(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

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1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: F24D 17/00 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): UNIVERSIDADE DE AVEIRO UATEC, ED. DA REITORA 3º PISO, CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SANTIAGO AVEIRO PT (72) Inventor(es): VÍTOR ANTÓNIO FERREIRA DA COSTA PT (74) Mandatário: ANABELA TEIXEIRA DE CARVALHO EDIFICIO OCEANUS - AVENIDA DA BOAVISTA ANDAR SALA 2.1 PORTO PORTO PT (54) Epígrafe: SISTEMA MISTURADOR DE ÁGUA E RESPETIVO MÉTODO DE OPERAÇÃO (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO PROPÕE UM SISTEMA MISTURADOR ASSOCIADO A UM SISTEMA DE ACUMULAÇÃO QUE PERMITE A ECONOMIA DE ÁGUA EM INSTALAÇÕES DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA, DOMÉSTICAS OU OUTRAS. APENAS É NECESSÁRIO UM RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO E UMA VÁLVULA REDUTORA DE PRESSÃO POR CASA OU POR INSTALAÇÃO, EM GERAL, E O SISTEMA USA VÁLVULAS MISTURADORAS COMUNS. QUANDO É REQUERIDA ÁGUA QUENTE À SAÍDA DA VÁLVULA MISTURADORA, MAS NÃO ESTÁ DISPONÍVEL ÁGUA QUENTE NA SUA ENTRADA DE ÁGUA QUENTE, A ÁGUA FRIA OU PARCIALMENTE FRIA QUE ENTRA ATRAVÉS DA ENTRADA DE ÁGUA QUENTE É DIRIGIDA PARA O RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO, ONDE É ACUMULADA SOB PRESSÃO. ENQUANTO EXISTE ÁGUA NO RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO ESTA É CONDUZIDA PARA O SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA FRIA, E DAÍ PARA A ENTRADA DE ÁGUA FRIA DA VÁLVULA MISTURADORA, EM VEZ DA ÁGUA FRIA PROVENIENTE DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA FRIA, ASSIM PERMITINDO ECONOMIA DE ÁGUA POTÁVEL. A PRESENTE INVENÇÃO APLICA-SE NA INDÚSTRIA DE CONSTRUÇÃO, EM CONSTRUÇÕES PRÉ-EXISTENTES OU NOVAS, DOMÉSTICAS OU OUTRAS.

2 RESUMO SISTEMA MISTURADOR DE ÁGUA E RESPETIVO MÉTODO DE OPERAÇÃO A presente invenção propõe um sistema misturador associado a um sistema de acumulação que permite a economia de água em instalações de abastecimento de água, domésticas ou outras. Apenas é necessário um reservatório de acumulação e uma válvula redutora de pressão por casa ou por instalação, em geral, e o sistema usa válvulas misturadoras comuns. Quando é requerida água quente à saída da válvula misturadora, mas não está disponível água quente na sua entrada de água quente, a água fria ou parcialmente fria que entra através da entrada de água quente é dirigida para o reservatório de acumulação, onde é acumulada sob pressão. Enquanto existe água no reservatório de acumulação esta é conduzida para o sistema de distribuição de água fria, e daí para a entrada de água fria da válvula misturadora, em vez da água fria proveniente da rede de distribuição de água fria, assim permitindo economia de água potável. A presente invenção aplica-se na indústria de construção, em construções pré-existentes ou novas, domésticas ou outras.

3 DESCRIÇÃO SISTEMA MISTURADOR DE ÁGUA E RESPETIVO MÉTODO DE OPERAÇÃO Campo da invenção A presente invenção refere-se a um sistema misturador de água e respetivo método de operação, sendo o sistema composto por uma ou mais usual válvulas misturadoras comuns associadas a um sistema de acumulação, e a um componente hidráulico específico associado a cada válvula misturadora, permitindo o sistema como um todo a economia de água potável em instalações de água domésticas, ou outras, incluindo válvulas misturadoras. A presente invenção é preferencialmente utilizada pela indústria da construção civil, e mais precisamente em instalações de água doméstica, ou outras, incluindo válvulas misturadoras. As válvulas misturadoras usuais para uso doméstico promovem a mistura de dois caudais de água, um de água quente e outro de água fria, de modo a permitir a existência, na saída da válvula misturadora, de um caudal de água misturada à temperatura requerida pelo utilizador. A temperatura da água que deixa a válvula está compreendida entre as temperaturas dos caudais de entrada de água fria e quente que entram na válvula misturadora. As válvulas misturadoras usuais promovem, no entanto, perdas consideráveis de água potável. De facto, quando o utilizador pretende água quente ou parcialmente quente na saída da válvula misturadora, mas não existe água quente na entrada da válvula misturadora, a água fria ou parcialmente fria na saída da válvula misturadora 1

4 nestas circunstâncias não atinge a temperatura requerida pelo utilizador, e é normalmente água potável que é diretamente descarregada no sistema de esgoto. A razão para a não-existência de água quente na entrada da válvula misturadora está associada ao volume da conduta que liga a fonte de água quente (aquecedor de água) à válvula misturadora. Existe um período de tempo entre o pedido de água quente ou parcialmente quente na saída da válvula misturadora e a existência de água quente na entrada da válvula misturadora. A ausência de água quente na entrada da válvula misturadora, que é relevante para o sistema proposto, existe quando um pedido de água quente tem lugar depois de um período durante o qual não houve pedidos de água quente. Isto corresponde, portanto, à situação em que a conduta de distribuição de água quente está inicialmente preenchida com água fria ou parcialmente frio. Durante o tempo de espera, a água potável fria ou parcialmente fria que sai da válvula misturadora não satisfaz as necessidades de temperatura do utilizador, e é geralmente descarregada diretamente para o sistema de esgoto, o que não faz sentido dos pontos de vista económico e ambiental. Existe uma grande oportunidade para o uso de sistemas alternativos aos sistemas de mistura usuais, considerando a função de poupança de água, e permitir o uso, como água potável, da água fria ou parcialmente frio que, durante um determinado período de tempo inicial, entra no sistema 2

