ES2285954B2 - Modulo portatil para simulacion de heladas y para refrigeracion en campo. - Google Patents
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Abstract
La presente invención consiste en un dispositivo que tiene como función enfriar la atmósfera que rodea a uno o varios individuos pertenecientes al reino vegetal que, debido a su inmovilidad o gran tamaño, no pueden ser introducidos en cámaras frigoríficas convencionales. El módulo, que puede adoptar cualquier forma geométrica de caras planas, consta de: paneles prefabricados aislantes de grosor variable que se ensamblan entre sí; un foco frío que se consigue a partir de la expansión de un gas previamente comprimido; un controlador programable; una sonda de temperatura que por medio del controlador actúa sobre una electroválvula criogénica que regula la expansión del gas. El módulo permite simular en condiciones de campo temperaturas inferiores a la ambiental, incluidas las heladas cualquiera que sea su cinética. Es modular y portable y se instala con comodidad y rapidez.
Description
Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo.
El sector técnico que se beneficiará de la
invención es la agronomía. Dentro de este sector se pueden
contemplar dos ámbitos:
- \bullet
- La simulación experimental de fenómenos meteorológicos adversos, asociados a bajas temperaturas, que no pueden ser reproducidos en condiciones de laboratorio porque se producen sobre especies vegetales de gran porte y, por tanto, falta de movilidad.
- \bullet
- La refrigeración en condiciones de campo de productos hortofrutícolas.
La técnica natural por excelencia para las
valoraciones macroscópicas de las heladas son los danos causados
por la propia helada natural que se produce en un lugar y fecha
determinados. Debido a esta aleatoriedad se hace imprescindible
contar con sistemas que permitan reproducir estas heladas a
voluntad, especialmente durante el corto periodo de tiempo en el
que los vegetales son sensibles al efecto de las bajas
temperaturas. Actualmente, para la predicción de estos fenómenos
atmosféricos, se trabaja con registros de datos climatológicos y
meteorológicos.
Las heladas se caracterizan por su naturaleza
(advección, radiación y evaporación) y aleatoriedad (temporal y
espacial). Para estudiar los daños que ocasionan las heladas es
necesario reproducir en condiciones controladas las causas que las
originan. A partir de un cierto tamaño los vegetales no pueden ser
confinados en un laboratorio; de ahí la necesidad de aislarlos en
su entorno natural y aplicarles una masa de aire frío que simule
los mismos efectos que ocasionaría una helada.
La calorimetría diferencial permite inducir
daños, a nivel celular o subcelular, debido a las bajas
temperaturas; para ello se utilizan muestras de tejidos vegetales de
pequeño tamaño. Para evaluar daños producidos por las bajas
temperaturas a nivel de órganos vegetales (hojas, flores y frutos)
se pueden utilizar cámaras de laboratorio en cuyo interior se
introduce el material vegetal en pequeños recipientes (macetas).
Cuando el material vegetal alcanza mayor tamaño, la simulación de
daños se suele llevar a cabo utilizando órganos aislados
conservados en disoluciones nutritivas a base de azúcares y sales
minerales que tratan de emular la composición de la savia vegetal,
lo cual dista bastante de la realidad, ya que en muchos casos estos
órganos son incapaces de completar su ciclo vital de forma normal.
El módulo portátil de simulación de heladas nace para dar solución
a este problema y permite simular heladas a especies de cualquier
porte, sin perturbar el ciclo normal de desarrollo propio de cada
especie.
Una vez simulada una helada existen numerosos
métodos que pueden ser utilizados para valorar los daños
ocasionados por las bajas temperaturas: Análisis Térmico Diferencial
(DTA, Differential Thermal Analysis), Resonancia Magnética Nuclear
(NMR, Nuclear Magnetic Resonance), Resonancia Magnética de Imagen
(MRI, Magnetic Resonance Imaging), Termografía de Rayos Infrarrojos
(IRVT, Infrared Video Termography), Microscopía Electrónica (MES,
Scanning Electron Microscopy), Microscopía Electrónica de Barrido a
Baja Temperatura (LTSEM, Low-Temperature Scanning
Electron Microscopy) y Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC,
Calorimeter Scanning Diferencial).
