuerdo con la invención. A este respecto se calcula un grosor de capa de cal sobre una superficie de un intercambiador de calor del calentador de agua a base de parámetros específicos del sistema y parámetros específicos del agua. Así mismo puede estar previsto que se calcula y representa un instante de mantenimiento o un intervalo de mantenimiento y/o se emite una señal acústica. Mediante el procedimiento de acuerdo con la invención se garantiza que se alcancen medidas de descalcificación, de modo que está garantizado un funcionamiento rentable y energéticamente eficiente, sin fallos de forma duradera del calentador de agua.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201530351.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: AZEVEDO,Jorge, MARQUES,Nelson, MONTEIRO,Luis, GABRIEL,Rui.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F24H1/10 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F24 CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION.F24H CALENTADORES DE FLUIDOS, p. ej. CALENTADORES DE AGUA O DE AIRE, QUE TIENEN MEDIOS PARA PRODUCIR CALOR, EN GENERAL (sustancias para la transferencia, intercambio o almacenamiento de calor C09K 5/00; hornos de cracking térmico no catalítico C10G 9/20; dispositivos, p. ej. válvulas, para ventilación o aireación de recintos F16K 24/00; purgadores de agua de condensación o dispositivos análogos F16T; producción de vapor F22; aparatos de combustión F23; estufas domésticas u hornillas F24B, F24C; sistemas de calefacción doméstica o de otros lugares F24D; hornos, hornos de cuba, retortas F27; cambiadores de calor F28; dispositivos o elementos de calentamiento eléctrico H05B). › F24H 1/00 Calentadores de agua que tienen medios para producir calor, p. ej. caldera, calentador de agua instantáneo, calentador de agua por acumulación térmica (F24H 7/00, F24H 8/00 tienen prioridad; partes constitutivas F24H 9/00; calderas de vapor F22B; estufas u hornillas de uso doméstico con medios adicionales para calentar agua F24B 9/00, F24C 13/00). › Calentadores de agua instantáneos, es decir en los cuales no hay producción de calor nada más que cuando corre el agua, p. ej. con un contacto directo del agua con el medio de calentamiento (F24H 1/50 tiene prioridad).

Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un calentador de 5 agua, en particular de un calentador de agua de gas, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Los calentadores de agua se conocen ya en el estado de la técnica. En el documento DE 10 2006 034 057 A1 se da a conocer un sistema técnico doméstico con al menos un aparato técnico doméstico, en particular para el calentamiento de agua sanitaria. A este 10 respecto está previsto un dispositivo de supervisión para supervisar parámetros espeCíficos del agua en el sistema técnico doméstico y/o parámetros específicos del aparato del al menos un aparato técnico doméstico. Por medio de los parámetros espeCíficos del agua registrados podrá efectuarse una evaluación del riesgo con respecto a la calcificación. Sin embargo, el documento DE 10 2006 034 057 A 1 no da a conocer cómo influyen los parámetros específicos del agua en el proceso de calcificación o cómo es posible una cuantificación de la calcificación .

La invención se basa en el objetivo de vencer las desventajas del estado de la técnica y de proporcionar un procedimiento para el funcionamiento de un calentador de agua, en particular de un calentador de agua de gas que, con medios sencillos, permita un funcionamiento rentable y energética mente eficiente, sin fallos de forma duradera del calentador de agua . A este respecto, el procedimiento podrá llevarse a cabo de manera sencilla y podrá emplearse de forma universal. Además, se proporcionará un calentador de agua para el uso del procedimiento de acuerdo con la invención.

De acuerdo con la invención, estos objetivos se resuelven con las características de la reivindicación 1 o de la reivindicación 11 . Perfeccionamientos ventajosos se desprenden de las reivindicaciones dependientes 2 a 10.

