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ES1284964U - Dispositivo sensor-actuador de calidad de aire - Google Patents

Dispositivo sensor-actuador de calidad de aire Download PDF

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ES1284964U
ES1284964U ES202132498U ES202132498U ES1284964U ES 1284964 U ES1284964 U ES 1284964U ES 202132498 U ES202132498 U ES 202132498U ES 202132498 U ES202132498 U ES 202132498U ES 1284964 U ES1284964 U ES 1284964U
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Abstract

Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire que lleva a cabo la medición de diferentes variables concernientes al aire caracterizado porque comprende: - una serie de medios sensores, - unos medios de procesamiento para realizar una serie de cálculos de una serie de variables y en función de los datos obtenidos enviar unas señales de mando y actuación sobre dispositivos externos, - un interfaz hombre máquina para visualización de la calidad de los diferentes parámetros medidos, y - unos medios de conectividad con el exterior a través de una conexión inalámbrica, donde los medios sensores con los que cuenta el dispositivo objeto de la invención son: - un sensor de temperatura, - un sensor de humedad relativa, - un sensor de particulado que mide tamaños de partículas de 1 micra, 2,5 micras y 10 micras, - otro sensor de medición de compuestos volátiles orgánicos (VCO) y - un quinto sensor de medición de C0{sub.2}, y las variables calculadas mediante los medios de procesamiento son: la humedad absoluta, el punto de condensación y la confortabilidad térmica.

Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO SENSOR-ACTUADOR DE CALIDAD DE AIRE
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un dispositivo sensor de diversas sustancias suspendidas en el aire circundante de tal forma que informe de su presencia, así como su concentración y en consecuencia active los actuadores pertinentes para mejorar la calidad de dicho aire en el caso de este se degrade o empeore. El dispositivo objeto de la invención tiene dos interfaces hombre-máquina, a saber, uno directo al tenerse indicadores nominados y escalados en gama de colores para informar y alertar de los niveles de calidad, otro virtual al poder también ser informado mediante aplicación informática, instalable en terminales móviles tipo Smart-phone o en computadores tradicionales. La conectividad con el exterior a parte de la alimentación vía conector USB o la red eléctrica convencional de 230Vac, consta de 2+1 hilos bajo protocolo modbus, salidas digitales, analógicas y entradas digitales.
Caracteriza a la presente invención las especiales características técnicas de la invención, así como su disposición conjunta y su interacción funcional de manera que se consigue por un lado obtener 8 variables (5 medidas y 3 calculadas) de la atmosfera circundante y por otro actuar sobre hasta 3 dispositivos capaces de controlar estas variables en caso de alguna o algunas de ellas superen los límites establecidos. Estos límites han sido tomados por referencias y estándares nacionales e internacionales, tales como European Environment Agency (EEA), German Environment Agency (UBA), Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (INSHT) y la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE).
Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de dispositivos de medida, regulación y control, y particularmente de entre los dispositivos empleados en la calidad del aire medioambiental.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los dispositivos electrónicos de medición de las distintas variables químicas y físicas que determinan la temperatura, densidad, volumen o porcentaje existen bien entrado el siglo XX, partiendo de la variable física temperatura como más temprano y terminando con los últimos, ya a finales del XX, con sensores más complejos capaces de sensar particulados de hasta 1 microgramo por metro cúbico o materia orgánica volátil.
Una vez desarrollados sensores de este tipo evolucionaron a sensores-actuadores, los cuales participan activamente en el control o regulación. Por ejemplo, sensando CO 2 , de tal manera que al superar cierto umbral se cierra un contacto normalmente abierto de un relé, destinado al accionamiento de una apertura de compuerta de ventilación o un motor de aireación.
A medida que se han ido miniaturizando y diversificando los sensores, han surgido dispositivos más polivalentes, incentivados a su vez por la preocupación mundial debida a la polución, pobre calidad ambiental o sustancias patógenas suspendidas en el aire tales como el virus SARS-COV-2.
Si bien existen multitud de desarrollos de dispositivos medidores, no son tantos los medidoresactuadores, los cuales suelen ser de pocas variables físico-químicas, siendo los más numerosos sensores-actuadores por CO 2 , activándose típicamente a partir de un umbral de concentración volumétrica de partes por millón (ppm), normalmente ajustable.
Sin embargo, todos los medios de control y regulación de la calidad del aire medioambiental existentes presentan aspectos susceptibles de ser mejorados, tales como:
- Comunicación con otros sistemas, mediante puerto serie RS485 pudiendo conectarse hasta 246 dispositivos o conexión inalámbrica sin límite de dispositivos gestionados por la nube colgada en un servidor de internet.