Las bajas temperaturas, incluidas las heladas,
son fenómenos naturales que, en determinadas ocasiones, pueden
ocasionar daños irreversibles en los vegetales y pérdidas
importantes en las cosechas. Por tratarse de fenómenos naturales se
producen de forma aleatoria y son difíciles de reproducir fuera del
laboratorio. El equipo portátil que se presenta permite reproducir
heladas naturales en cualquier lugar y época del año, cualquiera
que sea la forma y el tamaño de la especie vegetal. Para ello es
necesario confinar espacios naturales mediante paneles prefabricados
aislantes (paneles de fachada), unidos, apilados o colocados unos
al lado de otros de tal modo que den lugar a formas geométricas,
susceptibles de alojar cualquier tipo de especie vegetal (herbácea,
arbustiva o arbórea), aislada o formando grupos.
Las especies cultivadas se encuentran
distribuidas en el terreno de acuerdo con determinados marcos de
siembra o de plantación. De ahí la necesidad de utilizar elementos
modulares ensamblables entre sí que den lugar a formas geométricas
capaces de confinar los elementos vegetales objeto de ensayo. Para
ello, se utilizan paneles prefabricados aislantes y elementos de
fijación rápida que permiten montar y desmontar fácilmente
cualquier estructura.
El módulo propuesto en la presente invención
está caracterizado por: paneles prefabricados aislantes verticales
y horizontales que se ensamblan entre sí para componer un recinto
cerrado que confina totalmente la especie vegetal a tratar;
recipiente de gas comprimido que suministra el frío al interior del
módulo mediante su expansión; electroválvula criogénica que abre y
cierra la salida del gas del recipiente de gas comprimido; conducto
flexible calorifugado para la conducción del gas desde el
recipiente de gas comprimido hasta el interior del módulo, que
termina en unos difusores alojados en el interior del módulo;
controlador programable de procesos que gobierna la apertura de la
electroválvula criogénica; sonda de temperatura que se comunica con
el controlador programable de procesos; aislante plástico que impide
la salida del aire frío desde el interior del módulo; generador de
energía eléctrica necesario para el funcionamiento del sistema.
Tras haber confinado los elementos vegetales que
se desea enfriar es preciso conseguir un perfil térmico similar al
que tendría lugar en el caso de producirse una helada natural,
cualesquiera que sean las condiciones circundantes. Para ello se
pueden utilizar gases inertes cuya composición sea similar a la del
aire, comprimidos y con capacidad refrigerante; por ejemplo,
nitrógeno líquido. La forma troncocónica de los difusores y su
posición en los paneles verticales, a una altura no inferior a 1,8 m
del suelo, genera una masa de aire frío en el interior del módulo
que evoluciona según un perfil térmico similar al que se produce
cuando sobreviene una helada.
El estudio de heladas naturales permite conocer
el perfil térmico que es necesario simular; dicho perfil se
caracteriza por tres fases:
- a)
- Descenso de temperatura (congelación).
- b)
- Temperatura mínima alcanzada.
- c)
- Ascenso de temperatura (deshielo).
La duración de cualquiera de las fases
anteriormente citadas puede ser variable en intensidad y tiempo.
Para simular cualquier tipo de heladas, el módulo portátil para
simulación de heladas y para refrigeración en campo dispone de un
controlador programable de procesos que gobierna todo el sistema de
simulación de heladas y es capaz de actuar sobre la electroválvula
criogénica de salida de gas, para permitir la entrada del gas al
interior del módulo mediante un conducto flexible calorifugado. La
toma de decisión de la apertura de la electroválvula criogénica la
realiza el controlador programable de procesos gracias a los datos
de temperatura de consigna recogidos en el interior del módulo por
una sonda de temperatura.
El módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo se aísla del suelo mediante una manta
plástica de dimensiones delimitadas por la caja formada por los
paneles prefabricados aislantes y que sobresale de la misma para
evitar las posibles pérdidas de frío por el suelo o intersticios
como consecuencia de irregularidades en el asentamiento de los
paneles.
El módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo también puede utilizarse para la
conservación de flores y algunos productos hortofrutícolas
perecederos (fresa, frambuesa, grosella y arándano, entre otros),
recién recolectados, ya que en determinadas ocasiones se requiere
de bajas temperaturas en el lugar donde se produce la recolección,
para preservar la calidad del producto y alargar su vida útil. La
capacidad refrigerante se consigue, de forma análoga a cuando se
simula la helada, al expansionar un gas en un espacio cerrado,
creado a partir de la unión o apilado de paneles aislantes
prefabricados (paneles de fachada). Para estas aplicaciones los
valores de temperaturas no deben descender de 0ºC, como es
necesario en el caso de las heladas. Normalmente se programan
temperaturas con valores comprendidos entre 4ºC y 7ºC; el tiempo de
permanencia de esa temperatura se puede ajustar a las necesidades
del usuario.