La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un calentador de agua, en particular de un calentador de agua de gas, en el que se determina y se supervisa un grosor de capa de cal sobre una superficie de un intercambiador de calor, 30 determinándose el grosor de capa de cal a base de una duración de funcionamiento y parámetros específicos del agua, en concreto por lo menos un contenido en CaCOJ y una temperatura del agua. En el cálculo de la tasa de deposición de cal y por lo tanto también del grosor de capa de cal entran de acuerdo con la invención exclusivamente parámetros conocidos por la bibliografía o que pueden determinarse directamente a partir del sistema global. Entre los parámetros que pueden determinarse directamente figuran parámetros específicos del agua, tal como por ejemplo el contenido en cal (CaC03) o la dureza del agua o el valor de pH, así como parámetros específicos del sistema, tal como, por ejemplo, el flujo de agua, la temperatura del agua o la potencia de entrada suministrada al intercambiador de calor (potencia de caldeo) y la potencia de salida evacuada con el agua (potencia útil) . De manera ventajosa, puede recogerse información referente a los parámetros específicos del agua también por la empresa de abastecimiento de agua competente, de modo que puede suprimirse la medición de estos parámetros y por lo tanto simplificarse el procedimiento.

A diferencia de los procedimientos conocidos, que aprovechan habitualmente una determinación indirecta de la tasa de deposición de cal, el procedimiento de acuerdo con la invención se basa de manera ventajosa en una determinación directa, específica del sistema, de la tasa de deposición de cal y el grosor de capa de cal. En consecuencia, en el procedimiento de acuerdo con la invención no se determina ninguna pérdida de eficiencia, por ejemplo mediante la comparación de potencia de entrada y potencia de salida del intercambiador de calor. Por consiguiente, no depende de valores de medición exactos, de modo que de manera ventajosa puede prescindirse de la instalación y el funcionamiento de sensores de alta sensibilidad o especialmente equipados. En su lugar, en el procedimiento de acuerdo con la invención se aprovechan los sensore s de temperatura y de flujo ya existentes según estándar. De esta manera se ahorran costes de instalación, de funcionamiento y de mantenimiento y se limita la estructura técnica de los componentes esenciales.

Una ventaja adicional del procedimiento de acuerdo con la invención consiste en que no sólo se determina el grosor de capa de cal sobre la superficie del intercambiador de calor, sino también se supervisa. De esta manera se garantiza que la descalcificación del intercambiador de calor pueda efectuarse según necesidad y no en un intervalo propuesto de según el estándar por el fabricante. Se previene un sobrecalentamiento del intercambiador de calor y por lo tanto daños asociados en componentes del sistema y se garantiza un funcionamiento rentable y energéticamente eficiente, sin fallos, del calentador de agua . Además, es ventajoso que puede prescindirse de la adición de componentes químicos, por ejemplo aditivos antical tal como fosfatos.

En un perfeccionamiento del procedimiento, para la determinación del grosor de capa de cal como etapa intermedia se calcula una tasa de deposición de cal teniendo en cuenta al menos uno de los siguientes parámetros:

un parámetro específico del agua,

una temperatura del agua,

un flujo de agua,

una potencia de entrada,

una potencia de salida.

Es especialmente ventajoso que los parámetros mencionados anteriormente se determinen a través de sensores que están previstos habitualmente según el estándar en calentadores de agua, Sensores especiales o adicionales no son necesarios de acuerdo con la solución de acuerdo con la invención. A este respecto se tienen en cuenta preferentemente dos parámetros específicos del agua, la temperatura del agua, el flujo de agua así como la potencia de entrada o potencia de salida.

Es muy especialmente ventajoso cuando como parámetros específicos del agua se incluye la dureza del agua y el valor de pH en el cálculo de la tasa de deposición de cal, pudiendo averiguarse esta información, por ejemplo, en la empresa de abastecimiento de agua competente. Como alternativa o de forma complementaria, en el cálculo de la tasa de deposición de cal puede tenerse en cuenta como parámetro específico del agua por ejemplo la basicidad y/o la concentración de sales disueltas. La temperatura del agua se determina a través de un sensor de temperatura de salida, que está dispuesto en una conducción de agua conectada con una salida de agua del intercambiador de calor. El flujo de agua se registra a través de un sensor de flujo, que está previsto habitualmente en una conducción de agua conectada con una entrada de agua del intercambiador de calor. La potencia de entrada suministrada al intercambiador de calor se visualiza por ejemplo sobre una pantalla asignada a la regulación de combustión de gas. A este respecto, la potencia de entrada se determina a través de la velocidad de giro del soplete de quemador de gas, tomándose por base que la cantidad de gas de combustión sigue a la cantidad de aire por medio de una válvula de gas de combustión que reacciona a la presión del aire (interconexión neumática gas de combustión-aire) . Además, pueden tenerse en cuenta el

tipo de gas de combustión y el ajuste de la válvula de gas relevante para la regulación de la corriente de gas de combustión. Como alternativa puede determinarse la potencia de entrada a través del cociente de potencia de salida y el coeficiente de rendimiento del intercambiador de calor, siendo especialmente ventajosa la determinación del coeficiente de rendimiento de acuerdo con los métodos habituales. En cuanto a la potencia de salida es especialmente ventajoso cuando se determina a través de un sensor de temperatura dispuesto detrás de la salida del intercambiador de calor.

