ES2286062T3 - Sistema de control de la irriggacion por gas basado en la determinacion de la humedad del suelo a traves de capsulas porosas. - Google Patents
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Abstract
Sistema de irrigación automático que comprende: (a) sensores (1) de cápsula porosa instalados en el suelo para determinar la humedad crítica de acuerdo con la relación entre la presión dentro de la cápsula y la tensión del agua presente en los poros equilibrada con el agua del suelo; (b) medios (5, 7) para suministrar agua al suelo activados por la variación de la presión de gas dentro de la cápsula porosa; (c) una fuente (6) de distribución de agua; y (d) tubos de conexión entre los puntos de irrigación, caracterizado por el hecho de que el sensor (1) de cápsula se presuriza mediante una fuente (2) de gas presurizado hasta menos que la presión de burbujeo de la cápsula porosa sumergida en agua.
Description
Sistema de control de la irrigación por gas
basado en la determinación de la humedad del suelo a través de
cápsulas porosas.
La presente invención se refiere a un sistema de
irrigación controlada automáticamente a través de cápsulas porosas
que están instaladas en el suelo con el objeto de determinar el
nivel de humedad crítica para la irrigación. La profundidad de las
cápsulas en el suelo dependerá, entre otros factores, del cultivo
que ha de irrigarse y el desarrollo de las raíces. La cápsula
funciona a través de la despresurización provocada por la apertura
de sus poros cuando la humedad del suelo se hace inferior que la que
se considera crítica, de acuerdo con las características de las
cápsulas porosas usadas. Esta despresurización de gas actúa sobre
dispositivos apropiados, tales como válvulas diferenciales y
conmutadores de presión.
La irrigación puede activarse mediante
dispositivos apropiados, tales como conmutadores de presión,
válvulas diferenciales, flotadores de bolas que controlan el nivel,
etc.
Los sistemas de irrigación del suelo disponibles
presentan diversos niveles de complejidad y pueden dividirse en dos
grupos; el criterio para tal decisión es si dependen o no de la
humedad del suelo como el parámetro determinante para el momento de
activar la irrigación. Los sistemas independientes son activados
automáticamente a intervalos temporales previamente fijados
basándose en las condiciones del suelo y el clima, y en el tipo de
planta, ignorando, así, las necesidades reales de las plantas.
Ejemplos de tales sistemas se describen en los documentos US
5882141 y EP 71176.
Así, la determinación cuantitativa del mejor
momento para irrigar sigue siendo un reto. Tal decisión se basa
habitualmente en criterios empíricos y cualitativos, y el uso
comercial de sensores de la humedad del suelo para el control de
irrigación es todavía, en general, muy limitado. Algunos de los
sensores mejor conocidos son los tensiómetros de cápsula porosa,
que funcionan en un régimen de saturación hídrica.
Los sistemas de irrigación que usan cápsulas
porosas o elementos porosos fijados al terreno no siempre lo hacen
como un medio para medir la humedad del terreno. Los sistemas
descritos en los documentos US 3840182 y FR 2196744 pueden citarse
como ejemplos de estos: el elemento poroso tiene la función de
controlar la liberación de agua de modo que la planta pueda tener
un suministro de agua prácticamente continuo, independientemente
del nivel de saturación del suelo. La desventaja de tales sistemas
es el hecho de que si la velocidad de evaporación natural es
superior que la esperada, el suministro de agua podría no ser
suficiente para garantizar las necesidades de las plantas.
Otro modo de solucionar este problema ha sido el
uso de tensiómetros para medir la humedad del suelo. Sin embargo,
los tensiómetros usados para el control de la irrigación son
habitualmente bastante voluminosos, a fin de poder activar los
conmutadores de presión mecánicos o electrónicos sin la necesidad de
un tiempo de respuesta excesivamente largo. Este problema se agrava
por la acumulación de aire dentro de los tubos del tensiómetro.
Debido a su capacidad de compresión, las burbujas de aire hacen que
los volúmenes de intercambio de agua por unidad de variación de
tensión se incrementen exponencialmente a medida que el módulo de
tensión de agua se aproxima asintóticamente a la presión
barométrica. Por lo tanto, los tensiómetros están limitados a un
intervalo de trabajo entre presión cero y barométrica. Esto sucede
incluso en los tensiómetros cuyas cápsulas están cubiertas con
material finamente poroso, en los que tal limitación persiste debido
a las burbujas de aire que se forman en las cavidades más grandes
que conectan la cápsula con el sensor de presión. Además, las
cápsulas finamente porosas tienen baja conductividad hidráulica, un
hecho que hace demasiado largo el tiempo de respuesta. El documento
US 4567563 describe un sistema de irrigación con un tensiómetro que
se ha hecho más automatizado y complejo para prevenir las
limitaciones de tal tipo de higrómetro.
Las limitaciones presentadas por los
tensiómetros también pueden solucionarse mediante el sistema
descrito en el documento US 3874590, que determina la humedad del
suelo a través de un sensor basado en las propiedades de expansión
y retracción de un material absorbente de agua en contacto con el
suelo. El sensor gobierna una válvula de conexión/desconexión que
empieza la irrigación cuando el material absorbido se retrae (suelo
seco) y corta el suministro de agua cuando el material está
completamente expandido (suelo húmedo). Este tipo de sensor
presenta las mismas desventajas que los tensiómetros.
El documento BR PI 9003611 presenta el
hidromarcador (hidrobalizador), un sensor usado en sistemas de
irrigación que determina el punto de humedad del suelo de recarga
basándose en el estado energético del agua del suelo, teniendo en
cuenta el punto crítico de la lámina de agua útil del suelo sin la
necesidad de cálculos e interpretaciones complejos que requieren
personal cualificado. Tal dispositivo se presenta como un medio para
mitigar las desventajas de los tensiómetros conocidos en el
mercado; sin embargo, no soluciona las características negativas de
tensiómetros previos, es decir, el hecho de que funcionan bajo
saturación hídrica.
