ES3040879T3 - Flow-through accumulator for slurry - Google Patents

Flow-through accumulator for slurry

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ES3040879T3
ES3040879T3 ES22725554T ES22725554T ES3040879T3 ES 3040879 T3 ES3040879 T3 ES 3040879T3 ES 22725554 T ES22725554 T ES 22725554T ES 22725554 T ES22725554 T ES 22725554T ES 3040879 T3 ES3040879 T3 ES 3040879T3
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Todd Swanson
Kent Levy
Joaquin Ganoza
Reid Harman
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Precision Planting LLC
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Abstract

Un sistema de muestreo automatizado y controlado por computadora, junto con métodos relacionados, permite la recolección, el procesamiento y el análisis de muestras agrícolas para determinar diversas propiedades químicas, como los nutrientes disponibles para las plantas. El sistema permite procesar y analizar múltiples muestras para diferentes analitos o propiedades químicas de forma simultánea o semi-concurrente. Una ventaja del sistema es que puede procesar muestras de suelo tal como se recolectan, sin necesidad de secarlas ni molerlas. Generalmente, el sistema incluye un subsistema de preparación de muestras que recibe las muestras de suelo recolectadas mediante un subsistema de sonda y produce una suspensión (por ejemplo, una mezcla de suelo, 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. El subsistema de preparación puede incluir un circuito de recirculación de la suspensión configurado con dispositivos para agitar, medir y ajustar la relación agua/sólidos de la suspensión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Acumulador de circulación continua para suspensión
Antecedentes
La presente divulgación se refiere, en general, al muestreo y análisis agrícola, y más en concreto, a un sistema completamente automatizado para realizar estudios de suelo y otro tipo de muestreos relacionados con la agricultura y análisis de propiedades químicas.
El análisis periódico del suelo es un aspecto importante de las técnicas agrícolas. Los resultados de las pruebas proporcionan información valiosa sobre la composición química del suelo, como los nutrientes disponibles para las plantas y otras propiedades importantes (por ejemplo, niveles de nitrógeno, magnesio, fósforo, potasio, pH, etc.) de modo que se puedan añadir diversas modificaciones en el suelo para maximizar la calidad y cantidad de la producción de cultivos.
En algunos procesos de muestreo de suelo existentes, las muestras recogidas se secan, se muelen, se les agrega agua y luego se filtran para obtener una suspensión de suelo adecuada para el análisis. Se añade reactivo extractor a la suspensión para extraer los nutrientes disponibles para las plantas. A continuación, la suspensión se filtra para producir una solución transparente o sobrenadante que se mezcla con un reactivo químico para su posterior análisis.
Mejoras en el análisis del suelo, vegetación y estiércol.
El documento JP S6293501 A divulga un acumulador rectangular de tipo diafragma, en el que se forma una carcasa presurizada larga y estrecha para encerrar un diafragma rectangular doblado en semicírculo y que está provista de poros dispersos en la dirección longitudinal como puertos con pasos de líquido amortiguador, el diafragma rectangular se dobla en la dirección del lado corto, como una artesa para alojarse en la carcasa presurizada.
Breve sumario
La presente invención proporciona un acumulador en línea para moderar la presión en un sistema de conducto de flujo de suspensiones, como se define en las reivindicaciones adjuntas. En el presente documento se divulga un sistema de muestreo automatizado controlado por ordenador y métodos relacionados para recoger, procesar y analizar muestras agrícolas como, por ejemplo, muestras de suelo para determinar diversas propiedades químicas, como los nutrientes disponibles para las plantas. El sistema de muestreo permite que se procesen y analicen múltiples muestras en busca de diferentes analitos (por ejemplo, nutrientes disponibles para las plantas) y/o propiedades químicas (por ejemplo, pH) de una manera simultánea paralela o semiparalela, y en una sucesión relativamente continua y rápida. Ventajosamente, el sistema puede procesar muestras de suelo u otro tipo de muestras agrícolas en el estado "tal como se recogen" sin las engorrosas etapas de secado y trituración de los procesos anteriores descritos previamente.
El presente sistema incluye generalmente un subsistema de preparación de muestras, que recibe muestras de suelo u otro tipo de muestras agrícolas y produce una suspensión agrícola (por ejemplo, mezcla de tierra, vegetación y/o estiércol y agua) y análisis químico, y un subsistema de análisis químico que recibe y procesa las muestras de suspensión preparadas del subsistema de preparación de muestras para la cuantificación de los analitos y/o las propiedades químicas de la muestra. Las muestras agrícolas pueden ser recogidas automáticamente por un subsistema de recogida de sondas o por otros métodos, incluido el muestreo manual. El subsistema de análisis químico descrito puede utilizarse para analizar la suspensión agrícola, que pueden estar compuestos de tierra, vegetación, estiércol, leche u otros tipos de muestras.
El sistema de preparación de muestras, por lo general, incluye un dispositivo de mezcla que mezcla la muestra de suelo sin procesar recogida en el estado "tal y como se ha muestreado" (por ejemplo, sin secar y sin moler) con un diluyente tal como agua para formar una suspensión de muestra. A continuación, la suspensión sin filtrar se filtra gruesamente a través de una unidad de filtro grueso para eliminar las partículas sólidas de tamaño superior al deseado, que pueden incluir restos extraños en la muestra y/o aglomeraciones endurecidas de los sólidos de la muestra agrícola no descompuestos completamente por el dispositivo de mezcla. A continuación, la suspensión filtrada (filtrado) entra en un bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión configurado para hacer circular la suspensión a fin de determinar la relación agua/sólidos de la suspensión. Como se describe con más detalle en el presente documento, varios componentes que forman parte integrante del bucle de flujo están configurados para hacer circular la suspensión en el bucle de flujo cerrado, suprimir los picos de presión, medir la densidad de suspensión, y medir la densidad del componente sólido particulado de la suspensión. El funcionamiento de algunos o todos los componentes del sistema y del bucle de flujo puede ser controlado por un controlador programable del sistema. El sistema mide la relación real agua/sólidos y compara esa medición con una relación objetivo deseada agua/suelo para el posterior análisis químico de la suspensión con el fin de cuantificar el nivel o la concentración de un analito de interés (por ejemplo, un nutriente del suelo u otro parámetro). El sistema está configurado para añadir agua al circuito cerrado de flujo con el fin de alcanzar la relación deseada agua/suelo.