La figura 1 muestra una representación
esquemática en alzado del módulo portátil para simulación de
heladas y para refrigeración en campo. En ella el (1) indica el
recipiente del gas comprimido que proporciona el frío al interior
del módulo mediante su expansión. El (2) muestra la electroválvula
criogénica que permite el paso del gas al interior del módulo. El
(3) es un conducto flexible calorifugado para la conducción del
gas; este conducto tiene una bifurcación que termina en unos
difusores (4) en el interior del módulo que permiten la entrada del
gas. El (5) representa el controlador programable de procesos que
gobierna la apertura de la electroválvula criogénica (2). El (6)
muestra la sonda de temperatura que se comunica con el controlador
programable de procesos (5). El (7) representa los paneles
prefabricados aislantes de fachada que limitan el recinto interior
del módulo. El (8) es un aislante plástico que impide la salida del
aire frío desde el interior del módulo. El (9) muestra el generador
de energía eléctrica necesario para el funcionamiento del
sistema.
La realización específica que aquí se considera
es una de entre las muchas que la presente invención puede
adoptar.
Se diseña un módulo de las dimensiones
necesarias para que en su interior pueda albergar un árbol de unos
3 m de diámetro de copa y de 2 m de altura, pensando en un árbol
aislado formado en vaso. El material utilizado para la construcción
del módulo debe tener las propiedades de un buen aislante y ser un
material ligero, robusto y resistente. Para la elaboración del
módulo se utilizan paneles prefabricados aislantes de fachada,
compuestos por dos caras exteriores de acero galvanizado de 0,5 mm
de grosor, conformadas en frío y unidas entre sí por un núcleo
central aislante de espuma rígida de poliuretano expandido,
formando un conjunto robusto y totalmente solidario. El diseño de
la junta de unión de estos paneles posibilita la ocultación de sus
fijaciones, garantizando la total estanqueidad de la unión. El
espesor nominal del panel es de 35 mm, con una trasmisión térmica
de 0,5 kcal\cdotm^{-2}\cdoth^{-1}\cdotºC^{-1}. La
anchura de los paneles prefabricados aislantes es de 1.150 mm y su
longitud de 12 m. El peso es de 9,47 kg\cdotm^{-2} y la
densidad del poliuretano de 45 kg\cdotm^{-3}.
Los paneles se cortan a una longitud de 3.000 mm
con el objetivo de componer un cubo de dimensiones 3.000 x 3.000 x
2.300 mm (largo x ancho x alto), para lo cual se emplean ocho
paneles de 3.000 mm de longitud para los laterales y tres paneles
más de 3.000 mm para el techo; en total son necesarios 11 paneles
de fachada de 1.150 mm de ancho, 3.000 mm de largo y 35 mm de
espesor.
El gas comprimido debe ser capaz de enfriar el
módulo. El gas seleccionado para enfriar es nitrógeno. Se trata de
un gas incoloro, inodoro, insípido y no inflamable a temperatura y
presión atmosféricas. El nitrógeno se suministra en forma de bombona
denominada PGS (Pressure Gauge System). Se trata de una botella con
unas dimensiones de 1.581 mm de altura y 508 mm de diámetro, con
una capacidad de 169 1, peso en vacío de 115 kg y peso en carga de
251 kg. El PGS se utiliza para aplicaciones de consumos medios y
uniformes, y cuando no es necesaria una presión elevada (en torno a
7 bar), características todas ellas adecuadas para el módulo objeto
de la presente invención.
Para programar las rampas de temperaturas que
simulan las heladas se utiliza un controlador programable de
temperatura digital del tipo
E5AK-TAA2-500 de Omron. Uno de los
requisitos fundamentales que debe tener este controlador es la
posibilidad de ser programado de forma manual, para programar hasta
8 curvas de control con 16 pasos en cada curva. El controlador
programable es compatible con válvulas motorizadas (relé
abrir/cerrar) con una tensión de alimentación de 220 V. Es necesario
un sensor de temperatura que controla la programación del
controlador, y para este fin se utiliza una sonda de temperatura
Pt100 funcionando como el elemento que envía la señal al
controlador.