5 através da entrada de água quente da válvula misturadora, que normalmente é diretamente descarregada no sistema de esgoto. Tais sistemas alternativos devem ser aplicáveis a instalações domésticas de água incluindo válvulas misturadoras, como chuveiros, banheiras e sanitários, já existentes ou novas, e eles não devem apresentar diferenças de operação significativas quando comparados com os sistemas misturadores tradicionais. Antecedentes da invenção Até ao momento presente têm sido propostos alguns sistemas para permitir a poupança de água em instalações de água domésticas ou outras, sendo as mais relevantes, de acordo com a presente invenção, (por ordem cronológica): O documento US refere-se a um sistema baseado num circuito fechado de água quente, com uma bomba forçando a circulação de água quente através do sistema de distribuição de água quente, a fim de garantir a existência de água quente na entrada (ou quase na entrada) dos dispositivos de receção de água quente. Este é um sistema que tenta resolver o mesmo problema a ser resolvido com a presente invenção, mas os dois sistemas são muito diferentes, uma vez que o sistema proposto no documento US usa uma bomba acionada por um motor elétrico para forçar a água para retornar a um reservatório de acumulação sob pressão ou para a entrada do sistema de distribuição interior de água quente. Pelo contrário, a presente invenção propõe um sistema puramente mecânico, sem uso de qualquer tipo de bomba, e tem, portanto, a vantagem de não necessitar de qualquer sistema adicional de fornecimento 3

6 de energia elétrica, e o respetivo consumo de eletricidade. O documento US refere-se a um sistema para o retorno e acumulação da água que deixa as válvulas misturadoras domésticas ou industriais, durante os curtos períodos de tempo durante os quais a água de saída não é usada (como, por exemplo, em aplicações domésticas de banho, e ensaboar e o esfregar), para não ter que ajustar o caudal e a temperatura de saída para uma nova utilização após o curto período de tempo durante o qual a água de saída não foi usada. Cada dispositivo utilizador de água quente incorpora uma válvula adicional, operada manualmente, com duas posições estáveis, através da qual é selecionado se o dispositivo deve funcionar normalmente ou se ele deve operar com a função de retorno e poupança de água. É um sistema cujo principal objetivo é poupar a água correspondente aos períodos de ajuste de caudal e de temperatura para as necessidades do utilizador, que é marcadamente diferente do sistema aqui proposto. Com o sistema proposto pela US , e tomando como exemplo a operação usual de banho, apenas no início da operação do banho o caudal e a temperatura são ajustados às necessidades do utilizador, e durante as fases do banho que não requerem água a água que sai da válvula é conduzida para um sistema de acumulação. As funções normais da válvula, de saída de água para as operações de banho ou a função de acumulação de água, são definidas pela válvula adicional operada manualmente associada a cada um dos dispositivos utilizadores de água quente. Deste modo, a perda de água associada ao período de tempo de ajuste do caudal e da temperatura para o requerido para o utilizador precisa ocorrer apenas uma vez, no início 4

7 da operação do banho, e não no início de cada uma das fases do banho que requerem água quente ou parcialmente quente. O sistema proposto no documento US requer uma mudança nos dispositivos utilizadores usando água quente, de modo a incluir, cada um deles, uma válvula adicional, operada manualmente, com duas posições estáveis, e é necessária uma elevada capacidade de acumulação do reservatório, para acumular não só a água correspondente ao ajuste inicial do sistema às necessidades do utilizador, mas também a água correspondente aos períodos quando a água flui da válvula, mas não é utilizado pelo utilizador (períodos durante os quais a válvula adicional é comandada para direcionar a água que deixa a válvula misturadora para o sistema de acumulação). O sistema aqui proposto não requere qualquer dispositivo adicional a juntar aos equipamentos utilizadores de água quente, não exige que o utilizador selecione quando a água deve seguir para a utilização normal ou para o reservatório de acumulação (o modo de funcionamento do sistema aqui proposto é automático, em termos de temperatura de entrada da água quente no sistema misturadora), e a capacidade de acumulação requerida é apenas a correspondente ao volume de água contida na conduta que liga a fonte de água quente à válvula misturadora. O sistema proposto pelo documento US promove a acumulação da água fria durante o tempo de espera da água quente na saída do aparelho utilizado, a partir do qual a água é enviada através de uma válvula misturadora. No entanto, o sistema proposto pelo documento US não considera a integração da válvula misturadora e do sistema de 5

8 acumulação como um todo, ao passo que essa integração é uma parte crucial da presente invenção. Devido a isso, com o sistema proposto pelo documento US não é possível conduzir a água que entra na entrada da água quente da válvula misturadora para o sistema de acumulação ou para a saída da válvula misturadora, dependendo da temperatura da água que entra na válvula através da entrada de água quente ou do nível de carga do sistema de acumulação, e a água contida no sistema de acumulação não é usado preferencialmente à água fria proveniente da rede de distribuição de água fria. Outra diferença fundamental é que com o sistema proposto pelo documento US a água que não é perdido não é acumulada sob pressão, e é para ser usada noutra aplicação ou uso diferente do que a originou, e que não requer água pressurizada. Com a presente invenção, a água que é poupada é acumulada sob pressão e é usada mais tarde como água fria pelo sistema de distribuição interior de água fria, ou até mesmo para alimentar a entrada de água fria da válvula misturadora, isto é, é para ser utilizada pelos dispositivos usuais que usam água fria pressurizada, incluindo as válvulas misturadoras que eventualmente originaram a anterior acumulação de água. O sistema proposto pelo documento US acumula a água fria enquanto se espera pela água quente na entrada da válvula misturadora. No entanto, o sistema proposto pelo documento US não considera a integração da válvula misturadora e do sistema de acumulação como um todo, sendo essa integração fundamental, tal como proposto na presente invenção. Mais uma vez, também com o sistema proposto por 6