Una vez alcanzada la relación deseada agua/suelo, la suspensión se extrae del bucle de flujo de recirculación de suspensión y se filtra a través de una unidad de filtro fino que forma parte integrante del trayecto de flujo de recirculación de suspensión. A continuación, la suspensión extraído y filtrado se procesa a través de un subsistema de análisis químico que cuantifica la concentración o el nivel del analito o analitos de interés. El subsistema de análisis químico realiza las funciones generales de adición/mezcla de reactivo extractor con la suspensión, separando un sobrenadante claro de la suspensión, añadiendo/mezclando un reactivo que cambia de color con el sobrenadante y, por último, detectando o analizando para identificar los analitos y/o las propiedades químicas, por ejemplo, mediante análisis colorimétrico u otras técnicas analíticas.
Aunque los sistemas de muestreo (por ejemplo, recogida de muestras, preparación y procesamiento) pueden describirse en el presente documento con respecto al procesamiento de muestras de suelo que representa una categoría de uso, debe entenderse que los mismos sistemas que incluyen los aparatos y procesos relacionados pueden usarse adicionalmente para procesar otros tipos de muestras relacionadas con la agricultura que incluyen, sin limitación, vegetación/plantas, forraje, estiércol, alimento, leche u otros tipos de muestras.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se comprenderá mejor a partir de la descripción detallada y de los dibujos adjuntos, en donde los elementos similares están etiquetados de la misma manera y en los que:
la FIG. 1 es un diagrama de flujo esquemático de un sistema de análisis de muestras agrícolas de acuerdo con la presente divulgación que muestra aspectos funcionales de alto nivel de cada subsistema del sistema de análisis de muestras;
la FIG. 2 es un diagrama esquemático de sistema de una unidad central de procesamiento (CPU) basada en un procesador programable o controlador del sistema para controlar los sistemas y aparatos divulgados en el presente documento;
la FIG. 3 es un diagrama esquemático básico de un primer sistema de análisis de muestras agrícolas;
la FIG. 4 es un diagrama esquemático básico de un segundo sistema de análisis de muestras agrícolas que incluye recirculación de suspensión en bucle de flujo cerrado;
la FIG. 5 es una vista en perspectiva de un primer densímetro de suspensiones utilizable en los sistemas de las FIGS.
44A o 44B;
la FIG. 6 es una primera vista lateral del mismo;
la FIG. 7 es una segunda vista lateral del mismo;
la FIG. 8 es una primera vista de extremo del mismo;
la FIG. 9 es una segunda vista de extremo del mismo;
la FIG. 10 es una vista superior de la misma;
la FIG. 11 es una vista inferior de la misma;
la FIG. 12 es una primera vista en sección transversal longitudinal del mismo;
la FIG. 13 es una segunda vista en sección transversal longitudinal del mismo;
la FIG. 14 es una vista en sección transversal en perspectiva longitudinal del mismo;
la FIG. 15 es una primera vista en perspectiva de un segundo densímetro de suspensiones utilizable en los sistemas de las FIGS. 44A o 44B;
la FIG. 16 es una segunda vista en perspectiva del mismo;
la FIG. 17 es una tercera vista en perspectiva del mismo con la placa de circunferencia del sistema de control separada; la FIG. 18 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo;
la FIG. 19A muestra una porción del tubo oscilador del densímetro, que ilustra la acumulación de partículas de hierro en la suspensión en el interior del tubo, provocada por el campo magnético de un imán permanente unido al tubo; la FIG. 19B muestra una primera realización de un miembro de aislamiento magnético unido al tubo oscilador; a FIG. 19C muestra una segunda realización de un miembro de aislamiento magnético unido al tubo oscilador; a FIG. 19D muestra una tercera realización de un miembro de aislamiento magnético unido al tubo oscilador; a FIG. 19E muestra un cuarto miembro de aislamiento magnético unido al tubo oscilador;
a FIG. 19F muestra los posibles movimientos vibratorios direccionales del tubo oscilador;
a FIG. 19G muestra un tubo oscilador montado en una orientación vertical;
a FIG. 20 es una primera vista en perspectiva de la primera unidad de filtro fino;
a FIG. 21 es una segunda vista en perspectiva de la misma;
a FIG. 22 es una vista inferior de la misma;
a FIG. 23 es una vista superior de la misma;
a FIG. 24 es una vista en sección transversal lateral de la misma;
a FIG. 25 es una primera vista en perspectiva de la segunda unidad de filtro fino;
a FIG. 26 es una segunda vista en perspectiva de la misma;
a FIG. 27 es una vista de extremo de la misma;
a FIG. 28 es una vista superior de la misma;
a FIG. 29 es una vista en sección transversal lateral de la misma;
a FIG. 30 es un diagrama esquemático de un sistema sin bomba para mezclar una suspensión de suelo usando aire a presión;
a FIG. 31 es un primer gráfico que muestra la cantidad de dilución de diluyente (por ejemplo, agua) añadida a la suspensión frente a la densidad de suspensión;
a FIG. 32 es un segundo gráfico de la misma;
a FIG. 33 es un tercer gráfico de la misma;
a FIG. 34 es un equipo esquemático y un diagrama de flujo de un sistema alternativo de preparación de suspensiones agrícolas de acuerdo con el sistema de análisis de muestras agrícolas;
a FIG. 35 es un diagrama esquemático de flujo de bloques del sistema de análisis de muestras agrícolas que incorpora el sistema de preparación de suspensión de la FIG. 34;