La salida del gas del PGS para enfriar el
ambiente se hace por medio del controlador programable y supeditado
a la señal que recibe del sensor de temperatura. Es necesario un
elemento que permita la salida automática del gas del PGS. Para este
fin, se utiliza una electroválvula criogénica capaz de realizar la
regulación de la salida del gas. La electroválvula criogénica está
normalmente cerrada y sólo abre cuando el controlador programable
emite la señal.
La entrada del gas al módulo se produce a través
de un conducto flexible calorifugado, que es un tubo de acero
galvanizado aislado, que desemboca en una bifurcación rígida
aislada en forma de cuernos de toro en cuyos extremos se encajan dos
difusores troncocónicos aislados de un diámetro de 50 mm que se
alojan en uno de los paneles verticales del módulo, atravesándolo y
saliendo por su cara interior a una altura no inferior a 1,8 m del
suelo.
La energía eléctrica se obtiene mediante un
generador del tipo Honda modelo ECT-6500 de
dimensiones 550 mm de ancho, 800 mm de largo y 540 mm de alto. El
depósito de combustible del generador debe aportar una autonomía no
inferior a 12 horas de trabajo.
El aislante utilizado para evitar las pérdidas
de frío por el suelo o por las pequeñas ranuras de unión de los
paneles al suelo es de un material plástico.
El montaje del módulo se realiza siguiendo los
pasos que se describen a continuación:
- a.
- Localización del ejemplar al que se quiere someter la helada.
- b.
- Aislamiento del suelo cercano al ejemplar seleccionado mediante una manta plástica que tiene una superficie mayor que la que delimita el módulo.
- c.
- Colocación de los primeros cuatro paneles de fachada que delimitan el perímetro del módulo, de forma que el árbol queda centrado en él. Las conexiones entre los paneles se realizan por conexiones rápidas del tipo de las utilizadas en las compuertas laterales y traseras de los remolques agrícolas.
- d.
- Colocación de los siguientes paneles verticales situándolos encima de los ya colocados. En uno de ellos se acopla el controlador programable.
- e.
- Colocación de los tres paneles del techo. El panel central del techo debe ser aquél que tiene una abertura que permite introducir la sonda de temperatura que viene del controlador programable y que regula la apertura de la electroválvula criogénica.
- f.
- Solapamiento por el exterior de los cuatro paneles inferiores con la manta plástica, y sellado mediante tierra o cualquier otro material similar disponible en el entorno.
- g.
- Ubicación del recipiente de gas comprimido en el mismo lateral en el que se encuentra el panel donde está acoplado el controlador programable. Conexión del conducto flexible calorifugado a la salida del gas de la botella. Conexión de la bifurcación y de los difusores troncocónicos en los orificios destinados para tal fin en el panel del lateral en el que se encuentra el controlador programable y por encima de éste a una altura del suelo no inferior a 1,8 m.
- h.
- Arranque del generador y conexión de la toma de corriente del controlador. El controlador programable tiene una conexión directa con la electroválvula criogénica situada en la salida del gas que se debe comprobar que está correctamente conectada. La sonda de temperatura se introduce por la abertura del panel central del techo del módulo hasta una altura aproximada de 1,2 m del suelo.
- i.
- Programación en el controlador programable de la helada deseada. Es importante, a la hora de simular la helada, que, para que se ajuste lo más posible a una helada natural, la temperatura más baja en el interior del módulo se alcance justo antes de la salida del sol.
- j.
- Una vez simulada la helada se realizarán los pasos en orden inverso para el desmontaje del módulo. Se realiza a primera hora de la mañana, de forma que el árbol quede libre del módulo a la salida del sol.
Para la aplicación de la refrigeración de
productos hortofruticolas del módulo portátil para simulación de
heladas y para refrigeración en campo, no es necesario realizar
ninguna actividad diferente a ya las indicadas, puesto que las
dimensiones y el montaje son los mismos, con la salvedad de que en
la programación del controlador programable la temperatura no debe
descender de los 0ºC.