9 documento US não se consegue a condução da água que entra na válvula através da entrada de água quente para o sistema de acumulação ou para saída da válvula misturadora em função da temperatura da água que entra na válvula misturadoras através da entrada de água quente ou do nível de carregamento do sistema de acumulação, e a água contida no sistema de acumulação não é usado preferencialmente à água proveniente da rede de distribuição de água. Também aqui uma diferença fundamental é que com sistema proposto pelo documento US a água que não é perdida não é acumulada sob pressão, e é para ser usado noutra aplicação ou uso diverso daquele que lhe deu origem. Com a presente invenção, a água que é poupada é acumulada sob pressão, e é usada mais tarde para alimentar os dispositivos que recebem água fria a partir do sistema interior de distribuição de água fria, incluindo as válvulas misturadoras que eventualmente originaram a anterior acumulação de água. Com o sistema proposto no documento US a água que que é poupada é para ser usada em aplicações/usos que não exigem água pressurizada, como o enchimento de autoclismos ou sistemas de irrigação manual. O sistema inicialmente proposto pelo documento PCT/IB2009/ evoluiu para o sistema mais tarde proposto pelo documento PCT/IB2009/ O sistema originalmente proposto pelo documento PCT/IB2009/ tem, essencialmente, os mesmos princípios de funcionamento do sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ No entanto, o sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ só requer duas ligações hidráulicas externas da válvula 7

10 misturadora (de entrada de água quente e de entrada de água fria), como também é o caso das válvulas misturadoras usuais, quer sejam usadas em instalações novas ou já existentes, e a válvula misturadora do sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ requer mais do que apenas as referidas usuais duas ligações hidráulicas externas. A fim de permitir apenas duas ligações externas (entrada de água quente e entrada de água fria) da válvula misturadora, é necessário o sistema de seleção da entrada de água fria da válvula misturadora ser consideravelmente diferente do seletor de água fria do sistema originalmente considerado no documento PCT/IB2009/005378, e neste caso o sistema seletor de água fria é essencialmente uma válvula redutora de pressão, que só permite que a água fria oriunda da rede de distribuição de água fria entre na válvula misturadora se a pressão da água no sistema de acumulação ou no sistema interior de distribuição de água fria diminui abaixo de um valor préestabelecido. O sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ tem a vantagem de que a válvula misturadora só precisa de duas ligações hidráulicas externas (entrada de água quente e entrada de água fria), como é o caso das válvulas misturadoras usuais bem como das instalações que as incorporam, e o sistema pode assim ser facilmente incorporado em instalações de água pré-existentes ou novas. O sistema proposto pela presente invenção é, por sua vez, uma evolução do sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ O sistema proposto pelo documento PCT/IB2009/ tem essencialmente os mesmos princípios de funcionamento do sistema aqui proposto. No entanto, o sistema 8

11 atual tem as principais diferenças e características vantajosas de exigir apenas um reservatório de acumulação por casa ou instalação, e somente uma válvula redutora de pressão por casa ou instalação, requerendo apenas um sistema de acumulação por casa ou instalação, e incorpora válvulas misturadoras comuns e não válvulas misturadoras especificamente concebidas para incorporar o sistema misturador com função de poupança de água, como é o caso dos sistemas anteriores propostos pelos documentos PCT/IB2009/ e PCT/IB2009/ O núcleo principal do sistema proposto é um componente hidráulico específico (representado na Figura 1) para se obter a função de poupança de água, que avalia a temperatura da água proveniente do sistema interior de distribuição de água quente, e se esta não está quente o suficiente para atender requisitos do utilizador é água que é dirigida para o reservatório de acumulação e não para a entrada da água quente da válvula misturadora. Para obter a função de poupança de água, cada válvula misturadora requer um componente hidráulico específico associado hidráulico associado a ela, que deve estar instalado o mais próximo possível da válvula misturadora, a fim de obter o melhor desempenho do sistema no que concerne à poupança de água. Outra característica do sistema aqui proposto é que a água acumulada sob pressão no reservatório de acumulação pode ser usada para alimentar qualquer componente que necessite de água fria a partir do sistema de distribuição interior de água fria, e não apenas para alimentar a entrada de água fria da válvula misturadora que originou o armazenamento de água, como é o caso dos sistemas propostos pelos documentos PCT/IB2009/ e 9

12 PCT/IB2009/ No entanto, na presente invenção, bem como nos sistemas propostos pelos documentos PCT/IB2009/ e PCT/IB2009/055545, a água acumulada no reservatório de acumulação é utilizada preferencialmente à água fria proveniente da rede de distribuição de água fria. Descrição Geral da Invenção A presente invenção diz respeito a um sistema misturador de água composto por uma válvula misturadora usual, um reservatório de acumulação usual, uma válvula redutora de pressão comum (absoluta ou diferencial), e um componente hidráulico específico, de modo a permitir a poupança de água em instalações de água domésticas, ou outras. O sistema proposto de acordo com a presente invenção possui características que lhe conferem a função de poupança de água. O sistema misturador proposto utiliza válvulas misturadoras usuais, um reservatório de acumulação comum por casa ou instalação de água, uma válvula redutora de pressão comum (absoluta ou diferencial) por casa ou instalação de água, e um componente hidráulico específico para conseguir a função de poupança de água associada a cada válvula misturadora. O sistema proposto apresenta mudanças consideráveis em relação à sua versão anterior, como descrito pelo documento PCT/IB2009/055545, com o objetivo de requerer apenas válvulas misturadoras usuais, apenas um reservatório de acumulação comum por casa ou instalação de água, e apenas uma válvula redutora de pressão comum (absoluta ou diferencial) por casa ou instalação de água. Para conseguir a função de poupança de água é requerido um componente hidráulico específico associado a cada válvula misturadora, 10

