ES2993263T3 - Multiplexed pneumatic control air system for slurry filtration - Google Patents

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ES2993263T3
ES2993263T3 ES21719259T ES21719259T ES2993263T3 ES 2993263 T3 ES2993263 T3 ES 2993263T3 ES 21719259 T ES21719259 T ES 21719259T ES 21719259 T ES21719259 T ES 21719259T ES 2993263 T3 ES2993263 T3 ES 2993263T3
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English (en)
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Todd Swanson
Nicholas Minarich
Dale Koch
Nicholas Winkler
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Original Assignee
Precision Planting LLC
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Abstract

Un sistema de muestreo automatizado controlado por computadora y métodos relacionados para recolectar, procesar y analizar muestras agrícolas para diversas propiedades químicas, tales como nutrientes disponibles para las plantas. El sistema de muestreo permite procesar y analizar múltiples muestras para diferentes analitos o propiedades químicas de manera simultánea, concurrente o semiconcurrente. Ventajosamente, el sistema puede procesar muestras de suelo en la condición "tal como se recolectaron" sin secarlas ni molerlas. El sistema generalmente incluye un subsistema de preparación de muestras que recibe muestras de suelo recolectadas por un subsistema de recolección de sonda y produce una suspensión (es decir, una mezcla de tierra, vegetación y/o estiércol y agua), y un subsistema de análisis químico que procesa las muestras de suspensión preparadas para cuantificar múltiples analitos y/o propiedades químicas de la muestra. Los subsistemas de preparación de muestras y análisis químico se pueden utilizar para analizar muestras de suelo, vegetación y/o estiércol. Se describe un sistema de recolección de suelo que captura y dirige muestras al sistema de muestreo para su procesamiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de aire de control neumático multiplexado para filtración de lodos
Antecedentes
La presente descripción se refiere, en general, a un muestreo y un análisis agrícola y, de forma más particular, a un sistema totalmente automatizado para realizar muestreos de suelo y otros tipos análisis de propiedades químicas relacionados con la agricultura.
El muestreo de suelo periódico es un aspecto importante de la técnica agrícola. Los resultados de las pruebas proporcionan una información valiosa de la constitución química del suelo tal como los nutrientes disponibles para plantas y otras propiedades importantes (por ejemplo, niveles de nitrógeno, magnesio, fósforo, potasio, pH, etc.) de manera que se puedan añadir varias modificaciones al suelo para maximizar la calidad y la cantidad de producción de cultivos.
En algunos procedimientos de muestreo de suelo existentes, las muestras recogidas se secan, trituran, se añade agua y después se filtran para obtener un lodo de suelo para su análisis. Se añade un extractante al lodo para extraer los nutrientes disponibles de la planta. El lodo es después filtrado para producir una solución limpia o sobrenadante que se mezcla con un reactivo químico para un análisis posterior.
Se desean mejoras en la comprobación de suelo, la vegetación y el estiércol. El documento WO 2020/012369 A2 describe un sistema de muestreo agrícola y métodos relacionados, en el cual un sistema de muestreo permite que se procesen y analicen muestras múltiples para diferentes analitos o propiedades químicas de una manera simultánea, concurrente o semiconcurrente. El sistema, en general, incluye un subsistema de preparación de muestra que recibe muestras de suelo recogidas por un subsistema de recogida de recogida de sondas y produce un lodo y un subsistema de análisis químico que procesa las muestras de lodo preparadas para cuantificar múltiples analitos y/o propiedades químicas de la muestra. Los subsistemas de preparación de muestra y de análisis químico se pueden utilizar para analizar muestras de suelo, vegetación y/o estiércol.
Breve resumen
De acuerdo con la invención se proporciona un sistema de aire de control neumático multiplexado para la filtración de lodo, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La presente descripción se comprenderá de forma más completa a partir de la descripción detallada, en donde en la misma la palabra “modo de realización” no posee su significado normal y no es necesariamente parte de la invención reivindicada tal como se define en las reivindicaciones adjuntas, y debe interpretarse como un mero ejemplo;
y los dibujos adjuntos, en los que elementos similares son etiquetados de forma similar y en los cuales:
La figura 1A es un diagrama esquemático básico de un primer modo de realización de un sistema de análisis de una muestra agrícola;
La figura 1B es un diagrama esquemático básico de un segundo modo de realización de un sistema de análisis de una muestra agrícola que incluye una recirculación de lodo en circuito de flujo cerrado;
La figura 2 es una vista en perspectiva de un primer modo de realización de un medidor de densidad de lodo que se puede utilizar en los sistemas de las figuras 1A o 1B;
La figura 3 es una primera vista lateral del mismo;
La figura 4 es una segunda vista lateral del mismo;
La figura 5 es una primera vista extrema del mismo;
La figura 6 es una segunda vista extrema del mismo;
La figura 7 es una vista superior del mismo;
La figura 8 es una vista inferior del mismo;
La figura 9 es una primera vista en sección trasversal longitudinal del mismo;
La figura 10 es una segunda vista en sección trasversal longitudinal del mismo;
La figura 11 es una vista en sección trasversal en perspectiva longitudinal del mismo;
La figura 12 es una primera vista en perspectiva de un segundo modo de realización de un medidor de densidad de lodo que se puede utilizar en los sistemas de las figuras 1A o 1B;
La figura 13 es una segunda vista en perspectiva del mismo;
La figura 14 es una tercera vista en perspectiva del mismo con un panel de circunferencia del sistema de control desmontado;
La figura 15 es una vista en sección trasversal longitudinal del mismo;
La figura 16A muestra una porción de un tubo oscilador del medidor de densidad que ilustra la acumulación de partículas de hierro en el lodo en el interior del tubo provocada por el campo magnético de un imán permanente fijado al tubo;
La figura 16B muestra un primer modo de realización de un miembro de aislamiento magnético fijado al tubo oscilador;
La figura 16C muestra un segundo modo de realización de un miembro de aislamiento magnético fijado al tubo oscilador;
La figura 16D muestra un tercer modo de realización de un miembro de aislamiento magnético fijado al tubo oscilador;
La figura 16E muestra un cuarto modo de realización de un miembro de aislamiento magnético fijado al tubo oscilador;
La figura 16F muestra movimientos de vibración direccionales posibles para el tubo oscilador;
La figura 16G muestra un tubo oscilador montado en una orientación de forma vertical;
La figura 17 es una primera vista en perspectiva de un primer modo de realización de una unidad de filtro fino;
La figura 18 es una segunda vista en perspectiva de la misma;
La figura 19 es una vista inferior de la misma;
La figura 20 es una vista superior de la misma;
La figura 21 es una vista en sección trasversal lateral de la misma;
La figura 22 es una primera vista en perspectiva de un segundo modo de realización de una unidad de filtro fino; La figura 23 es una segunda vista en perspectiva de la misma;
La figura 24 es una vista extrema de la misma;
La figura 25 es una vista superior de la misma;
La figura 26 es una vista en sección trasversal lateral de la misma;
La figura 27 es un diagrama esquemático de un sistema sin bomba para mezclar un lodo de suelo utilizando aire a presión;
La figura 28 es un primer gráfico que muestra la cantidad de dilución de diluyente (por ejemplo agua) añadida al lodo frente a la densidad de lodo;
La figura 29 es un segundo gráfico del mismo; y
La figura 30 es un tercer gráfico del mismo.
La figura 31 es una vista superior de un modo de realización alternativo de una microbomba del disco de procesamiento microfluídico que comprende una pluralidad de puertos de entrada y de salida formados en la cámara inferior;
La figura 32 es una vista en perspectiva de una cuña de procesamiento de análisis del disco de procesamiento microfluídico que comprende un modo de realización alternativo de una microbomba que incluye lengüetas de restricción de diafragma;
La figura 33 es una vista en perspectiva de la capa activa de la cuña de procesamiento de análisis que comprende la parte inferior de la microbomba;
La figura 34 es una vista superior de la misma;
La figura 35 es una vista ampliada tomada de la microbomba tomada desde la figura 34;
La figura 36 es una vista en sección trasversal de la misma tomada desde la figura 35;
La figura 37 es una vista en perspectiva superior de la cámara inferior de la microbomba de la figura 35;
La figura 38 es una vista en perspectiva superior de una válvula de aire con control electroneumático con presión amplificada;
La figura 39 es una vista superior de la misma;
La figura 40 es una vista en sección trasversal de la misma
La figura 41 es una vista superior de la cuña de procesamiento de análisis que muestra una matriz de microbombas interconectadas de forma fluida;
La figura 42 es un diagrama esquemático de un sistema de aire de control multiplexado que utiliza múltiples válvulas de aire con control electroneumático amplificado por presión de la figura 38 para controlar el funcionamiento de una unidad de filtro ultrafino;
La figura 43 es una vista en sección trasversal de la unidad de filtro ultrafino;
La figura 44 es una vista en perspectiva de un modo de realización de un sistema de recogida de muestras de suelo móvil de acuerdo con la presente descripción;
La figura 45 es una vista en perspectiva superior trasera de un conjunto de recogida del mismo;
La figura 46 es una vista en perspectiva delantera del mismo;
La figura 47 es una vista en detalle ampliado de la figura 46;
La figura 48 es una vista en sección trasversal horizontal del conjunto de cuchilla del conjunto de recogida de la figura 45;
La figura 49 es una vista en perspectiva inferior trasera del conjunto de recogida;
La figura 50 es una vista en perspectiva inferior delantera del mismo;
La figura 51 es una vista delantera del mismo;
La figura 52 es una vista trasera del mismo;
La figura 53 es una vista lateral izquierda del mismo;
La figura 54 es una vista lateral derecha del mismo;
La figura 55 es una vista superior del mismo;
La figura 56 es una vista inferior del mismo;
La figura 57 es una vista en despiece trasera del aparato de recogida del conjunto de recogida;
La figura 58 es una vista en despiece delantera del mismo;
La figura 59 es una vista en perspectiva en despiece superior de una porción de un mecanismo de accionamiento de carrete de recogida del aparato de recogida;
La figura 60 es una vista en perspectiva en despiece inferior de la misma;
La figura 61 es una vista en perspectiva montada de un accionamiento de engranaje del mecanismo de accionamiento de carrete;
La figura 62 es una vista en perspectiva del engranaje accionado del mismo acoplado al carrete de recogida;
La figura 63 es una vista en perspectiva inferior del conjunto de engranaje accionado;
La figura 64 es una vista en perspectiva superior del mismo;
La figura 65 es una vista en sección trasversal lateral de accionamiento de engranaje;
La figura 66 es una vista en perspectiva del accionamiento de engranaje que muestra el accionamiento y los engranajes accionados;
La figura 67 es una primera vista del aparato de recogida en una posición de recogida de muestras de suelo inferior activa que se acopla con el suelo con el aparato de recogida en una primera posición girada angular;
La figura 68 es una vista lateral del mismo con el aparato de recogida en una segunda posición girada angular; La figura 69 es una vista lateral del aparato de recogida en una posición almacenada superior;
La figura 70 es una vista en perspectiva delantera de un chasis de carro del conjunto de recogida que soporta un carro rodante en el cual se monta el aparato de recogida;
La figura 71 es una vista en perspectiva trasera del mismo;
La figura 72 es una vista delantera del mismo;
La figura 73 es una vista trasera del mismo;
La figura 74 es una vista lateral derecha del mismo;
La figura 75 es una vista superior del mismo;
La figura 76 es una vista inferior del mismo;
La figura 77 es una vista en despiece trasera del mismo;
La figura 78 es una vista en despiece delantera del mismo;
La figura 79 es una vista en perspectiva trasera del carro con ruedas o rodillos y raíles de guía con el bastidor de carro externo retirado por claridad;
La figura 80 es una vista en perspectiva delantera del mismo;
La figura 81 es una vista en perspectiva del carrete de recogida del aparato de recogida;
La figura 82 es una vista en perspectiva ampliada del mismo;
La figura 83 es una vista en perspectiva trasera de un modo de realización de dos carretes alternativo de un aparato de recogida que muestra el accionamiento de engranajes del mecanismo de accionamiento de carrete;
La figura 84 es una vista en perspectiva trasera del mismo con los motores de accionamiento de engranaje montados;
La figura 85 es una vista en perspectiva superior de una porción de la caja de cambios y uno de los engranajes accionados y el carrete de recogida;
La figura 86 es una vista en perspectiva en despiece de la misma;
La figura 87 es una vista lateral izquierda del conjunto de cuchilla del aparato de recogida que muestra el mecanismo de accionamiento de carrete con un bastidor de soporte de actuador de posicionamiento de carrete retirado;
La figura 88 es una vista lateral izquierda del mismo con el bastidor de soporte;
La figura 89 es una primera vista en perspectiva lateral izquierda del conjunto de cuchilla;
La figura 90 es una segunda vista en perspectiva lateral izquierda del mismo;
La figura 91 es una vista en sección trasversal horizontal, del conjunto de cuchilla de dos carretes;
La figura 92 es una vista en perspectiva en despiece del conjunto de engranaje accionado;
La figura 93 es una vista montada del mismo;
La figura 94 es un diagrama esquemático que muestra un ciclo de funcionamiento de carrete completo para cualquiera de los modos de realización de carrete único o doble.
Todos los dibujos no están necesariamente a escala. Los componentes numerados y que aparecen en una figura pero que aparecen sin numerar en las otras figuras son los mismos a menos que se observe de forma expresa lo contrario. Una referencia en el presente documento a un número de cifra entera que aparece en varias cifras que llevan el mismo número entero pero con diferentes sufijos alfabéticos se constituirá como una referencia general a todas esas cifras a menos que se indique expresamente lo contrario.
Cualquier referencia a un número de dibujo precedido por “P-“ es una referencia al mismo número de dibujo en el documento WO2020/012369.
Descripción detallada
Las características y beneficios de la presente descripción se ilustran y se describen en el presente documento con referencia a modos de realización de ejemplo (“ejemplo”). La descripción de modos de realización de ejemplo está destinada a ser leída en conexión con los dibujos adjuntos que se han de considerar parte de toda la descripción escrita. Por consiguiente, la descripción de forma expresa no debería estar limitada a dichos modos de realización de ejemplo que ilustran alguna combinación posible no limitativa de características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.
En la descripción de modos de realización descritos en el presente documento, cualquier referencia a una dirección u orientación solo pretende facilitar la descripción y no pretende de ninguna manera limitar el alcance de la presente descripción. Los términos relativos tales como “inferior”, “superior”, “horizontal”, “vertical”, “por encima”, “por debajo”, “arriba”, “abajo”, “superior”, y “inferior” así como derivados de los mismos (por ejemplo, “horizontalmente”, “en dirección descendente”, “en dirección ascendente”, etc.) Deberían considerarse que se refieren a la orientación como se describe o se muestra en los dibujos que están bajo análisis. Estos términos relativos facilitan la descripción únicamente y no requieren que el aparato que se va a constituir o hacer funcionar este en una orientación particular. Términos tales como “fijado”, “adjunto”, “conectado”, “acoplado”, “interconectado” y similares se refieren a una relación en donde las estructuras están aseguradas o fijadas entre sí o bien directamente o indirectamente a través de estructuras intermedias, así como tanto fijaciones o relaciones móviles o rígidas, a menos que se describa de forma expresa lo contrario.
Tal como se utiliza a lo largo de toda esta descripción, cualquier rango descrito en el presente documento se utiliza como una abreviatura para describir todos y cada uno de los valores que están dentro del rango. Cualquier valor dentro del rango se puede seleccionar como los términos del rango.
Un químico puede ser un disolvente, un extractante y/o un reactivo. Un disolvente puede ser cualquier fluido para constituir un lodo tal como se describe en el presente documento. En un modo de realización preferido, el disolvente es agua debido a que está fácilmente disponible, pero se puede utilizar cualquier otro disolvente. El disolvente se puede utilizar tanto como un disolvente como como un extractante. Un gas puede ser cualquier gas. En un modo de realización preferido, el gas es aire debido a que está fácilmente disponible, pero se puede utilizar cualquier gas. Los materiales de prueba se refieren a un sobrenadante, un filtrado o una combinación de un sobrenadante o un filtrado. Cuando se utilizan en esta descripción de forma específica (sobrenadante o filtrado) se pueden utilizar las otras formas de material de prueba.
Un transportador de fluido puede ser una bomba, una diferencia de presión o una combinación de una bomba y de una diferencia de presión.
Modificaciones de sistema de procesamiento de lodo microfluídico
Las figuras 33-37 representan una modificación de una microbomba 5760 de diafragma accionada neumáticamente tal como se muestra en las figuras P-256 a P-258 descritas previamente en el presente documento. Esta microbomba es un dispositivo integral de las cuñas 312 de procesamiento de análisis o del disco 310 de procesamiento microfluídico. La microbomba 5760 puede ser utilizada por la bomba 330 de extractante, la bomba 331 de lodo, la bomba 332 de reactivo, la bomba 333 de transferencia u otras bombas que se puedan necesitar por el sistema de procesamiento y análisis de muestra de lodo agrícola microfluídico. Estas microbombas están incorporadas en la red 325 de microcanales del dispositivo microfluídico, que puede ser una cuña 312 de procesamiento de un disco 310 de procesamiento microfluídico descrito previamente en el presente documento. Las microbombas aplican la fuerza motriz al fluido para accionarlo a través de la red de microcanales y varias características relacionadas con el flujo del disco. Cabe señalar que en algunas otras implementaciones, las microbombas pueden implementarse en un distribuidor microfluídico de cualquier configuración adecuada poligonal o no poligonal en lugar de una cuña de procesamiento. Por consiguiente, los dispositivos microfluídicos que incluyen las microbombas no están limitados de forma expresa a dispositivos con forma de cuña, que pueden ser parte de un disco de procesamiento microfluídico. El término “dispositivo microfluídico” debería por lo tanto considerarse de forma amplia; la cuña de procesamiento que se utiliza únicamente como un ejemplo no limitativo de un dispositivo microfluídico por facilidad de referencia.
De acuerdo con otro aspecto de la descripción, se puede proporcionar una característica de limitación de diafragma para formar las microbombas 5760 accionadas por diafragma, la cual evita el esparcimiento del material 5763 de diafragma flexible cuando las capas 5761, 5762 superior e inferior adyacentes del disco 310 de procesamiento microfluídico dispuesto en múltiples capas que define los límites de retención de presión de la microbomba se comprimen y se unen entre sí. Esto evita que los bordes periféricos del diafragma se desplacen hacia fuera más allá de los confines externos del rebaje formado por la cámara 5765 de bomba inferior en la capa 5762 inferior, lo cual podría evitar que se forme un sellado resistente a fugas apropiado alrededor del diafragma y de la cámara de bomba inferior necesario para proporcionar presión de forma neumática a la microbomba durante el funcionamiento.
Las figuras 33-37 ilustran un modo de realización no limitativo de una característica de limitación de diafragma para una microbomba 7510. La microbomba 7510 en un modo de realización puede incluir por lo tanto una pluralidad de lengüetas 7500 de limitación dispuestas separadas y que sobresalen en dirección interior (descritas adicionalmente más abajo) situadas alrededor del perímetro de la cámara 5764 superior de la microbomba. Un canal 7505 de sellado que se extiende de forma simétrica está rebajado en la capa 5761 superior (por ejemplo, una primera capa) alrededor del perímetro de la cámara 5764 de bomba superior. La capa 5762 inferior descrita anteriormente en el presente documento (véanse, por ejemplo las figuras P-256 AP-258) puede considerarse como la segunda capa que está interconectada con una primera capa o superior. El canal 7505 está separado del rebaje 7506 Central principal de la cámara 5764 de bomba superior mediante un reborde 7502 anular que sobresale elevado dispuesto en un borde interno del canal 7505 de sellado. El reborde 7502 soporta la porción periférica del diafragma 5763 cuando se sitúa sobre la capa 5761 superior hasta que las capas son comprimidas y montadas entre sí. El rebaje 7506 Central principal define la superficie 5764-2 superior plana de la cámara 5764 de bomba superior tal como se describió previamente en el presente documento (véanse también las figuras P-257 a P-258). De forma preferible, pero no necesariamente, las lengüetas 7500 de limitación que están dispuestas sobre la capa de dispositivo microfluídico tienen la cámara plana tal como la capa 5761 superior. Las figuras 33-37 muestran la capa 5761 superior en una parte inferior del dispositivo o disco microfluídico en la posición de montaje para mantener el diafragma centrado entre las lengüetas 7500 hasta que las capas superior e inferior se fijen entre sí. Esto es opuesto a las posiciones de las capas superior e inferior de disco de procesamiento microfluídico mostradas en las figuras P-257 a P-258 que no es necesariamente una posición de montaje.
La presente microbomba 7510 funciona para bombear fluido de la misma manera a la que se describió previamente en el presente documento para la microbomba 5760. También cabe señalar que aunque no se muestra en las figuras 32-37, la cámara 5765 de bomba inferior opuesta a la cámara 5764 de bomba superior configurada que se muestra puede incorporar opcionalmente las ranuras 5769 antibloqueo ya descritas en cualquier lugar en el presente documento y mostradas en las figuras P-256 a P-258.
Las lengüetas 7500 de limitación sobresalen radialmente hacia dentro desde la capa 5761 superior de la microbomba 7510 en el disco de procesamiento microfluídico dentro de la cámara 5764 de bomba superior y el canal 7505 de sellado como se muestra. Las lengüetas 7500 pueden tener cualquier forma poligonal o no poligonal adecuada o una combinación de las mismas. En un modo de realización no limitativo, como se ilustra, las lengüetas 7500 pueden tener cada una, una superficie interna plana entre un par de superficies laterales curvadas de forma precisa conectadas a la capa 5761 superior (como se muestra mejor en la figura 35). Las lengüetas pueden formarse integralmente como una parte estructural unitaria de la capa 5761 superior; las capas del disco 310 de procesamiento microfluídico que están formadas de un material polimérico preferiblemente limpio adheridas entre sí como se describió previamente en el presente documento. El canal 7505 de sellado comprende un rebaje abierto en dirección ascendente para recibir el material de diafragma al menos parcialmente en el mismo cuando el diafragma se comprime entre las capas 5761, 5762 superior e inferior a medida que se montan las múltiples capas de las cuñas 312 de procesamiento de análisis del disco 310 de procesamiento microfluídico. Esto forma una junta resistente a fugas alrededor del diafragma y de la microbomba 7510.