a FIG. 36 es una vista en perspectiva superior de la unidad de filtro grueso del sistema de preparación de suspensiones agrícolas;
a FIG. 37 es una vista despiezada de la misma;
a FIG. 38 es una vista en perspectiva inferior de la misma;
a FIG. 39 es una primera vista lateral de la misma;
a FIG. 40 es una segunda vista lateral de la misma;
a FIG. 41 es una vista en sección transversal longitudinal de la misma;
a FIG. 42 es un detalle ampliado tomado de la FIG. 41;
a FIG. 43 es una vista en sección transversal de la unidad de filtro grueso;
a FIG. 44 es una vista en perspectiva superior del acumulador del sistema de preparación de suspensiones agrícolas; la FIG. 45 es una vista en perspectiva inferior del mismo;
la FIG. 46 es una vista en perspectiva despiezada superior del mismo;
la FIG. 47 es una vista en perspectiva despiezada inferior del mismo;
la FIG. 48 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo;
la FIG. 49 es una vista del extremo de entrada del acumulador;
la FIG. 50 es una vista en sección transversal del mismo;
la FIG. 51 es una vista en perspectiva superior del dispositivo de agitación del sistema de preparación de suspensiones agrícolas;
la FIG. 52 es una vista superior del mismo;
la FIG. 53 es una vista inferior del mismo;
la FIG. 54 es una vista lateral izquierda del mismo;
la FIG. 55 es una vista lateral derecha del mismo;
la FIG. 56 es una vista delantera del mismo;
la FIG. 57 es una vista trasera del mismo;
la FIG. 58 es una vista en sección transversal longitudinal lateral del mismo;
la FIG. 59 es una segunda vista en sección transversal longitudinal del mismo;
la FIG. 60 es una vista superior transversal en sección transversal que muestra el engranaje de accionamiento; La FIG. 61 es una vista en sección transversal inferior que muestra el conjunto de cuchillas;
la FIG. 62 es una vista en perspectiva superior despiezada que muestra el motor separado y partes del engranaje de accionamiento;
la FIG. 63 es una vista en perspectiva de la sección inferior del dispositivo de agitación;
la FIG. 64 es una vista transversal en sección de la bomba de diafragma doble accionada por aire (AODD) del sistema de preparación de suspensiones agrícolas que muestra la bomba en una primera posición de bombeo operativa; la FIG. 65 es una vista en sección transversal de la misma que muestra la bomba en una segunda posición de bombeo operativa;
la FIG. 66 es una primera vista en perspectiva de uno de los cabezales de bomba que muestra el lado interior y las válvulas de retención de entrada y salida acopladas;
la FIG. 67 es una segunda vista en perspectiva de la misma mostrando el lado exterior opuesto;
la FIG. 68 es una vista en perspectiva de la misma mostrando la válvula de entrada en despiece;
la FIG. 69 es una vista en planta del lado interior del cabezal de bomba y del conjunto de la válvula; y
la FIG. 70 es una vista en sección transversal longitudinal del mismo.
Los dibujos no están necesariamente a escala. Los componentes numerados y que aparecen en una figura, pero que aparecen sin numerar en otras figuras, son los mismos a menos que se indique expresamente lo contrario. En el presente documento, la referencia a un número de figura entero que aparece en múltiples figuras que llevan el mismo número entero, pero con diferentes sufijos alfabéticos, se interpretará como una referencia general a todas esas figuras a menos que se indique expresamente lo contrario.
Descripción detallada
Las características y beneficios de la invención se ilustran y describen en el presente documento haciendo referencia a realizaciones ilustrativas (los "ejemplos"). Esta descripción de realizaciones ilustrativas está destinada a leerse en relación con los dibujos adjuntos, que deben considerarse parte de toda la descripción escrita. Por consiguiente, la divulgación no debe limitarse expresamente a las realizaciones ilustrativas que ilustran alguna posible combinación no limitante de las características que pueden existir solas o en otras combinaciones de características.
En la descripción de las realizaciones divulgadas en el presente documento, cualquier referencia a la dirección u orientación únicamente pretende facilitar la descripción y no pretende en modo alguno limitar el alcance de la presente invención. Términos relativos tales como "inferior", "superior", "horizontal", "vertical", "por encima", "por debajo", "arriba", "abajo", "parte superior" y "parte inferior", así como sus derivados (por ejemplo, "horizontalmente", "hacia abajo", "hacia arriba", etc.) se deberían interpretar como referencia a la orientación que se describe en ese momento o que se muestra en los dibujos analizados. Estos términos relativos son solo para facilitar la descripción y no requieren que el aparato se construya o se ponga en funcionamiento en una orientación específica. Términos como "unido", "fijado", "conectado", "acoplado", "interconectado", y similares se refieren a la relación en donde las estructuras están sujetas o unidas entre sí, ya sea directa o indirectamente a través de estructuras intermedias, así como a uniones o relaciones tanto móviles como rígidas, a menos que se describa expresamente lo contrario.
Como se usa a lo largo de la descripción, cualquier intervalo divulgado en el presente documento se usa como abreviatura para describir todos y cada uno de los valores que están dentro del intervalo. Se puede seleccionar cualquier valor dentro del intervalo como extremo del intervalo.