El sistema que se propone ahora vence las
dificultades presentadas por sistemas de irrigación automáticos
basados en sensores tales como tensiómetros.
Un sistema de irrigación automático de acuerdo
con la cláusula genérica de la reivindicación 1 se conoce de US
4.055.200.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un sistema de irrigación automático que use cápsulas
porosas para determinar la humedad del suelo crítica para la
irrigación.
El objetivo se soluciona mediante un sistema de
irrigación que tiene las características de la reivindicación 1.
Modalidades adicionales se reivindican en las
reivindicaciones dependientes.
Figura 1: Dibujo esquemático de un sistema
montado para la irrigación puntual.
Figura 2: Dibujo esquemático de una válvula
diferencial que puede usarse como un transductor en el sistema
inventado.
Figura 3: Diagrama sintético del funcionamiento
del sistema inventado.
El sistema de la presente invención es práctico
y simple, y está formado, según se observa en la Figura 1, por una
cápsula (1) porosa instalada en el suelo, una fuente (2) de gas
presurizado con un controlador (3) de flujo para ajustar la presión
hasta un nivel inferior que el necesario para burbujear aire a
través de la cápsula porosa sumergida en agua, y un distribuidor
(4) con conformación de T, que conecta la cápsula porosa usada en
la invención a un transductor (5) de presión que activa la
irrigación siempre que la presión de gas caiga debido a la pérdida
de gas a través de la cápsula porosa en suelo insuficientemente
húmedo. El transductor (5) que ha de usarse puede ser una válvula
diferencial, un conmutador de presión o cualquier otro dispositivo
electromecánico para activar e interrumpir el suministro de agua
desde un depósito (6). La presión del gas alimentado a la cápsula
es baja - típicamente menor que 0,02 MPa. El sistema también incluye
tubos que conectan los elementos (1), (2), (3), (4), (5) y (6) así
como todos los puntos de irrigación.
Como la cantidad de gas liberado en el suelo es
muy baja, no existen limitaciones serias para usar gases disponibles
comercialmente, tales como los vendidos comúnmente como combustible
doméstico; además, también pueden usarse otros gases tales como
aire comprimido procedente de depósitos o compresores.
El dispositivo de suministro de agua no es de
principal importancia en el sistema de la presente invención, y
pueden usarse cualesquiera dispositivos eléctricos, electromecánicos
o incluso mecánicos (válvulas, transductores de presión
diferenciales, flotadores de bola y conmutadores de presión
conectados o no a bombas hidráulicas), con tal de que sean
compatibles con el funcionamiento de la cápsula (1) porosa al gas.
Para la irrigación puntual, es preferible usar una válvula (7)
diferencial, según se representa en la Figura 2, en la que el flujo
de agua se bloquea cuando la presión de gas se hace suficientemente
superior que la presión de agua de salida. Cuando está implicada
presurización, es necesario usar dispositivos electromecánicos que
activan bombas de agua, según se menciona anteriormente.
La Figura 3 ilustra la simplicidad del sistema
de irrigación automático de la presente invención. A medida que el
suelo se seca, la tensión de agua asciende y la cápsula libera agua
al suelo. Por lo tanto, cuando la tensión de agua modular alcanza
un nivel superior que la tensión crítica - aproximadamente el mismo
que el módulo de presión de burbujeo de la cápsula porosa - el gas
presurizado se pierde de la cápsula (1) al suelo, haciendo que la
presión caiga y abriendo un pasaje para el agua en la válvula (5)
diferencial, comenzando así la irrigación. El suministro de agua se
mantiene hasta que la humedad del suelo asciende hasta un nivel que
bloquea los poros de la cápsula, lo que hace que la presión de gas
ascienda. Tal ascenso afectará al dispositivo (5) o la válvula (7)
y cerrará el flujo de agua en el dispositivo (5, 7) cuando la
humedad sea superior que el nivel crítico. La irrigación solo se
reanudará cuando la presión de gas caiga de nuevo (debido a una
reducción en la humedad del suelo) y provoque una nueva pérdida de
gas hacia el suelo, comenzando así un nuevo ciclo.
Claims (4)
1. Sistema de irrigación automático que
comprende:
- (a)
- sensores (1) de cápsula porosa instalados en el suelo para determinar la humedad crítica de acuerdo con la relación entre la presión dentro de la cápsula y la tensión del agua presente en los poros equilibrada con el agua del suelo;
- (b)
- medios (5, 7) para suministrar agua al suelo activados por la variación de la presión de gas dentro de la cápsula porosa;
- (c)
- una fuente (6) de distribución de agua; y
- (d)
- tubos de conexión entre los puntos de irrigación,
caracterizado por el hecho
de
que
el sensor (1) de cápsula se presuriza mediante
una fuente (2) de gas presurizado hasta menos que la presión de
burbujeo de la cápsula porosa sumergida en agua.
2. Sistema de irrigación automático de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado por incluir un
controlador (3) de flujo situado entre la cápsula (1) porosa y la
fuente (2) de gas presurizado.
3. Sistema de irrigación automático de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado por medios (5, 7) para
suministrar agua al suelo que funcionan en respuesta a la presión
de gas dentro de la cápsula porosa a través de un transductor de
presión.
4. Sistema de irrigación automático de acuerdo
con la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que
el transductor de presión es una válvula diferencial.
Applications Claiming Priority (2)
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