La figura 35 muestra el diafragma 5763 (mostrado en líneas discontinuas) situado en la cámara 5764 de bomba superior de la microbomba 7510 y listo para el montaje entre las capas 5761, 5762 superior e inferior adyacentes del disco de procesamiento microfluídico. Los bordes 5763-3 periféricos del diafragma 5763 se muestran haciendo contacto ligeramente y acoplándose a los bordes o superficies internos de las lengüetas 7500 de limitación que sobresalen en dirección interior para ubicar de forma apropiada el diafragma. Cuando las capa superior e inferior del disco son comprimidas entre sí con el diafragma entre las mismas, el diafragma deformable se aplanará y tratará de crecer radialmente hacia fuera en todas las direcciones, pero su crecimiento está limitado por las lengüetas 7500 de limitación. Esto evita el movimiento hacia fuera del diafragma 5763 más allá del canal 7505 de sellado que puede afectar de forma adversa al sellado para asegurar que se forme una junta resistente a fugas apropiada alrededor de la microbomba 7510.
Un procedimiento o método para el montaje de una microbomba para un dispositivo microfluídico puede resumirse comprendiendo en general: proporcionar una primera capa que incluye una primera cámara de bomba; situar un diafragma elásticamente deformable en la primera capa por encima de la primera cámara; situar una segunda capa sobre la primera capa y el diafragma; comprimir el diafragma entre la primera y segunda capas lo que provoca que el diafragma crezca radialmente hacia fuera; y acoplar los bordes periféricos del diafragma con una pluralidad de lengüetas delimitación dispuestas alrededor de la primera cámara de bomba para limitar el crecimiento hacia fuera del diafragma.
En un modo de realización, la bomba microfluídica para un dispositivo microfluídico puede considerarse que comprende en general una primera capa, una segunda capa adyacente a la primera capa, un diafragma elásticamente flexible dispuesto en una interfaz entre la primera y segunda capas, el diafragma que tiene un borde periférico que se extiende de forma perimétrica alrededor del diafragma, una primera cámara de bomba formada en un primer lado del diafragma y una segunda cámara de bomba formada en un segundo lado del diafragma y una pluralidad de lengüetas delimitación que sobresalen radialmente hacia dentro desde la primera capa a la primera cámara de bomba. Las lengüetas de limitación que se acoplan haciendo tope con el borde periférico del diafragma para limitar el diafragma.
Trayectoria de flujo en ángulo de la celda de flujo de análisis
De acuerdo con otro aspecto de las celdas 4150, 3800 o 337 de análisis de flujo, la trayectoria de flujo central y el conducto de flujo interno que se extiende a través de la porción o zona de las celdas donde se obtiene la medición de analito (por ejemplo, una ventana 4157 de celda de flujo, figura P-129) se orientan de forma preferible formando un ángulo respecto a un plano Hp de referencia horizontal que se puede imaginar pasando a través y que incluye longitudinalmente el centro geométrico de la ventana 4157 de celda de flujo en la figura referida. En la figura P-129, la ventana 4157 de celda de flujo está orientada horizontalmente y paralela al plano Hp de referencia horizontal. Sin embargo, una orientación en ángulo en la ventana de celda de flujo es ventajosa debido a que cualquier burbuja dentro del fluido de muestra (por ejemplo, un sobrenadante) interferirá con e interrumpirá la lectura de medición. Cuando la trayectoria de flujo de fluido de la porción de medición de la celda de flujo es vertical o principalmente vertical, sin embargo, cualquier burbuja de aire que se transporta desde los componentes de flujo aguas arriba (por ejemplo, bombas, microbombas, cámaras de mezclado, etc.) flotará hasta la parte superior debido a su flotación. Estas transportan las burbujas de aire a través y fuera de la trayectoria de medición óptica de la celda de flujo que no se puede llegar a alojar o acumular en estrecha proximidad con la trayectoria de luz de medición en la ventana 4157 de celda de flujo (véase, por ejemplo, la figura P-129). La velocidad de fluido complementada por la flotación de las burbujas mantiene las burbujas en suspensión y las mueve a lo largo de la trayectoria de flujo hasta que se elevan fuera de la zona de medición óptica. Sin esta combinación, las burbujas tienen una tendencia a pegarse a las paredes de la trayectoria de flujo y la tensión superficial hace difícil eliminarlas.
Por consiguiente, las ventanas de celda de flujo (por ejemplo, la ventana 4157 de celda de flujo) para medir el analito de cualquiera de los modos de realización de las celdas de flujo descritas en el presente documento en los diferentes modos de realización puede orientarse entre 0 y 90 grados respecto al plano Hp de referencia horizontal, preferiblemente al menos 30 grados respecto al plano de referencia horizontal. En algunos modos de realización, la ventana de análisis de celda de flujo puede estar orientada verticalmente o a 90 grados respecto del plano de referencia horizontal. Esto puede lograrse en algunos modos de realización orientando todas las celdas de análisis de flujo o el componente en el cual está ubicada la celda de flujo formando un ángulo respecto al plano de referencia horizontal de manera que la ventana de celda de flujo de medición está orientada de forma concomitante formando un ángulo respecto al plano de referencia horizontal. Esto se puede ilustrar con referencia a la figura P-129 como un ejemplo. La celda 4150 de análisis de flujo podría estar orientada formando un ángulo de manera que la ventana 4157 de celda de flujo central a través de la cual pasa la luz de medición colorimétrica logra la orientación angular preferida anterior respecto al plano Hp de referencia horizontal. En el caso de las celdas 337 de análisis de flujo formadas de forma integral dentro de las capas de las cuñas 312 de procesamiento de análisis del disco 310 de procesamiento microfluídico (véase, por ejemplo, la figura P-263), toda la cuña o disco se orienta de forma angular respecto al plano de referencia horizontal para situar la ventana de celda de flujo de análisis angularmente respecto al plano de referencia horizontal.
Además de tener la trayectoria de flujo de fluido de la porción de medición de la celda de análisis de flujo (es decir, la ventana de celda de flujo) orientada angularmente de forma similar respecto al plano Hp de referencia horizontal tal como casi vertical en algunos modos de realización, es ventajoso que la cámara de fluido que esté inmediatamente aguas arriba de la celda de flujo también tenga un ángulo de forma similar o vertical. La cámara de fluido aguas arriba puede ser una bomba de diafragma, una cámara de retención, un pasaje de fluido o cualquier otra cámara que permita que la gravedad y la flotación separen las burbujas de la trayectoria de flujo cuando el fluido es conducido desde preferiblemente una porción inferior de la cámara. Esto minimiza o evita que las burbujas de aire alcancen los dispositivos de celda de análisis de flujo en primera instancia. Esto puede lograrse orientando de forma específica la cámara aguas arriba preferiblemente formando al menos 30 grados respecto al plano de referencia horizontal y aproximadamente de forma vertical (es decir, 90 grados respecto al mismo) en algunos modos de realización. En algunos modos de realización, un dispositivo de retirada de aire tal como, sin limitación, un atrapador de burbujas disponible comercialmente puede utilizarse aguas arriba de las celdas 4150 o 3800 de análisis de flujo de disco de procesamiento no microfluídico descritas en el presente documento o bien en lugar de o además de una orientación de forma angular de las ventanas de celda de flujo de estas celdas de análisis.
Las secciones siguientes describen varias modificaciones del sistema de análisis de muestras agrícola anterior y los dispositivos asociados descritos previamente en el presente documento que procesan y analizan/miden el lodo de muestra agrícola preparado para analito de interés (por ejemplo, nutrientes de suelo, tales como, nitrógeno, fósforo, potasio, etc., vegetación, estiércol, etc.). De forma específica, las modificaciones se refieren a porciones de un subsistema 3002 de preparación de muestras y de un subsistema 3003 de análisis químico de un sistema 3000 de muestreo de suelo mostrado en la figura P-1. Para proporcionar un contexto amplio para la exposición de los dispositivos y equipos alternativos siguientes, la figura 1A es un diagrama de sistema esquemático de alto nivel que resume la secuencia de flujo del procedimiento del sistema de análisis de muestras agrícola. Este modo de realización ilustra una medición de densidad de modo por lotes de lodo estático tal como se describe adicionalmente en el documento. La figura 1B es lo mismo, pero incluye un circuito de recirculación del lodo entre la estación de filtración fina y la cámara de mezclado de preparación de muestras para una medición de densidad de lodo de modo continuo dinámico.
Con referencia ahora a las figuras 1A y 1B, los sistemas 7000 de análisis de una muestra agrícola incluyen un subsistema 7001 de preparación de muestras de suelo de secuencia de trayectoria de flujo, un subsistema 7002 de medición de densidad, un subsistema 7003 de filtración fina, un subsistema 7004 de extracción de analito, un subsistema 7005 de filtración ultrafina y un subsistema 7006 de medición. El subsistema 7001 de preparación de muestras de suelo representa la porción del sistema donde se prepara inicialmente en lodo de muestra. Por consiguiente, el subsistema 7001 puede comprender cualquier aparato 100 o 200 de filtro-mezclador descrito previamente en el presente documento que incluye la cámara de mezclado (por ejemplo, la cámara 102 de mezclado hola cavidad 207a de mezclado, respectivamente) donde se añade agua a la muestra de suelo en bruto para preparar el lodo y un filtro grueso (por ejemplo, el filtro 146 o las ranuras 218 de flujo en el tapón 210) que retira partículas grandes (por ejemplo, piedras pequeñas, rocas, restos, etc. (del lodo de suelo preparado. Además, el filtro grueso está dimensionado para pasar el tamaño de partícula máximo deseado en el lodo para asegurar un flujo y una densidad uniformes del lodo para una medición de peso/densidad utilizada en el procedimiento, tal como se describe adicionalmente en el presente documento. El lodo preparado puede transferirse desde el aparato de filtromezclador al subsistema 7002 de medición de densidad a través de un bombeo mediante la bomba 7081 de lodo o de forma alternativa aplicando presión a la cámara 102/207a de aparato de filtro-mezclador con aire a presión proporcionado por un fluido que se acopla a una fuente 7082 de aire a presión (mostrada en líneas discontinuas en la figura 1A).
El subsistema 7004 de extracción de analitos y el subsistema 7006 de medición pueden comprender el sistema 3000 de muestreo de suelo mostrado en las figuras P-1, P-79 a P-94 y P-261 y que se describieron en el presente documento previamente o el disco 310 de procesamiento microfluídico dispuesto en el conjunto de carrusel con cuñas 312 de procesamiento de análisis mostradas en las figuras P-96 AP-121 y que se describieron previamente en el presente documento. El subsistema 7005 de filtración ultrafino puede comprender un filtro 5757 ultrafino mostrado en las figuras P-261 AP-262 (asociado con el sistema 3000 de muestreo de suelo) o la figura P-263 (asociado con el disco 310 de procesamiento microfluídico). Estos sistemas y dispositivos asociados ya se han descrito en detalle y no se repetirán en este caso en aras de la brevedad.
Cabe señalar que el orden de los dispositivos y de los equipos mostrados en las figuras 1A-B (por ejemplo, la(s) bomba(s), las válvulas, etc.) se pueden intercambiar y reubicar en los sistemas sin afectar al funcionamiento de la unidad. Además, los dispositivos y equipos adicionales tales como las válvulas, las bombas, otros dispositivos de flujo, sensores (por ejemplo, depresión, de temperatura, etc.) pueden constituir un control de flujo del fluido/lodo añadido y transmitir una información de funcionamiento adicional al controlador del sistema que puede controlar el funcionamiento del sistema mostrado. Por consiguiente, los sistemas no están limitados a la configuración y dispositivos/equipo mostrado solos.
Dispositivos de medición de densidad de lodo digitales
El subsistema 7002 de medición de densidad comprende un dispositivo 7010 de medición de densidad de lodo digital para obtener la densidad del lodo de muestra agrícola mezclado preparado en la cámara de preparación de muestras (por ejemplo, el aparato 100 de mezclador-filtro) de las figuras 1A-B. En una implementación, el dispositivo 7010 de medición de densidad puede ser un medidor de densidad digital del tipo de oscilador de tubo en U mostrado en las figuras 2-16 utilizado para medir la densidad del lodo de muestra, que puede ser un lodo de suelo en un ejemplo no limitativo que se utilizará de aquí en adelante por facilidad de descripción de un uso posible que reconoce que se pueden procesar otros tipos de muestras agrícolas tales como residuos de plantas, estiércol, etc., tal como se describió previamente en el presente documento. Debería reconocerse que, sin embargo, se puede procesar cualquier tipo de lodo de muestra agrícola en el mismo sistema que incluye suelo, vegetación, estiércol u otros. La densidad del lodo se utiliza para determinar la cantidad de diluyente requerido (por ejemplo, agua) que se va a añadir a la muestra de suelo para lograr la relación de agua respecto a suelo deseada para el análisis químico de un analito, tal como se describe adicionalmente en el presente documento. El tubo 7011 oscilador con forma de U es excitado a través de un transmisor de frecuencia o accionador 7012 para oscilar el tubo a su frecuencia natural característica. En varios modos de realización, el accionador 7012 puede ser un inductor electromagnético un actuador/elemento piezoeléctrico o un generador de pulso mecánico todos los cuales se pueden hacer funcionar para generar una frecuencia de excitación controlable por el usuario y programada. Se puede proporcionar un sensor correspondiente tal como un receptor o captador 7013, que está configurado para detectar y obtener una medición de vibración del tubo oscilador cuando se excita. El captador puede ser electromagnético, de inductancia, de receptor/elemento piezoeléctrico, óptico otro sensor comercialmente disponible capaz de detectar y medir la respuesta de frecuencia de vibración del tubo 7011 oscilador cuando se excita. El pulsado o movimiento de respuesta de vibración del tubo 7011 de oscilador excitado es detectado por el captador 7013 que mide la amplitud de la respuesta de frecuencia del tubo, que es la más alta en una frecuencia armónica natural/de resonancia o secuencia cuando el tubo está vacío. De forma alternativa, la diferencia de fase entre las frecuencias de accionamiento y accionada puede utilizarse para reducirse a la frecuencia natural.
Durante el funcionamiento, la frecuencia de vibración del tubo 7011 oscilador cuando se excita cambia con respecto a la densidad del lodo, ya sea cuando se llena de manera estancada en el tubo oscilador para la medición de densidad en modo por lotes en un modo de realización o cuando fluye a través del tubo en U a un caudal preferiblemente continuo y constante para la medición de densidad continua en otro modo de realización. El dispositivo de medición de densidad digital convierte la frecuencia de oscilación medida en una medición de densidad a través de un controlador digital que está programado para comparar la frecuencia natural de referencia del tubo vacío con el tubo lleno de lodo.
El accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 se pueden hacer funcionar y conectarse de forma comunicativa a un circuito de control electrónico que comprende el procesador de medidor de densidad basado en el microprocesador o un controlador 7016-2 montado en una placa de control de circuito soportada por la base 7014. El controlador 7016-2 está configurado para entregar una frecuencia de excitación pulsada al tubo 7011 oscilador a través del accionador 7012 y medir el cambio resultante en la frecuencia resonante y la fase del tubo oscilador excitado. El dispositivo 7010 de medición de densidad digital convierte la frecuencia de oscilación medida en una medición de densidad a través del controlador que está programado y configurado con el software o las instrucciones de funcionamiento para realizar la medición y la determinación de densidad. El controlador 7016-2 puede estar provisto y configurado con todos los dispositivos y accesorios auxiliares normales similares a cualquier controlador ya descrito previamente en el presente documento y necesario para proporcionar un controlador electrónico programable totalmente funcional. Por consiguiente, estos detalles del controlador 7016-2 de medidor de densidad no se describirán con más detalle en aras de la brevedad.
Las figuras 2-11 muestran un dispositivo 7010 de medición de densidad que tiene un tubo oscilador de acuerdo con un primer modo de realización. El dispositivo 7010 de medición de densidad además incluye una base 7014, una pluralidad de separadores 7015, un bloque 7017 de montaje de tubo, un distribuidor 7018 de conexión de flujo al menos uno o un par de imanes 7025 permanentes, una placa 7016 de control del circuito electrónico y una unidad 7016-1 de interfaz de comunicación eléctrica configurada tanto para un suministro de energía eléctrica para la placa como para una interfaz de comunicación con el controlador 2820 de sistema. La base 7014 está configurada para montar el dispositivo de medición de densidad en una superficie de soporte horizontal plana, una superficie de soporte vertical o una superficie de soporte dispuesta formando cualquier ángulo entre las mismas. Por consiguiente, cualquier orientación de montaje correspondiente adecuada de la base puede utilizarse tal como se desee. La orientación de montaje de la base puede determinarse mediante la dirección de oscilación prevista del tubo 7011 oscilador teniendo en cuenta la fuerza de gravedad del tubo de oscilador cargado de lodo. En general es ventajoso montar todos los pasajes de lodo en el tubo oscilador de una manera que se logre el porcentaje de pasajes horizontal más alto posible de manera que se produzca cualquier sedimentación de partículas perpendicular al pasaje de flujo en lugar de en línea con el mismo. La base 7019 puede tener una forma sustancialmente plana y rectangular en un modo de realización tal como se muestra; sin embargo, pueden utilizarse otras bases con forma poligonal o no poligonal. La base puede incluir opcionalmente una pluralidad de agujeros 7019 de montaje para facilitar el montaje de la base a la superficie de soporte con diversas sujeciones (no mostradas). La base 7019 define una línea CA central longitudinal del dispositivo 7010 de medición de densidad que está alineada con la longitud del tubo 7011 oscilador (paralela a las patas paralelas del tubo tal como se muestra). En otras palabras, la longitud del tubo oscilador se extiende a lo largo de la línea CA central. En un modo de realización, la línea CA central y los pasajes de flujo dentro del tubo 7011 oscilador pueden ser horizontales tal como se muestra de manera que cualquier sedimentación que se produzca sea perpendicular al flujo a través del pasaje en lugar de en línea con el flujo. En otros modos de realización, al menos la mayoría de los pasajes de flujo en el interior del tubo oscilador pueden ser horizontales en su orientación.
Los separadores 7015 pueden ser alargados en su estructura y separan la placa 7016 de control de la base 7014 de manera que el tubo 7011 oscilador pueda ocupar el espacio 7015-1 creado entre los mismos. Se puede utilizar cualquier número adecuado de separadores para este propósito. El espacio es preferiblemente lo suficientemente grande para proporcionar una holgura para alojar el movimiento del tubo 7011 oscilador y otros accesorios tales como el accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013. La placa 7016 de control plana puede estar orientada de forma preferible paralela a la base 7014 tal como se muestra.
El accionador 7012 de frecuencia y el captador 7013 pueden estar montados de forma rígida en la placa 7016 de circuito en un modo de realización tal como se muestra de forma variada en las figuras 2-11. En otros modos de realización posibles, como se muestra en las figuras 12-15, el accionador y el captador pueden estar montados de forma rígida a soporte 7031 verticales separados fijados a la base 7014. En cada caso, el accionador y el captador se montan adyacentes y próximos a los imanes 7025 permanentes, pero no hacen contacto con los imanes permanentes. Los imanes 7025 permanentes generan un campo magnético estático (líneas de flujo magnético) que interactúa con el accionador 7012 y el captador 7013 para excitar el tubo 7011 oscilador y medir su frecuencia de vibración cuando se excita.
El bloque 7017 de montaje de tubo está configurado para montar de forma rígida el tubo 7011 oscilador al mismo en voladizo. El tubo 7011 oscilador puede tener una configuración de tubo en U recto en un modo de realización tal como se muestra en el cual todas las porciones se disponen en el mismo plano horizontal. La porción 7011-1 extrema de entrada recta y la porción 7011-2 extrema de salida recta del tubo 7011 oscilador se montan y se soportan de forma rígida por el bloque 7017 (véase, por ejemplo, la figura 11) para permitir que el tubo oscile de forma análoga a un diapasón cuando se excita electrónicamente/electromagnéticamente. El bloque 7017 de montaje incluye un par de orificios 7017-1 pasantes que reciben las porciones 7011-1, 7011-2 extremas del tubo oscilador completas a través de los mismos. Los orificios 7017-1 pueden ser paralelos en un modo de realización. La porción 7011-3 doblada en U del tubo oscilador opuesta a las porciones extremas de entrada y de salida y adyacente a las porciones de tubo entre el bloque 7017 de montaje y doblado en U no están soportadas y son capaces de oscilar de forma libre en respuesta a la frecuencia de excitación entregada por el accionador 7012.
La porción 7011-1 extrema de entrada y la porción 7011-2 extrema de salida del tubo 7011 oscilador sobresale a través y más allá del bloque 7017 de montaje del tubo y cada una es recibida en una abertura correspondiente a través de un agujero u orificio 7018-1 del distribuidor 7018 de conexión de flujo asociado que define una entrada 7020 de lodo y una salida 7021 de lodo del distribuidor 7018 de conexión (véanse las flechas de flujo direccional de lodo en la figura 11). Los agujeros 7018-1 pasantes pueden tener cualquier configuración adecuada para sujetar las porciones 7011-1, 7011-2 extremas del tubo 7011 oscilador de una manera estanca y sellada de forma fluida. Juntas de fluido adecuadas tales como juntas tóricas, sellantes elastoméricos o similares se pueden utilizar para lograr un acoplamiento estanco a fugas entre el tubo oscilador y el distribuidor 7018 de conexión. El distribuidor 7018 de conexión se acopla haciendo tope con el bloque 7017 de montaje para proporcionar aberturas de acoplamiento contiguas a través del mismo para la porción 7011-1 extrema de entrada y la porción 7011-2 extrema de salida para soportar completamente las porciones extremas del tubo 7011 oscilador (véase, por ejemplo, la figura 11). En otro modo de realización posible contemplado, el distribuidor 7018 de conexión puede estar dispuesto separado pero preferiblemente en una estrecha proximidad con respecto al bloque 7017 de montaje.
El bloque 7017 de montaje, el distribuidor 7018 de conexión y la base 7014 pueden, de forma preferible, estar hechas de un metal adecuado (por ejemplo, aluminio, acero, etc.) de un peso y grosores suficientes para actuar como amortiguadores de liberación de forma que la excitación del tubo oscilador que se está midiendo por el dispositivo 7010 de medición de densidad sea indicativa de únicamente la respuesta de frecuencia del tubo 7011 de oscilador lleno sin interferencia por ninguna resonancia parásita correspondiente que de otro modo podría incluirse en la base o el bloque de montaje y el distribuidor de conexión de flujo.
En el primer modo de realización de tubo oscilador mostrado en las figuras 2-11, el tubo 7011 oscilador puede tener una forma convencional en U como se muestra y se describió previamente en el presente documento. El tubo puede estar orientado paralelo a la superficie superior plana de la base 7014. El tubo 7001 oscilador puede estar formado de un material metálico en un modo de realización no limitativo. Materiales adecuados incluyen vidrio tales como vidrio de borosilicato. En otros modos de realización posibles, sin embargo, se pueden utilizar tubos metálicos. Los imanes 7025 permanentes están soportados de forma fija y de forma rígida en y montados en el tubo 7011 oscilador, tal como en los lados laterales opuestos del tubo en U próximos a la porción 7011-3 doblada en U tal como se muestra. La porción doblada en U está más alejada de la porción en voladizo del tubo oscilador adyacente al bloque 7017 de montaje y por tanto experimenta el desplazamiento/desviación mayor cuando se excita por el accionador 7012, haciendo que el cambio de frecuencia de vibración del tubo sea fácilmente detectable por el controlador 7016 2 de medidor digital. Esto crea la sensibilidad mayor para la medición de desviación de frecuencia del tubo 7011 oscilador lleno de lodo frente a la frecuencia natural del tubo cuando está vacío; la desviación o diferencia en la frecuencia que se utiliza por el controlador 7016-2 para medir la densidad de lodo.