La FIG. 1 es un diagrama de flujo esquemático de un sistema de muestreo agrícola 3000 de acuerdo con la presente divulgación. Los subsistemas divulgados en el presente documento proporcionan colectivamente un procesamiento completo y un análisis químico de las muestras agrícolas recogidas en el campo agrícola, preparación de muestras y análisis químico final. El sistema 3000 puede incorporarse a bordo de un vehículo motorizado de muestreo configurado para atravesar un campo agrícola para recoger y procesar muestras de suelo de varias zonas del campo. Esto permite generar con precisión un perfil completo de nutrientes y sustancias químicas del campo para identificar rápida y convenientemente las enmiendas del suelo necesarias y las cantidades de aplicación necesarias para cada zona basándose en la cuantificación de los nutrientes disponibles para las plantas y/o las propiedades químicas de la muestra. El sistema 3000 permite, ventajosamente, procesar múltiples muestras y analizarlas químicamente de forma simultánea en busca de diversos componentes químicos o propiedades, como por ejemplo, sin limitación, nutrientes disponibles para las plantas. El sistema de muestreo puede ser un sistema de muestreo del suelo configurado para determinar los niveles de nutrientes en diferentes porciones de un campo agrícola para la producción de cultivos. Sin embargo, el sistema de muestreo puede utilizarse para otros tipos de muestreos agrícolas como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
El sistema de muestreo agrícola 3000 incluye generalmente un subsistema de recogida de sonda de muestras 3001, un subsistema de preparación de muestras 3002 y un subsistema de análisis químico 3003. El subsistema de recogida de muestras 3001 y el vehículo de muestreo motorizado se describen por completo en la solicitud de patente estadounidense con publicación n.° 2018/0124992A1. En el caso del muestreo del suelo, el subsistema de recogida de muestras 3001 realiza generalmente la función de extraer y recoger muestras de suelo del campo. Las muestras pueden presentarse en forma de tapones o núcleos de suelo. Los núcleos recogidos se transfieren a una cámara o depósito de retención para su posterior procesamiento por el subsistema de preparación de muestras 3002. Otros sistemas de muestreo se describen en las solicitudes estadounidenses n.° 62/983237, presentada el 28 de febrero de 2020; n.° 63/017789, presentada el 30 de abril de 2020; n.° 63/017840, presentada el 30 de abril de 2020; n.° 63/018120, presentada el 30 de abril de 2020; n.° 63/018153, presentada el 30 de abril de 2020; n.° 63/191147, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191159, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191166, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191172, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 17/326050, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191186, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191189, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191195, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191199, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 63/191204, presentada el 20 de mayo de 2021; n.° 17/343434, presentada el 09 de junio de 2021; n.° 63/208865, presentada el 09 de junio de 2021; n.° 17/343536, presentada el 09 de junio de 2021; n.° 63/213319, presentada el 22 de junio de 2021; n.° 63/260772, presentada el 31 de agosto de 2021; n.° 63/260776, presentada el 31 de agosto de 2021; n.° 63/260777, presentada el 31 de agosto de 2021; n.° 63/245278, presentada el 17 de septiembre de 2021; n.° 63/264059, presentada el 15 de noviembre de 2021; n.° 63/264062, presentada el 15 de noviembre de 2021; n.° 63/264065, presentada el 15 de noviembre de 2021; n.° 63/268418, presentada el 23 de febrero de 2022; n.° 63/268419, presentada el 23 de febrero de 2022; n.° 63/268990, presentada el 08 de marzo de 2022; y el documento PCT/IB2021/051076, presentada el 10 de febrero de 2021; las solicitudes PCT n.° PCT/IB2021/051077, presentada el 10 de febrero de 2021; n.° PCT/IB2021/052872, presentada el 07 de abril de 2021; n.° PCT/IB2021/052874, presentada el 07 de abril de 2021; n.° PCT/IB2021/052875, presentada el 07 de abril de 2021; n.° PCT/IB2021/052876, presentada el 07 de abril de 2021.
El subsistema de preparación de muestras 3002 realiza generalmente las funciones de recibir los sólidos o núcleos de la muestra agrícola en un dispositivo de mezcla, añadir una cantidad o volumen predeterminado de agua filtrada, mezclar la mezcla de tierra y agua para obtener una suspensión de muestra, filtrar toscamente la suspensión y transferir la suspensión filtrada a un dispositivo de agitación que forma parte del bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión y de la vía de flujo, recircular la suspensión en el bucle de flujo, medir la relación agua/suelo real de la suspensión y diluir la suspensión con agua para alcanzar una relación objetivo agua/suelo.
El subsistema de análisis químico 3003 generalmente realiza las funciones de sacar o extraer la suspensión del bucle de recirculación de suspensión a través de una unidad de filtro fino, añadir reactivo extractor, mezclar el reactivo extractor y la suspensión para extraer los analitos de interés (por ejemplo, nutrientes disponibles para las plantas, etc.), centrifugar la mezcla reactivo extractor-suspensión para obtener un líquido claro o sobrenadante, eliminar o transferir el sobrenadante, inyectar un reactivo y mantener la mezcla sobrenadante-reactivo durante un periodo de tiempo de mantenimiento para permitir la reacción química completa con el reactivo, y medir el analito, por ejemplo, mediante absorbancia, análisis colorimétrico u otra técnica analítica.
Los subsistemas de preparación de muestras y análisis químico 3002, 3003 y sus equipos o componentes se describirán ahora con más detalle.
Como ya se ha señalado en el presente documento, el sistema de muestreo agrícola, subsistemas, y los procesos/métodos relacionados divulgados en el presente documento pueden utilizarse para procesar y ensayar el suelo, vegetación/plantas, estiércol, alimento, leche, u otros parámetros de interés relacionados con la agricultura. Particularmente, la porción de análisis químico del sistema (subsistema de análisis químico 3003) que se divulgan en el presente documento pueden utilizarse para ensayar multitud de parámetros y analitos relacionados con productos químicos (por ejemplo, nutrientes/productos químicos de interés) en otras áreas más allá del muestreo de suelos y plantas/vegetación. Algunos ejemplos no limitativos (incluidos el suelo y las plantas) son los siguientes.