- Múltiples medidas de variables físico-químicas: Temperatura, humedad relativa, particulado de 1 micra, 2.5 micras y 10 micras (en adelante PM1, PM2.5 y PM10 respectivamente), compuestos volátiles orgánicos (en adelante VOC) y CO 2 . Esta capacidad de medir 5 variables simultáneamente fundamente la solicitud de la REINVINDICACION 1.
- Cálculo de las variables humedad absoluta, punto de condensación y confortabilidad térmica. Las medidas de los sensores, permite conocer este conjunto de variables al ser función de ellas y por ende se ofrece como información adicional. El mostrar estas 3 medidas calculadas en función de los valores obtenidos de los sensores es la base fundamental de la solicitud de la REINVINDICACION 2.
- 2 salidas analógicas para actuar sobre elementos tales como dispositivos de ventilación y/o purificación del aire.
- 1 salida de control 0-10V, destinado para regulación máquinas de clima o ventilación, ajustando su caudal en función de los niveles alcanzados en los sensados.
- Medida de la temperatura del recinto mediante sensor termópilo, fundamentado por medir la temperatura mediante la captación del espectro infrarrojo visionado por el dispositivo.
- 2 entradas digitales, destinadas a recibir información externa. Esta información es configurable como contacto normalmente abierto o cerrado, teniendo por objeto obtener condicionantes del entorno de trabajo, tales como presostatos de conductos de aire, sensores de presencia, tarjeteros de habitaciones de hotel, etc.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención superar por un lado los inconvenientes apuntados, y por otro incorporar al estado del arte un dispositivo novedoso, el cual atendiendo a sus prestaciones ha sido infructuoso encontrar un paralelismo comparativamente funcional, desarrollando un dispositivo de medida, regulación y control de la calidad del aire medioambiental como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en sus reivindicaciones.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Es objeto de la presente invención un dispositivo sensor-actuador de calidad de aire que monitoriza diversas variables físico-químicas, controla hasta 2 dispositivos externos y regula mediante control 0-10V a cualquier máquina que disponga de esta entrada de control, se comunica a Internet vía Wifi con cualquier rúter2.4GHzy dispone de conectividad serie RS485 para su integración en ModBus código abierto.
El sensor - actuador de calidad de aire es un dispositivo que por un lado lleva a cabo la medición de diferentes variables concernientes al aire por medio de una serie de medios sensores, además de realizar una serie de cálculos empleando unos medios de procesamiento y en función de los datos obtenidos enviar una señales de mando y actuación sobre dispositivos externos, además cuenta con interfaz hombre máquina para visualización de la calidad de los diferentes parámetros medidos y conectividad con el exterior a través de bien a través de una conexión física o cableada o bien a través de una conexión inalámbrica. Los medios sensores con los que cuenta el dispositivo objeto de la invención son: un sensor de temperatura, uno de humedad relativa, uno de particulado que mide tamaños de partículas de 1 miera, 2,5 mieras y 10 mieras, otro sensor de medición de compuestos volátiles orgánicos (VCO) y un quinto sensor de medición de CO2.
Los medios de procesamiento se encargan de calcular la humedad absoluta, el punto de condensación y la confortabilidad térmica.
Las señales de mando y actuación, en una posible forma de realización comprenden dos salidas analógicas para actuar sobre un dispositivo de ventilación y la otra para actuar sobre un dispositivo de purificación del aire.
También cuenta con una salida de control 0-10 Voltios destinada para la regulación de clima o ventilación ajustando su caudal en función de los niveles alcanzados.
El interfaz hombre máquina para visualización de la calidad de los diferentes parámetros medidos consisten en un circulo central iluminado con diferentes colores según la calidad de los parámetros, una serie de acrónimos retroiluminados y seleccionables por medio de un pulsador, donde los acrónimos retroiluminados son AQ, PM, VOC y CO 2 que se corresponden con la calidad del aire, el tamaño de las partículas, los compuestos orgánicos volátiles, y el nivel de CO 2 .
El sensor-actuador objeto de la invención se conecta con la red eléctrica convencional de 230Vac, cuenta también con una alimentación alternativa de 5V vía conector micro USB tipo B hembra; un puerto serie RS485 con protocolo ModBus incluyendo una salida paralela con la entrada para posible conectividad en Daisy Chain; una conexión Wifi 2.4Ghz integrado interiormente en el hardware del dispositivo para conectarse a un rúter estándar de 2.4GHz; dos salidas digitales, la primera es un contacto normalmente abierto y la segunda es un contacto dual que ofrece una conmutación normalmente abierta y cerrada respecto a un común; una salida analógica que ofrece una tensión continua en el intervalo de 0 a 10Vdc; dos entradas digitales: DI1, que al unirse con tierra interactúa con el dispositivo para detectar si existe presión en los conductos (a través de un presostato), en caso de que no haya presión en los conductos de aire el dispositivo recibe un cierre de DI1 con GND e informará en la APP alarmando de este evento, y DI2 que al unirse con tierra (GND) abre los contactos DO1 y DO2, parando las maquinarias que estén conectadas a estas salidas. Su función esta prevista para provocar en paro general externo proveniente por ejemplo de un tarjetero de habitación de hotel, sensores de apertura de ventanas o un simple interruptor externo de apagado general; un interfaz hombre máquina dispuesto en el frontal que consiste en la iluminación por difusor led circular mostrando con 5 colores los niveles de medida, este círculo con luz blanca informaría de alguna anomalía de funcionamiento. Un pequeño icono de estrellas se usa para informar que el contacto DO2 se ha cerrado y se ha alcanzado un nivel 3 o superior de VOC o PM, es decir se está purificando la atmosfera circundante del dispositivo. se para indicar o consultar qué se está midiendo. Un pulsador para consultar rotativamente la variable que se quiera, mostradas en el frontal con los acrónimos AQ, PM, VOC y CO2 en color blanco. Los niveles a mostrar en colores son cinco en todas las variables, a saber:
Nivel 1: color azul considerado como excelente.