13 que pode ser facilmente acomodado junto à válvula misturadora para o melhor desempenho do sistema no que concerne à poupança de água. Este sistema é caracterizado por ser composto por: a) Uma ou mais válvulas misturadoras comuns, cada uma comandada por as duas alavancas comandando a entrada de água quente (9) e de água fria (10); b) Um reservatório de acumulação usual (14) por casa ou instalação de água, cuja capacidade de acumulação depende de cada instalação de água particular, já que ele deve acumular a água potável que é perdida se o sistema misturador com função de poupança de água não for utilizado; c) Uma válvula redutora de pressão comum por casa ou instalação de água, que inclui a mola (15), e os pistões (16) e (17) ligados através da haste (18) (a válvula redutora de pressão pode ser uma válvula redutora de pressão absoluta, impondo uma dada pressão após ela, conforme representado na Figura 2, ou uma válvula redutora de pressão diferencial, impondo uma queda de pressão á água que passa através dela, ou seja, impondo uma pressão depois dela que é um valor especificado abaixo da pressão da água fria na rede de distribuição de água fria, estando esta forma alternativa representada no lado direito da Figura 2); e d) Um ou mais componentes hidráulicos específicos, conforme representado na Figura 1, cada um associado a uma válvula misturadora, cada conjunto hidráulico 11

14 específico incluindo um bolbo dilatável (2) montado sobre um disco perfurado (1), o bolbo está ligado à haste (3) que empurra o êmbolo perfurado deslizante (4), que está ligado através da haste (6) ao êmbolo (7) que é empurrado da direita para a esquerda pela mola (5), e da válvula de retenção (8). Os componentes referidos em b) e c) formam o sistema de acumulação, e apenas um sistema de acumulação é necessária por casa ou instalação de água. Ao abrir a entrada de água quente (9) da válvula misturadora, mas sem água quente disponível na entrada (11) do sistema misturador, a água fria ou parcialmente fria que entra no sistema através da entrada de água quente (11) é conduzida para o sistema interior de distribuição de água fria (12), ou para o reservatório de acumulação (14), onde permanece armazenada sob pressão. Apenas quando existe água quente na entrada (11) do sistema, ou quando o reservatório de acumulação (14) está totalmente carregado com água, a água que entra no sistema através da entrada de água quente (11) é conduzida para a descarga (20) da válvula misturadora. A água retida no reservatório de acumulação (14) está em contato permanente com o sistema interior de distribuição de água fria (12), e pode assim ser usada para alimentar qualquer dispositivo que requeira água fria do sistema interior de distribuição de água fria, ou até mesmo para alimentar a entrada de água fria (12) da válvula misturadora, como se fosse água doce provenientes da rede geral de distribuição de água fria. O reservatório de acumulação (14) e a válvula 12

15 redutora de pressão são montados para formar o sistema de acumulação, de uma maneira tal que o sistema de acumulação dá preferência ao uso da água acumulada no reservatório de acumulação (14) para alimentar o sistema interior de distribuição de água fria (12), isto é, enquanto existe água no reservatório de acumulação (14) ela é conduzida para o sistema interior de distribuição de água fria (12) ou mesmo para a entrada de água fria (12) da válvula misturadora preferencialmente à água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19). O sistema é operado pelo utilizador como uma válvula misturadora comum, através da operação das duas alavancas de ajuste do caudal de entrada da água quente (9) e fria (10), que regulam os caudais de água quente (13) e fria (12) na válvula misturadora, tal como representados na Figura 3. Durante o período de tempo em que a água quente ou parcialmente quente é esperada na saída da válvula (20), mas não existe água quente na entrada de água quente (11) do sistema misturador e o reservatório de acumulação (14) não está totalmente carregado com água, a água fria ou parcialmente fria que entra no sistema através da entrada de água quente (11) é conduzida para o sistema interior de distribuição de água fria ou para o reservatório de acumulação (14), e durante este período de tempo não há descarga de água na saída (20) da válvula misturadora. A ausência de água quente na entrada de água quente (11) é devida ao volume da conduta que liga a fonte de água quente à válvula misturadora, existindo um período de tempo entre o 13

16 pedido de água quente na válvula misturadora e a existência de água quente na entrada (11) do sistema misturador. A capacidade volumétrica do reservatório de acumulação (14) é ditado principalmente pela conjugação de dois fatores: o volume de água que se quer poupar, e o volume da conduta que liga a fonte de água quente à válvula misturadora. Descrição das figuras Figura 1 Representação esquemática do componente hidráulico específico proposto na invenção, um componente hidráulico específico associado a cada válvula misturadora, referindo-se os números a: 1 - Disco perfurado e fixo 2 - Bolbo dilatável 3 - Haste 4 - Êmbolo perfurado 5 - Mola 6 - Haste ligando os êmbolos (4) e (7) 7 - Êmbolo 8 - Válvula de retenção 11 - Entrada de água quente no sistema misturador 12 - Saída de água fria ou parcialmente fria em direção ao sistema interior de distribuição de água fria, ou para o reservatório de acumulação (14), que está permanentemente ligada ao sistema interior de distribuição interior de água fria 13 - Saída de água quente do componente hidráulico específico para a entrada da água quente da válvula misturadora. Figura 2 Representação esquemática do sistema de 14