La aplicación del módulo para la simulación de
heladas tiene un fin marcadamente experimental para realizar
simulaciones de heladas o bajas temperaturas en cualquier punto que
se desee para el estudio del comportamiento a las bajas temperaturas
y heladas de cualquier material vegetal que se considere, o bien
cualquier otro elemento que sea susceptible de quedar encerrado
dentro del módulo. La aplicación industrial que se podría obtener
de dicho módulo es la ubicación en cualquier punto de una cámara
refrigerante sin necesidad de realizar instalaciones fijas, como las
conservaciones en campo de productos perecederos como algunas
frutas u hortalizas.
Claims (7)
1. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo comprendiendo paneles prefabricados
aislantes verticales y horizontales que se ensamblan entre sí para
componer un recinto cerrado que confina totalmente la especie
vegetal a tratar; recipiente de gas comprimido que suministra el
frío al interior del módulo mediante su expansión; electroválvula
criogénica que abre y cierra la salida del gas del recipiente de
gas comprimido; conducto flexible calorifugado para la conducción
del gas desde el recipiente de gas comprimido hasta el interior del
módulo, que termina en unos difusores alojados en el interior del
módulo; controlador programable de procesos que gobierna la apertura
de la electroválvula criogénica; sonda de temperatura que se
comunica con el controlador programable de procesos; aislante
plástico que impide la salida del aire frío desde el interior del
módulo; generador de energía eléctrica necesario para el
funcionamiento del sistema, caracterizado porque el
recipiente de gas comprimido es una bombona que permite suministrar
el gas a una presión uniforme y porque el conducto flexible
calorifugado es un tubo de acero galvanizado aislado que desemboca
en una bifurcación rígida aislada en forma de cuernos de toro en
cuyos extremos se encajan dos difusores troncocónicos aislados que
se alojan en uno de los paneles verticales del módulo,
atravesándolo y saliendo por su cara interior a una altura no
inferior a 1,8 metros del suelo.
2. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo según reivindicación 1
caracterizado porque la presión uniforme proporcionada por
la bombona está en torno a los a 7 bares.
3. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo según reivindicaciones 1 a 2
caracterizado porque el controlador programable de procesos
se puede programar de forma manual para programar hasta 8 curvas de
control con 16 pasos en cada curva. El controlador programable de
procesos se acopla en un panel vertical perteneciente al mismo
lateral donde está ubicado el recipiente de gas comprimido, y por
debajo de los dos orificios en los que se alojan los difusores
troncocónicos.
4. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo según reivindicaciones 1 a 3
caracterizado porque la sonda de temperatura recoge datos de
temperatura de consigna del interior del módulo, gracias a los
cuales el controlador programable de procesos toma la decisión de
abrir la electroválvula criogénica. La sonda de temperatura se
introduce en el módulo a través de una abertura practicada en el
panel central del techo hasta una altura aproximada de 1,2 m del
suelo.
5. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo según reivindicaciones 1 a 4
caracterizado porque el aislante plástico es una manta que
se coloca en el suelo alrededor del árbol y que tiene una superficie
mayor que la del módulo, que sobresale de éste para evitar posibles
pérdidas de frío.
6. Módulo portátil para simulación de heladas y
para refrigeración en campo según reivindicaciones 1 a 5
caracterizado porque el generador de energía eléctrica
necesario para el funcionamiento del sistema dispone de un depósito
de combustible con una autonomía no inferior a 12 horas de
trabajo.
7. Procedimiento para la simulación de heladas y
para refrigeración en campo implementado en un módulo según las
reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque comprende, al
menos, una etapa de programación del controlador programable de
procesos configurada para:
(a) simular la helada garantizando que la
temperatura más baja en el interior del módulo, inferior a 0ºC, sea
alcanzada antes de la salida del sol; y/o
(b) generar un perfil térmico para refrigeración
en campo de flores y productos hortofrutícolas recién recolectados
comprendido entre los 4ºC y los 7ºC.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200700380A ES2285954B2 (es) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Modulo portatil para simulacion de heladas y para refrigeracion en campo. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200700380A ES2285954B2 (es) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Modulo portatil para simulacion de heladas y para refrigeracion en campo. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2285954A1 ES2285954A1 (es) | 2007-11-16 |
| ES2285954B2 true ES2285954B2 (es) | 2009-03-16 |
Family
ID=38654337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200700380A Active ES2285954B2 (es) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | Modulo portatil para simulacion de heladas y para refrigeracion en campo. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2285954B2 (es) |
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|---|---|
| ES2285954A1 (es) | 2007-11-16 |
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Legal Events
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20071116 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2285954B2 Country of ref document: ES |