Nivel 2: color verde considerado como normal.
Nivel 3: color amarillo considerado como mediocre.
Nivel 4: color naranja considerado como pobre.
Nivel 5: color rojo considerado como malo.
El firmware del dispositivo ofrece una indicación mediante 5 colores de los niveles por umbrales en el círculo central, siendo azul considerado como excelente (nivel 1), verde como normal (nivel 2), amarillo como mediocre (nivel 3), naranja como pobre (nivel 4) y rojo como nivel malo (nivel 5). Mediante el pulsador pueden consultarse los niveles de CO 2 , VOC, y la peor de las medidas de particulado PM1, PM2.5 o PM10. Una cuarta opción de las disponibles a visionar es el nivel general de calidad de aire, nombrada por el acrónimo AQ en el dispositivo y representando la peor de cualesquiera de las variables anteriores.
El hardware del dispositivo objeto de la invención integra como elementos sensores, un sensor de VOC, un sensor de CO 2 , un sensor de particulado que mide tamaños de 1,2.5 y 10 micras, un sensor de temperatura termópilo y un sensor de humedad relativa interior a la envolvente e integrado en la unidad electrónica. Con estas mediciones, el firmware del dispositivo además de ofrecer las medidas de los sensores calcula el punto de condensación en grados Celsius y el nivel de confortabilidad térmica, seccionado en cinco niveles. Estos niveles de confortabilidad se fundamentan en el diagrama RH/T (Humedad relativa en porcentaje/ Temperatura en grados Celsius) del estándar ANSI ASHRAE 55 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy), publicado en su primera edición en 1966 y actualizado permanentemente. Esta norma ANSI establece los rangos de condiciones ambientales interiores para lograr un confort térmico aceptable para los ocupantes de los edificios. Este diagrama sectoriza la relación RH/T en tres épocas del año: primavera-otoño, verano e invierno.
La toma de la medida de la temperatura no se realiza en el interior de la envoltura del dispositivo, ya que el sensorizado es a través de un sensor termópilo, basado en el reflejo del espectro infrarrojo de la materia que se encuentra frente a él: aire, suelos, techos, mobiliario y personas. Este sensor es capaz de realizar una pseudo imagen digital térmica de todo el recinto que se encuentre frente a él. Un microprocesador interno al sensor ejecuta un algoritmo continuamente dando como resultado una temperatura media del volumen del recinto objeto de la medición. Este tipo de sensor, llamado termópilo (thermopiles en la terminología inglesa) se desarrolló tecnológicamente y popularizó gracias a la fabricación de termómetros timpánicos con objeto de medir fielmente la temperatura corporal. Su funcionamiento está basado en los estudios de Leopoldo Nobili (1784-1835) del efecto termoeléctrico al medir la radiación infrarroja (IR) con dos contactos de Bismuto y Antimonio, así como en la consecución de la fórmula de la longitud de onda máxima emitida por los cuerpos, por parte de Wilhelm Wien (1864-1928):
Amax = 2898/T
A : Longitud de onda en ^m; T : Temperatura en K (Kelvin)
La aparición de la ley de Planck (Max Planck 1858 - 1947) sobre la radiación de un cuerpo negro, donde se enuncia que este absorbe todas las longitudes de onda, emitiendo únicamente una radiación infrarroja representativa de su temperatura, fue el último eslabón teórico necesario para que se pudiera desarrollar esta tecnología. La construcción de este tipo de sensor se compone de: una capsula metálica conteniendo un substrato de Bismuto-Antimonio (Bi-Sb), un filtro especial de la radiación que se pretende absorber (IR) y un circuito microprocesador. El substrato de Bi-Sb es una matriz de filas y columnas, pudiéndose llegar (según modelo de fabricante) hasta 200 celdas ofreciendo cada una su medida. Estas medidas las gestiona el microprocesador interno al sensor para ofrecer una medida final cada cierto tiempo (regulable según los fabricantes). El resultado es un sensor que informa de la temperatura de la materia que se enfrenta a él, sea un sólido o un gas, como puede ser el Nitrógeno. En el caso de los gases se aplica un factor de corrección en función del tipo de gas ya que por ejemplo el Neón solo emite un 62% de radiación IR, mientras que el Nitrógeno emite el 100%. Es por tanto ideal para medir la temperatura del aire circundante, al contener un 80% de Nitrógeno. El ángulo de apertura de la ventana de medida oscila desde un cono de 10° (ideal para termómetros timpánicos) a los 90°, ideal para la medida de grandes recintos, como es nuestro caso.