17 acumulação, composto pelo reservatório de acumulação (14) e a válvula redutora de pressão, trabalhando em conjunto com a válvula misturadora comum e o componente hidráulico específico proposto na Figura 1, onde os números se referem a: 12 - Entrada de água fria ou parcialmente fria vinda de ou para o sistema interior de distribuição de água fria, ou saída de água fria para a entrada de água fria da válvula misturadora (uma vez os diferentes elementos do sistema montado, conforme representado na Figura 4, os pontos 12 nas Figuras 1, 2 e 3 são um ponto de curto-circuito comum do sistema, pertencente ao sistema interior de distribuição de água fria) 14 - Reservatório de acumulação 15 - Mola 16 - Êmbolo 17 - Êmbolo 18 - Haste ligando os êmbolos (16) e (17); 19 - Entrada de água fria, a partir da rede geral de distribuição de água fria. [Os elementos (15), (16), (17) e (18) formam a válvula redutora de pressão do sistema de acumulação. Se é uma válvula redutora de pressão absoluta, conforme representado na Figura 2 (imagem principal) e no sistema global na Figura 4, que impõe uma determinada pressão no sistema interior de distribuição de água fria (12), não importa qual a pressão na rede geral de distribuição de água fria. No entanto, se é uma válvula redutora de pressão diferencial, conforme representado na vista de detalhe sobre o lado direito da 15

18 Figura 2 e na visualização de detalhe sobre o lado direito da Figura 4, que impõe uma pressão à água fria no sistema interior de distribuição de água fria que é um dado valor abaixo da pressão na rede geral de distribuição de água fria, permitindo assim um melhor desempenho do sistema.]. Figura 3 Válvula misturadora usual, em que os números se referem a: 9 - Abertura/fecho de entrada da água quente 10 - Abertura/fecho de entrada da água fria 12 - Entrada de água fria 13 - Entrada de água quente 20 - Saída de água misturada, para uso normal. Figura 4 Representação esquemática do sistema integrado com a função de poupança de água potável pretendida, composto pelo componente hidráulico específico na Figura 1, o sistema de acumulação na Figura 2, e a válvula misturadora comum na Figura 3. Os números de referência na Figura 4 referem-se os mesmos elementos, como indicado antes, nas Figuras 1, 2 e 3, e eles são assim referenciados através dos números mesma referência (uma vez que para os diferentes elementos do sistema montado como na Figura 4, os pontos 12 nas Figuras 1, 2 e 3 são um ponto de curto-circuito comum do sistema, pertencente ao sistema interior de distribuição de água fria). Figura 5 Representação esquemática dos sistemas de distribuição de água quente e fria para garantir a operação do sistema proposto e a função de poupança de água, onde os 16

19 números se referem a: 9 - Sistema interior de distribuição de água quente, a pressão Ph> Pc Sistema interior de distribuição interior de água fria, a pressão Pc <Pr, onde Pr é a pressão da rede geral de distribuição de água fria (o reservatório de acumulação está permanentemente ligado a este sistema, bem como a entrada de água fria de qualquer sistema ou dispositivo utilizador de água fria) 19 - Entrada de água fria, a partir da rede geral de distribuição de água fria, a pressão Pr 21 - Aquecedor de água, ou fonte de água quente 22 - Válvula redutora de pressão, absoluta ou diferencial. O componente hidráulico específico representado na Figura 1 deve ser colocado o mais próximo possível da válvula misturadora representada na Figura 3, para um melhor desempenho do sistema no que concerne a poupança de água, e pode ser tornado "invisível" se colocado atrás dos dispositivos de utilizadores de água e / ou até mesmo por detrás ou dentro de móveis que lhes podem estar associados. Para um melhor desempenho, o sistema proposto requer um componente hidráulico específico conforme representado na Figura 1 associado a cada válvula misturadora usual, conforme representado na Figura 3. O sistema de acumulação representado na Figura 2 pode residir no local mais adequado da casa e, assim, a capacidade de acumulação do reservatório (14) pode ser grande o suficiente para permitir a acumulação de volumes consideráveis de água 17

20 com apenas pequenos aumentos na pressão. O sistema de acumulação representado na Figura 2 não precisa de ser colocado próximo ao componente hidráulico específico representado na Figura 1, ou próximo da válvula misturadora esquematicamente representada na Figura 3. A saída / entrada (12) do sistema de acumulação da Figura 2 está permanentemente ligada ao sistema interior de distribuição de água fria, e a entrada de água fria (12) de qualquer válvula ou outro dispositivo misturador usando água fria está associada a este sistema interior de distribuição de água fria. O sistema de acumulação representado na Figura 2 é composto essencialmente por um reservatório de acumulação usual (14) e por uma válvula redutora de pressão comum, que pode ser uma válvula redutora de pressão absoluta diferencial, composta pelos elementos (15), (16) (17) e (18), e este sistema de acumulação precisa existir apenas uma vez para toda uma casa ou instalação de água. Se é uma válvula redutora de pressão absoluta, conforme representado na Figura 2 e na Figura 4 global, impõe uma dada pressão Pc ao sistema interior de distribuição de água fria, não importa qual a pressão da rede geral de distribuição de água fria. No entanto, se é uma válvula redutora de pressão diferencial, conforme apresentado na vista de detalhes sobre o lado direito das Figuras 2 e 4, impõe uma pressão Pc no sistema interior de distribuição de água fria que é um dado valor abaixo da pressão Pr na rede geral de distribuição de água fria, permitindo assim um melhor desempenho do sistema proposto. A operação esperada do sistema requer a sua instalação 18