Aunque los medidores de densidad digital de laboratorio que tienen tubos de oscilador están disponibles comercialmente, nos son completamente compatibles con los productos listos para usar para medir lodos de suelo y otros materiales agrícolas que pueden tener una presencia en cantidades variables de hierro (Fe) en el suelo a diferencia de otros fluidos. El hierro en los lodos de suelo crea un problema que interfiere con la medición de densidad de lodo de suelo precisa dado que las partículas de hierro en el lado son atraídas por los imanes permanentes utilizados en el dispositivo 7010 de medición de densidad. Esto provoca que las partículas de hierro se agreguen a porciones del tubo más próximas a los imanes permanentes, por lo tanto sesgando los resultados de medición de densidad por afectar de forma adversa a la frecuencia resonante del tubo oscilador cuando se carga con el lodo de suelo y es excitado por el accionador 7012. La figura 16A muestra esta situación no deseada con partículas de Fe aglomeradas en el tubo oscilador.
Para combatir el problema anterior cuando se manipulan lodos que contienen partículas de hierro, se pueden modificar modos de realización de un dispositivo 7010 de medición de densidad de acuerdo con la presente descripción para incluir una variedad de características de aislamiento magnético de miembros configurados para aislar magnéticamente los imanes permanentes del tubo 7011 oscilador y el lado que contiene hierro en los mismos. En el modo de realización de las figuras 2-11, los imanes 7025 permanentes pueden, cada uno, estar montados en el tubo 7011 oscilador mediante un miembro de aislamiento magnético que comprende un espaciador 7024 no magnético (también mostrado de forma esquemática en las figuras 16B y 16C). Los espaciadores sobresalen de forma transversal hacia fuera desde los lados laterales del tubo oscilador en direcciones opuestas y perpendiculares a la línea CA central longitudinal del dispositivo 7010 de medición de densidad. Los espaciadores 7024 están configurados con dimensiones o longitudes adecuadas para separar los imanes permanentes lo suficientemente lejos del tubo 7011 oscilador para evitar la creación de un campo magnético estático de una intensidad suficiente dentro del tubo para atraer y agregar las partículas de hierro en el lodo de suelo por las razones expuestas anteriormente. El campo magnético puede ser tal que su intensidad se ve debilitada al punto que permite a las partículas moverse bajo la fuerza del flujo sin la deposición en el interior del tubo oscilador. Tal como se ilustra en la figura 16B, las líneas de flujo magnético (discontinuas) que circulan y fluyen desde el polo norte (N) del imán 7025 permanente al polo sur (S) no alcanzan el tubo 7011 oscilador. Los espaciadores 7024 de imán evitan el problema de aglomeración de hierro mostrado en la figura 16A provocado por el montaje directo de los imanes 7025 permanentes en el tubo 7011 oscilador.
En un modo de realización en el que el tubo 7011 oscilador está formado de un material no metálico y no magnético (por ejemplo, vidrio o plástico) los espaciadores 7024 pueden estar formados integralmente como una parte estructural unitaria monolítica del tubo. En otros modos de realización, los espaciadores en los cuales se montan los imanes permanentes pueden ser elementos discretos separados que se conectan de forma fija al tubo 7011 oscilador tal como a través de adhesivos, clips un otros métodos mecánicos de acoplamiento adecuados. Cuando se proporciona un tubo de oscilador metálico, los separadores 7024 se forman de un material no metálico (por ejemplo plástico o vidrio) fijado o adherido al tubo oscilador mediante medios adecuados (por ejemplo, adhesivos, clips, soportes, etc.).
Se pueden utilizar otras disposiciones posibles para montar los imanes 7025 permanentes en el tubo 7011 oscilador y miembros de aislamiento magnético, las cuales protegen o guían la creación de vías magnéticas de flujo generadas por los imanes alejados del tubo. Por ejemplo, la figura 16D muestra un conjunto de imán permanente que comprende un miembro de aislamiento magnético que comprende un miembro 7030 de protección magnética metálico intercalado entre el imán permanente y el tubo oscilador para dirigir las líneas de flujo acumuladas (discontinuas) lejos del tubo oscilador. En el modo de realización mostrado, el miembro 7030 protector está configurado como una placa plana de metal. La figura 16E muestra un miembro 7030 protector con forma de copa o en forma de U que se comporta de forma similar a la figura 16D. Se puede utilizar cualquier forma de miembro protector magnético metálico siempre que las líneas de flujo acumuladas se redirigen para no alcanzar y penetrar el tubo 7011 oscilador.
La figura 16F ilustra que la dirección de la excitación del tubo 7011 oscilador a través de la colocación del accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 podría estar en la dirección más rígida (por ejemplo, izquierdaderecha, representada por las flechas de movimiento de oscilación del tubo) o en la dirección menos rígida y más flexible (por ejemplo, arriba/abajo) para un tubo orientado horizontalmente. Esto afectará la frecuencia natural del tubo oscilador de forma significativa, que forma la referencia contra la cual el tubo excitado lleno de lodo se compara para determinar la densidad del lodo (peso). La dirección de excitación para movimiento de lado a lado del rigidizador del tubo tendrá una frecuencia natural más alta, mientras que la dirección más flexible arriba y abajo tendrá una frecuencia natural menor. Se puede utilizar cualquier orientación u orientaciones angulares diferentes del tubo oscilador. Puede ser además ventajoso en algunos modos de realización tener el tubo significativamente más rígido en la dirección de la gravedad (es decir, verticalmente) que en la dirección de carga/excitación (es decir, horizontal representado por la flecha de movimiento de oscilación del tubo) como se muestra en la figura 16B para ayudar a reducir el ruido del sistema que podría interferir con la precisión de medición de la densidad.
El dispositivo 7010 de medición de densidad funciona para obtener mediciones de densidad del lodo de suelo de una manera convencional conocida en la técnica para dichos medidores de densidad de tipo de tubo en U. Las mediciones de densidad de lodo son comunicadas al sistema 2800 de control (controlador 2820 programable) conectado de forma operativa al dispositivo 7010 de medición de densidad tal como se aprecia en las figuras 1A-B. Las mediciones son utilizadas por el controlador para determinar automáticamente cuánta agua (diluyente) se necesita añadir al lodo para alcanzar un objetivo de agua respecto al suelo programado previamente u otra relación de material de muestra agrícola dependiendo del tipo de material que se va a muestrear y analizar.
Un método/procedimiento de ejemplo para preparar un lodo de muestra agrícola utilizando una medición de densidad de lodo con un dispositivo 7010 de medición de densidad (medidor de densidad) y un esquema de control de circuito cerrado programado previamente implementado por el controlador 2820 del sistema 2800 de control a través de instrucciones de programación/lógica de control se describirán a continuación. Este ejemplo utilizará el suelo como la muestra por facilidad de descripción, pero no está limitado al mismo y puede utilizarse para otros materiales de muestra agrícolas (por ejemplo, plantas, estiércol, etc.). Dada una cantidad arbitraria de suelo en la muestra recogida con un contenido de humedad de suelo arbitrario asociado basado en condiciones ambientales en el campo agrícola y el tipo de suelo, el lodo de suelo se diluirá para alcanzar una lectura de densidad objetivo deseada asegurando por lo tanto resultados analíticos repetibles. Debido a que no todas las muestras de suelo están constituidas de partículas de la misma densidad dependiendo de la naturaleza de suelo (por ejemplo, arenoso, arcilla, fango, etc.), el sistema posiblemente tendrá un objetivo de densidad deseada variable basándose en estas y otras características de la muestra que se analiza. El objetivo es una relación de masa de suelo con respecto a masa de agua constante, que se representa por la densidad objetivo.
Las figuras 28-30 son curvas que muestran una cantidad de dilución de diluyente (por ejemplo, agua) añadido al lodo frente a una densidad de lodo que es utilizada por el controlador 2820 para determinar la cantidad de diluyente requerido para alcanzar la relación de agua respecto a suelo objetivo programada previamente. La relación de agua respecto a suelo objetivo puede programarse previamente en el controlador en forma de una densidad de lodo objetivo que puede equipararse directamente con la relación debido a que la densidad del diluyente utilizado es un factor fijo conocido. Con la densidad conocida del diluyente que se está usando (por ejemplo, agua que tiene una densidad de 0.998 g/ml) también programada previamente en el controlador, a medida que se añade más y más diluyente al lodo en el sistema, la mezcla de lodo se aproximará finalmente a la densidad del diluyente pero nunca puede invertirse y llegar a ser menos densa que este valor. La relación y la curva mostrada en la figura 28 es generada por tanto por el controlador 2820 y se utiliza para alcanzar la densidad de lodo objetivo (relación agua respecto a suelo). La cantidad de dilución (eje Y) es el volumen total añadido para lograr la dilución. Con diferentes cantidades de suelo, humedad de suelo y agua (diluyente) añadidas para crear la mezcla de lodo inicial, la pendiente de la curva puede cambiar pero mantendrá la misma forma general.
Con referencia adicional a las figuras 1A-B, la muestra de suelo en bruto recogida y una cantidad conocida de aguas se mezclan inicialmente en el aparato 100 de mezclador-filtro en un primer momento tal como se indica para preparar el lodo. Una vez que se ha mezclado y homogeneizado el lodo de suelo en el mezclador, se va detectar una primera medición de densidad por el medidor de densidad y transmitirse al controlador 2820. El punto 7090A en la figura 28 indica la primera medición de densidad tomada.
Para determinar la cantidad de dilución frente a la relación de densidad de lodo de forma más precisa en tiempo real, se mide y se añade una cantidad conocida de agua mediante el controlador 2820 a través de la válvula 7091 de control de agua conectada de forma operativa al aparato 100 mezclador-filtro en la siguiente etapa (por ejemplo, 20 ml) y la densidad de lodo resultante se mide en un segundo momento. El punto 7090B en la curva en la figura 29 indica la segunda medida tomada. Se puede entonces generar una relación lineal por el controlador entre los dos puntos 7090A y 7090B de densidad de lodo tomados (representados por una línea continua en la curva entre estos dos puntos). Para una densidad de lodo objetivo programada previamente dada (relación de suelo respecto agua), la densidad objetivo puede entonces introducirse a esta relación y la salida calculada por el controlador 2820 es una primera estimación de la cantidad total de diluyente (por ejemplo, agua) necesaria para lograr la densidad objetivo.
El controlador 2820 después mide y añade la cantidad estimada de diluyente adicional necesaria para alcanzar la densidad de lodo objetivo a la mezcla de lodo que se mezcla con el lodo mediante el aparato 100 mezclador-filtro. La densidad de lodo resultante es medida en un tercer momento. El punto 7090C en la curva en la figura 30 indica la tercera medida tomada, que continúa añadiendo puntos de datos a la relación lineal (véase línea continua más larga en la curva). Una vez que se han adquirido por el controlador al menos tres mediciones de densidad de lodo y los puntos correspondientes de la curva de densidad de lodo, se puede realizar una regresión polinómica en los datos por el controlador proporcionando un ajuste de curva más preciso. Basándose en y utilizando la densidad objetivo programada previamente, el controlador 2820 entonces calcula la cantidad total requerida de diluyente necesaria basándose en las curvas actualizadas y añade esta cantidad al lodo para lograr la densidad de lodo objetivo. Este procedimiento se puede iterar para mejorar la precisión del modelo de regresión o hasta que la densidad actual esté lo suficientemente próxima la densidad objetivo.
Las figuras 12-15 representan un segundo modo de realización alternativo de un tubo 7032 oscilador en forma de U en voladizo para el uso con el dispositivo 7010 de medición de densidad que contrasta con el tubo 7011 oscilador en forma de U recto descrito previamente en el presente documento. En este presente modo de realización, el tubo 7032 oscilador tiene una forma de tubo en U recurvada en la cual la porción 7032-3 doblada en U primaria de 180 grados se extiende hacia atrás sobre la parte superior de la porción 7032-1 extrema de entrada recta y la porción 7032-2 extrema de salida del tubo oscilador fijado al bloque 7017 de montaje de tubo y al distribuidor 7018 de conexión de flujo. Esto se crea mediante la adición de dos porciones 7032-4 dobladas en U secundarias de 180 grados adicionales entre las porciones 7032-1, 7032-2 extremas rectas y la porción 7032-3 doblada en U primaria. Una porción 7032-4 doblada en U secundaria está dispuesta en la pata de entrada de lodo del tubo oscilador aguas arriba de la porción 7032-3 doblada en U primaria y el otro en la pata de salida de lodo del tubo oscilador aguas arriba de la porción doblada en U primaria tal como se muestra. En este modo de realización de tubo oscilador recurvado, los espaciadores 7024 se disponen en las porciones dobladas en U secundarias y sobresalen lateralmente hacia fuera en direcciones laterales opuestas para mantener los imanes 7025 permanentes en una relación separada respecto al tubo oscilador. El accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 están soportados en la base 7014 mediante soporte 7031 verticales separados en las proximidades a los imanes permanentes para excitar el tubo 7032 oscilador tal como se describió previamente en el presente documento.
En el tubo 7032 de oscilador recurvado, el flujo de lodo sigue la trayectoria indicada por las flechas de flujo direccionales en la figura 14. El flujo de lodo se mueve en una primera dirección paralela a la línea CA central dos veces y en una dirección opuesta paralela a la línea CA central dos veces así como mediante en virtud de las porciones 7032-3 y 7032-4 dobladas en U primaria y secundaria. La porción 7032-3 doblada en U primaria está orientada horizontal mientras que las segundas porciones 7032-4 dobladas en U están orientadas verticalmente. En este diseño, la línea CA central y la mayoría de los pasajes de flujo dentro del tubo 7011 oscilador pueden permanecer horizontales en orientación como se muestra de manera que no se produzca ninguna sedimentación en perpendicular al flujo a través del pasaje en lugar de en línea con el flujo.
En contraste con el primer tubo 7011 de oscilador en forma de U de la figura 2, descrito en primer lugar anteriormente, el diseño de tubo 7032 de oscilador recurvado doblado triple es ventajoso debido a que el desplazamiento de vibración se refleja entre los lados izquierdo y derecho del tubo (es decir las curvas 7032-4 verticales se doblan acercándose entre sí, después se alejan entre sí a medida que el tubo oscila). Debido a esto, siempre hay fuerzas iguales y opuestas que se cancelan entre sí durante la oscilación y por tanto la vibración no se ve afectada por influencias externas en la masa, la rigidez, o la amortiguación de la base y otros componentes. El diseño de oscilador de tubo en U recto previo podría propagar la vibración en la base fácilmente ya que la oscilación no fue contrarrestada por un peso y por tanto todo el sistema vibra de alguna manera. Dado que todo el sistema vibra, cualquier influencia externa en toda la masa, la rigidez o la amortiguación del sistema podrían cambiar de forma artificial la frecuencia natural, por lo tanto afectando de forma adversa a la precisión hasta cierto punto. Sin embargo, el oscilador de tubo en U recto puede ser aceptable en situaciones no sujetas a influencias externas indebidas.
El resto de la configuración y componentes del dispositivo 7010 de medición de densidad son esencialmente los mismos que el modo de realización que utiliza el tubo 7011 oscilador y no se repetirá en este caso en aras de la brevedad.
En algunos modos de realización, un único dispositivo que combina las funciones anteriores tanto de transmisor o accionador 7012 de frecuencia y receptor o captador 7013 se pueden proporcionar en lugar de unidades separadas. Dicho dispositivo puede ser un transductor ultrasónico como un ejemplo no limitativo. Para un dispositivo 7012/7013 accionador-captador único combinado, el dispositivo podría activarse para excitar el tubo 7011 oscilador, detenerse para unas pocas oscilaciones del tubo oscilador y después reactivarse para medir la respuesta de frecuencia de oscilación resultante del tubo. En el diseño combinado, sólo se requiere que esté ubicado un único imán 7025 permanente próximo al accionador/captador.
Filtro de filtración fina
La unidad de filtro del subsistema 7003 de filtración fina mostrado en las figuras 1A y 1B se describirá ahora adicionalmente. Durante las pruebas, los inventores han descubierto que un filtrado “fino” (por ejemplo, 0.010 pulgadas/0.254 mm) directamente fuera del aparato de mezclador-filtro puede en algunas situaciones afectar de forma adversa y significativa a la habilidad de obtener una relación de agua respecto al suelo consistente (por ejemplo, 3:1) a través de todos tipos de suelos que podían encontrarse, muestrearse y comprobarse. Por consiguiente, es beneficioso entender y medir la densidad del lodo de muestra de suelo en bruto mezclado del aparato 100 de mezclador-filtro antes de realizar un filtrado fino. Por consiguiente, modos de realización preferidos, pero no limitativos de los sistemas 7000 de análisis de una muestra agrícola descritos comprenden tanto un filtro 146 grueso aguas arriba del dispositivo 7010 de medición de densidad como un filtro 7050 o 7060 fino aguas abajo del dispositivo de medición de densidad; cada uno de los cuales se describe con más detalle más abajo. Se describen dos configuraciones de ejemplo diferentes del sistema de análisis de una muestra agrícola que comprenden este filtrado de lodo en dos fases; uno con una recirculación de lodo desde la unidad de filtro fino de vuelta al aparato 100 de mezclador-filtro mostrado en la figura 1B y sin la recirculación mostrada en la figura 1A, expuesto además en el presente documento.
El sistema de análisis de una muestra agrícola utiliza un primer filtro 146 grueso que tiene un tamiz muy grueso (por ejemplo, un pasaje de tamaño de partícula máximo de aproximadamente 0.04-0.08 pulgadas/1-2 mm en una implementación posible) para tamizar y filtrar inicialmente piedras de mayor tamaño, rocas y agregados del lodo para evitar una obstrucción/taponamiento de las líneas de conducto de flujo (tuberías) aguas arriba del disco 310 de procesamiento microfluídico mientras que aun así permite una medición de densidad precisa en el dispositivo 7010 de medición de densidad. El filtro 146 grueso puede incorporarse en un aparato 100 de mezclador-filtro en un modo de realización tal como se describió previamente en el presente documento o puede ser una unidad aguas abajo separada. Este filtrado grueso es seguido por un filtrado fino por las unidades 7050 o 7060 de filtro fino que tienen un tamizado fino (por ejemplo, un pasaje de tamaño de partícula máximo de menos de 0.04 pulgadas/1 mm, tal como aproximadamente 0.010 pulgadas/0.25 mm, en una implementación posible) para permitir que la muestra de lodo agrícola pase a través de la red y los componentes de flujo microfluídicos de las cuñas 312 de procesamiento de análisis del disco 310 de procesamiento microfluídico mostrado en las figuras P-96 a P-121 sin provocar obstrucciones/taponados de flujo para el suelo. Para el suelo, estas partículas extremadamente pequeñas que pasan por la unidad de filtro fino constituyen la gran mayoría del contenido de nutrientes del suelo, de manera que es aceptable utilizar el lodo filtrado de forma fina para el análisis químico final en el sistema. Cabe señalar que la etapa de filtrado fino y las unidades 7050, 7060 de filtro se pueden utilizar y se pueden aplicar a lodos que constan de otros materiales agrícolas que se van a mostrar (por ejemplo, vegetación, estiércol, etc.) y por lo tanto no están limitadas a sólo lodos de suelo.
Las figuras 17-21 muestran un primer modo de realización de una unidad 7050 de filtro fino que se puede utilizar con cualquiera de los sistemas de preparación y análisis de lodo de suelo mostrados en las figuras 1A-B. La unidad 7050 de filtro fino está configurada para un uso particular con la configuración de recirculación de lodo de la figura 1B que incluye un circuito 7059 de flujo de recirculación cerrado entre la unidad 7050 (o 7060) de filtro fino y el aparato 100 de mezclador-filtro tal como se muestra.
La unidad 7050 de filtro comprende un eje LA longitudinal, una boquilla 7051 de entrada de lodo prefiltrado, una boquilla 7052 de salida de lodo prefiltrado, varias salidas 7053 de filtrado (filtrado posterior), una cámara 7057 de lodo prefiltrado interna, una cámara 7054 de filtrado interna y uno o más miembros de filtro tales como tamices 7055 dispuestos entre las cámaras. Los tamices 7055 pueden estar conformados de forma arqueada en un modo de realización y situados en la parte superior de la cámara 7057 de lodo tal como se aprecia mejor en la figura 21. Se puede proporcionar cualquier número de tamices. Un par de juntas 7056 anulares sellan de forma fluida las boquillas 7051, 7052 de entrada y de salida al cuerpo principal de la unidad de filtro para permitir la colocación inicial del tamiz 7055 de filtro en el interior de la unidad de filtro antes de fijar las boquillas de entrada y de salida al cuerpo. El cuerpo principal puede tener forma de bloque, cilindrica u otra forma. Las boquillas pueden desconectarse del cuerpo de filtro principal central para acceder al interior de la unidad de filtro e instalar inicialmente o reemplazar periódicamente los tamices. Pueden utilizarse sujeciones 7058 roscadas u otros medios de acoplamiento adecuados para acoplar las boquillas de entrada y salida a los extremos opuestos del cuerpo principal. Las boquillas 7051, 7052 de entrada y de salida de lodo pueden tener cualquier configuración adecuada para aceptar cualquier tipo adecuado del conector de tuberías para conectar de forma fluida las tuberías 7088 de lodo del sistema al filtro 7050. Un ejemplo no limitativo del conector de tuberías que puede utilizarse es un conector de medio cartucho de plásticoJohn Guestque está comercialmente disponible. Se pueden utilizar otros conectores de tuberías. Se puede utilizar cualquier material no metálico (por ejemplo, plástico) o metálico adecuado para construir la unidad 7050 de filtro incluyendo tamices 7055. En un modo de realización, el cuerpo principal de la unidad de filtro puede ser plástico y los tamices 7055 pueden ser metálicos tales como mallas de rejilla que definen aberturas de malla.