Análisis del suelo: Nitrato, Nitrito, Nitrógeno total, Amonio, Fosfato, Ortofosfato, Polifosfato, Fosfato total, Potasio, Magnesio, Calcio, Sodio, Capacidad de intercambio catiónico, pH, Porcentaje de saturación de la base de cationes, Azufre, Zinc, Manganeso, Hierro, Cobre, Boro, Sales solubles, Materia orgánica, Exceso de cal, Carbón activo, Aluminio, Nitrato de aminoazúcar, Nitrógeno amoniacal, Cloruro, Relación C:N, Conductividad eléctrica, Molibdeno, Textura (Arena, Limo, Arcilla), Recuento de huevos de nematodos quísticos, Nitrógeno mineralizable y espacio poroso del suelo.
Plantas/Vegetación: Nitrógeno, Nitrato, Fósforo, Potasio, Magnesio, Calcio, Sodio, Porcentaje de saturación de la base de cationes, Azufre, Zinc, Manganeso, Hierro, Cobre, Boro, Nitrógeno amoniacal, Carbono, Cloruro, Cobalto, Molibdeno, Selenio, Nitrógeno total y Nematodos parásitos de las plantas vivos.
Estiércol: Humedad/Sólidos totales, Nitrógeno total, Nitrógeno orgánico, Fosfato, Potasa, Azufre, Calcio, Magnesio, Sodio, Hierro, Manganeso, Cobre, Zinc, pH, Carbono total, Sales solubles, Relación C/N, Nitrógeno amoniacal, Nitrógeno nítrico, Cloruro, Materia orgánica, Ceniza, Conductancia, Nitrógeno Kjeldahl, E. coli, Coliformes fecales, Salmonella, Nitrógeno total Kjeldahl, Fosfato total, Potasa, Nitrógeno nítrico, Nitrógeno soluble en agua, Nitrógeno insoluble en agua, Nitrógeno amoniacal, Ácido húmico, pH, Carbono orgánico total, Densidad aparente (envasado), Humedad, Azufre, Calcio, Boro, Cobalto, Cobre, Hierro, Manganeso, Arsénico, Cloruro, Plomo, Selenio, Cadmio, Cromo, Mercurio, Níquel, Sodio, Molibdeno y zinc
Alimento: Alanina, Histidina, Prolina, Arginina, Isoleucina, Serina, Ácido aspártico, Leucina, Treonina, Cistina, Lisina, Triptófano, Ácido glutámico, Metionina, Tirosina, Glicina, Fenilalanina, Valina (requiere proteína bruta), Arsénico, Plomo, Cadmio, Antimonio, Mercurio
Vitamina E (beta-tocoferol), Vitamina E (alfa-tocoferol), Vitamina E (delta-tocoferol), Vitamina E (gamma-tocoferol), Vitamina E (total), Humedad, Proteína bruta, Calcio, Fósforo, ADF, Ceniza, TDN, Energía (digerible y metabolizable), Energía neta (Ganancia, Lactancia, Mantenimiento), Azufre, Calcio, Magnesio, Sodio, Manganeso, Zinc, Potasio, Fósforo, Hierro, Cobre (no aplicable a las premezclas), Grasas saturadas, Grasas monoinsaturadas, Ácidos grasos Omega 3, Grasas poliinsaturadas, Ácidos grasos trans, Ácidos Grasos Omega 6 (Requiere Grasa Cruda o Ácida), Glucosa, Fructosa, Sacarosa, Maltosa, Lactosa, Aflatoxina (B1, B2, G1, G2), DON, Fumonisina, Ocratoxina, T2-Toxina, Zearalenona, Vitamina B2, B3, B5, B6, B7, B9 y B12, Calorías, Cloruro, Fibra bruta, Lignina, Fibra detergente neutra, Nitrógeno no proteico, Selenio Patente estadounidense, Yodo total, Almidón total, Vitamina A, Vitamina D3 y ácidos grasos libres.
Forrajes: Humedad, Proteína bruta, Fibra detergente ácida ADF, NDF, TDN, Energía neta (Ganancia, Lactancia, Mantenimiento), Valor nutritivo relativo, Nitrato, Azufre, Cobre, Sodio, Magnesio, Potasio, Zinc, Hierro, Calcio, Manganeso, Sodio, Fósforo, Cloruro, Fibra, Lignina, Molibdeno, Ácido prúsico y selenio USP.
Leche: Grasa butírica, Proteína verdadera, Recuento de células somáticas, Lactosa, Otros sólidos, Sólidos totales, Agua añadida, Nitrógeno ureico de la leche, Acidez, pH, Ensayos de antibióticos y microorganismos.
Si bien se describe a continuación el análisis del suelo, cualquier sistema de extracción, análisis, o medición puede utilizarse con cualquiera de los materiales anteriores.
Sistema de control
La FIG. 2 es un diagrama esquemático del sistema que muestra el sistema de control o procesamiento 2800 que incluye la unidad central de procesamiento (CPU) basada en un procesador programable o el controlador del sistema 2820 al que se hace referencia en el presente documento. El controlador del sistema 2820 puede incluir uno o más procesadores, medio legible por ordenador tangible no transitorio, periféricos programables de entrada/salida, y todos los demás accesorios electrónicos necesarios normalmente asociados a un controlador basado en procesador plenamente funcional. El sistema de control 2800, incluyendo el controlador 2820, está vinculado de forma operable y comunicable a los diferentes sistemas y dispositivos de procesamiento y análisis de muestras de suelo descritos en otro lugar en el presente documento a través de enlaces de comunicación adecuados para controlar el funcionamiento de dichos sistemas y dispositivos de forma totalmente integrada y secuenciada.