21 através da ligação entre a rede geral de distribuição de água fria, e os sistemas interiores de distribuição de água fria e de água quente, tal como representado na Figura 5. De acordo com esta figura, a água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19), a pressão Pr, alimenta o aquecedor de água (21), e o aquecedor de água (21) liberta água quente para o sistema interior de distribuição de água quente (11) a uma pressão Ph que é apenas ligeiramente abaixo da pressão Pr da rede geral de distribuição de água fria (esta diferença de pressão é tão pequena quanto possível, como imposto pelo aquecedor de água usado). O sistema proposto não apresenta dificuldades adicionais no que diz respeito à sua instalação, que pode ser dividida em duas etapas principais. Na primeira etapa, conforme ilustrado na Figura 5: (a) Uma ligação direta da entrada do aquecedor de água (21) à rede geral de distribuição de água fria (19), obtendo-se o sistema interior de distribuição de água quente (11) na saída do aquecedor de água, (b) A utilização de uma válvula redutora de pressão onde a água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19) entra, obtendose o sistema interior de distribuição interior de água fria (12). A válvula redutora de pressão deve ser regulada de modo a garantir que a pressão da água no sistema interior de distribuição de água fria, Pc, está abaixo da pressão no sistema interior de distribuição de água quente, Ph. Na segunda etapa, conforme ilustrado na Figura 4 como um todo, de entrada de água quente (11) do sistema misturador está ligada ao sistema interior de distribuição de água quente (11), e a tomada (12) do componente hidráulico específico na 19

22 Figura 1 e a entrada de água fria (12) da válvula misturadora na Figura 3 estão ligadas ao sistema interior de distribuição de água fria (12), e a saída (13) do componente hidráulico específico na Figura 1 está ligada à entrada de água quente (13) da válvula misturadora na Figura (3). É claro a partir da Figura 4 que a água fria para alimentar a entrada (12) da válvula misturadora, ou de quaisquer outros dispositivos que necessitam de água fria, vem preferencialmente do reservatório de acumulação (14) e não da rede geral de distribuição de água fria por meio de entrada (19). Somente quando a pressão no reservatório de acumulação (14) atinge um valor mínimo, significando que ele está quase vazio de água acumulada, a água fria entra no sistema misturadora vinda diretamente da rede geral de distribuição de água fria através de entrada (19). Descrição detalhada da invenção e sua operação O elemento sensor de temperatura, que avalia a temperatura da água na entrada de água quente (11) do sistema misturador, é o bolbo dilatável (2) na Figura 1, cujo aumento de volume é convertido numa deformação horizontal linear (aumento de comprimento) da esquerda para a direita, tendo como referência a Figura 1. Inicialmente, o sistema está imobilizado, e ambas as entradas (13, 12) da válvula misturadora estão totalmente fechadas através dos fechos (9, 10), respetivamente, e, consequentemente, não há caudal de saída da água (20) deixar a válvula misturadora. Nesta situação de não caudal a pressão 20

23 empurrando o êmbolo (7) para a direita é igual à pressão da rede geral de distribuição de água fria (12), o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e a haste (6) foi movida para a direita, o êmbolo (4) abre completamente a passagem (13) na Figura 1, mas não existe caudal de água através da saída (13) na Figura 1 uma vez que a passagem (9) na Figura 3 está fechada. Nesta situação inicial, o reservatório de acumulação (14) não está totalmente carregado com água, e a pressão no sistema interior de distribuição de água fria é a que é imposta pela válvula redutora de pressão. Se o utilizador quiser água quente ou parcialmente quente na saída (20) da válvula misturadora, a passagem (9) é aberta, e pressão empurrando o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e a haste (6) na Figura 1 para a direita diminui consideravelmente, observando que o êmbolo (4) é um êmbolo perfurado, e a mola (5) força o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e a haste (6) para a esquerda, o êmbolo (4) fechando a passagem da água que entra através da entrada (11) para a saída (13). Este é o caso quando a água que entra através da entrada (11) é fria ou parcialmente fria, o bolbo (2) não aumenta de comprimento e não empurra a haste (3) para a direita, e a água fria ou parcialmente frio que entra pela entrada (11) passa através dos furos do disco fixo (1), através dos furos do êmbolo (4), através da válvula de retenção (8), e é forçada para a saída (12) na Figura 1, e assim a entrar no sistema interior de distribuição de água fria, e depois para alimentar equipamentos que necessitam de água fria, ou então sendo conduzida em direção ao reservatório de acumulação (14). A acumulação da água fria ou 21

24 parcialmente fria que entra no sistema através da entrada de água quente (11) ocorre dessa forma. Se o reservatório de acumulação (14) não está completamente carregado com água, ou há pedidos de água fria a partir do sistema interior de distribuição de água fria, durante este período não é descarregada água através de saída (20) da válvula misturadora, mesmo que a passagem (9) esteja aberta. À medida que o reservatório de acumulação (14) recebe água, a pressão no seu interior aumenta, assim como a pressão no sistema interior de distribuição de água fria, assim aumentando também a pressão à qual o caudal de água (12) na Figura 1 sai em direção ao reservatório de acumulação (14) e ao sistema interior de distribuição de água fria, e também aumenta a ação dessa pressão empurrando o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e a haste (6) para a direita. Quando o reservatório de acumulação (14) está completamente carregado com água o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e a haste (6) move-se para a direita e o êmbolo (4) abre a passagem (13), não importa qual a temperatura da água que sai através da passagem (13), sendo a água conduzida para a entrada (13) da válvula misturadora na Figura 3. O reservatório de acumulação (14) tem um dado limite na sua capacidade de acumulação, e não pode se acumulada mais água nele uma vez alcançada essa capacidade máxima. Se a água que entra através da entrada de água quente (11) se torna quente, a sobe a temperatura do bolbo (2) e este aumenta de tamanho, e a sua haste (3) move-se para a direita, forçando assim o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e 22