Durante el funcionamiento y describiendo la trayectoria de flujo de lodo a través de la unidad 7050 de filtro fino con respecto a la figura 1B, el lodo no filtrado fluye en secuencia (de aguas arriba aguas abajo) desde el filtro 146 grueso a través del dispositivo 7010 de medición de densidad y entra en la unidad de filtro fino a través de la boquilla 7051 de entrada. El lodo fluye axialmente y linealmente a través de la cámara 7057 de lodo prefiltrado y después sale del filtro a través de la boquilla 7052 de salida de vuelta al aparato 100 de mezclador-filtro (véase, por ejemplo, “la cámara prep. de muestra” en la figura 1B). Una bomba 7080 de recirculación de lodo puede proporcionarse para conducir de forma fluida el flujo de recirculación en el circuito 7059 de flujo de recirculación cerrado y devolver el lado aun por pasar por el filtrado fino de vuelta al aparato de mezclador/filtro. Se puede utilizar cualquier tipo adecuado de bomba. La bomba de recirculación puede omitirse en algunos modos de realización si la bomba 7081 de lodo principal proporciona una potencia de fluido suficiente para conducir el flujo de lodo a través de todo el circuito 7059 de flujo de recirculación cerrado. El sistema recircula continuamente el lodo filtrado de forma gruesa de vuelta dentro de la cámara de mezclado principal del mezclador durante un periodo de tiempo. Esta recirculación puede ayudar de forma ventajosa para obtener una mezcla de lodo homogénea más rápidamente para el análisis que con sólo el mezclador reciclando de forma continua el lodo a través del mezclador y del filtro grueso en el circuito 7059 de flujo de recirculación cerrado. Durante la medición de densidad, se mide y se añade de forma automática agua al aparato 100 de mezclador-filtro mediante el sistema 2800 de control descrito previamente (incluyendo el controlador 2820 programable) basándose en la monitorización del sistema de la densidad de lodo medida por el dispositivo 7010 de medición de densidad, que se conecta de forma operativa al controlador para lograr la relación de agua respecto a suelo programada previamente. El lodo se mezcla mejor mediante esta recirculación de lodo continua.
Una vez que se logra un lodo homogéneo filtrado de forma gruesa que tiene la relación de agua respecto a suelo deseada, una pequeña porción de la corriente de lodo de recirculación puede desviarse y extraerse de la unidad 7050 de filtro fino para un procesamiento inicial en el subsistema 7004 de extracción de analito y el posterior análisis químico (véase, por ejemplo, la figura 1B). El lodo extraído fluye de forma transversal a través de los tamices 7055 de filtro y dentro de la cámara 7054 de filtrado y después hacia fuera a través de la salida 7053 de filtrado al subsistema de extracción de analito. El flujo de lodo extraído puede controlarse mediante válvulas 7070 de control adecuadas que pueden cambiar en suposición entre un flujo total abierto, un flujo no cerrado y flujos estrangulados parcialmente abiertos entre los mismos si es necesario. Las válvulas 7070 pueden hacerse funcionar de forma manual o hacerse funcionar de forma automática por el controlador 2820 para abrirse en un momento apropiado una vez que se ha logrado el lodo homogéneo que tiene la relación de agua respecto a suelo deseada, o se ha programado previamente de otro modo. También se pueden utilizar válvulas adicionales para abrir el flujo de agua para retrolavar el filtro durante el ciclo de limpieza en la preparación para la siguiente muestra.
Aunque las dos salidas 7053 de filtrado se muestran en las figuras 17-21, otros modos de realización pueden tener más o menos de dos salidas de filtrado (es decir una salida). Cada salida 7053 de filtrado está conectada de forma fluida a y suministra lodo filtrado fino (filtrado) a un tren separado de los trenes o sistemas de procesamiento y análisis de lodo de muestras de suelo dedicados descritos previamente en el presente documento (por ejemplo, las cuñas 312 de procesamiento de análisis mostradas en las figuras P-96 a P-121 u otras). Cada tren está aislado de forma fluida de los otros y configurado para la cuantificación de la concentración de un analito diferente de interés (por ejemplo, nutrientes de plantas, tales como nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) en paralelo.
Cabe señalar que el término “prefiltrado” utilizado anteriormente únicamente se refiere al hecho de que el lodo de suelo no ha sido filtrado todavía con respecto a la unidad 7050 de filtro fino que se describe actualmente. Sin embargo, el lodo puede haber sufrido una filtración o tamizado previo aguas arriba sin embargo tal como en el filtro 146 grueso visto en las figuras 1A-B. Por consiguiente, el lodo puede filtrarse antes de alcanzar la unidad 7050 de filtro fino aguas abajo.
La unidad 7050 de filtro fino está configurada para eliminar el pasaje de suelo u otras partículas en el fango que provocan bloqueos en o de otro modo obstruyen el diámetro extremamente pequeño de los pasajes/conductos de flujo microfluídicos y los componentes de flujo de disco de procesamiento microfluídico, tales como válvulas, bombas y cámaras formadas dentro de las cuñas 312 de procesamiento de análisis del disco 310 de procesamiento microfluídico mostrado en las figuras P-96 a P-121 y descritos previamente en el presente documento. Por consiguiente, los tamices 7055 de filtro de la unidad 7050 de filtro fino están dimensionados para pasar partículas de suelo compatibles con el disco de procesamiento microfluídico y más pequeñas en tamaño de las tamizadas por el filtro 146 grueso aguas arriba asociado con el aparato de mezclador-filtro. Los tamices 7055 de filtro tienen una pluralidad de aberturas, cada una configurada para retirar partículas más grandes de un tamaño predeterminado de lodo para obtener el filtrado. Los tamices 7055 pueden estar formados de una malla metálica a modo de rejilla en un modo de realización que define las aberturas de malla para el filtrado del lodo.
Por consiguiente, en un modo de realización preferido, el primer filtro 146 grueso del sistema está configurado para pasar lodo que tiene un primer tamaño de partícula máximo y la segunda unidad 7050 de filtro fino está configurada para pasar lodo que tiene un segundo tamaño de partícula máximo más pequeño que el primer tamaño de partícula máximo. Además, el subsistema 7005 de filtración ultrafina que comprende el tercer filtro 5757 ultrafino (que se puede incorporar en o asociarse con el disco 310 de procesamiento microfluídico o asociarse con el sistema 3000 de muestreo de suelo) está configurado para pasar lodo que tiene un tercer tamaño máximo más pequeño que el primer y segundo tamaños de partícula máximos. Como se describió previamente en el presente documento, el filtro 5757 ultrafino es un filtro microporoso que puede reemplazar el centrífugo 331 y está configurado para producir el filtrado limpio del lodo de suelo y la mezcla de extractante que sirve como el sobrenadante para análisis químicos. Por consiguiente, el rendimiento del filtro 575 ultrafino sobrepasa tanto los filtros gruesos como finos, en términos del tamaño de partícula máximo más pequeño que puede pasar. Como un ejemplo no limitativo, los tamaños de poro representativos que se pueden utilizar para el filtro 575 ultrafino son de aproximadamente e incluyen 0.05 jm a 1.00 |jm. Cabe señalar que los términos anteriores “primero”, “segundo” y “tercero”, se utilizan para denotar las unidades de filtro que encuentra el lodo en secuencia fluyendo de aguas arriba aguas abajo cuando pasa a través del sistema mostrado en las figuras 1A-B. Por consiguiente, el tamaño de partícula de lodo máximo se hace continuamente más pequeño a medida que el lodo pasa a través de cada unidad de filtro en secuencia.
En un funcionamiento de filtro ordinario, todo el flujo es dirigido a través del tamiz y todo lo que no pasa a través del tamiz se detiene en el tamiz y se acumula. Esto requiere que el tamiz también se ha drenado o retrolavado después de un periodo de tiempo para mantenerlo limpio y funcional para su propósito. Si se necesita filtrar una gran cantidad de material en partículas esto puede llevar a un corto periodo de tiempo durante el cual el filtro trabajará de forma apropiada antes de necesitar una limpieza. Por esta razón, se diseñaron nuevas unidades 7050, 7060 de filtro fino de tamiz las cuales funcionan sobre el principio de extraer sólo una pequeña cantidad de lodo de suelo para probar, de la trayectoria de flujo de recirculación de lodo principal tal como se describió previamente en lugar de interceptar todo el flujo de lodo para el filtrado fino. Haciendo esto se permite de forma ventajosa que el filtro permanezca limpio durante un periodo de tiempo mucho más largo debido únicamente a que una porción minoritaria del flujo de lodo es extraída y se desplaza a través del tamiz de forma transversal respecto a la dirección principal del flujo de lodo a través de la unidad de filtro. Además, la trayectoria de flujo de lodo principal que está orientada preferiblemente paralela al plano ocupado por el tamiz 7055 frota y limpia de forma continua los tamices 7055 de filtro (véanse, por ejemplo, las figuras 20-21) mediante la acción cortante del flujo para evitar la acumulación de las partículas en los tamices. También cabe señalar que las unidades 7050 y 7060 de filtro fino, de forma ventajosa, evitan áreas internas que tengan una presión baja o un flujo en el que las partículas se puedan acumular. También es deseable evitar orientaciones de superficie internas en el filtro en las cuales las partículas se acumularán debido a la gravedad. Por consiguiente, los modos de realización de las unidades 7050, 7060 de filtro fino preferiblemente pueden estar orientadas de manera que los tamices 7055, 7065 de filtro estén, respectivamente, por encima del flujo principal y la conexión en la que el flujo de lodo desviado se extraiga para el análisis químico de forma preferible en una dirección transversal a la trayectoria de flujo principal del lodo a través de los cuerpos de filtro (véanse, por ejemplo, las figuras 21 y P-238).
Las figuras 22-26 muestran el segundo modo de realización de una unidad 7060 de filtro fino indicada anteriormente. La unidad 7060 de filtro fino comprende una pluralidad de conjuntos o unidades 7068 de tamices de filtro que son reemplazables de forma opcional. En este modo de realización, en contraste con la unidad 7050 de filtro fino, las unidades de tamiz de filtro pueden retirarse y reemplazarse sin romper las conexiones de fluido extremas a los tubos/tuberías del sistema, por lo tanto facilitando en gran medida el cambio periódico de los tamices a lo largo del tiempo. La unidad 7050 de filtro tiene tamices 7055 montados internamente, a los que se puede acceder retirando las boquillas 7051, 7052 de entrada y de salida de lodo tal como se describió previamente en el presente documento. En algunos modos de realización, las unidades 7068 de tamiz de filtro pueden constituirse para ser desechables de tal manera que una nueva unidad de tamiz se intercambia con unidades de tamiz taponadas utilizadas cuando sea necesario.
La unidad 7060 de filtro fino tiene un cuerpo principal axialmente alargado que define un eje LA longitudinal, una entrada 7061 de lodo prefiltrado, una salida 7062 de recirculación de lodo prefiltrado, varias salidas 7063 de filtrado (filtrado posterior) una cámara 7067 de lodo principal prefiltrado interna en comunicación fluida con la entrada y la salida y una pluralidad de unidades 7068 de tamiz de filtro cada una que comprende un miembro de filtro tal como un tamiz 7065 dispuesto entre la cámara 7067 y la salida 7063 de filtrado. La entrada 7061 y la salida 7062 pueden estar ubicadas, de forma preferible, en extremos opuestos del cuerpo de unidad de filtro fino y cada extremo de la cámara 7067, por lo tanto permitiendo que la cámara de lodo principal defina un distribuidor de distribución de lodo en comunicación fluida con cada salida 7063 de filtrado. Los tamices 7065 pueden tener forma curvada convexa y de bóveda en algunos modos de realización (como se ve mejor en la figura 26). La cámara 7067 de lodo principal se extiende axialmente entre la entrada y la salida 7061, 7062 por debajo de la unidad 7068 de tamiz. La unidad 7060 de filtro fino, aunque de forma convexa, se puede utilizar en la orientación mostrada de tal manera que las porciones de los tamices 7065 expuestos al lodo en la cámara 7067 de lodo principal puedan considerarse sustancialmente orientados de forma horizontal y paralelos al eje LA longitudinal y al flujo axial del lodo a través de los tamices de cámara de lodo principales. El flujo a través de los tamices está además en una dirección ascendente (transversal al eje LA longitudinal y al flujo de lodo axial en la cámara) cuando la unidad 7060 de filtro fino se utiliza en la posición horizontal preferida. Esto se combina para tanto de forma ventajosa: (1) frotar y limpiar los tamices 7065 como los flujos de lodo que pasan por los tamices en la cámara 7067 de lodo por lo tanto evitando la acumulación de partículas de lodo en los tamices hasta que se extrae el filtrado, como (2) contrarrestar los efectos de la gravedad para acumular partículas en los tamices dado que el lodo entra en los tamices desde la parte inferior por lo tanto manteniendo las partículas por debajo de los tamices hasta que sucede la extracción del filtrado.
La unidad 7060 de filtro fino es axialmente alargada de tal manera que las unidades 7068 de tamiz pueden disponerse en una única matriz o fila longitudinal, como se muestra, de manera que la cámara 7067 de lodo principal sea linealmente recta para evitar la creación de un flujo muerto interno y áreas de presión inferior en la trayectoria de flujo de lodo cuando puedan acumularse las partículas en el lodo.
Una junta 7066 anular que puede consistir en arandelas elastoméricas en un modo de realización puede incorporarse directamente dentro de cada unidad 7068 de tamiz de filtro como parte del conjunto para sellar de forma fluida la unidad de tamiz al cuerpo principal de la unidad de filtro. La unidad 7068 de tamiz puede tener una configuración en forma de copa en un modo de realización (mostrada mejor en la figura 26) con el tamiz 7065 en forma de bóveda curvada de forma convexa sobresaliendo hacia fuera/hacia abajo desde el lado de la junta 7066 dentro de la cámara 7067 de lodo principal. Cada unidad 7068 de tamiz es recibida en un receptáculo 7069 abierto en dirección ascendente configurado de forma complementaria formado en el cuerpo principal de la unidad 7060 de filtro que se comunica de forma fluida con la cámara 7067 de lodo principal de la unidad de filtro. Un retenedor 7064 de tamiz puede acoplarse de forma desmontable al cuerpo principal de unidad de filtro y recibirse al menos parcialmente en cada receptáculo para retener cada unidad de tamiz como se ve mejor en la figura 26. El cuerpo principal puede tener la forma de bloque, cilíndrica u otra forma. Las salidas 7063 de filtrado pueden ser una porción estructural unitaria integral de los retenedores 7064 de tamiz en un modo de realización y pueden finalizarse con una rebaba de los tubos en algunos modos de realización tal como se muestra para facilitar el acoplamiento de los tubos de conducto de flujo del sistema. Se pueden utilizar otros tipos de conexiones extremas de fluido. Las salidas 7063 de filtrado se extienden completamente a través de los retenedores de arriba a abajo (segmento, figura 26). Los retenedores 7064 pueden tener una configuración generalmente cilíndrica de forma escalonada en algunos modos de realización. Se pueden utilizar sujeciones 7058 roscadas u otros medios de acoplamiento adecuados para conectar de forma extraíble los retenedores 7064 al cuerpo principal de la unidad de filtro. Los retenedores 7064 atrapan las unidades 7068 de tamiz de filtro en los receptáculo 7069. Se puede utilizar cualquier material no metálico (por ejemplo, plástico) o metálico adecuados para construir la unidad 7060 de filtro incluyendo los tamices 7065. En un modo de realización, el cuerpo principal de la unidad de filtro puede ser de plástico y los tamices 7065 pueden ser metálicos.
De forma similar a la unidad 7050 de filtro y a los tamices 7055, las unidades 7068 de tamiz tienen tamices 7065 cada uno configurado para retirar partículas mayores de un tamaño predeterminado del lodo para producir el filtrado. Los tamices 7065 de filtro por tanto tienen una pluralidad de aberturas, cada una configurada para pasar lodo que tiene un tamaño de partícula máximo predeterminado. Los tamices 7065 pueden estar formados de una malla metálica a modo de rejilla en un modo de realización que define las aberturas de malla para el filtrado del lodo. Otros modos de realización de los tamices 7065 o 7055 pueden utilizar mallas poliméricas. Otros tipos de medios de filtro se pueden utilizar en otros modos de realización posibles para realizar el tamizado de lodo deseado.
Unos procedimientos de ejemplo para intercambiar unidades 7068 de tamiz de filtro incluyen retirar las sujeciones 7058 roscadas, extrae los retenedores 7064 de cada receptáculo 7069 transversalmente al eje LA longitudinal del cuerpo principal de unidad de filtro, extraer las unidades de tamiz de filtro transversalmente, insertar nuevas unidades de tamiz transversalmente al eje LA longitudinal dentro de cada receptáculo, volver a insertar los retenedores dentro de los receptáculos y volver a instalar las sujeciones.
Una vista general de un método no limitativo para preparar lodo de muestra agrícola utilizando la recirculación de lodo y el filtrado dual comprende en general las etapas de: mezclar una muestra agrícola con agua en un dispositivo de mezclado para preparar un lodo; filtrar el lodo una primera vez; medir una densidad del lodo; recircular el lodo de vuelta al dispositivo de mezclado, y extraer una porción del dispositivo de recirculación a través de filtro fino secundario para obtener un filtrado final. Al filtrar el lodo la primera vez se hace pasar el lodo que comprende partículas que tienen un primer tamaño de partícula máximo y al filtrar el lodo la segunda vez se hace pasar el lodo que comprende partículas que tienen un segundo tamaño de partícula máximo más pequeño que el primer tamaño de partícula máximo. El filtrado final entonces fluye a cualquiera de los sistemas de análisis de una muestra agrícola descritos en el presente documento que están configurados para procesar y medir adicionalmente un analito en el lodo.
Cabe señalar que ambas unidades 7050 y 7060 de filtro fino se pueden utilizar con el sistema de análisis de una muestra agrícola de la figura 1A sin una recirculación de lodo cerrando simplemente las boquillas de salida de recirculación respectivas a través de un tapón o una válvula cerrada conectada de forma fluida a la boquilla de salida. De forma alternativa, el lodo podría fluir hacia los residuos después de pasar a través del filtro fino. En este caso, el filtrado necesitaría extraerse del lodo mientras está fluyendo a través del filtro.
En lugar del sistema de recirculación de bomba de la figura 1B, la figura 27 es una diagonal esquemática que muestra una disposición de equipo alternativa y un método para recircular lodo filtrado de forma gruesa a través de las unidades 7050 o 7060 de filtro fino utilizando aire a presión en su lugar, dos cámaras de mezcla se conectan de forma fluida a la entrada y a la salida de una unidad 7050 o 7060 de filtro fino tal como se muestra por la disposición de red de conductos de flujo los cuales pueden ser los tubos o las tuberías 7086 mostrados. Al menos una de las cámaras de mezcla puede proporcionarse mediante el aparato 100A de mezclador-filtro para preparar inicialmente el agua y el lodo de suelo. La otra cámara de mezcla puede ser un aparato 100B de mezclador-filtro adicional o de forma alternativa simplemente un recipiente de presión vacío. Se disponen de forma fluida cuatro válvulas 7085A, 7085B, 7085C y 7085D de lodo entre la unidad de filtro fino y cada una de las cámaras tal como se muestra para controlar la dirección del lodo durante la mezcla. En funcionamiento, si el lodo se prepara primero en el aparato 100A de mezclador-filtro (cámara prep. de muestra No. 1), se abren las válvulas 7085B y 7085C y se cierran las válvulas 7085A y 7085D. El aparato 100A de mezclador-filtro se pone a presión con aire procedente de una fuente 7086 de aire a presión con válvula que provoca que el lodo fluya a través del dispositivo 7010 de medición de densidad de la unidad 7050 o 7060 de filtro fino al aparato 100B de mezclador-filtro. Las válvulas 7085B y 7085C después se cierran y las válvulas 7085A y 7085D se abren. El aparato 100B de mezclador-filtro se pone después a presión provocando que el lodo fluya en una dirección inversa a través de la unidad 7050 o 7060 de filtro fino y el dispositivo 7010 de medición de densidad de vuelta al aparato 100A de mezclador-filtro. El ciclo de secuencia se repite varias veces para continuar la mezcla de lodo. Las válvulas y las fuentes de aire a presión pueden conectarse de forma operativa y controlarse mediante la presión del controlador 2820 de sistema, que puede estar programado para hacer que este flujo de ida y vuelta suceda de forma muy rápida. La densidad del lodo se puede medir de forma continua cada vez que el lodo fluya a través del medidor de densidad. Una vez que el lodo se ha mezclado completamente como se desee, las salidas de filtrado desde las unidades de filtro fino se abren para dirigir el lodo filtrado al subsistema 7004 de extracción mostrado en la figura 1B para el procesamiento y el análisis químico. En algunos modos de realización, se puede utilizar una única fuente de aire a presión para cada cámara de mezclado en lugar de fuentes separadas. En otro modo de realización, la segunda cámara podría montarse directamente por encima de la primera cámara de preparación demuestra con una válvula entre las mismas. En lugar de poner a presión la segunda cámara, la gravedad podría permitir que el lodo fluyera de vuelta hacia la primera cámara.
Dimensionamiento de conductos de flujo de lodo del sistema
El diámetro interno (ID) del conducto de flujo de lodo tal como los tubos 7088 mostrados en las figuras 1A-B es crítico para un funcionamiento apropiado de los sistemas 7000 de análisis de una muestra agrícola sin taponar los tubos. Cuando se mueve el lodo con partículas grandes a través de un tubo pequeño, aumenta la posibilidad de obstrucción. Para un flujo casi laminar, la velocidad en la pared es cercana a cero lo que puede favorecer una obstrucción. Para tubos pequeños, esto se hace significativo debido a las altas fuerzas de fricción en el lodo. Si estas fuerzas de fricción se hacen demasiado significativas, las partículas caerán del flujo y se acumularán en los tubos causando una parada del flujo. Adicionalmente, grandes partículas pueden engancharse con otras grandes partículas en un tubo pequeño y provocar bloqueos y una parada del flujo. Sin embargo, tener tubos muy grandes es problemático debido a que es difícil tener un flujo suficiente para mantener las partículas en suspensión para evitar precipitados de partículas de suelo.
Los inventores han descubierto que el diámetro interno de los tubos 7088 de lodo y los pasajes deberían diseñarse de tal manera que el diámetro en sección trasversal interno sea como mínimo dos veces el tamaño de partícula más grande en el lodo. Es decir, como un ejemplo, si las partículas son tamizadas a 2 mm de tamaño (por ejemplo, diámetro) por el filtro 146 grueso o las unidades 70507060 de filtro fino, el ID de los tubos debería no ser menor a 4 mm de diámetro. A la inversa, el diámetro interno de los tubos y pasajes debería diseñarse de tal manera que el diámetro interno en sección trasversal es como máximo diez veces el tamaño de partícula más grande (por ejemplo, diámetro). Es decir, como un ejemplo, si las partículas son tamizadas a 2 mm de tamaño, el ID de los tubos debería ser no mayor a 20 mm de diámetro. Por consiguiente, el diámetro interno preferido de los tubos 7088 de lodo tiene un rango crítico entre al menos dos veces el tamaño/diámetro de partícula más grande y no mayor de diez veces el tamaño/diámetro de partícula más grande.