Con referencia a la FIG. 2, el sistema de control 2800, incluido el controlador programable 2820, puede montarse en un soporte fijo en cualquier ubicación o, por el contrario, en una máquina autopropulsada o arrastrada transportable (por ejemplo, vehículo, tractor, cosechadora combinada, etc.) que puede incluir un implemento agrícola (por ejemplo, plantador, cultivador, arado, pulverizador, esparcidor, implemento de riego, etc.). En un ejemplo, la máquina realiza operaciones de un tractor o vehículo que está acoplado a un implemento para operaciones agrícolas. En otros ejemplos, el controlador puede formar parte de una estación o instalación fija.
El sistema de control 2800, ya sea a bordo o fuera de una máquina trasladable, generalmente incluye el controlador 2820, ordenador tangible no transitorio o medio accesible y legible por máquina, como la memoria 2805, y una interfaz de red 2815. El medio legible y accesible por ordenador o máquina puede incluir cualquier memoria volátil y no volátil adecuada o dispositivos acoplados de forma operativa y comunicable al procesador o procesadores. Puede utilizarse cualquier combinación y tipo adecuados de memoria volátil o no volátil, incluidos algunos ejemplos como, sin limitación, memoria de acceso aleatorio (RAM) y sus distintos tipos, memoria de sólo lectura (ROM) y sus distintos tipos, discos duros, unidades de estado sólido, memoria flash, u otras memorias y dispositivos que pueden ser escritos y/o leídos por el procesador funcionalmente conectado al medio. Tanto la memoria volátil como la memoria no volátil pueden utilizarse para almacenar las instrucciones del programa o el software. El medio no transitorio legible por ordenador y accesible por máquina (por ejemplo, memoria 2805) contiene instrucciones de programa de ordenador ejecutables que cuando son ejecutadas por el controlador del sistema 2820 hacen que el sistema realice operaciones o métodos de la presente divulgación incluyendo la medición de propiedades y ensayos de muestras de suelo y vegetación. Mientras que el medio no transitorio legible y accesible por máquina (por ejemplo, memoria 2805) se muestra como un único medio, el término debe entenderse referido a un único medio o a varios medios (por ejemplo, una base de datos centralizada o distribuida, y/o cachés y servidores asociados) que almacenan el uno o más conjuntos de lógica de control o instrucciones. El término "medio no transitorio legible y accesible por máquina" también incluirá cualquier medio capaz de almacenar, codificar o portar un conjunto de instrucciones para su ejecución por la máquina y que hacen que la máquina realice una cualquiera o más de las metodologías de la presente divulgación. En consecuencia, el término "medio no transitorio legible y accesible por máquina" incluirá también, entre otros, memorias de estado sólido, medios ópticos y magnéticos y señales de ondas portadoras.
La interfaz de red 2815 se comunica con los sistemas de procesamiento y análisis de muestras agrícolas (por ejemplo, del suelo u otros) (y sus dispositivos asociados) descritos en otra parte (designados colectivamente 2803 en la FIG.
2), y otros sistemas o dispositivos que pueden incluir, sin limitación, el implemento 2840 que tiene sus propios controladores y dispositivos.
El controlador programable 2820 puede incluir uno o más microprocesadores, procesadores, un sistema en un chip (circuito integrado), uno o más microcontroladores, o combinaciones de los mismos. El sistema de procesamiento incluye lógica de procesamiento 2826 para ejecutar instrucciones de software de uno o más programas y un módulo o unidad de comunicación 2828 (por ejemplo, transmisor, transceptor) para transmitir y recibir comunicaciones desde la interfaz de red 2815 y/o el sistema de procesamiento y análisis de muestras agrícolas 2803, que incluye el subsistema de preparación de muestras 3002 y los componentes descritos en el presente documento, incluidos además los componentes del bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión 8002. La unidad de comunicación 2828 puede estar integrada con el sistema de control 2800 (por ejemplo, el controlador 2820) o separada del sistema de procesamiento programable.
La lógica de procesamiento programable 2826 del sistema de control 2800 que dirige el funcionamiento del controlador del sistema 2820 que incluye uno o más procesadores puede procesar las comunicaciones recibidas de la unidad de comunicación 2828 o de la interfaz de red 2815, incluidos los datos agrícolas (por ejemplo, datos de ensayo, resultados de ensayo, datos GPS, datos de aplicación de líquidos, caudales, etc.), y los sistemas de procesamiento y análisis de muestras de suelo 2803 generaron datos. La memoria 2805 del sistema de control 2800 está configurada para variables preprogramadas o valores de punto de ajuste/línea base, que almacena los datos recogidos, e instrucciones o programas informáticos de ejecución (por ejemplo, software 2806) utilizados para controlar el funcionamiento del controlador 2820. La memoria 2805 puede almacenar, por ejemplo, componentes de software tales como software de ensayos para el análisis de muestras de suelo y vegetación para realizar las operaciones de la presente divulgación, o cualquier otra aplicación o módulo de software, imágenes 2808 (por ejemplo, imágenes capturadas de cultivos), alertas, mapas, etc. El sistema 2800 también puede incluir un subsistema de entrada/salida de audio (no mostrado) que puede incluir un micrófono y un altavoz para, por ejemplo, recepción y envío de órdenes vocales o para la autenticación o autorización de usuarios (por ejemplo, biometría).