Las salidas digitales destinadas a su actuación en función de en qué nivel: 1,2,3,4 ó 5 nos encontramos, son destinadas principalmente para comenzar a ventilar y a purificar en el momento en que se pasa de nivel normal a nivel mediocre, aunque el uso final de estos contactos, quedan al libre albedrio del usuario o instalador final. La salida digital 1 se actúa siempre que cualquiera de las variables cruza el umbral de normal a mediocre, para mover el aire del recinto. Sin embargo, la salida digital 2 no se actúa, si solo es el nivel de CO 2 el que ha cruzado a nivel mediocre. Esta salida se actúa por tanto si el cruce de normal a mediocre es debido a VOC o PM. Cuando la salida digital 2 se activa se ilumina en el interfaz frontal el símbolo de las estrellas con color blanco, para informar al usuario que se está purificando De esta manera se mejora la calidad de aire renovándolo por ventilación total o parcialmente proveniente del exterior con la salida digital 1 y se purifica con la salida digital 2 activando ionizadores, generadores de peróxido de hidrogeno, ozonificadores, filtros activos de electricidad estática, etc.
La salida analógica consiste en una salida típica de 0 a 10 voltios y esta implementada para poder mantener, aumentar o disminuir el caudal de aire a renovar y/o purificar en función del nivel en el que nos encontremos. Por defecto, en los niveles excelente y normal se mantiene un valor de 1.5V constante para mantener un nivel mínimo de ventilación, requerido por la mayoría de las normas de los países europeos, aun teniéndose un nivel de calidad del aire excelente o normal. En el intervalo de nivel mediocre se impone una tensión de 3.3 voltios, en le intervalo del nivel pobre se aplica una tensión en esta salida de 6.6V y en el intervalo de nivel malo se aplican 9.9 voltios.
Los valores paramétricos que determinan los cambios de niveles (colores), los valores de tensión de la salida analógica a cada nivel y los valores RGB de los colores de cada nivel son modificables mediante acceso a los registros Modbus correspondientes utilizando cualquier programa de los múltiples gratuitos, accesibles en la red Internet.
Estos parámetros están prefijados por defecto, en 5 clasificaciones, siendo de la mejor a la peor: 1=Excelente, 2=Buena, 3=Mediocre, 4= Pobre y 5 =Mal. A estas cinco clasificaciones les corresponde un color identificativo, a saber: Azul, Verde, Amarillo, Naranja y Rojo, respectivamente. La correspondencia entre las clasificaciones y valores paramétricos de las variables son los siguientes:
Tabla de clasificaciones vs valores paramétricos
Figure imgf000009_0002
Para determinar el nivel de confortabilidad y atendiendo al diagrama de la ASHRAE 55-1992:
Figure imgf000009_0001
Sectorizamos el espacio del cuadrante del diagrama en 5 zonas, caracterizando el núcleo central del sombreado de la tabla como la más confortable (1= Excelente= Azul), hasta la menos buena (5= Mal= Rojo). La zona de solapamiento entre invierno y verano se considera como primavera-otoño, teniéndose por tanto 3 sectorizaciones levemente diferentes:
TEMPERATURA °C PRIMAVERA -OTOÑO
Figure imgf000010_0001
TEMPERATURA°C VERANO
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TEMPERATURA °C INVIERNO
Figure imgf000011_0002
El nivel de confortabilidad resultante no se refleja visualmente en el propio dispositivo, pero si se muestra en la aplicación accesible por internet asociada a dicho dispositivo unívocamente. Esta aplicación se conecta con una nube donde se calcula el nivel de confortabilidad en función de la humedad relativa, temperatura y fecha del año, de tal forma que el algoritmo usa una de las tres tablas anteriores. Esta información, su cálculo y clasificación, se muestra al usuario tanto descriptivamente como en forma de colores, siendo función de las variables temperatura y humedad relativa sensadas.