25 pela haste (6) a mover-se para a direita, e o êmbolo (4) abre a passagem (13) da água quente que entra através de entrada (11) em direção à entrada (13) da válvula misturadora representada na Figura 3. A água vai então para a câmara de mistura da válvula misturadora na Figura 3 onde é possivelmente misturada com o caudal de água fria que eventualmente entra na válvula através de sua entrada de água fria (12) na Figura 3, e depois descarregada para uso através da saída (20) da válvula misturadora. Este é o funcionamento normal do sistema misturador para satisfazer os pedidos de água quente ou parcialmente quente do utilizador. Desta forma, a água que entra através da entrada de água quente (11) do sistema é direcionada para a saída da válvula misturadora (20) se o reservatório de acumulação (14) está completamente cheio de água ou se a água que entra no sistema através da entrada de água quente (11) está suficientemente quente, como detetado pelo bolbo (2). A água fria ou parcialmente fria acumulada no reservatório de acumulação (14) pode ser usada para alimentar qualquer equipamento ou aparelho ligado ao sistema interior de distribuição de água fria, incluindo a entrada de água fria (12) da válvula misturadora na Figura 3. Quando, no final de uma operação da válvula misturadora, a passagem (9) é fechada, o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e pela haste (6) continua a ser empurrado para a direita devido à ação da haste (3) do bolbo 2 enquanto a água dentro do componente hidráulico específico na Figura 1 23

26 permanece quente, ou pela ação da pressão da rede geral de distribuição de água fria sobre o êmbolo (7), ligado ao êmbolo (4) através da haste (6), mesmo se a temperatura do bolbo (2) diminui e, consequentemente, diminui o seu comprimento. Mesmo quando a água contida dentro do componente hidráulico específico na Figura 1 arrefece, o conjunto formado pelos êmbolos (4) e (7) e pela haste (6) continua a ser empurrado para a direita pela ação da pressão na rede geral de distribuição de água fria sobre o êmbolo (7), ligado ao êmbolo (4) através da haste (6). Para esta situação de não caudal, a pressão na entrada de água quente (11) do sistema misturador é a mesma que a da rede geral de distribuição de água fria. O caudal de água fria (12) que entra na válvula misturadora na Figura 3 é sempre direcionado para a saída (20) da válvula misturadora, e a função de poupança de água do sistema proposto está apenas relacionado com a poupança da água que entra no sistema misturadora através da entrada de água quente (11) quando esta não é quente, mas fria ou parcialmente fria. Assim, o funcionamento do sistema é analisado considerando apenas o que acontece com o caudal de água que entra no sistema através da entrada de água quente (11). Se existir, o caudal de água fria (12) que entra na válvula misturadora na Figura 3 é misturado com o eventual caudal de água quente que entra através da entrada (13) da válvula misturadora na Figura 3, e esses caudais de água misturados são descarregados pela saída (20) da válvula misturadora para satisfazer as necessidades do utilizador. 24

27 O sistema de acumulação na Figura 2 é tal que o sistema interior de distribuição de água fria usa preferencialmente a água acumulada no reservatório de acumulação (14) em vez da água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria através da entrada (19). Se for usada uma válvula redutora de pressão absoluta, se a pressão no reservatório de acumulação (14) e no sistema interior de distribuição de água fria é maior do que a pressão para que a válvula redutora de pressão formado pelos elementos (15), (16), (17) e (18) está calibrada, essa pressão atua sobre o lado direito do êmbolo (17) e o conjunto formado pelos elementos (16), (17) e (18) é forçado a mover-se para a esquerda, contra a ação de mola (15), e êmbolo (17) fecha a eventual passagem da água que entra no sistema a partir da entrada da rede geral de distribuição de água fria (19). Se for usada uma válvula redutora de pressão diferencial, se a pressão no reservatório de acumulação (14) e no sistema interior de distribuição de água fria é maior do que o valor para o qual a válvula redutora de pressão formada pelos elementos (15), (16), (17) e (18) está calibrada, essa pressão e a mola (15) atuam sobre o lado direito do êmbolo (17), contra a ação da pressão da rede geral de distribuição de água fria que atua sobre o lado esquerdo do êmbolo (16), o conjunto formado pelos elementos (16), (17) e (18) é forçado a mover-se para a esquerda, e o êmbolo (17) fecha a eventual passagem da água que entra no sistema a partir da entrada de água fria da rede geral de distribuição de água fria (19). Sob essas condições, não importa se é usada uma válvula redutora de pressão absoluta ou diferencial, e o sistema interior de distribuição de água fria recebe água do reservatório de acumulação (14) ou das 25

28 saídas (12) de componentes hidráulicos como o da Figura 1, e não água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19), dando ao sistema misturador proposto a possibilidade de utilização da água potável acumulada ou não rejeitada. Após cada operação o sistema está pronto para uma nova operação, que começa a partir da etapa inicial, como descrito acima. No que diz respeito à operação, o sistema proposto é operado da mesma maneira como as válvulas misturadoras usuais, a principal diferença sendo que, quando o caudal de água que entra no sistema misturador através da entrada de água quente (11) está a ser dirigido para o reservatório de acumulação (14) ou para o sistema interior de distribuição de água fria não há nenhuma dessa água a ser descarregada através da saída principal (20) da válvula misturadora, evitando assim as perdas de água que de outra forma eram descarregadas diretamente no sistema de esgoto. O sistema proposto não apresenta dificuldades adicionais no que diz respeito à sua instalação, que pode ser dividida em duas etapas principais. Na primeira etapa, conforme ilustrado na Figura 5: (a) Uma ligação direta da entrada do aquecedor de água (21) para a rede geral de distribuição de água fria (19), obtendo-se o sistema interior de distribuição de água quente (11) no saída do aquecedor de água, (b) A utilização de uma válvula redutora de pressão (22), formado pelos componentes (15), (16), (17) e (18), onde a água fria 26

29 proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19) entra, obtendo-se o sistema interior de distribuição de água fria (12). A válvula reguladora de pressão (22) precisa ser calibrada para garantir que a pressão Pc da água no sistema interior de distribuição de água fria está abaixo da pressão Ph do sistema interior de distribuição de água quente. Na segunda etapa, conforme ilustrado na Figura 4 como um todo, a entrada de água quente (11) do sistema misturador está ligada ao sistema interior de distribuição de água quente, e a tomada (12) do componente hidráulico específico na Figura 1 e da água fria de entrada (12) da válvula misturadora na Figura 3 estão ligados ao sistema interior de distribuição de água fria, e a saída (13) do componente hidráulico específico na Figura 1 está ligada à entrada de água quente (13) da válvula misturadora na Figura (3). Lisboa, 23 de Setembro de