El controlador del sistema 2820 se comunica bidireccionalmente con la memoria 2805 a través de un enlace de comunicación 2830, interfaz de red 2815 a través del enlace de comunicación 2832, dispositivo de visualización 2830 y opcionalmente un segundo dispositivo de visualización 2825 a través de enlaces de comunicación 2834, 2835, y puertos de E/S 2829 a través de enlaces de comunicación 2836. El controlador del sistema 2820 puede comunicarse además con los sistemas de procesamiento y análisis de muestras de suelo 2803 a través de enlaces de comunicación cableados/inalámbricos 5752, ya sea a través de la interfaz de red 2815 y/o directamente como se muestra.
Los dispositivos de visualización 2825 y 2830 pueden proporcionar interfaces visuales de usuario para un usuario u operador. Los dispositivos de visualización pueden incluir controladores de visualización. El dispositivo de visualización 2825 es un dispositivo de tableta portátil o un dispositivo informático con un tamiz táctil que muestra datos (por ejemplo, resultados de ensayo del suelo, resultados de ensayo de vegetación, datos de aplicación de líquidos, imágenes capturadas, capa de mapa de vista localizada, mapas de campo de alta definición de datos de aplicación de líquidos como se aplican, datos como se planta o como se cosecha u otras variables o parámetros agrícolas, mapas de rendimiento, alertas, etc.) y los datos generados por una aplicación de software de análisis de datos agrícolas y recibe la entrada del usuario u operador para obtener una vista despiezada de una región de un campo, seguimiento y control de las operaciones sobre el campo. Las operaciones pueden incluir la configuración de la máquina o el implemento, comunicación de datos, control de la máquina o el implemento, incluidos sensores y controladores, y almacenamiento de los datos generados. El dispositivo de visualización 2830 puede ser una pantalla (por ejemplo, pantalla proporcionada por un fabricante de equipos originales (OEM)) que muestra imágenes y datos para una capa de mapa de vista localizada, datos de aplicación de líquidos como se aplican, datos como se planta o se cosecha, datos de rendimiento, controlar una máquina (por ejemplo, plantador, tractor, cosechadora, pulverizador, etc.), dirigir la máquina, y supervisar la máquina o un implemento (por ejemplo, plantador, cosechadora, pulverizador, etc.) que se conecta a la máquina con sensores y controladores situados en la máquina o el implemento.
Modificaciones del sistema de procesamiento de suspensiones de muestras agrícolas
Las secciones que siguen describen diversos aspectos de los sistemas de análisis de muestras agrícolas anteriores y dispositivos asociados descritos anteriormente en el presente documento, que procesan y analizan/miden la suspensión de muestra agrícola preparada en busca de analitos de interés (por ejemplo, nutrientes del suelo como el nitrógeno, fósforo, potasio, etc., vegetación, estiércol, etc.). Específicamente, las modificaciones se refieren a las partes del subsistema de preparación de muestras 3002 y al subsistema de análisis químico 3003 del sistema de muestreo agrícola (por ejemplo, de suelos u otros) 3000 mostrado en la FIG. 1. Para proporcionar un contexto amplio y explicar los dispositivos y equipos alternativos que siguen, la FIG. 3 es un diagrama de sistema esquemático de alto nivel que resume la secuencia de flujo de proceso del sistema de análisis de muestras agrícolas. Esto ilustra la medición estática de la densidad de suspensión en modo discontinuo, como se describe con más detalle en el presente documento. La FIG. 4 es esencialmente la misma, pero se añade e incluye un bucle de recirculación de la suspensión entre la estación de filtración fina y la cámara de mezcla de preparación de muestras para la medición dinámica de la densidad de suspensión en modo continuo.
A continuación, con referencia a las FIGS. 3 y 4, los sistemas de análisis de muestras agrícolas 7000 incluyen, en la secuencia de la trayectoria de flujo, el subsistema de preparación de muestras agrícolas 7001, el subsistema de medición de densidad 7002, el subsistema de filtración fina 7003, el subsistema de extracción de analitos 7004, el subsistema de filtración ultrafina 7005, y subsistema de medición de analitos 7006. El subsistema de preparación de muestras de suelo 7001 representa la porción del sistema en la que se prepara inicialmente la suspensión de muestras. Por consiguiente, el subsistema 7001 puede comprender el dispositivo de mezcla 8010 descrito en el presente documento, que incluye la cámara de mezcla en la que se añade agua a la muestra agrícola a granel (por ejemplo, tierra u otros sólidos agrícolas) para preparar la suspensión, y un filtro grueso (por ejemplo, la unidad de filtro 8020) descrita en el presente documento, que elimina las partículas más grandes o sobredimensionadas (por ejemplo, piedras pequeñas, rocas, desechos, terrones endurecidos de sólidos agrícolas, etc.) de la suspensión de suelo preparada. Además, el filtro grueso está dimensionado para que pase el tamaño de partícula máximo deseado en la suspensión y así garantizar un flujo y una densidad uniformes de la suspensión para la medición de peso/densidad utilizada en el proceso, como se describe con más detalle en el presente documento. La suspensión preparada y filtrada toscamente puede transferirse desde el dispositivo de mezcla al subsistema de medición de densidad 7002 mediante bombeo por la bomba de suspensión 7081, o como alternativa neumáticamente mediante presurización del conducto de flujo entre el dispositivo de mezcla 8010 y la unidad de filtro 8020 con aire a presión proporcionado por un acoplamiento de fluido a una fuente de aire a presión 7082 (mostrada en líneas discontinuas en la FIG. 3).
El subsistema de extracción de analitos 7004 y el subsistema de medición 7006 pueden comprender el sistema de muestreo agrícola 3000 mostrado en la FIG. 1. El subsistema de filtración ultrafina 7005 puede comprender la unidad de filtro fino 8080 divulgada en el presente documento (véase, por ejemplo, FIGS. 34-35) incluyendo cualquiera de sus características descritas más adelante.