En el frontal del dispositivo se mostrará mediante un círculo de luz RGB, cuatro variables. La visualización de cuál de ellas se mide, se ejecuta conmutando rotativamente, al pulsar el botón inferior. La primera variable representa una valoración general, denominándose con el acrónimo AQ, y mostrándose con un color de los cinco disponibles equivalentes a la peor de las otras tres. La segunda variable es el particulado denominándose PM. El dispositivo tiene la capacidad de medir 3 tamaños de particulado, siendo el peor de los tres el que define el color a lucir. La tercera variable son las partes por billón (ppb) de compuestos orgánicos volátiles medidos por el dispositivo, denominándose en el mismo con el acrónimo VOC. La cuarta variable es el CO 2 , (dióxido de Carbono), medido por el dispositivo en partes por millón y denominándose en el dispositivo como CO2. Estos cinco colores son los que se mostraran en frontal del dispositivo. La captación en el dispositivo de la presente invención de las variables PM1, PM2.5, PM10, VOC, CO 2 , Temperatura y Humedad Relativa simultáneamente.
La relación entre las variables medidas y la actuación consecuente de las 3 salidas activas, de tal manera que una degradación del aire en su calidad resuelve en el mínimo tiempo posible gracias a los actuadores, es la siguiente:
Cualesquiera de las variables PM o VOC, activan las dos salidas digitales simultáneamente, al pasar del estado Normal (verde) a Mediocre (amarillo), o peor. El paso de Mediocre a Normal las desactiva. El firmware del dispositivo contiene una histéresis de los valores para evitar conmutaciones entre valores regresivas, de 5 unidades en cada franja.
La variable CO 2 activa únicamente la primera salida digital al pasar del estado Normal (verde) a Mediocre (amarillo), o peor. El paso de Mediocre a Normal la desactiva. La salida analógica ofrece una tensión constante de 1.5V en sus niveles Excelente y Normal, con objeto de mantener una ventilación constante aun encontrándose el aire circundante al dispositivo, con buena calidad. Cualesquiera de las variables (PM, VOC o CO 2 ) que pasen al estado Mediocre impondrá una tensión de la salida analógica de 3.3V. Asimismo si una de ellas pasara al estado Pobre (Naranja), la tensión de la salida analógica subirá a 6.6V. En última instancia, si cualquiera de ellas estuviera en estado Mal (Rojo), la tensión de la salida analógica será de 9.9V. Estas tensiones se aplican a las máquinas de ventilación o máquinas de aire acondicionado o recuperadores de calor que tenga una entrada de 0 a 10V para controlar el caudal de aire, siendo típicamente 0V máquina parada y 10V caudal máximo.
La estrategia principal para restauración de la calidad del aire en caso de degradación es: ventilar solo, si es el CO 2 la variable que provoca esa degradación (activando una sola salida digital). Ventilar y purificar activando las dos salidas digitales, una para ventilar y la otra para activar un purificador siendo altamente recomendable la combinación de un generador de peróxido de hidrógeno junto a ionizadores como floculantes, todo ello con un pequeño porcentaje de ozono (O 3 ) inferior a 0.01ppm para asegurar su inocuidad.
Como estrategia complementaria tenemos el control del caudal del aire forzado por las máquinas que dispongan control de 0 a 10V, de forma que, a mayor degradación del aire, mayor caudal.
Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, 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.
EXPLICACION DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.
En la figura 1, se muestran la visión frontal (1) y la cara posterior
Figure imgf000013_0001
del dispositivo de la invención.
En la figura 2, podemos observar una representación general de una instalación completa del conjunto con todas sus posibilidades de conexión.
La figura 3 plasma una explosión del dispositivo de la invención. Se incluye un Detalle A para mostrar la recirculación interna del aire en sentido abajo-arriba.
Los elementos numerados de las figuras se relacionan a continuación:
1- Dispositivo objeto de la solicitud de invención en su perspectiva frontal, que abarca varias reivindicaciones.
1’ - Dispositivo objeto de la solicitud de invención en su perspectiva trasera.
- Conexión a red eléctrica convencional de 230Vac. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, de la alimentación externa a la red eléctrica convencional de 230Vac.
- Conexión ModBus. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, de los terminales A+B- y COM para comunicarse por protocolo ModBus.
- Conexión A, B, COM. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, de los terminales A+B- y COM para usarse como salida y comunicarse por protocolo ModBus con otros dispositivos con protocolo ModBus en topología Daisy Chain. - Primera salida digital. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión. Consiste en un contacto simple libre de potencial cuyo destino es actuar sobre alguna maquina que ejecute una ventilación o renovación del aire del recinto. Su cierre se actúa cuando el nivel de CO2 sobrepasa a nivel 3 (o superior) o pasa de color verde hacia el amarillo en el circulo frontal (21). También se actúa cuando los niveles de VOC o PM pasa del nivel 3 (al pasar de color verde al amarillo en el circulo central del dispositivo de invención).