En algunos modos de realización, el material de los tubos utilizados puede preferiblemente ser flexible y formarse de un fluoropolímero, tal como sin limitación el FEP (etileno propileno fluorado) en un ejemplo no limitativo. Otros fluoropolímeros tales como el PTFE (politetrafluoroetileno), el ETFE (polietilentetrafluoroetileno) y la PFA (resina de polímero de perfluoroalcoxi). El coeficiente de fricción dinámico (DCOF) asociado con estos fluoropolímeros también afecta el rango preferido de diámetro interno de los tubos analizado anteriormente porque el material de los tubos crea una resistencia por fricción al flujo de lodo. El FEP, el PTFE, el ETFE y la PFA tienen cada uno un DCOF que cae en el rango de entre aproximadamente 0.02-0.4 tal como se mide según el protocolo de prueba ASTM D1894. Por consiguiente, el material de los tubos utilizado para tubos 7088 de lodo asociados con el rango de diámetro interno de los tubos crítico anterior, de forma preferible, también tiene un DCOF en el rango de entre aproximadamente 0.02-0.4 y más particularmente de 0.08-0.3 asociado con el FEP en algunos modos de realización. Las pruebas realizadas por los inventores confirmaron que el uso de tubos de FEP que caen dentro del rango de diámetro interno de los tubos crítico evitó los problemas de bloqueo del flujo de lodo mencionados anteriormente. En otros posibles modos de realización, se pueden utilizar tubos de nailon u otro tipo de material.
Sistema de control neumático multiplexado con válvulas de aire con control amplificado por presión
Las figuras 38-40 muestran un modo de realización no limitativo de una válvula 7600 de aire con control electroneumático amplificado por presión. La válvula permite una multiplexación con una válvula única accionada neumáticamente que es compartida entre funciones similares para análisis múltiples que se pueden llevar a cabo de forma simultánea mediante los sistemas de procesamiento/análisis de lodo descritos en el presente documento. Como un ejemplo no limitativo, cuando se lleva a cabo un análisis múltiple para diferentes analitos en diferentes trenes de procesamiento de lodo o cuñas 312 de procesamiento de análisis de lodo, en paralelo, cada uno por ejemplo utilizando su propio(s) filtro(s) de lodo asociado(s) u otros componentes de flujo en los cuales se deben controlar el lodo o el flujo de fluido de agua a través del componente (por ejemplo, flujo encendido/apagado) una señal de aire neumática de presión común se puede enviar a tantos filtros o componentes de flujo como sean necesarios desde la válvula 7600 de aire de control aguas arriba de manera que todas actúan en cada función separada de forma simultánea. Esto evita de forma ventajosa el requisito de múltiples válvulas neumáticas más costosas para cada función individual para cada filtro de lodo u otro componente del flujo. El flujo de fluido para cada filtro o función individual del componente de flujo en el sistema de procesamiento de lodo completo puede entonces controlarse con una válvula pilotada por aire mucho menos cara que recibió en la señal de presión de la válvula 7600 de aire de control. Dicha disposición del sistema se describe adicionalmente más abajo con más detalle.
Continuando con referencia a las figuras 38-40, la válvula 7600 de aire con control electroneumático amplificado por presión puede ser una válvula de asiento cónico en un modo de realización tal como se muestra. La válvula 7600, en general, incluye un cuerpo 7604 de válvula, una entrada 7601 de aire, una entrada 7602 de fluido que se comunica con el pasillo 7610 de entrada de fluido, una salida 7603 de fluido que se comunica con el pasillo 7611 de salida de fluido, un diafragma 7608 de aire flexible, un diafragma 7606 y un émbolo 7607 multiplicador dispuesto entre los mismos. El émbolo 7607 está acoplado a los diafragmas en cada extremo. El émbolo está dispuesto de forma deslizante en un orificio 7613 central que puede estar dispuesto a lo largo de o ser paralelo a la línea CL central de accionamiento de la válvula. El diafragma 7606 de fluido está configurado para sellar de forma alternante el pasillo 7610 de entrada de fluido en la superficie 7615 de asiento de válvula del pasillo 7611 de salida de fluido. La superficie 7615 de asiento está dispuesta en una cámara 7609 fluida formada entre el pasillo de entrada de fluido y el diafragma 7606 de fluido. Una cámara 7608 de aire se forma en el lado del aire del diafragma 7608 de aire que recibe una señal de aire de control del pasillo 7612 de entrada de aire de la entrada 7601 de aire. El cuerpo 7604 de válvula puede estar formado de cualquier material no metálico o metálico adecuado. En un modo de realización, el cuerpo de válvula puede ser de plástico. Los diafragmas 7605 y 7606 pueden estar formados de cualquier material elastomérico adecuado. En algunos modos de realización, tal como se muestra, el cuerpo 7604 de válvula puede estar formado de dos o más segmentos 7604-1, 7604-2 y 7604-3 de cuerpo conectados de forma extraíble. Esto permite a los componentes de válvula interna tales como los diafragmas y el émbolo ser montados de forma fácil. Los segmentos del cuerpo de válvula pueden estar sujetos entre sí de cualquier manera adecuada, tal como mediante un acoplamiento que se puede roscar o a través de sujeciones roscadas (no mostrados, véanse los agujeros de montaje de sujeción en cada esquina del cuerpo de válvula) como un ejemplo no limitativo. En otros posibles modos de realización, los segmentos pueden estar acoplados entre sí de forma permanente tal como a través de adhesivos adecuados.
La válvula 7600 de control puede además incluir un actuador 7620 de válvula electrónico que puede conectarse directamente al cuerpo 7604 de válvula en algunos modos de realización para formar una unidad de válvula compacta. El actuador 7620 es activado y controlado a través de una señal de control electrónica transmitida desde el controlador 2820 de sistema (véase, por ejemplo, la figura P-302 y la descripción anterior del presente documento) conectados de forma operativa al actuador (véase por ejemplo, los enlaces de comunicación en línea discontinua de la figura 42). La válvula 7600 de control está conectada de forma fluida a una fuente 7701 de aire de control aguas arriba y aguas abajo para hacer funcionar válvulas de al menos un filtro tal como el filtro 5757 ultrafino u otro componente de flujo del sistema de análisis de lodo agrícola que se describe adicionalmente más abajo.
El émbolo 7607 es móvil axialmente entre una posición no accionada sin aplicación de una señal de aire de control al diafragma 7608 y una posición accionada con una aplicación de aire de control. En la posición accionada, el diafragma 7606 de fluido se acopla con la superficie 7615 de asiento de válvula para cortar el flujo de fluido a través de la válvula. Esta representa la posición cerrada de la válvula 7600. En la posición no accionada, el diafragma de fluido se desacopla de la superficie 7615 de asiento para permitir el flujo a través de la válvula tal como se muestra en la figura 40. Esta representa la posición abierta de la válvula.
Las válvulas de aire de control accionadas neumáticamente amplificadas por presión permiten una señal de aire de presión relativamente baja para accionar la válvula que está controlando y proporcionando presiones aguas abajo que son relativamente altas. El diafragma 7605 de aire es más grande en diámetro D1 y el área A1 superficial que el diámetro D2 y el área A2 correspondiente del diafragma 7606 de fluido. El pasillo 7610 de entrada de fluido tiene un diámetro D3 y un área A3 correspondiente en la penetración a través de la superficie 7615 de asiento de válvula. En un ejemplo no limitativo para ilustrar estos aspectos de amplificación de presión de la válvula 7600, la presión P1 de señal de aire x el área A1 de diafragma = fuerza de émbolo. La fuerza de émbolo/A2 es más grande que la presión P2 de fluido controlada, incluso cuando la P2 es mayor que la presión P1 de señal de aire. Una vez que se cierra la válvula, la válvula es capaz de retener el fluido a presiones de entrada de fluido aguas arriba de hasta P1 x A1/A3.
Un modo de realización o limitativo de ejemplo de la figura 42 de un sistema de aire de control multiplexado utiliza la válvula 7600 de aire con control electroneumático amplificado por presión descritas anteriormente. El sistema de aire de control multiplexado utiliza válvulas 7600 para controlar el funcionamiento de múltiples componentes de flujo en trenes de procesamiento y análisis de lodo diferentes o cuñas 312 de procesamiento, tal como por ejemplo, las unidades 7700 de filtro ultrafino. Las unidades 770 de filtro ultrafino cada una está configurada y funciona para producir un filtrado sustancialmente limpio que proporciona el sobrenadante para un análisis químico y una cuantificación de un analito de lodo respectivo de interés en cada tren o cuña (por ejemplo, un nutriente de suelo o u otro) después de la adición de extractante para separar el analito del lodo, pero antes del reactivo añadido para el análisis. La figura 43 es una vista en sección trasversal de una construcción de ejemplo no limitativa de una unidad 7700 de filtro ultrafino que se describirá en primer lugar antes de la descripción del sistema de aire de control multiplexado.
Con referencia inicialmente a la figura 43, la unidad 7700 de filtro ultrafino incluye un cuerpo 7704 de filtro alargado que define un eje CF de línea central de filtro y que comprende un primer extremo tal como un extremo 7715 superior, un segundo extremo opuesto tal como un extremo 7716 y un pasaje 7712 central interno que se extiende entre los extremos a lo largo del eje CF de línea central. El cuerpo 7704 de filtro puede tener una configuración generalmente cilíndrica en un modo de realización; sin embargo, se pueden utilizar otras formas del cuerpo en otras implementaciones. El cuerpo de filtro puede tener una estructura unitaria monolítica en un modo de realización, que se puede fundir o moldear a partir de materiales no metálicos o metálicos, químicamente inertes, adecuados que no reaccionarán con el lodo. En un modo de realización, el cuerpo de filtro puede estar formado de plástico/polímero.
Un soporte 7720 de medio de filtro se sitúa de forma desmontable y se recibe en el pasaje 7712 central del cuerpo 7704 de filtro. El soporte 7720 de medio de filtro puede ser alargado teniendo una primera porción 7722 extrema que define un primer extremo y una segunda porción 7723 extrema que define un segundo extremo. Los extremos pueden estar embridados en un modo de realización tal como se muestra; sin embargo, los extremos puede que no estén embridados en otros modos de realización. Cada porción 7722, 7723 extrema está configurada para montar y soportar un medio 7721 de filtro axialmente alargado entre las mismas. El medio 7721 de filtro puede tener una configuración tubular que define una cámara 7714 de filtrado interna que recibe lodo filtrado (es decir, filtrado) que pasa radialmente hacia dentro a través el medio de filtro desde un recinto 7713 de entrada definido entre el cuerpo de filtro y el medio de filtro. Cualquier medio microporoso adecuado similar al descrito previamente en el presente documento para el filtro 5757 ultrafino puede utilizarse para el medio 7721 de filtro ultrafino, tal como por ejemplo, sin limitación, un material polimérico microporoso o sinterizado o cerámica. Un filtro “ultrafino” para procesar un filtrado (o sobrenadante) de tamaño de partícula máxima adecuado para un análisis químico por el sistema se puede definir en algunos modos de realización no limitativos como un medio de filtro que tiene un tamaño de partícula máxima de paso en un rango de 0.1 a 10 micras.
La unidad 7700 de filtro ultrafino en un modo de realización comprende una pluralidad de puertos de entrada y de salida, que incluyen pero no están limitados a un puerto 7705 de entrada de lodo, un puerto 7710 de salida de filtrado, puerto 7709, 7711 de salida de residuos, un puerto 7708 de ventilación/sobreflujo, un puerto 7706 de entrada de aire a presión de filtro, un puerto 7726 de aire y un puerto 7707 de entrada de retrolavado de filtro. El puerto 7726 de aire puede estar configurado como un puerto bidireccional para introducir aire a presión en la unidad de filtro y aire de ventilación desde la unidad durante el llenado de lodo inicial, tal como se describe adicionalmente en el presente documento. El puerto 7726 de aire y el puerto 7710 de salida de filtrado pueden estar orientados paralelos al eje CF de línea central y al medio 7721 de filtro. Todo el resto de puertos descritos anteriormente están orientados de forma trasversal y de forma tangencial al eje CF y el medio de filtro para crear una acción de remolino/mezclado para que se produzca en el recinto 7713 de entrada de lodo anular.
Cada uno de los puertos anteriores tiene una válvula 7724 de piloto de aire neumático asociada que está acoplada de forma fluida en el líquido de procedimiento o en lado de fluido (por ejemplo, lodo, agua, aire, etc.) a los puertos para controlar el flujo del fluido a/desde la unidad 7700 de filtro ultrafino. Todas las válvulas mostradas en la figura 43 son válvulas de piloto de aire; sólo se han etiquetado algunas en aras de la claridad de la figura. Cada válvula 7724 de piloto de aire está conectada de forma fluida en el lado de aire de control a su vez a una válvula 7600 de aire de control dedicada y asociada tal como se muestra en la figura 42 de acuerdo con el tipo de puerto (por ejemplo, agua, aire, lodo). La válvula 7600 de aire de control entrega aire pulsado para accionar cada válvula 7724 pilotada por aire para controlar su posición de encendido o apagado. En un modo de realización, las válvulas pilotadas por aire pueden estar configuradas como una presión de aire para abrir y aire o un resorte para cerrar a través de un resorte de retorno incluida (válvula neumática de piloto simple) o presión de aire para cerrar (válvula neumática de piloto doble). Dichas válvulas de piloto de aire están disponibles comercialmente en numerosas fuentes y son relativamente baratas con respecto a una válvula 7600 de aire de control amplificada por presión neumática que requiere una señal eléctrica para accionar el actuador 7620 de válvula electrónico de la válvula. Cabe señalar que para la unidad 7700 de filtro ultrafino descrita en el presente documento, se podrían requerir 11 válvulas 7724 de piloto de aire para una única unidad de filtro con un único tren de procesamiento/análisis de lodo o cuña 312 de procesamiento.
La unidad 7700 de filtro ultrafino puede funcionar de acuerdo con el siguiente procedimiento y método general. El procedimiento descrito más abajo puede estar completamente automatizado y controlado de una forma secuencial por el controlador 2820 de sistema electrónico descrito previamente en el presente documento a través de instrucciones de programa adecuadas ejecutadas por el procesador del controlador. De forma preferible, la unidad de filtro está orientada verticalmente de tal manera que un extremo 7715 está en la parte superior (es decir, extremo superior) y un extremo 7716 está en la parte inferior (es decir, extremo inferior). Sin embargo, se pueden utilizar otras orientaciones de la unidad de filtro. A continuación las referencias para abrir o cerrar puertos de la unidad de filtro se controlan por la válvula 7724 de piloto de aire asociada con cada uno de esos puertos a menos que se indique de forma explícita lo contrario.
Para iniciar el procedimiento, se inyecta la mezcla de lodo y extractante en el filtro a través del puerto 7705 de entrada de lodo abierto desde el distribuidor de extracción de lodo aguas arriba del sistema de procesamiento de análisis de lodo en un punto después de que el extractante haya sido mezclado completamente con el lodo. Esto puede ser similar al punto de extracción en el procedimiento mostrado en la figura P-261 (sistema 3000 de procesamiento de lodo) o a la figura P-263 (cuña 312 de procesamiento de análisis de lodo) utilizando el filtro 5757 ultrafino como se describió previamente en el presente documento. Esto se representa en la presente figura 43 como la porción 7730 de mezclado de extractante del sistema de procesamiento de lodo. El lodo fluye circunferencialmente alrededor del medio 7721 de filtro y hacia abajo en el recinto 7712 de entrada de lodo anular próximo al extremo 7715 superior de la unidad de filtro hacia el extremo 7716 inferior opuesto de la unidad de filtro. Durante este procedimiento, el puerto 7708 de ventilación/sobreflujo es abierto para permitir que el aire residual contenido en el recinto anular escape a los residuos a presión atmosférica durante el procedimiento de llenado de lodo (que puede incluir una pequeña cantidad de sobreflujo de lodo.
El puerto 7726 de presurización-ventilación de aire se abre a través de una válvula 7724 de piloto de aire de ventilación mostrada en la figura 43 para permitir que el aire residual en la cámara 7714 de filtrado interna en el interior del medio 7721 de filtro escape a la atmósfera a través del distribuidor 7728 de aire conectado de forma fluida al puerto 7726 tal como se muestra. Tanto la cámara 7714 de filtrado como el recinto de entrada de lodo por tanto están ventilados a la presión atmosférica ambiente. La válvula de piloto de aire de ventilación está conectada de forma fluida con el puerto 7726 de presurización-ventilación a través del distribuidor 7728 de aire que también incluye válvulas de piloto asociadas con un suministro de aire a baja presión y a alta presión conectado de forma fluida al puerto 7726 tal como se muestra. Estas válvulas de piloto de suministro de aire estaban inicialmente y permanecen cerradas en esta fase del procedimiento.
A continuación, la unidad de filtro y el conducto 7725 de flujo de salida de lodo (por ejemplo, los tubos) son cebados. Se abre la válvula 7724-2 de piloto de aire de residuos de filtrado cebada conectada de forma fluida al conducto de flujo de salida de lodo. El lodo entregado a través del puerto 7705 de entrada de lodo a la unidad de filtro llena el recinto 7713 anular exterior influye radialmente hacia dentro desde el recinto a través del medio 7721 de filtro dentro de la cámara 7714 de filtrado interna a través de la caída de presión entre el recinto y la cámara de filtrado de presión inferior. El filtrado es dirigido a los residuos a través de la válvula 7724-2 de piloto de aire de residuo de filtrado durante un corto periodo suficiente para cebar la unidad de filtro y el conducto de flujo de salida de lodo. Cabe señalar que la válvula 7724-1 de piloto de aire de suministro de filtrado asociada con el reenvío del filtrado/sobrenadante a la porción 7731 de análisis químico aguas abajo del sistema de procesamiento y análisis de lodo está cerrada durante la operación de cebado. Después de que cese la etapa de cebado, la válvula de piloto de aire de presión y la válvula 7724-2 de piloto de aire de residuos de filtrado están cerradas.
Después de la etapa de cebado, el recinto 7713 de entrada de lodo anular se pone a presión a través del establecimiento de un flujo de aire de filtrado de alta presión en el puerto 7706 de entrada de aire de presurización de filtro desde una fuente de aire a presión. El lodo pasa a través del medio 7721 de filtro y dentro de la cámara 7714 de filtrado interno donde se recoge el lodo filtrado (filtrado) que forma el sobrenadante para las recogidas de análisis químico. Cabe señalar que la fuente de aire a presión para todo el aire a baja y a alta presión anterior a la cámara 7714 de filtrado interno y el aire a alta presión para el recinto 7713 de entrada de lodo puede ser una única fuente tal como un compresor 3030 de aire y un tanque 3031 de aire mostrados en la figura P-1 u otra unidad otra fuente de aire disponible adecuada descrita previamente en el presente documento. El aire es suministrado a los diversos puertos de aire de la unidad 700 de filtro ultrafino a través de conductos de aire configurados y con válvulas apropiados (por ejemplo, tubos).
El filtro es entonces de nuevo ventilado a la atmósfera ambiente abriendo el puerto 7726 de presurización-ventilación conectado de forma fluida a la cámara 7714 de filtrado interno de filtro y al puerto 7708 de ventilación/sobre flujo conectado de forma fluida al recinto 7713 de entrada de lodo anular. Para suministrar el filtrado/sobrenadante a la porción 7731 de análisis químico aguas abajo del sistema de procesamiento de lodo, la válvula 7724 de piloto de suministro de aire de presión y la válvula de piloto de filtrado se abren. El reactivo es entonces añadido a la mezcla de filtrado/sobrenadante y el nivel de analito es entonces medido de la manera descrita previamente en el presente documento.
El enjuague del filtro, el retro lavado y después las etapas de secado con aire se realizan para preparar la unidad 7700 de filtro ultrafino para procesar la siguiente muestra de lodo. La etapa de enjuague es realizada abriendo la válvula 7724 de piloto de aire de suministro de agua a presión conectado de forma fluida con el puerto 7707 de entrada de retro lavado al filtro y los puerto 7709, 7711 de residuos inferiores. La corriente arremolinada de forma ciclónica de agua retira por la fuerza el exceso/residuo de lodo del recinto 7713 de entrada de lodo mientras frota tangencialmente las partículas de lodo residuales de la superficie externa del medio 7721 de filtro. La etapa de retro lavado se realiza inyectando en primer lugar agua del suministro de agua a presión a través de un puerto 7726 de ventilación de presurización de aire dentro de la cámara 7714 de filtrado. Esto empuja el agua radialmente hacia fuera a través del medio 7721 de filtro en la dirección radial opuesta a la que previamente filtraba el lodo. La recogida de agua en el recinto de entrada de lodo que contiene partículas de lodo separadas del medio de filtro es dirigida a los residuos a través de las válvulas de piloto de aire de residuo. El flujo de agua es finalizado y seguido por la aplicación de pulsos de aire de limpieza a alta presión a través del puerto 7726 de presurización-ventilación de aire dentro de la unidad de filtro interna a la cámara 7714 de filtrado. Esto crea un efecto de martilleo para golpear cualquier partícula de lodo residual fuera del medio 7721 de filtro. La presión de aire proporcionada por el suministro de aire a alta presión es más alta que la “presión de filtrado” o el aire “a baja presión” mostrados en la figura 43 para facilitar la limpieza de microporos apropiada disolviendo pequeñas partículas que de otro modo podrían permanecer incrustadas en la superficie del medio de filtro debido a un diferencial de presión nulo a través del medio. El suministro de presión de aire de filtrado puede estar a una presión intermedia que es mayor que la del suministro de aire a baja presión, pero menor que la presión de suministro de aire a alta presión. El suministro de aire a baja presión está a una presión seleccionada para atravesar suavemente el filtrado y descargarlo de la unidad de filtro. El suministro de aire a presión intermedia de filtrado más alta está a una presión seleccionada para empujar el lodo a través del medio de filtro para producir filtrado. El suministro de aire a una presión todavía más alta está a una presión seleccionada para “golpear de vuelta” el aire de limpieza en una segunda dirección inversa a través del medio de filtro que produciendo el filtrado con una fuerza suficiente para separar las partículas atrapadas en el filtro. En algunos modos de realización, la presión de limpieza proporcionada por el suministro de aire a alta presión es preferiblemente de al menos 1.5-2 veces la presión de filtrado para lograr una separación y eliminación satisfactorias de partículas atrapadas del medio de filtro. La etapa de secado con aire se realiza después abriendo la válvula 7726 de piloto de aire asociada con las fuentes de aire de presión más alta para permitir que un aire a presión “alta” empuje el agua restante de la cámara 7714 de filtrado al recinto 7713 de entrada de lodo mientras el aire “de filtrado” conectado de forma fluida al recinto 7713 de entrada empuja entonces el agua restante a los puerto 7709, 7711 atmosféricos, puertos de residuo. Esto crea un efecto de secado por flujo de aire con vórtice dentro del filtro. El secado puede facilitarse en un modo de realización mediante múltiples puertos de entrada de aire tangenciales en la parte superior del filtro y múltiples puertos de salida de residuos normales a la unidad en la parte inferior del filtro. De forma preferible, puede proporcionarse un número par de entradas de aire y de puertos de salida de residuo para equilibrar el flujo. Esta separación axial y desplazamiento de puertos en la parte superior y la parte inferior junto con un gran volumen de aire crea la acción de vórtice favorecida para un secado rápido con el fin de filtrar la siguiente muestra de lodo para el siguiente ciclo de análisis en una sucesión rápida.