30 REIVINDICAÇÕES 1. Sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água compreendendo: - Pelo menos uma válvula misturadora, cada uma com dois comandos configurando as entradas de água quente (9) e de água fria (10); - Um reservatório de acumulação (14) que acumula água que não atingiu a temperatura desejada e que entra no sistema misturador através da entrada de água quente (11); - Uma válvula redutora de pressão e caracterizado por incorporar um ou mais componentes hidráulicos, cada um associado a uma válvula misturadora em que cada conjunto hidráulico inclui um bolbo dilatável (2) montado sobre um disco perfurado (1), o bolbo estando ligado à haste (3) que empurra o êmbolo deslizante perfurado (4) para a direita, que está ligado através de haste (6) ao êmbolo (7) que é empurrado da direita para a esquerda pela mola (5), e incluindo também a válvula de retenção (8), que ao ser aberta a passagem de água quente (9) dirigindo encaminha a água para o reservatório de acumulação (14) e para o sistema interior de distribuição de água fria (12) através de válvula de retenção (8) se ela não estiver à temperatura desejada, ou dirigindo-a para a entrada da válvula misturadora através de passagem (13), se ela estiver na temperatura desejada ou se o reservatório de acumulação (14) está cheio de água. 1

31 2. Sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o componente hidráulico específico, um por cada válvula misturadora, ser colocado a montante da válvula misturadora, podendo o mesmo ficar montado ou até dissimulado atrás dos dispositivos utilizadores de água. 3. Sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir apenas um reservatório de acumulação (14) por cada instalação. 4. Sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os dispositivos de comando da válvula misturadora serem alavancas, volantes, ou outros similares. 5. Sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sistema de acumulação incluir um reservatório de acumulação (14) e uma válvula redutora de pressão, que pode ser uma válvula redutora de pressão absoluta ou uma válvula redutora de pressão diferencial. 6. Método de operação do sistema misturador de água para 2

32 utilização em associação com válvulas misturadoras de água de acordo com o descrito nas reivindicações 1 a 5, caracterizado por o componente hidráulico associado a cada válvula misturadora direccionar de forma automática a água fria ou parcialmente fria que entra na entrada (11) do sistema misturador para o reservatório de acumulação (14) e para o sistema interior de distribuição de água fria (12). 7. Método de operação do sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por durante o seu funcionamento normal a válvula misturadora libertar, através da saída (20), uma mistura de água quente e fria, dependendo da regulação de temperatura estabelecida pelo utilizador, que entra por um lado pela entrada de água quente (11) e, por outro, pela entrada (12) da válvula misturadora, de tal forma que a água fria que entra pela entrada (12) da válvula misturadora vem do reservatório de acumulação (14) e não da rede geral de distribuição de água fria (19). 8. Método de operação do sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com as reivindicações 6 e 7, caracterizado por o componente hidráulico específico receber água através de entrada (11) e libertar água através da sua saída (13), e quando a água quente está ausente da entrada (11) essa água fria ou parcialmente fria é conduzida através do 3

33 sistema interior de distribuição de água fria (12) que está permanentemente ligado ao reservatório de acumulação (14). 9. Método de operação do sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com as reivindicações 6 a 8, caracterizado por a água fria ou parcialmente fria que entra no sistema misturador através de sua entrada de água quente (11) entrar no reservatório de acumulação (14), e a água assim acumulada é utilizada posteriormente para alimentar o sistema interior de distribuição de água fria (12), alimentando todos os aparelhos que utilizam água fria, incluindo as válvulas misturadoras por meio de entrada (12). 10. Método de operação do sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com as reivindicações 6 a 9, caracterizado por usar a água acumulada no reservatório de acumulação (14) para alimentar o sistema interior de distribuição de água fria (12), em vez da água fria proveniente da rede geral de distribuição de água fria (19), seja para alimentar o sistema interior de distribuição de água fria (12), seja para alimentar a entrada de água fria (12) das válvulas misturadoras, o que é realizado pela acção da pressão no sistema interior de distribuição de água fria (12) e no reservatório de acumulação (14) sobre a válvula redutora de pressão composta pelo conjunto formado pelos 4

34 elementos, mola (15), êmbolos (16 e 17) e uma haste que liga os êmbolos (18), que fecham a entrada de água fria (19) proveniente da rede geral de distribuição de água fria se a pressão no sistema interior de distribuição de água fria (12) e no reservatório de acumulação (14) é maior do que a pressão para a qual a válvula reguladora de pressão está regulada. 11. Método de operação do sistema misturador de água para ser usado em associação com válvulas misturadoras de água, de acordo com as reivindicações 6 a 10, caracterizado por serem identificadas as seguintes fases de funcionamento: a) Quando não existe água quente na entrada de água (11) do sistema misturador, a água fria ou parcialmente fria entra no componente hidráulico através da entrada de água quente (11), o bolbo (2) não aumenta o seu comprimento e o caudal de água é direccionado para o reservatório de acumulação (14), terminando este processo quando a água quente chega à entrada (11) do componente hidráulico ou quando o reservatório de acumulação (14) está totalmente cheio com água; b) Quando existe água quente na entrada de água quente (11) do sistema misturador, o bolbo (2) aumenta o seu comprimento, e a haste (3) força o movimento do êmbolo (4) para a direita, permitindo assim a saída do caudal de água (13) para a entrada de água quente (13) da válvula misturadora e depois para a saída principal (20) da válvula misturadora; c) Quando o reservatório de acumulação (14) está totalmente 5