- Segunda salida digital. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión. Consiste en un contacto doble con la indicación respecto a un común de las posiciones NO y NC (acrónimos en ingles de Normally Open y Normally Closed). Su empleo está destinado para dispositivos capaces de purificar y liberar de sustancias perjudiciales para la salud humana el aire circundante del recinto. Se actúa cuando los niveles de VOC o PM pasa al nivel 3 o superior (al pasar de color verde al amarillo en el círculo central del dispositivo de invención).
- Salida analógica. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, tipo 0-10V. Su destino es regular el caudal de la máquina de impulsión de aire, en los casos que dicha máquina disponga de esta entrada de control. Es una salida que ofrece una tensión continua con polaridad, configurada para que se tengan mínimamente 1.5 voltios, asegurando un caudal mínimo de mantenimiento de la aireación del recinto, subiendo a los niveles 3 ,4 y 5 se imponen 3,3V, 6,6V y 9,9V respectivamente.
- Entrada digital 1. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, que al unirse con GND informa en la APP de que se ha perdido la presión en los conductos de aire.
’- Entrada digital 2. Conexión rápida de entrada y salida de los hilos a presión, que al unirse con GND des actúa los contactos de salida DO1 y DO2. Con ello se ejecuta un paro de máquinas.
- Parte central Difusor led. Transmisor de luz de los colores RGB para informar de los niveles, ofreciendo los colores azul, verde, amarillo, naranja y rojo. En caso de iluminarse con luz blanca, se informa de algún estado especial del dispositivo de invención.
- Icono de estrellas. Se iluminan en color blanco cuando los valores de VOC o PM superan los niveles 2 pasando a nivel 3 o se pasa de color verde al amarillo.
- Pulsador. Su pulsación momentánea va conmutando rotativamente que variable se desea visualizar: AQ, PM, VOC o CO 2 .
- Iconos luminosos. Se iluminan en blanco mediante difusión de luz blanca led de los guarismos AQ, PM, VOC o CO2.
- Frontal de policarbonato. Realiza las funciones de difusor de los indicadores led y permite la entrada inferior y salida superior del aire.
- Envolvente de plástico ABS. Contiene las cámaras de circulación de aire, evita la contaminación lumínica entre los diversos indicadores leds y soporta la unidad electrónica.
- Unidad electrónica que contiene el HW del dispositivo de la invención, incluyendo los sensores y conectores rápidos.
- Carcasa trasera de la envolvente con la apertura necesaria para acceder a los conectores y susceptible de encajar en el soporte mural.
- Soporte mural. Su atornillado a cualquier pared mediante 2 tacos y 2 tornillos permite la sujeción del dispositivo gracias a 4 pestañas que se encajan por empuje y se libera por presión de extracción. Ofrece una apertura central para salida del cableado empleado.
- Sensor termópilo. Mide la temperatura global del recinto.
- Máquina de impulsión de aire, pudiendo ser una máquina de aire acondicionado, una ventilación forzada, una máquina recuperadora de calor, etc.
- Dispositivo de purificación activo del aire, pudiendo ser un emisor de peróxido de hidrogeno, filtros electroestáticos de partículas, ionizadores, generador de ozono, etc. - Presostato. Sensor de presión externo que cierra un contacto normalmente abierto cuando se pierde la presión en el conducto.
- Contacto externo normalmente abierto que, al cerrarse, su implicación en el conjunto es que debe realizarse un apagado general.
- Red eléctrica convencional de 230Vac, pudiendo ser también un hilo de alimentación de la fuente de energía del elemento externo.
- Rúter con conectividad wifi 2.4GHz.
- Internet global, WWW.
26- Dispositivos de la invención conectados por WIFI, integrados en la misma aplicación, pudiendo estar instalados en la misma ubicación o en distintas ubicaciones y sin límite de cantidad, con tal de tener cobertura WIFI.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.
En la figura 1 podemos observar la cara anterior o frontal (1) y la cara posterior
Figure imgf000016_0001
del dispositivo sensor-actuador
En la cara posterior
Figure imgf000016_0002
se puede observar que el dispositivo comprende:
- Una primera salida digital (DO1) (5) que es un contacto normalmente abierto
- Una segunda salida digital (DO2) (6) que es un contacto que ofrece una conmutación normalmente abierta y cerrada respecto de una común.
- Una salida analógica (7) que ofrece una tensión continua en un intervalo de 0 a 10Vdc, - Una primera entrada digital (8) que al unirse con tierra interactúa con el dispositivo para detectar si existe presión en los conductos (a través de un presostato), en caso de que no haya presión en los conductos de aire el dispositivo recibe un cierre de DI1 con GND e informará en la APP alarmando de este evento
- Una segunda entrada digital (8’) que al unirse con tierra abre los contactos (DO1) y (DO2).
- Un puerto serie RS485 (3) con protocolo ModBus.
- Una salida (4) para una posible conectividad en Daisy Chain.