El sistema de control neumático multiplexado de aire mostrado en la figura 42 ilustra la combinación de válvulas 7600 de control neumático de aire más costosas y un mayor número de válvulas 7724 de piloto de aire menos costosas, lo que proporciona una solución rentable para satisfacer las demandas de aire de control de múltiples unidades 7700 de filtro ultrafino; cada unidad de filtro que comprende una pluralidad de válvulas de piloto de aire asociadas para controlar las múltiples necesidades funcionales del procedimiento operativo descrito previamente. En el modo de realización ilustrado, cada unidad de filtro tiene 11 válvulas de piloto de aire asociadas (pueden usarse más o menos en otras variaciones del sistema). Dado que cada válvula de piloto de aire de cada unidad de filtro tiene la misma función, cada función puede ser activada simultáneamente en todas las unidades de filtro mediante multiplexión para producir un sistema de aire de control más económico, lo cual es ventajoso para el presente sistema de procesamiento de lodo en el que se desea procesar y cuantificar químicamente en paralelo múltiples análisis de lodos para diferentes analitos contenidos en la misma muestra agrícola (por ejemplo, suelo). Esto produce resultados más rápidos, permitiendo que la siguiente muestra agrícola sea procesada antes.
Como un ejemplo con propósitos descriptivos únicamente del sistema de aire de control neumático multiplexado, la figura 42 muestra sólo cuatro unidades 7700 de filtro ultrafino por simplicidad de ilustración, que están designadas por 7700-1 a 7700-4. Cada unidad de filtro se muestra teniendo cuatro puertos y válvulas 7724 de piloto de aire asociadas indicadas como válvulas “1-4”. Cada válvula 1-4 de piloto de aire está conectada de forma fluida a una respectiva válvula 7600 de aire de control dedicada aguas arriba, designadas por 7600-1 a 7600-4 a través de respectivos distribuidores 7003-1 a 7003-4 de distribución de aire compartido fluidamente aislados y dedicados. Por ejemplo, la válvula 1 de piloto está conectada de forma fluida y comparte el primer distribuidor 7703-1 de distribución de aire compartido y así sucesivamente para las restantes válvulas 2-4 de piloto en este ejemplo. Cada válvula 7600-1 a 7600-4 de aire de control está conectada de forma fluida aguas arriba a su vez al distribuidor 7702 de suministro de aire que a su vez está conectado de forma fluida a una fuente 7701 de aire común, que puede ser un compresor 3030 de aire y un tanque 3031 de aire asociado, mostrados en la figura P-1 o cualquiera de las otras fuentes de aire descritas previamente en el presente documento.
Una ventaja del presente sistema de aire de control neumático multiplexado mostrado en la figura 42 es que únicamente la válvula 7600-1 a 7600-4 de aire de control necesita estar conectada de forma operativa y de forma comunicativa al controlador 2820 de sistema para controlar el suministro de aire de control a las unidades 7700-1 a ese 7700-4 de filtro ultrafino y a las válvulas “1-4” de piloto de aire de cada unidad. Esto simplifica en gran medida el cableado del sistema de control y la programación de controlador necesaria para controlar la filtración de lodo y las operaciones de limpieza de filtración posterior de cada unidad de filtro descrita anteriormente. El sistema de aire de control permite la multiplexación con válvulas electroneumáticas que se comparten entre funciones similares de múltiples análisis. Cuando están presentes múltiples análisis, cada uno utiliza su(s) propio(s) filtro(s), una señal neumática común puede ser enviada a tantos filtros como sea necesario de manera que todos ellos accionan cada función de forma simultánea sin requerir válvulas electroneumáticas caras adicionales para cada análisis incremental.
Durante el funcionamiento, como un ejemplo, cuando el controlador 2820 de sistema es programado previamente y sincronizado para iniciar la misma función de filtro asociada con la válvula “1” de piloto de aire de abertura de cada una de las cuatro unidades 7700-1 a 7700-4 de filtro, que puede ser cualquiera de las funciones descritas anteriormente) al mismo tiempo, el controlador transmite una señal de control eléctrica a la válvula 7600-1 de aire de control. La válvula 7600-1 se abre para transmitir un flujo de señal de aire de control a través del distribuidor 7703-1 de distribución compartido de forma simultánea a cada válvula “1” de piloto de aire de cada unidad 7700-1 a 7700-4 de filtro ultrafino. Las válvulas de piloto de aire son por tanto abiertas de forma simultánea tras recibir la señal de aire de control. El cese de la señal de aire de control provoca que cada válvula se cierre de forma simultánea en un momento apropiado controlado por el controlador 2820 de sistema. La misma metodología de funcionamiento aplica a cada una de las válvulas “2-4” de piloto de aire restantes que se abrirán de forma simultánea en el momento apropiado por el controlador.
Por consiguiente, el sistema de aire de control permite la multiplexación con válvulas de aire con control electroneumático que son compartidas entre funciones similares de cada unidad de filtro para múltiples análisis. Cuando están presentes múltiples análisis y funcionan en paralelo, cada uno utiliza su(s) propio(s) filtro(s), una señal neumática común puede por tanto enviarse a tantos filtros como sea necesario de manera que todos actúan sobre cada función de forma simultánea, sin requerir válvulas electroneumáticas caras adicionales para cada análisis incremental.
En un aspecto, un método para filtrar un lodo puede resumirse básicamente en que comprende: proporcionar el filtro de lodo que comprende un cuerpo que define un pasaje central interno, un medio de filtro dispuesto en el pasaje central y que define, que comprende, una cámara de filtrado interna y un recinto de entrada de lodo anular dispuesto, definido, entre el cuerpo y el medio de filtro; haciendo fluir el lodo dentro del recinto interno de lodo en un primer extremo del cuerpo; poner a presión en el recinto de entrada de lodo para empujar el lodo radialmente hacia dentro a través del medio de filtro para depositar un filtrado en la cámara de filtrado; poner a presión la cámara de filtrado para empujar el filtrado a un puerto de salida de filtrado en un segundo extremo del cuerpo opuesto al primer extremo.
En otro aspecto, la unidad de filtro de lodo para el filtrado de lodo ultrafino puede comprender en general: un cuerpo que define un eje de línea central; un primer extremo, un segundo extremo opuesto y un pasaje central interno que se extiende entre los extremos a lo largo del eje de línea central; un soporte que soporta un medio de filtro alargado en el pasaje central, el medio de filtro que define una cámara de filtrado interna y un recinto de entrada de lodo anular dispuesto, definido, entre el cuerpo y el medio de filtro; un puerto de entrada de lodo orientado radialmente respecto al eje de línea central en un primer extremo y un puerto de salida de filtrado en un segundo extremo orientado paralelo al eje de línea central; un puerto de entrada de aire de presurización de filtro orientado radialmente respecto al eje de línea central y conectado de forma fluida al recinto de entrada anular de lodo para empujar el lodo en el recinto radialmente a través de un medio de filtro dentro de la cámara de filtrado: y un puerto de aire orientado paralelo al eje de línea central y conectado de forma fluida a la cámara de filtrado para empujar el filtrado a la salida de lodo.
Mezcla de fluido de procedimiento microfluídico
Cuando el fluido pasa desde un pasaje grande a un pasaje pequeño de forma repentina, se produce la mezcla. Este procedimiento puede utilizarse de forma particular con la mezcla de lodo, extractantes, reactivos u otros fluidos dentro de la red de flujo de microcanales en el disco 310 de procesamiento microfluídico. Se puede proporcionar un grupo de microbombas para el mezclado. Cuando se mezclan dos constituyentes entre sí para formar una mezcla por ejemplo, una microbomba con una cámara de bomba asociada puede dimensionarse para el volumen particular de cada constituyente necesario en las proporciones requeridas para formar la mezcla final. Pueden proporcionarse además una microbomba única más grande y una cámara que está dimensionada para traspasar el volumen total de la mezcla compuesta de dos o más constituyentes.
En el ejemplo no limitativo mostrado en la figura 41 y que se expone posteriormente, una microbomba MP1 de diafragma accionada neumáticamente está dimensionada para 2.500 pl de lodo agrícola (por ejemplo, lodo de suelo en un modo de realización, una microbomba MP2 está dimensionada para 7.500 pl de extractante y una microbomba MP3 está dimensionada para entre 10000 y 10200 pl de la mezcla combinada. El objetivo para la MP3 es siempre tener un volumen que pueda al menos contener todo el fluido de las microbombas MP1 y MP2. Para tener en cuenta la variabilidad de fabricación, la microbomba MP3 puede tener un volumen y un desplazamiento ligeramente más altos que la suma de la MP1 y la MP2. Las microbombas anteriores pueden formarse y disponerse en capas de una cuña 312 de procesamiento de análisis de lodo del disco 310 de procesamiento microfluídico mostrado en la figura 41 y descrito previamente en el presente documento. Las microbombas pueden comprender toda la cuña o únicamente una porción de una cuña 312 de procesamiento individual. Las microbombas de diafragma accionadas neumáticamente están conectadas de forma fluida entre sí mediante la red de microcanales 322 de flujo y las microválvulas de diafragma accionadas neumáticamente, como se describe posteriormente. Las microválvulas utilizadas en el disco 310 de procesamiento microfluídico tales como las microválvulas 328 de diafragma accionadas neumáticamente se describieron previamente en el presente documento.
Se describirán a continuación etapas de ejemplo en un procedimiento/método para preparar y mezclar un fluido que contiene lodo. Se hace referencia a una cámara de bomba “abierta” a continuación, que significa que la cámara 5765 de bomba inferior de la microbomba MP1, MP2 o MP3 está abierta a su volumen máximo para recibir un fluido tal como se muestra en la figura P-257. La cámara 5764 de bomba superior no está presurizada por la entrada 5768 de aire a través del aire de control de manera que el diafragma 5763 está en una posición hacia arriba no deformada, que “abre” la cámara inferior para admitir fluido para el bombeo. Una cámara de bomba “cerrada” significa que se aplica aire a presión a la cámara 5764 de bomba superior que mueve y deforma el diafragma 5763 para asumir una posición hacia abajo próxima a la superficie 5765-2 inferior de la cámara 5765 inferior (véase, por ejemplo, la figura P-258). Esto aplasta y bombea el fluido hacia fuera desde allí a través del puerto 5767 de salida de fluido para un procesamiento adicional de la mezcla de lodo.
El procedimiento/método puede resumirse como sigue: (1) abrir la microválvula 7650 de entrada de lodo; (2) abrir la cámara de bomba de la MP1 para extraer un volumen preciso de lodo igual al desplazamiento de la MP1 dentro de la MP1; (3) cerrar la microválvula 7650 de entrada de lodo; (4) abrir la microválvula 7653 de entrada de extractante; (5) abrir la microválvula 7654 intermedia entre la MP1 y la MP2; y (6) abrir la cámara de bomba de la MP2 que hace que la sección a través de la MP1 extraiga el extractante a la MP1 con el lodo existente creando una mezcla de lodoextractante. A medida que el extractante se mezcla con el lodo en la MP1, algo de la mezcla de extractante con lodo entra en la MP2 hasta que finalmente la MP2 está llena y se ha arrastrado una cantidad de extractante igual al desplazamiento de la MP2 dentro del sistema y mezclado con el lodo. El procedimiento continúa con las etapas de: (7) cerrar la microválvula 7653 de entrada de extractante; (8) cerrar la<m>P1 y abrir la MP3 de forma simultánea; (9) cerrar la microválvula intermedia entre la MP1 y la MP2; y (10) cerrar la MP2. En este punto, toda la cantidad de la MP1+ la MP2 con cantidades específicas en el lodo extractante se ha mezclado y combinado dentro de la cámara de bomba MP3. El procedimiento se completa por las etapas de: (11) abrir la microválvula 7656 de entrada; y (12) cerrar la bomba MP3 para bombear y enviar hacia delante la mezcla de lodo mezclado/muestra extraída a las fases de procesamiento de lodo aguas abajo de tal manera que se puede utilizar una filtración terciaria/ultrafina por ejemplo un filtro 5757 ultrafino microporoso mostrado en la figura P-261 u otro filtro. El filtro ultrafino está configurado para producir un sobrenadante filtrado limpio capaz de ser analizado químicamente tal como a través de un análisis colorimétrico u otra técnica analítica utilizada en la técnica para analito de interés contenido en el sobrenadante. Cabe señalar que en la figura 41, la P2 y la P3 no están aisladas entre sí por una microválvula.
En la figura 41, la microbomba MP1 puede además estar conectada de forma fluida a la microválvula 7652 que controla la admisión de un fluido “estándar” utilizado para comprobar la precisión del sistema de análisis de lodo en general. El estándar contendrá una concentración conocida (partes por millón-ppm) de un analito (por ejemplo, nitrógeno, fósforo, etc.) que finalmente se mide a través de la celda de análisis de flujo del sistema descrito previamente en el presente documento. La microbomba MP1 puede además estar conectada de forma fluida a la microválvula 7651 de agua que controla la admisión de agua dentro de la microbomba para lavar de forma periódica el lodo residual restante en la cámara de bomba inferior de la microbomba.
Sistema de recogida de muestras de suelo de tipo cuchillo
La recogida de muestras de suelo agrícola tradicional para los propósitos del análisis de nutrientes se realiza con sistemas estacionarios que requieren una inversión no eficiente en tiempo y en trabajo. Estos incluyen una estación manual de muestras de suelo para comprobación. Una máquina eléctrica no estacionaria o una recogida de muestras automatizada “sobre la marcha” son deseables para una recogida más rápida y menos laboriosa.
De acuerdo con el presente sistema de recogida de muestras de suelo móvil automatizado descrito en el presente documento, el sistema incluye un aparato de recogida que comprende un bastidor de soporte y que incluye uno o más carretes de recogida de suelo giratorios configurados para penetrar en el suelo para recoger una muestra en intervalos de tiempo predeterminados. Cada carrete comprende un cuerpo tubular hueco con una cavidad de recogida interna incluida en su geometría en sección trasversal para capturar una porción de suelo representada en profundidad y retener la muestra. El accionamiento de giro de carrete se puede lograr con varios métodos incluyendo pero no limitados a una distribución de energía eléctrica, neumática o hidráulica utilizando motores y un tren de engranajes, cilindros lineales, una cremallera y un piñón, un solenoide y/o actuadores solos o en combinación. Para una recogida de muestras, los carretes normalmente comienzan en la posición bajada (es decir, hacia del suelo) y cerrada hacia el suelo, lo que impide la entrada del suelo en la cavidad de recogida. A intervalos predeterminados, los carretes alternan entre ciclos de giro de 180 grados alrededor de su línea central longitudinal. Los ciclos de cavidad de recogida y los cambios tras el giro del carrete de recogida entre una condición oculta con respecto al suelo (cavidad de recogida de suelo tapada o bloqueada) a una posición expuesta (muestra de suelo capturada) y de vuelta a una condición escondida (muestra capturada retenida en el carrete). El aparato de recogida de muestras puede controlarse mediante un controlador de sistema basado en microprocesador tal como el controlador 2820 descrito previamente en el presente documento u otro controlador. El bastidor de soporte con el aparato de recogida está configurado para montarse en un vehículo eléctrico que se puede accionar para atravesar el campo agrícola y recoger muestras “sobre la marcha”.
Las figuras 44-82 representan un modo de realización de un sistema 8000 de recogida de muestras de suelo móvil de acuerdo con la presente descripción. El sistema comprende un conjunto 8009 de recogida que tiene una parte 8005 delantera, una parte 8006 trasera, un lado 8007 lateral izquierdo y un lado 8008 lateral derecho identificados en la figura 55 por facilidad de referencia al describir el conjunto. El conjunto 8009, en general, incluye un bastidor 8001 de soporte y un aparato 8002 de recogida montado de forma móvil y soportado por el bastidor. El bastidor 8001 está configurado para montarse de forma desmontable a la porción trasera de cualquier tipo de remolque/equipo o vehículo 8003 de ruedas autopropulsado que puede funcionar para desplazarse a través del campo AF agrícola que contiene suelo para recoger de forma dinámica muestras “sobre la marcha” mientras se está moviendo el vehículo. Esto difiere de las técnicas de muestreo estacionario tradicionales. El vehículo 8003, si es autopropulsado, puede ser accionado por un motor de tipo propulsado por gas, eléctrico o híbrido como algunos ejemplos no limitativos. Los vehículos 8003 pueden utilizarse únicamente para la recogida de muestras de suelo o pueden ser cualquier tipo de vehículo o equipo con ruedas autopropulsado de propósito general comúnmente utilizado en la técnica agrícola tal como camionetas u otros camiones, tractores, cosechadoras, etc. El tipo de vehículo propulsado o de remolque/equipo arrastrado utilizado no limita la descripción. El aparato 8002 de recogida está configurado para ser arrastrado a través del campo por el vehículo 8003 para recoger muestras en el modo de realización representado en la figura 44.
El bastidor 8001 de soporte puede, en general, comprender una sección 8001-1 de bastidor primaria más delantera configurada para montarse o acoplarse directa o indirectamente de forma desmontable al vehículo, una sección 8001-3 de bastidor de aparato de recogida más trasera y una sección 8001-2 de bastidor de rail intermedio montada entre las mismas que soporta un chasis 8058 de carro. La sección 8001-1 de bastidor primaria puede comprender un vástago 8001-4 de montaje alargado horizontalmente configurado para acoplarse al vehículo 8003 en un modo de realización. El vástago 8001-4 puede ser cilíndrico en un modo de realización. Una pluralidad de amortiguadores 8004 de vibración de montaje en las ubicaciones de montaje al vehículo absorbe el movimiento ascendente/descendente del aparato 8002 de recogida y reducen la vibración a medida que el aparato de recogida penetra y es arrastrado a través del suelo por el vehículo 8003. Esto evita la rotura de las estructuras. En un modo de realización, se pueden utilizar muelles 8004-1 para los amortiguadores tal como un par de amortiguadores con muelles: un muelle montado en cada extremo opuesto del vástago 8004-1 tal como se muestra. Se pueden utilizar otros números de amortiguadores y ubicaciones de montaje.
La sección 8001-2 de bastidor de rail intermedio del bastidor 8000 de soporte soporta el chasis 8058 de carro que comprende un carro 8050 que se puede mover verticalmente utilizado para ajustar la posición vertical del aparato 8002 de recogida con respecto a la superficie a nivel del terreno del suelo y el vehículo 8003. El aparato 8002 de recogida está acoplado de forma móvil y soportado por el carro tal como se describe adicionalmente en el presente documento, que a su vez está soportado por la sección de bastidor de rail. La sección 8001-2 de bastidor de rail puede incluir un par de vástagos 8001-5 de soporte verticales alargados y separados lateralmente, que pueden estar conectados de forma rígida al vástago 8001-4 de montaje horizontal mediante una pluralidad de puntales 8001-6 en ángulo sustancialmente horizontales. Los puntales horizontales soportan la sección 8001-2 de bastidor de rail y el aparato 8002 de recogida acoplado a la misma en el vehículo 8003 en forma de voladizo. Los puntales 8001-6 pueden estar montados próximos a las porciones superiores de los vástagos 8001-5 en un modo de realización no limitativo. La sección de bastidor de rail por tanto permanece estacionaria con respecto a la sección 8001-1 de bastidor primaria y al vehículo 8003. Los vástagos 8001-5 pueden tener un cuerpo tubular con una forma de sección trasversal rectangular o cuadrada poligonal en un modo de realización; sin embargo, se pueden utilizar otras formas de sección trasversal poligonales o no poligonales (por ejemplo, circular). Los vástagos se extienden en la dirección vertical entre un soporte 8051 de montaje superior y un soporte 8052 de montaje inferior. Porciones extremas superior e inferior de cada rail 8001-5 están conectadas de forma fija a los soportes a modo de rejilla tal como se muestra.
El chasis 8058 de carro incluye un par de raíles 8027 de guía verticales separados lateralmente, conectados de forma rígida en cada extremo y soportados en los soportes 8051, 8052 superior e inferior del bastidor de soporte intermedio a la sección 8001-2 de bastidor de rail a través de correspondientes soportes 8058-1, 8058-2 de chasis inferior y superior, respectivamente. Los raíles 8027 están separados hacia atrás desde y paralelos a las varillas 8001-5 de soporte. Los raíles pueden ser cilíndricos con una sección trasversal circular en un modo de realización para acoplar los rodillos 8053 cilíndricos montados en el carro 8050, tal como se describe adicionalmente en el presente documento.
Cabe señalar que las diversas secciones 8001-1, 8001-2 y 8001-3 de bastidor y el chasis 8058 de carro descritos anteriormente pueden incluir una pluralidad de partes auxiliares adicionales, componentes, sujeciones, soportes, cojinetes, manguitos, collarines u otros elementos más allá de las partes primarias mostradas en las figuras que pueden ser necesarias para realizar sus funciones de soporte de montaje pretendidas. Está dentro del ámbito de los expertos en la materia proporcionar tales partes menores sin elaboración indebida en este caso.
Continuando con referencia a las figuras 44-82, el aparato 8002 de recogida de muestras de suelo puede, en general, incluir un conjunto 8020 de cuchilla soportado de forma giratoria y que alberga al menos un carrete 8040 de recogida mostrado en el presente modo de realización que está siendo descrito, una cuchilla 8021 de siembra giratoria, un actuador 8024 de posicionamiento de carrete, un actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla, un carro 8050 rodante con un actuador 8029 de carro y al menos un patín 8060 de guía configurado para acoplarse de forma deslizante a la superficie GS de terreno o de suelo. La cuchilla 8021 de siembra está montada hacia delante y próxima al conjunto 8020 de cuchilla en un modo de realización para crear una zanja o surco en el suelo a través de la cual una porción superior del conjunto de cuchilla pasa posteriormente a medida que el aparato de recogida se desplaza a través del suelo. Se recogen muestras del interior del surco. La cuchilla rompe y ablanda inicialmente el suelo para que el conjunto de cuchilla la siga a continuación. Esto ayuda a que el montaje de cuchilla se haga más fácil ya que el conjunto contiene el carrete de recogida móvil. El conjunto 8020 de cuchilla y la cuchilla 8021 de cultivo están alineadas sustancialmente de forma axial entre sí tal como se aprecia mejor en la figura 37 para lograr esto. El término “sustancialmente” tal como se utiliza en este caso se refiere a que el conjunto de cuchilla puede estar ligeramente desplazado lateralmente de la cuchilla de cultivo a lo largo del eje HA horizontal pero funcionalmente todavía se desplazará y se beneficiará del surco creado por la cuchilla. Tal como se muestra en las figuras 44 y 67-68, el conjunto 8020 de cuchilla y la cuchilla 8021 de cultivo penetran parcialmente en la superficie del suelo hasta una profundidad preseleccionada para recoger la muestra de suelo.