De acuerdo con una configuración más detallada, se determinan a base de parámetros específicos del agua concentraciones de iones contenidos en el agua, que se tienen en cuenta en el cálculo de la tasa de deposición de cal. Los parámetros específicos del agua son por ejemplo dureza del agua, basicidad, concentración de sales disueltas o el valor de pH. En particular la concentración de iones calcio (Ca2+) contenidos en el agua entra en el cálculo de la tasa de deposición de cal y por lo tanto del grosor de capa de cal . Siempre que no se calcule el grosor de capa de cal, sino en general un grosor de capa de sal, deben determinarse y tenerse en cuenta las concentraciones de todos los iones contenidos en el agua que va a calentarse, que son relevantes para la formación de una capa de sal.

En una variante del procedimiento de acuerdo con la invención se...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el funcionamiento de un calentador de agua (1) , en particular de un calentador de agua de gas, caracterizado por que se determina y se supervisa un grosor de capa de cal sobre una superficie (2) de un intercambiador de calor (3) , determinándose el grosor de capa de cal a base de una duración de funcionamiento y parámetros específicos del agua, en concreto por lo menos un contenido en CaC03 y una temperatura del agua.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que para la determinación del grosor de capa de cal como etapa intermedia se calcula una tasa de 10 deposición de cal teniendo en cuenta al menos uno de los siguientes parámetros:

un parámetro específico del agua,

una temperatura del agua,

un flujo de agua,

una potencia de entrada,

una potencia de salida.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que a base de parámetros específicos del agua se determinan concentraciones de iones contenidos en el agua, que se tienen en cuenta en el cálculo de la tasa de deposición de cal.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que un campo de flujo y/o un campo térmico del intercambiador de calor 3 se calculan por aproximación y se tienen en cuenta en el cálculo de la tasa de deposición de cal.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tasa de deposición de cal se calcula teniendo en cuenta una tasa de crecimiento cristalino, suponiéndose un estado estacionario.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el grosor de capa de cal se compara con un valor limite superior.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que se reduce una potencia de entrada, cuando el grosor de capa de cal determinado supera el valor limite superior.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que sobre la base de la tasa de deposición de cal calculada se calcula y representa un instante de mantenimiento o un intervalo de mantenimiento y/o se emite una señal

acústica.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que teniendo en cuenta la temperatura de la superficie (2) del intercambiador de calor

(3) se determina una tasa de deposición de cal.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se usa un modelo físico-quimico para el cálculo de la tasa de deposición de cal, que se basa en la siguiente relación :

con a=l-4 ><K2xk, x[Ca'''']

K¡x k"

b-4xK, Xk, xIHCO, -1 K, xk, ¡C.O'l -K xk + k xCa·+ Cap

, . .l't'·

Y basándose la determinación del grosor de capa de cal en la siguiente relación: 1

de =m.x-xt

p en la que me = tasa de deposición de cal en kg/s, de = grosor de capa de cal en m,

K1 = 1a constante de disociación de ácido carbónico en molll a la temperatura del agua, siendo válido: H2C03 + H20 P H30 + + HC03

K2 = 2a constante de disociación de ácido carbónico en molll a la temperatura del agua, siendo válido: HC03-+ H20 P C032-+ H30 +,

Ks = producto de solubilidad de CaC03en la interfase agualsuperficie del intercambiador de calor, siendo válido: Ks = [Ca2+] x [COl l en mo12/12, kd = coeficiente de transferencia de masa en mIs, kr = coeficiente de velocidad de cristalización en m4/s x mol,

p = densidad cristalina de CaC03en kg/m3,

t = tiempo de integración en s.

11. Calentador de agua, en particular un calentador de agua de gas, para el uso de un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el calentador de agua presenta un módulo para la determinación y supervisión de un grosor de capa de cal sobre una superficie (2) de un intercambiador de calor (3) .


 

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