- Un conector micro USB tipo B hembra (2);
En la cara frontal (1) hay una serie de medios indicadores de la calidad del aire o interfaz hombre máquina y que comprende:
- Un icono (10) de estrellas se usa para informar que la segunda salida digital (DO2) ha sido activada ya que se ha alcanzado un determinado nivel 3 o superior de VOC o PM, es decir se está purificando la atmosfera circundante del dispositivo.
- Una parte frontal con una serie de acrónimos (12), en concreto AQ, PM, VOC y CO2 que van siendo seleccionados y resaltados en color blanco.
- Una parte central (9), que muestra diferentes colores y en función del color mostrado tiene un significado diferente. En concreto:
o Nivel 1: color azul considerado como excelente.
o Nivel 2: color verde considerado como normal.
o Nivel 3: color amarillo considerado como mediocre.
o Nivel 4: color naranja considerado como pobre.
o Nivel 5: color rojo considerado como malo.
- Un pulsador (11) que permite seleccionar de manera consecutiva entre los diferentes valores que se miden AQ, PM, VOC y CO2.
- Un sensor termópilo (18) que mide la temperatura global del recinto.
En la figura 2 se muestra el dispositivo objeto de la invención y su conexión con diferentes aparatos que permiten un funcionamiento global. Por un lado, encontramos que el dispositivo es susceptible de poder ser conectado con:
- una máquina de impulsión de aire (19) que a través de la salida analógica (7) que es una salida típica de 0 a 10 voltios permite poder mantener, aumentar o disminuir el caudal de aire a renovar y/o purificar en función del nivel en el que nos encontremos, - con una máquina de purificación de aire (20).
- Un presostato (21) o sensor de presión que cierre aun contacto normalmente abierto cuando se pierde la presión en el conducto.
- Un contacto externo (22) normalmente abierto que al cerrarse significa que debe realizarse un apagado general.
- Un rúter (25) con conectividad wifi con la red de internet global (25).
En la figura 3 se puede observar que el dispositivo se compone de 4 elementos principales: frontal de policarbonato (13) el cual, aparte de ser el frontal hace las veces de difusor de luz; carcasa principal (14) que encierra las cámaras de recirculación de aire y evita la transmisión de luz entre las distintas secciones de iluminaciones led; unidad electrónica (15), donde se integran la circuitería digital, analógica, conectores y sensores; carcasa trasera (16) que protege la cara posterior de la unidad electrónica, mostrando el acceso únicamente de los conectores externos. Esta carcasa trasera es susceptible de ser insertada mediante pestañas en una pieza adicional (17), para su instalación mural. La envolvente está diseñada interiormente de tal manera que se favorezca la recirculación de aire de abajo hacia arriba por convección natural (DETALLE A, Figura 3), renovándose la toma de muestreo constantemente, para una buen sensado de las variables.
La conexión de los dispositivos externos debe hacerse mediante el cierre de los contactos normalmente abiertos de los relés del dispositivo correspondiendo a las salidas DO1 (5) y DO2 (6). Es altamente recomendable usar la salida DO1 para ventilación y la salida DO2 para purificación. La conexión de las entradas digitales tiene por objeto proteger la instalación de anomalías o provocar un corte general por el motivo que sea. La conexión del puerto serie RS485 bajo protocolo ModBus se implementará cuando se quieran conectar múltiples dispositivos, pudiendo integrarse en un sistema BMS como master, siendo los dispositivos esclavos, el cableado de este conexionado debe hacerse con cables estándar RS485 apantallados y trenzados en parejas, donde los hilos A+ y B- sean una pareja trenzada y el hilo GND conectarse al apantallamiento del cable. El dispositivo aporta una conexión de entrada, que es un puerto serie RS485 (3) y otra de salida (4) para facilitar la topología Daisy Chain. En la instalación y mediante la aplicación informática se activa el dispositivo más lejano en distancia como aquel que activa electrónicamente la terminación óhmica de 120Q, para asegurar la calidad de los datos serie. Si el elemento externo encargado de impulsar el aire contiene una entrada 0-10V, la cual regula de menor tensión a mayor, el caudal de aire de menos a más, puede conectarse a esta entrada la salida analógica (7) del dispositivo, modulándose de esta forma el caudal necesario para ventilar en función del nivel de deterioro de la calidad de aire, es decir, a más deterioro de la calidad del aire más caudal de impulsión. En caso de usar el dispositivo mediante aplicación en un smartphone, Tablet o similar, debe activarse el módulo wifi integrado leyendo el código QR adherido en la carcasa trasera. Mediante WPS con el rúter a conectar o insertando los datos del rúter (identificador del rúter y contraseña) en la aplicación, se ejecuta la conexión a internet. Con el mismo método, una cantidad ilimitada de dispositivos (26) pueden ser dados de alta en la misma aplicación instalada en el smartphone de usuario, debiéndose tener cobertura con algún rúter. De esta manera dicho usuario podría, por ejemplo, tener controlada la calidad del aire de su oficina, taller, casa, etc., en una misma aplicación.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire que lleva a cabo la medición de diferentes variables concernientes al aire caracterizado porque comprende:
- una serie de medios sensores,
- unos medios de procesamiento para realizar una serie de cálculos de una serie de variables y en función de los datos obtenidos enviar unas señales de mando y actuación sobre dispositivos externos,
- un interfaz hombre máquina para visualización de la calidad de los diferentes parámetros medidos, y
- unos medios de conectividad con el exterior a través de una conexión inalámbrica, donde los medios sensores con los que cuenta el dispositivo objeto de la invención son:
- un sensor de temperatura,
- un sensor de humedad relativa,
- un sensor de particulado que mide tamaños de partículas de 1 micra, 2,5 micras y 10 micras,
- otro sensor de medición de compuestos volátiles orgánicos (VCO) y
- un quinto sensor de medición de CO2,
y las variables calculadas mediante los medios de procesamiento son: la humedad absoluta, el punto de condensación y la confortabilidad térmica.
2. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según la reivindicación 1 caracterizado porque el dispositivo interiormente comprende:
- Una primera salida digital (DO1) (5) que es un contacto normalmente abierto
- Una segunda salida digital (DO2) (6) que es un contacto que ofrece una conmutación normalmente abierta y cerrada respecto de una común.
- Una salida analógica (7) que ofrece una tensión continua en un intervalo de 0 a 10Vdc, - Una primera entrada digital (8) que al unirse con tierra interactúa con el dispositivo para detectar si existe presión en los conductos (a través de un presostato), en caso de que no haya presión en los conductos de aire el dispositivo recibe un cierre de DI1 con GND e informará en la APP alarmando de este evento
- Una segunda entrada digital (8’) que al unirse con tierra abre los contactos (DO1) y (DO2).
- Un puerto serie RS485 (3) con protocolo ModBus.
- Una salida (4) para una posible conectividad en Daisy Chain.
- Un conector micro USB tipo B hembra (2);
3. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según la reivindicación 1 o 2 caracterizado porque el interfaz hombre máquina para visualización de la calidad de los diferentes parámetros medidos comprende:
- Un icono (10) para informar que la segunda salida digital (DO2) ha sido activada ya que se ha alcanzado un determinado nivel 3 o superior de VOC o PM, es decir se está purificando la atmosfera circundante del dispositivo,
- Una parte frontal con una serie de acrónimos (12), en concreto AQ, PM, VOC y CO2 que se corresponden con la calidad del aire, el tamaño de las partículas, los compuestos orgánicos volátiles, y el nivel de CO 2 respectivamente, que van siendo seleccionados y resaltados en color blanco,
- Una parte central (9), que en la realización mostrada es circular, que muestra diferentes colores y en función del color mostrado tiene un significado diferente.
- Un pulsador (11) que permite seleccionar de manera consecutiva entre los diferentes valores que se miden AQ, PM, VOC y CO2,
- Un sensor termópilo (18) que mide la temperatura global del recinto.
4. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según la reivindicación 3 caracterizado porque los diferentes colores que se muestran en la parte central (9) tienen el siguiente color y significado.
o Nivel 1: color azul considerado como excelente.
o Nivel 2: color verde considerado como normal.
o Nivel 3: color amarillo considerado como mediocre.
o Nivel 4: color naranja considerado como pobre.
o Nivel 5: color rojo considerado como malo.
5. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el dispositivo es susceptible de conectarse con:
- una máquina de impulsión de aire (19) que a través de la salida analógica (7) que es una salida típica de 0 a 10 voltios permite poder mantener, aumentar o disminuir el caudal de aire a renovar y/o purificar en función del nivel en el que nos encontremos, - con una máquina de purificación de aire (20).
- Un presostato (21) o sensor de presión que cierre aun contacto normalmente abierto cuando se pierde la presión en el conducto.
- Un contacto externo (22) normalmente abierto que al cerrarse significa que debe realizarse un apagado general.
6. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el dispositivo es susceptible de conectarse de manera inalámbrica con:
- Un router (25) con conectividad wifi con la red de internet global (25).
7. - Dispositivo sensor-actuador de la calidad del aire según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el dispositivo comprende cuatro elementos principales: frontal de policarbonato (13) el cual, aparte de ser el frontal hace las veces de difusor de luz; carcasa principal (14) que encierra las cámaras de recirculación de aire y evita la transmisión de luz entre las distintas secciones de iluminaciones led; unidad electrónica (15), donde se integran la circuitería digital, analógica, conectores y sensores; carcasa trasera (16) que protege la cara posterior de la unidad electrónica, mostrando el acceso únicamente de los conectores externos donde la carcasa trasera es susceptible de ser insertada mediante pestañas en una pieza adicional (17), para su instalación mural.
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