La cuchilla 8021 de cultivo puede estar formada de una placa metálica de una forma generalmente circular y puede tener un borde periférico afilado (por ejemplo, estrechado en forma de cuña) que se extiende circunferencialmente alrededor del cuerpo de cuchilla para cortar mejor a través del suelo. En algunos modos de realización, la cuchilla puede tener un diseño festoneado como se muestra, o puede ser plano en otras implementaciones. La cuchilla 8021 de cultivo está conectada de forma giratoria a su centro o buje 8023 por un par de brazos 8022 de soporte dispuesto separados lateralmente en lados opuestos de la cuchilla. Los brazos 8022 pueden ser alargados verticalmente cada uno teniendo un extremo 8022-1 inferior conectado a un lado del buje de manera que permite a la cuchilla 8021 girar y un extremo 8022-2 superior conectado de forma fija al cuerpo del carro 8050.
El carro 8050 incluye una pluralidad de rodillos 8028 configurados para acoplarse de forma rodante y moverse hacia arriba y hacia abajo a lo largo de raíles 8027 de guía (que se ven mejor en la figura 79-80). Los rodillos pueden, cada uno, tener una superficie de acoplamiento de raíles cóncava arqueada que está configurada de forma complementaria a la forma en sección trasversal circular de los raíles de guía para mantener el acoplamiento mutuo positivo mientras el carro se desplaza hacia arriba y hacia abajo en los raíles. Para mantener un acoplamiento de rodamiento suave entre los rodillos y los raíles de guía, en un modo de realización, cada uno de los raíles puede acoplarse mediante pares separados verticalmente de rodillos 8028-1 delanteros, rodillos 8028-2 traseros y rodillos 8028- 3 laterales exteriores. Los rodillos delanteros y traseros estabilizan el movimiento del carro en los raíles en la dirección delantera y trasera. Los rodillos externos estabilizan el movimiento del carro en la dirección lateral de lado a lado. Cabe señalar que el conjunto de rodillos 8028 en el carro 8050 además sirven para mejorar las fuerzas de delante hacia atrás y de lado a lado que pueden impartirse al aparato 8002 de recogida soportado por el carro cuando el aparato encuentra condiciones de suelos accidentados y ondulados por rocas en la superficie GS del suelo, ninguno de los cuales son inesperados en los campos agrícolas.
La posición vertical del carro 8050 en los raíles 8027 de guía es controlada por el actuador 8029 de carro de accionamiento lineal. El actuador 8029 está orientado verticalmente y puede disponerse en la línea central geométrica vertical entre los raíles de guía tal como se muestra. El actuador 8029 funciona para descender y elevar el carro con respecto al vehículo 8003 y a su vez a la superficie GS de suelo del suelo (véanse, por ejemplo, las figuras 65-67). Por consiguiente, la profundidad de penetración del conjunto 330 de cuchilla y la cuchilla 331 de cultivo del aparato 312 de recogida dentro del suelo se ajusta principalmente mediante el actuador 8029 de carro en el cual se monta el aparato de recogida en voladizo. El actuador 8029 puede ser un actuador de tipo cilindro neumático en un modo de realización; sin embargo, también se pueden utilizar cilindros hidráulicos o actuadores lineales eléctricos. El actuador 8029 está montado de forma fija en la parte superior de la sección 8001-2 del bastidor de rail y en la parte inferior está acoplado de forma operativa al carro 8050 rodante a través del vástago 8029- 1 de accionamiento o pistón. Al retraer y extender el vástago del pistón, el actuador 8029 eleva o desciende de forma selectiva el carro 8050 en el cual está montado y soportado todo el aparato 8002 de recogida con respecto al vehículo 8003 y a la superficie del suelo. El actuador 8029 puede elevar el carro 8050 y el aparato 8002 de recogida montado en el mismo a una posición almacenada superior para transportarlo cuando no se recogen muestras de suelo (véase, por ejemplo, la figura 69). En una posición inferior activa acoplada de forma activa con el suelo (véanse, por ejemplo las figuras 67-68), el aparato de recogida está listo para recoger muestras de suelo.
Por facilidad de descripción, el conjunto 8009 de recogida puede considerarse que define un eje VA vertical coaxial con el actuador 8029 de carro (pasando a través de la línea central geométrica entre los raíles 8027 de guía) y un eje HA horizontal que pasa a través del buje 8023 del conjunto de cuchilla de cultivo (identificado en la figura 53). Mientras que el eje vertical permanece fijado en posición con respecto al chasis 8058 del carro y del vehículo 8003 de recogida, el eje horizontal es móvil verticalmente con la cuchilla 8021 de cultivo y el conjunto 8020 de cuchilla a medida que se mueve el carro 8050 hacia arriba y hacia abajo a lo largo de los raíles 8027 de guía. El carrete 8040 de recogida alargado define un eje LA longitudinal (identificado en la figura 53) que puede cambiar entre posiciones paralela al eje VA vertical y oblicua en ángulo respecto al eje VA (véanse, por ejemplo, las figuras 67-68) como se describe adicionalmente en el presente documento.
El aparato 8002 de recogida (por ejemplo, el conjunto 8020 de cuchilla y la cuchilla 8021 de cultivo) está conectado de forma pivotante al par de brazos 8022 de soporte conectados al carro 8050 a través de una conexión 8061 de brazo de pivote. La conexión 8061 tiene un extremo conectado de forma pivotante al agujero 8023 y un extremo opuesto conectado de forma pivotante a un soporte 8055 de brazo de pivote montado de forma fija al conjunto 8020 de cuchilla. El soporte 8055 puede estar montado al elemento 8031 de cuchilla delantero más grande en un modo de realización no limitativo descrito adicionalmente más abajo, preferiblemente en la porción superior del elemento que permanece por encima del suelo durante la recogida de muestras (véanse, por ejemplo, las figuras 46-47, 58 y 67). El conjunto 8020 de cuchilla del aparato de recogida tiene un eje de pivote que coincide con la línea central de giro orientada horizontalmente del buje 8023 de cuchilla de cultivo. El conjunto 8020 de cuchilla es móvil con respecto a su eje de pivote en una trayectoria arqueada ascendente y descendente (véanse, por ejemplo, las figuras 67-68).
El actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla puede ser un actuador de tipo de cilindro neumático en un modo de realización; sin embargo, también se pueden utilizar cilindros hidráulicos o actuadores lineales eléctricos. El actuador 8026 está configurado para actuar en una dirección lineal a través de un accionamiento móvil o de un vástago 8026 1 de pistón conectado de forma giratoria a la parte inferior del soporte 8055 de brazo basculante de conjunto de cuchilla a través de una horquilla y un conjunto 8056 de pasador. En la parte superior, la parte superior de la carcasa de actuador está conectada de forma pivotante a una placa 8054 trasversal montada de forma rígida entre los brazos 8022 del conjunto de cuchilla de cultivo a través de una conexión 8057 de pasador. El actuador 8026 suministra una fuerza de sujeción en el brazo basculante de cuchilla y puede utilizarse al menos parcialmente para configurar tanto la profundidad de penetración del conjunto 8020 de cuchilla y de la cuchilla 8021 de cultivo en el suelo, como el ángulo del conjunto de cuchilla con respecto al eje VA vertical.
El actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla tiene otro propósito útil que protege el aparato 8002 de recogida de daños. Durante el uso del aparato de recogida cuando se recoge una muestra de suelo en el campo AF agrícola, se puede encontrar una obstrucción en el suelo (por ejemplo, una roca, etc.) por el aparato 8002 de recogida que se desplaza (véase, la figura 67). En la figura 67, el vástago 8026-1 de pistón está en una posición extendida con respecto a la carcasa del actuador con el conjunto 8020 de cuchilla en una posición angulada (por ejemplo, lado delantero del elemento 8031 de cuchilla delantero de forma oblicua angulada respecto al eje VA vertical) para facilitar el arado barra desplazamiento a través del suelo. Si supera la obstrucción cuando es golpeado por el conjunto de cuchilla y/o la cuchilla de cultivo requiere una mayor fuerza que la fuerza de sujeción que puede proporcionar el actuador (por ejemplo, presión de aire/aceite para un actuador neumático/hidráulico o resistencia eléctrica para un actuador eléctrico) entonces el vástago de pistón del actuador se comprime y se retrae dentro de la carcasa del actuador, por lo tanto inclinando de forma pivotante el conjunto de cuchilla hacia atrás y elevando el aparato de recogida para permitir que la obstrucción pase por debajo del conjunto de cuchilla (en comparación, por ejemplo, a las figuras 67-68). El lado delantero del elemento 8031 de cuchilla delantero puede ser sustancialmente paralelo al eje VA vertical, ahora. El cilindro del actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla por lo tanto sirve de forma ventajosa como un amortiguador de impactos para proporcionar un cojín mecánico o mecanismo de “escape” del aparato de recogida cuando se encuentran obstrucciones de suelo por debajo de la superficie para evitar el daño del equipo.
El conjunto 8020 de cuchilla comprende un elemento 8030 de cuchilla trasero, un elemento 8031 de cuchilla delantero, un soporte 8032 de montaje de cuchilla superior y una placa 8033 base inferior. La placa 8033 base y el soporte 8032 de montaje pueden alargarse horizontalmente con los elementos de cuchilla intercalados entre los mismos. Los elementos de cuchilla están montados de forma rígida en sus partes superiores al soporte 8032 de montaje y en sus partes inferiores a la placa 8033 base a través de cualquier método adecuado, tal como por ejemplo, sin limitación, sujeciones roscadas, soldadura u otros métodos de montaje fijados para proporcionar rigidez al conjunto de cuchilla para contrarrestar la presión de suelo aplicada al tirar del conjunto a través del suelo para la recogida de muestras. Los elementos 8030, 8031 de cuchilla delantero y trasero pueden montarse en la placa base dispuesto separados horizontalmente de forma axial a lo largo del eje HA horizontal del aparato de recogida para definir de forma colectiva una ranura 8041 de carrete alargada verticalmente entre los mismos (como se ve mejor en las figuras 42 y 43). Por consiguiente, la ranura 8041 es definida de forma colectiva por el espacio creado entre cada elemento de cuchilla. La ranura 8041 tiene una forma en sección trasversal complementaria configurada respecto a la forma en sección trasversal del carrete 8040 que puede ser circular en un modo de realización (véase, por ejemplo, la figura 48). Pueden proporcionarse ranuras 8041 adicionales si se incorpora más de un carrete en el conjunto de cuchilla en otros modos de realización, tal como se describe adicionalmente más adelante. La ranura 8041 de cuchilla está configurada para recibir de forma giratoria y deslizante el carrete 8040 en la misma. De forma específica, el carrete 8040 se mueve hacia arriba y hacia abajo verticalmente y de forma deslizante en la ranura y se mueven de forma giratoria también para capturar y retener la muestra de suelo tal como se describe adicionalmente en el presente documento. Tanto la ranura 8041 como el carrete 8040 pueden tener formas circulares en sección trasversal ya que el carrete puede tener una configuración cilíndrica en el modo de realización ilustrado.
Los elementos 8030, 8031 de cuchilla trasero y delantero pueden estar formados de placas metálicas generalmente planas en un modo de realización, cada una que tiene superficies principales laterales izquierda y derecha opuestas que son sustancialmente paralelas entre sí. Cualquier configuración general global adecuada de elementos 8030, 8031 de cuchilla se puede utilizar siempre que los elementos soporten y alberguen de forma suficiente el carrete 8040 de recogida y puedan penetrar en el suelo. Los elementos de cuchilla pueden tener diferentes formas en contorno perimetral que pueden ser poligonales no poligonales o una combinación de las mismas. La cuchilla 8031 delantera que se acopla y ara el suelo frente puede ser más grande y más robusta para servir a este propósito funcional. El borde de ataque de la cuchilla 8031 delantera puede ser angulado o tener forma de cuña (en sección trasversal) para arar mejor a través del suelo. La cuchilla 8030 trasera más pequeña principalmente funciona para definir la ranura 8041 de carrete. Cabe señalar que la cuchilla 331 de cultivo delantera funciona para ablandar parcialmente el suelo antes de encontrarse con el conjunto 8020 de cuchilla cuando se tira del mismo a través del suelo. Sin embargo, los elementos 8030, 8031 de cuchilla delantero y trasero del conjunto 8020 de cuchilla se extienden verticalmente por debajo de la parte inferior de la cuchilla 8021 de cultivo y del patín 8060 de guía (véanse, por ejemplo, las figuras 53-54) de tal manera que la porción inferior del conjunto de cuchilla encuentra el suelo próximo a la parte inferior y justo por debajo del surco o canal arado por la cuchilla de cultivo. La capa de suelo puede ser ablandada de alguna manera por la cuchilla de cultivo para reducir la resistencia a la fricción del conjunto de cuchilla por lo tanto haciendo más fácil para el conjunto de cuchilla progresar hacia delante a través del suelo para recoger las muestras de suelo.
El conjunto 8020 de cuchilla incluye un patín 8060 de guía que limita sustancialmente la profundidad de inserción del conjunto de cuchilla en el suelo tal como se ve en las figuras 67-68. El patín 8060 tiene un cuerpo horizontalmente alargado y un extremo delantero girado hacia arriba de forma arqueada para adaptarse a las ondulaciones de la superficie del suelo del campo agrícola que se producen de forma natural. El patín puede estar montado de forma rígida en un lado lateral del conjunto de cuchilla (por ejemplo, la cuchilla 8031 delantera) a través de un resalte 8062 de montaje cilíndrico. En un modo de realización, el resalte 8062 puede soldarse a la parte superior del patín y a la cuchilla 8031 delantera lateral. Esto crea una fijación estructuralmente robusta capaz de mantener la posición del conjunto 8020 de cuchilla contra la superficie g S de suelo y la fuerza de sujeción del cuchillo que sitúa el actuador 8026 (descrito en cualquier lugar en el presente documento) cuando las condiciones de superficie del suelo onduladas o restos superficiales (por ejemplo, valles, crestas, rocas, ramas de árboles, etc.) no comunes en el campo agrícola se encuentran por el aparato 8002 de recogida. El patín 8060 puede estar preferiblemente hecho de cualquier metal adecuado duradero y fuerte.
Las figuras 48 y 57-66 muestran aspectos del carrete 8040 de recogida de suelo y del mecanismo de accionamiento de carrete asociado con mayor detalle. En un modo de realización, el carrete 8040 puede tener un cuerpo cilíndrico alargado con una cavidad 8042 de recogida abierta lateralmente y hacia fuera. La cavidad puede extenderse sustancialmente a lo largo de toda la longitud del carrete desde el extremo 8043 superior al extremo 8044 inferior. El extremo superior está configurado para montarse al actuador 8024 de posicionamiento de carrete que funciona para elevar y descender de forma selectiva el carrete en el conjunto 8020 de cuchilla. El extremo inferior puede estar cerrado para retener la muestra de suelo capturada. La cavidad 8042 puede tener un contorno o forma curvados de forma arqueada de lado a lado para facilitar la retirada de la muestra capturada. El carrete 8040 puede estar formado de un metal adecuado tal como aluminio o acero para la robustez y durabilidad de las condiciones de servicio. En un modo de realización, se puede utilizar acero inoxidable para la protección contra la corrosión para asegurar un movimiento de giro y lineal suave del carrete en la ranura 8041 de carrete del conjunto 330 de cuchilla.
El conjunto 8020 de cuchilla además incluye un mecanismo de accionamiento de carrete conectado de forma operativa al carrete 8040 de recogida que funciona para (1) girar el carrete para capturar y retener la muestra de suelo y (2) elevar y descender el carrete para expulsar la muestra dentro de un sistema de transporte de muestras. Para lograr los movimientos duales anteriores del carrete, el mecanismo de accionamiento de carrete comprende un accionamiento 8070 de engranajes para movimiento de giro del carrete y un actuador 8024 de posicionamiento de carrete para el movimiento lineal arriba y abajo del carrete. Cada movimiento y función se describirán a su vez más abajo.
El accionamiento 8070 de engranajes comprende un motor 8072 eléctrico que incluye un engranaje 8074 de accionamiento conectado al árbol de accionamiento del motor y engranado con un engranaje 8073 accionado principal (véase, por ejemplo, la figura 66). El engranaje 8073 accionado está interconectado de forma operativa con el carrete 8040 de recogida, tal como se describe adicionalmente en el presente documento. El engranaje de accionamiento y el engranaje accionado pueden estar alojados en una caja 8071 de engranajes de cualquier configuración adecuada para la protección de los elementos y del entorno. La caja de engranajes y el motor pueden a su vez montarse y estar soportados por la base o plataforma 8075 de soporte de accionamiento de engranajes, la cual se puede fijar a la parte superior del conjunto 8020 de cuchilla. En algunos modos de realización, la plataforma 8075 puede estar configurada para conectarse a un sistema de recogida/transporte de muestras para transportar la muestra de suelo al sistema de análisis de muestras de suelo para la preparación del lodo y el análisis químico tal como se describió previamente en el presente documento. El motor 8072 puede estar soportado por la caja de engranajes e incluye un árbol 8074-1 de accionamiento conectado al engranaje 8074 de accionamiento, un cojinete 8074-2 de soporte del árbol y un casquillo 8074-3 de árbol que soporta y rodea al árbol de accionamiento entre el engranaje de accionamiento y la carcasa del motor.
Un par de cojinetes 8076 de engranaje de tipo adecuado soporta el engranaje 8073 accionado para el movimiento de giro (véanse, por ejemplo, las figuras 59 y 65). El conjunto de engranaje accionado puede incluir un casquillo 8073-1 de accionamiento hueco tubular insertado a través del pasaje 8073-2 pasante central del buje 8073-3 de engranaje. El carrete 8040 de recogida es recibido en y deslizante hacia arriba/hacia abajo a través del pasaje 8073 5 pasante del manguito de accionamiento cuando se eleva o se desciende el carrete. De forma externa, el manguito de accionamiento puede incluir una pluralidad de estrías 8073-4 longitudinales que pueden retirarse e insertarse mediante chavetas para coincidir con ranuras 8073-5 longitudinales formadas en el interior del buje de engranaje a través del pasaje 8073-2 para interconectar de forma giratoria el manguito y el engranaje 8073 accionado de tal manera que el manguito gira al unísono con el engranaje accionado (véanse, por ejemplo, las figuras 59-60). Las estrías 8073-4 pueden ser partes separadas fijadas al exterior del manguito de accionamiento en ranuras longitudinales coincidentes tal como se ilustra o pueden formarse integralmente como una parte estructural unitaria del cuerpo tubular del manguito de accionamiento. El manguito 8073-1 de accionamiento está destinado a ser un componente fácilmente reemplazable y menos costoso que el engranaje 8073 accionado si se requiere una sustitución debido al desgaste.
El manguito 8073-1 de accionamiento forma una interfaz axialmente deslizante pero interconectada giratoriamente con el carrete 8040 de recogida a través de un eyector 8081 de muestras, que puede estar fijado de forma fija al manguito de accionamiento dentro del pasaje 8073-5 pasante del manguito mediante cualquier medio adecuado. En un modo de realización, se puede crear una conexión de pasador por los pasadores 8081-1; sin embargo, se pueden utilizar sujeciones roscadas u otros medios para una fijación fija. El eyector 8081 puede montarse en el extremo inferior del manguito 8073-1 de accionamiento de tal manera que la porción de pasador superior del eyector reside en el interior de la porción inferior de la toma 8073-5 de manguito de accionamiento mientras la porción inferior con forma de cuña sobresale hacia abajo por debajo del manguito de accionamiento y del engranaje accionado (véase, por ejemplo, la figura 62). El eyector 8081 de muestras está bloqueado de forma giratoria y alojado al menos parcialmente dentro de la cavidad 8042 de recogida del carrete 8040 de recogida de manera que permite un movimiento longitudinal axial del carrete con respecto al eyector. El eyector está configurado y es operativo para expulsar la muestra de suelo capturado a de la cavidad de recogida para la recogida y el posterior procesamiento/análisis por el sistema de análisis de suelo. El eyector 8081 permanece estacionario en posición vertical pero puede girar con el accionamiento de engranaje mientras el carrete 8040 de recogida puede moverse de forma selectiva axialmente arriba/abajo por el actuador 8024 de posicionamiento de carrete a través del manguito de accionamiento y el engranaje accionado. El eyector 8081 puede tener un extremo rascador en forma de cuña angulado configurado para empujar la muestra de suelo fuera de la cavidad 8042 de recogida del carrete 8040 de recogida cuando el carrete es elevado.
El accionamiento 8070 de engranaje puede funcionar para girar el carrete 8040 de recogida a través del acoplamiento con el eyector 8081 entre una posición abierta para capturar una muestra de suelo y una posición cerrada para retener la muestra capturada. Cabe señalar que, a diferencia de los dispositivos portátiles accionados a mano de extracción de testigos o sondas que perforan verticalmente el suelo en una dirección axial son empujados hacia abajo a la profundidad deseada y recogen una muestra de testigo que se retiene simplemente en la herramienta ya que se tira de la misma en dirección recta hacia fuera, el presente carrete 8040 ara a través del suelo en una dirección de desplazamiento paralela a la superficie GS del suelo. Esto captura la muestra de suelo que es empujada dentro de la cavidad 8042 de recogida en una dirección transversal al eje LA longitudinal del carrete y paralela a la dirección de desplazamiento del aparato de recogida a medida que (es decir, la cuchilla de cultivo y el conjunto de cuchilla) ara a través del suelo a una profundidad preseleccionada.
El actuador 8024 de posicionamiento de carrete puede ser un actuador de tipo de cilindro neumático en un modo de realización; sin embargo, se pueden utilizar también cilindros hidráulicos o actuadores lineales eléctricos. El actuador 8024 puede estar soportado por miembros 8024-2 de bastidor de soporte de actuador sustancialmente verticales desde la plataforma 8075 de soporte de accionamiento de engranajes y/o el conjunto 8020 de cuchilla. El bastidor de soporte está configurado para alinear coaxialmente el vástago de pistón con el carrete 8040 de recogida a lo largo del eje LA longitudinal del carrete. El actuador 8024 está configurado para actuar en dirección lineal a través de un accionamiento móvil o un vástago 8024-1 de pistón acoplado a través de elementos intermedios al extremo superior del carrete 8040.
Con referencia en particular a las figuras 59-60 y 65-66, el extremo inferior de la varilla 8024-1 de pistón del actuador de posicionamiento de carrete puede estar conectado de forma rígida al conector 8077 tubular hueco que comprende un pasaje 8077-1 pasante longitudinal que se extiende entre y atraviesa los extremos del cuerpo de conector. En un modo de realización, se puede proporcionar una conexión roscada; sin embargo, otras formas de conexión de forma rígida incluyendo sin limitación conexiones de pasador, ajustes por compresión, sujeciones roscadas, etc., como algunos ejemplos no limitativos. El conector 8077 a su vez está conectado a una conexión 8078 basculante giratoria libremente que está conectada al carrete 8040 de recogida. La conexión 8078 basculante incluye un collar 8080, un miembro 8079 de sujeción y al menos uno o un par de cojinetes 8082 que soportan de forma giratoria el miembro de sujeción. El collar 8080 puede estar embridado comprendiendo una brida 8080-1 que sobresale, radialmente anular, que está fijada de forma fija a la parte inferior del conector 8077 mediante una pluralidad de sujeciones 8080-2 roscadas de tal manera que el collar no puede girar con respecto al conector. El miembro 8079 de sujeciones puede ser una sujeción roscada en un modo de realización no limitativo (tal como se muestra) que se extiende a través del pasaje 8080-3 central del collar 8080 para acoplarse de forma roscada al extremo 8043 superior del carrete 8040 de recogida. El extremo superior del carrete es recibido en la porción inferior del pasaje 8080-3 central para acoplarse al miembro 8079 de sujeción. El funcionamiento del actuador 8024 de posicionamiento de carrete eleva y desciende de forma selectiva el carrete 8040 de recogida entre una posición inferior para capturar/retener la muestra de suelo y una posición superior para expulsar la muestra de suelo.
Con referencia la figura 65, el conector 8077 y la conexión 8078 basculante pueden montarse fijando en primer lugar los cojinetes 8082 y el miembro 8079 de sujeción a la parte superior del collar 8080 embridado y el extremo superior del carrete 8040 de recogida. El cabezal del miembro de sujeción y los cojinetes se insertan a través del extremo inferior del pasaje 8077-1 pasante del conector. La brida 8080-1 del collar es después sujetada al conector 8077, que atrapa los cojinetes y el miembro de sujeción en el interior del conector a través de la brida de una manera giratoria.
Un procedimiento o método para capturar una muestra de suelo de un campo agrícola utilizando el aparato 8002 de recogida se describirá ahora brevemente. La figura 94 muestra el ciclo completo del carrete 8040 de recogida desde el inicio al final a través de la recogida, la retención y la expulsión de la muestra. En primer lugar, el vehículo 8003 es accionado o se tira del mismo desde la ubicación de inicio deseada en el campo agrícola. El aparato 8002 de recogida está en una posición superior con respecto a la superficie GS de suelo y el vehículo durante el transporte. El aparato de recogida es entonces descendido para penetrar de forma activa y acoplarse al terreno. La profundidad deseada de penetración del conjunto de cuchilla y de la cuchilla 8021 de cultivo para recoger la muestra de suelo puede ajustarse y configurarse mediante la posición vertical del carro 8050 a través del accionamiento del actuador 8029 de carro tal como se describió previamente en el presente documento. Esto se puede realizar mientras el vehículo está estacionario o de forma alternativa mientras se mueve. La orientación angular del conjunto 8020 de cuchilla puede ajustarse accionando el actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla tal como se describió previamente en el presente documento. En un modo de realización, el conjunto de cuchilla puede configurarse a una posición angulada de forma oblicua respecto al eje VA vertical del aparato 8002 de recogida (es decir, el lado/borde delantero de la cuchilla 8031 delantera) para arar de forma más fácil a través del suelo (véase, por ejemplo, la figura 59). El aparato de recogida comprende una cuchilla 8021 de cultivo giratoria y un conjunto 8020 de cuchilla dispuesto próximo a la cuchilla de cultivo y que comprende al menos un carrete 8040 de recogida giratorio que comprende la cavidad 8042 de recogida. El carrete de recogida puede estar inicialmente en una posición inferior en el conjunto 8020 de cuchilla que puede estar en una posición más baja (véase, por ejemplo, la figura 59) configurada haciendo funcionar el actuador 8024 de posicionamiento de carrete como se describió previamente en el presente documento. El extremo inferior del carrete puede por lo tanto situarse en el extremo inferior de la cavidad 8042 de recogida acoplándose a la superficie superior de la placa 8033 base. La cavidad 8042 de recogida del carrete 8040 de recogida puede mirar hacia delante o hacia atrás y proteger las aberturas laterales de cada lado del conjunto 8020 de cuchilla en el carrete 8041 de recogida, tal como se muestra por la posición 1 en la figura 94.
El aparato 312 de recogida (conjunto 8020 de cuchillo y cuchilla 8021 de cultivo) se mueve después y ara a través del suelo a una profundidad deseada en una dirección de desplazamiento paralela a la superficie GS del suelo. La cuchilla de cultivo crea un surco o canal por delante del conjunto de cuchilla que se desplaza al menos parcialmente en el mismo para capturar la muestra de suelo. En un momento predeterminado, que puede ser parte de la secuencia sincronizada programada), el carrete 8040 de recogida se gira entonces 180 grados desde (1) una primera posición cerrada a través de los primeros 90 grados de giro en la cual la cavidad 8042 de recogida está protegida del suelo (véase, por ejemplo, la figura 48) a una posición lateralmente abierta en la cual la cavidad de recogida está expuesta al suelo adyacente de manera que la muestra de suelo es capturada en la cavidad 8042 de recogida, a (2) una segunda posición cerrada/protegida opuesta a través de segundos 90 grados de giro para retener la muestra de suelo. Esto se representa por la posición 2 en la figura 94. El carrete de recogida es girado por el accionamiento 8070 de engranaje en momentos predeterminados tanto para capturar como para retener la muestra de suelo. En algunos métodos, el carrete puede girar de forma continua a través de la primera posición cerrada anterior, posición de captura de suelo lateralmente abierta, segunda posiciones cerradas. La velocidad de giro del carrete 8040 de recogida puede seleccionarse para permitir un tiempo suficiente para que se empuje el suelo dentro de la cavidad 8042 de recogida expuesta. De forma alternativa, el carrete puede girarse primero 90 grados a la posición lateralmente abierta, mantenerse en la posición abierta durante un periodo de tiempo predeterminado suficiente para permitir que el suelo se empuje dentro y entre en la cavidad de recogida y después girarse 90 más de vuelta a la segunda posición cerrada para retener la muestra. Se puede utilizar cualquier enfoque tal como se necesite y/o se desee para recoger una muestra completa que preferiblemente puede llenar al menos la mayoría de la cavidad 8042 de recogida de carrete para su longitud expuesta.
Una vez que se ha capturado la muestra de suelo, el carrete 8040 de recogida puede elevarse mientras está en la segunda posición cerrada (posición 2, figura 94) a una posición superior con respecto al conjunto 8020 de cuchilla a través del accionamiento y el funcionamiento lineal del actuador 8024 de posicionamiento de carrete. A medida que se eleva el carrete, el eyector 8081 queda expuesto inmediatamente por debajo del engranaje 8073 de accionamiento en la plataforma de soporte de accionamiento de engranajes y por encima, la parte superior del conjunto 8020 de cuchilla se desliza a través y rasca la muestra fuera de la cavidad 8042 de recogida de carrete para la captura mediante un sistema de recogida/transporte de muestras para un procesamiento adicional para preparar el lodo de muestra y finalmente analizar químicamente el lodo para cuantificar la concentración del analito de interés. Cabe señalar que debido a que el eyector 8081 está situado por encima del conjunto 8020 de cuchilla, la muestra puede ser expulsada de forma positiva desde el carrete 8040 mientras está todavía en la segunda posición cerrada sin un giro adicional del carrete. Las porciones de la cavidad 8042 de recogida por encima del conjunto de cuchilla están por lo tanto expuestas.
Después de que la muestra sido expulsada, el método continúa girando el carrete de vuelta a la primera posición cerrada (posición 1, figura 94) mientras el carrete está todavía en la posición cerrada y después descendiendo el carrete 8020 de recogida en el conjunto de cuchilla de vuelta hacia abajo a la posición inferior inicial. En implementaciones alternativas del modo de realización, el carrete puede extenderse sin giro mientras está en la segunda posición cerrada (posición 2, figura 94). Dado que ambos lados laterales del conjunto 8020 de cuchilla están abiertos en la ranura 8041 de carrete tal como se muestra en la figura 48, el ciclo de recogida de muestras anterior puede repetirse de la misma manera descrita anteriormente más arriba pero desde el segundo lado lateral del conjunto de cuchilla a medida que gira el carrete desde la posición 2 de vuelta a la posición 1. Utilizando dicho enfoque, se puede recoger una muestra con cada giro de 180 grados del carrete 8040 de recogida y la cavidad 8040 de delante a atrás y de atrás adelante. Esto dobla el número de muestras recogidas con cada giro de 360 grados del carrete. Por consiguiente, el carrete no necesita ser girado de vuelta a la posición de comienzo inicial (posición 1) de la cavidad de recogida después de la expulsión de la muestra cada vez que se va a recoger una muestra.
Cabe señalar que el carrete 8040 de recogida puede girarse en cualquier dirección durante el procedimiento de captura y expulsión de muestras de suelo. En algunos modos de realización, si se utilizan motores 8072 reversibles, el carrete puede girar 90 grados en una primera dirección desde una posición cerrada inicial a una posición abierta para capturar la muestra y después puede girar de vuelta 90 grados en una dirección opuesta de vuelta a la misma posición cerrada inicial para volver a cerrar la cavidad 8082 de recogida para retener la muestra y elevar el carrete para la expulsión de la muestra. Por consiguiente, son posibles numerosas variaciones del método anterior que están todas ellas contempladas por la presente descripción.
En un modo de realización preferido pero no limitativo, con referencia la figura 59, el procedimiento o método de recogida de muestras anterior puede controlarse de forma automática mediante un controlador programable, tal como, sin limitación, el controlador 2820 de sistema descrito previamente en el presente documento o un controlador de recogida dedicado separado que puede conectarse de forma operativa y comunicarse con el controlador 2820 de sistema para coordinar todo el ciclo de recogida, procesamiento y análisis de muestras. El actuador 8029 de carro, el actuador 8026 de posicionamiento de cuchilla y el actuador 8024 de posicionamiento de carrete pueden por tanto estar conectados de forma operativa y comunicativa a y bajo el control del controlador 2820 de sistema que activa cada actuador en el momento deseado que puede programarse y/o basarse en una entrada de operario humano a través de cualquier dispositivo de entrada personal inalámbrico o por cable basado en un procesador electrónico adecuado (por ejemplo, un teléfono inteligente, una tableta, un ordenador portátil, etc.) que establece conexiones bidireccionales. En el caso de actuadores neumáticos o hidráulicos, cabe señalar que el control puede comprender el controlador 2820 de sistema que hace funcionar las válvulas de control de aire y aceite asociadas con el actuador, que a su vez controla el funcionamiento de este tipo de actuadores. En el caso de actuadores lineales eléctricos, el controlador 2820 puede estar conectado directamente a y actuar sobre el actuador para controlar eléctricamente su funcionamiento. Son posibles varios otros esquemas de control.
Las figuras 83-93 representan un modo de realización de dos carretes de un aparato 8002A de recogida de acuerdo con la presente descripción. El bastidor 8001 de soporte y otros elementos del conjunto 8009 de recogida descritos previamente en el presente documento para el modo de realización de un solo carrete de las figuras 44-82 permanecen siendo los mismos en estructura y funcionamiento. Los mismos no se describirán de forma repetida en detalle de nuevo en aras de la brevedad. Sólo se describirán adicionalmente aspectos adicionales o diferentes del modo de realización de doble carrete cuando sea necesario. Elementos a los que se ha asignado previamente designaciones numéricas para la descripción del modo de realización de carrete único anterior tienen el sufijo “A” añadido para el modo de realización de dos carretes que se está describiendo ahora mismo.
La diferencia principal en el presente modo de realización de dos carretes es que los dos carretes 8020A están soportados de forma giratoria por el conjunto 8020A de cuchilla que está modificado para incluir dos ranuras 8041A de carrete alargadas paralelas; cada una de las cuales reciben de forma giratoria y axialmente deslizante un carrete. Esto permite recoger un mayor número de muestras de suelo con cada fase del conjunto de cuchillas a través del campo. Adicionalmente, la sincronización con la que se abrirá cada carrete 8040A para recoger una muestra o se cerrará para proteger la cavidad 8042A recogida o retener una muestra recogida puede ser sincronizada a través del controlador 2820 de sistema que asegura que únicamente se recoge una sola muestra en un momento dado. De forma ventajosa, un carrete 8020A puede estar en la posición inferior de recogida de una muestra de suelo mientras que el segundo carrete está en la posición superior para expulsar la muestra. Los dos carretes entonces se alternan y cambian su posición a medida que el aparato 8002A de recogida se desplaza, por lo tanto permitiendo que se recojan muestras con una frecuencia mayor para una distancia de desplazamiento dada a través del campo por el conjunto 8020A de cuchilla. Por ejemplo, para 20 pies de desplazamiento lineal del vehículo 8003 y del aparato 8002 de recogida en una fila a través del suelo, se puede recoger el doble de números de muestras de suelo en comparación con el modo de realización del aparato de recogida de muestras de carrete único anterior con una distancia lineal más corta entre los puntos de recogida para cada muestra. Cuando se analizan las muestras por el sistema, estos datos se pueden utilizar para generar mapeados con mayor detalle de niveles de nutrientes del suelo (por ejemplo, nitrógeno, potasio, etc.) u otro analito de interés para el campo agrícola. Cabe señalar que en algunos modos de realización, se pueden proporcionar más de dos carretes que son transportados de forma móvil por el conjunto de cuchilla para reducir adicionalmente la distancia entre los puntos de muestreo de suelo en el campo.
Para adaptar el movimiento giratorio y lineal axial independiente de los dos carretes 8020A se proporciona un accionamiento 8070A de engranaje modificado y un actuador 8024A de posicionamiento de carrete separados para cada carrete. Cabe señalar que únicamente un único actuador 8029 de carro y un actuador 8026 de posicionamiento de cuchillas son necesarios de nuevo para el funcionamiento y despliegue del aparato 8002A de recogida de carrete doble. El accionamiento 8070A de engranaje de dos carretes incluye dos conjuntos de motores 8072A eléctricos, cada uno con un engranaje 8074A de accionamiento giratorio y un engranaje 8073A accionado engranado asociado, dos manguitos 8073-1A de accionamiento, cada uno interconectado de forma giratoria con un engranaje 8073A de accionamiento, dos eyectores 8081A demuestra y dos conjuntos de actuador de posicionamiento de carrete para conexiones 8040A de carrete de recogida, cada uno que incluye un conector 8077A y una conexión 8078A basculante conectada al mismo con las mismas partes auxiliares descritas previamente en el presente documento. Cabe señalar que cada combinación de engranaje 8073A accionado y 8074A de accionamiento puede actuar y girar de forma independiente al otro, por lo tanto permitiendo la sincronización para el giro de cada carrete para recoger, retener o expulsar una muestra de suelo se ha controlado de forma independiente.
Para adaptar dos carretes, el conjunto 8020A de cuchilla se modifica para incorporar dos ranuras 8041A de carrete. Utilizando la misma metodología de fabricación que el conjunto 8020 de cuchilla de recogida de un solo carrete, el presente conjunto 8020A de cuchilla de carrete doble por lo tanto comprende un elemento 8030A de cuchilla trasero, un elemento 8031A de cuchilla delantero, un elemento 8030-1A de cuchilla intermedio y un soporte 8032A de montaje de cuchilla superior y una placa 8033A base inferior. Los elementos delantero, trasero e intermedio pueden montarse en la placa base dispuestas separados de una forma axial mente horizontal a lo largo del eje HA horizontal del aparato 8002A de recogida para definir de forma colectiva un par de ranuras 8041A de carrete verticalmente alargadas entre los mismos (véanse, por ejemplo, las figuras 89-91). Los elementos de cuchilla pueden tener cualquier configuración adecuada y actuar de la manera mostrada en las figuras 67-68 y descritas previamente en el presente documento para recoger muestras de suelo. Los elementos de cuchilla están fijados de forma fija a y entre la placa 8033A base y el soporte 8032A de montaje de la misma manera descritas previamente en el presente documento (por ejemplo, sujeciones utilizadas para una conexión desmontable o soldadura utilizada para una conexión permanente).
Cada carrete 8040A de recogida del aparato 8002A de recogida de dos carretes funciona de acuerdo con el mismo método/procedimiento descrito previamente en el presente documento para un modo de realización de un carrete único, que no se repetirá en este caso en aras de la brevedad. El ciclo de recogida puede controlarse de forma automática por el controlador 2820 del sistema de la misma manera. Utilizando el controlador, la sincronización y la secuenciación para la recogida, retención y expulsión de las muestras para cada uno de los pares de carretes puede programarse e implementarse de forma automática de la manera descrita previamente más arriba.
En un modo de realización, un método para capturar muestras de suelo de un campo agrícola puede comprender: proporcionar un aparato de recogida que comprende una cuchilla de cultivo giratoria y un conjunto de cuchilla dispuesto próximo a la cuchilla del cultivo y que comprende un primer y segundo carrete de recogida giratorio, cada uno que comprende una cavidad de recogida configurada para capturar muestras de suelo; colocar cada uno del primer y segundo carretes de recogida en una primera posición cerrada; arar a través del suelo a una profundidad con el aparato de recogida en una dirección de desplazamiento paralela a una superficie del suelo; girar el primer carrete de recogida desde una primera posición cerrada en la cual la cavidad de recogida está protegida del suelo a una posición abierta en la cual la cavidad de recogida está expuesta al suelo para capturar una primera muestra de suelo en la cavidad de recogida; girar el primer carrete de recogida a una segunda posición cerrada para retener la primera muestra de suelo; elevar el primer carrete de recogida en la segunda posición cerrada y expulsar la primera muestra de suelo de la cavidad de recogida; y de forma simultánea con la elevación del primer carrete de recogida, girar el segundo carrete de recogida desde una primera posición cerrada en la cual la cavidad de recogida está protegida del suelo a una posición abierta en la cual la cavidad de recogida está expuesta al suelo para capturar una segunda muestra de suelo en la cavidad de recogida del segundo carrete de recogida. El método que comprende además girar el segundo carrete de recogida a una segunda posición cerrada para retener la segunda muestra de suelo; y elevar el segundo carrete de recogida en la segunda posición cerrada y ejecutar la segunda muestra de suelo de la cavidad de recogida. El método puede comprender además descender el primer carrete de recogida simultáneamente con la elevación del segundo carrete de recogida.
Aunque las descripciones anteriores y los dibujos representan algunos sistemas de ejemplo, se entenderá que se pueden realizar varias adiciones, modificaciones y sustituciones en el mismo sin alejarse del alcance de la invención, tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Por lo tanto Los modos de realización actualmente descritos se han de considerar en todos los aspectos como ilustrativos y no restrictivos, estando definido el alcance de los modos de realización de la presente descripción por las reivindicaciones adjuntas y no limitado por la descripción o modos de realización anteriores.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de aire de control neumático multiplexado para la filtración de lodo, el sistema que comprende: una pluralidad de unidades (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro configuradas para filtrar un lodo;
cada unidad de filtro que comprende una pluralidad de válvulas (7724 1-4) de piloto de aire que incluye al menos una primera válvula de piloto de aire asociada con un primer propósito funcional de controlar el flujo de un primer tipo de fluido en un lado de líquido de la primera válvula de piloto de aire, una segunda válvula de piloto de aire asociada con un segundo propósito final de controlar el flujo de fluido en un lado de líquido de la segunda válvula de piloto de aire y una tercera válvula de piloto de aire asociada con un tercer propósito funcional de controlar el flujo de un tercer tipo de fluido en un lado de líquido en la tercera válvula de piloto de aire;
las primeras válvulas (7724-1) de piloto de aire de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro conectadas de forma fluida a un primer distribuidor (7703-1) de distribución de aire compartido conectado de forma fluida a una primera válvula (7600-1) de aire con control electroneumático conectada de forma fluida a una fuente (7701) de aire a través de un distribuidor (7702) de suministro de aire común;
las segundas válvulas (7724-2) de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro conectadas de forma fluida en el lado de aire a un segundo distribuidor (7703-2) de distribución de aire compartido conectado de forma fluida a una segunda válvula (7600-2) de aire con control electroneumático conectada de forma fluida a la fuente (7701) de aire a través del distribuidor (7702) de suministro de aire común;
las terceras válvulas (7724-3) de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro conectadas de forma fluida a un tercer distribuidor (7703-3) de distribución de aire compartido conectado de forma fluida a una tercera válvula 7600-3) de aire con control electroneumático conectada de forma fluida a la fuente (7701) de aire a través del distribuidor (7702) de suministro de aire común;
un controlador (2820) de sistema conectado de forma operativa a la primera, segunda y tercera válvulas (7600-1, 7600-2, 7600-3) de aire con control electroneumático para controlar una posición cerrada y abierta de cada válvula (7600-1, 7600-2, 7600-3) de aire con control electroneumático;
el controlador (2820) de sistema que está configurado para transmitir señales de control para cambiar la posición de la primera la segunda y la tercera válvulas (7600-1, 7600-2, 7600-3) de aire con control electroneumático para iniciar o detener de forma selectiva un flujo de aire al primer, el segundo o el tercer distribuidores (7703-1, 7703-2, 7703-3) de distribución de aire compartido desde la fuente (7701) de aire,
en donde el primer, el segundo o el tercer distribuidor (7703-1, 7703-2, 7703-3) de distribución de aire compartido son conductos de flujo de aire únicamente cada uno aislado de forma fluida de los lados del líquido de la primera, segunda y tercera válvulas (77241-3) de piloto de aire, respectivamente.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera válvula (7724-1) de piloto de aire de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro se cambia de forma simultánea entre las posiciones abierta y cerrada iniciando o deteniendo el flujo de aire al primer distribuidor (7703-1) de distribución de aire.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de la primera, la segunda y la tercera válvulas (7724-1, 7724-2, 7724-3) de piloto de aire de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3) de filtro está conectada de forma fluida a un puerto diferente de su respectiva unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3) de filtro.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las primeras válvulas (7724-1) de piloto de aire están conectadas de forma fluida a un puerto de entrada de lodo de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro, las segundas válvulas (7724-2) de piloto de aire están conectadas de forma fluida a una salida de lodo de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 7700-4) de filtro y las terceras válvulas (7724-3) de piloto de aire están conectadas de forma fluida a un puerto de entrada de aire de presurización de filtro que puede funcionar para conducir el lodo a través de un medio de filtro de cada unidad (7700-1, 7700-2, 7700-3, 770-4) de filtro.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el lodo es un lodo agrícola.
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