Cabe señalar que el orden de los dispositivos y equipos mostrados en las FIGS. 3-4 (por ejemplo, la(s) bomba(s), válvulas, etc.) pueden conmutarse y reubicarse en los sistemas sin afectar la función de la unidad. Es más, los dispositivos y equipos adicionales tales como válvulas, bombas, otros dispositivos de flujo, sensores (por ejemplo, de presión, temperatura, etc.) pueden agregarse para controlar el flujo de fluido/suspensión y transmitir información operativa adicional al controlador del sistema que puede controlar el funcionamiento de los sistemas mostrados. Por consiguiente, los sistemas no se limitan a la configuración y los dispositivos/equipos mostrados solos.
Dispositivos digitales de medición de densidad de la suspensión
El subsistema de medición de densidad 7002 comprende un dispositivo digital de medición de densidad de la suspensión 7010 para obtener la densidad de suspensión de muestras agrícolas mezcladas preparadas en la cámara de preparación de muestras de las FIGS. 3-4 (por ejemplo, la cámara de mezcla 8013 del dispositivo de mezcla 8010 de la FIG. 34). En una implementación, el dispositivo de medición de la densidad 7010 puede ser un densímetro digital del tipo oscilador de tubo en U mostrado en las FIGS. 5-19 y utilizado para medir la densidad de la suspensión de muestra, que puede ser una suspensión de suelo en un ejemplo no limitativo que se utilizará en lo sucesivo por conveniencia. Sin embargo, debe reconocerse que, en el mismo sistema, puede procesarse cualquier tipo de suspensión de muestras agrícolas, incluidos suelo, vegetación, estiércol u otros. La densidad de la suspensión se utiliza para determinar la cantidad de diluyente requerida (por ejemplo, agua) que se agregará a la muestra de suelo para lograr la proporción deseada de agua y suelo para el análisis químico de un analito, como se describe con más detalle en el presente documento. El tubo oscilador en forma de U 7011 se excita a través de un transmisor de frecuencia o accionador 7012 para hacer oscilar el tubo a su frecuencia natural característica. El accionador 7012 puede ser un inductor electromagnético, un accionador/elemento piezoeléctrico, o un generador de pulsos mecánicos, todos los cuales son operables para generar una frecuencia de excitación preprogramada y controlable por el usuario. Se proporciona un sensor correspondiente, por ejemplo, un receptor o captador 7013, que está configurado para detectar y obtener una medición vibratoria del tubo oscilador cuando se excita. El captador puede ser electromagnético, de inductancia, un receptor/elemento piezoeléctrico, óptico, u otro sensor disponible comercialmente capaz de detectar y medir la respuesta de frecuencia vibratoria del tubo oscilador 7011 cuando se excita. El movimiento de respuesta pulsante o vibratorio del tubo oscilador excitado 7011 se detecta en el captador 7013 que mide la amplitud de la respuesta de frecuencia del tubo, que es más alta a una frecuencia armónica natural/de resonancia o secundaria cuando el tubo está vacío. Como alternativa, la diferencia de fase entre las frecuencias de accionamiento y accionada puede usarse para reducirse a la frecuencia natural.
En funcionamiento, la frecuencia vibratoria del tubo oscilador 7011 cuando se excita cambia en relación con la densidad de la suspensión, que o bien, se introduce de forma estancada en el tubo oscilador para la medición de la densidad en modo discontinuo, o bien fluye a través del tubo en U a un caudal preferentemente continuo y constante para la medición continua de la densidad. El dispositivo digital de medición de densidad 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 suspensión.
El accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 están acoplados de manera operativa y comunicativa a un circuito de control electrónico que comprende un procesador o controlador de densímetro basado en microprocesador 7016-2 montado en una placa de control de circuito 7016 soportada desde la base 7014. El controlador 7016-2 está configurado para enviar una frecuencia de excitación pulsada al tubo oscilador 7011 a través del accionador 7012 y medir el cambio resultante en la frecuencia resonante y la fase del tubo oscilador excitado. El dispositivo digital de medición de densidad 7010 convierte la frecuencia de oscilación medida en una medición de la densidad a través del controlador, que está preprogramado y configurado con software operativo o instrucciones para realizar la medición y determinación de la densidad. El controlador 7016-2 puede proporcionarse y configurarse con todos los dispositivos auxiliares y accesorios habituales similares a cualquiera de los controladores ya descritos anteriormente en el presente documento y necesarios para proporcionar un controlador electrónico programable completamente funcional. Por consiguiente, estos detalles del controlador de densímetro 7016-2 no se describirán con más detalle por motivos de brevedad.
Las FIGS. 5-14 muestran un dispositivo de medición de densidad 7010 que tiene un tubo oscilador. El dispositivo de medición de densidad 7010 incluye además una base 7014, una pluralidad de espaciadores 7015, un bloque de montaje del tubo 7017, un colector de conexión de flujo 7018, al menos uno o un par de imanes permanentes 7025, una placa de control de circuito electrónico 7016 y una unidad de interfaz de comunicación eléctrica 7016-1, configurada tanto para el suministro de energía eléctrica para la placa y la interfaz de comunicación como para el controlador del sistema 2820. La base 7014 está configurada para montar el dispositivo de medición de densidad en una superficie de soporte horizontal plana, superficie de soporte vertical o superficie de soporte dispuesta en cualquier ángulo entre ellas. Por consiguiente, se puede utilizar cualquier orientación de montaje correspondiente adecuada de la base de acuerdo con se desee. La orientación de montaje de la base puede determinarse por la dirección prevista de oscilación del tubo oscilador 7011 teniendo en cuenta la fuerza de la gravedad sobre el tubo oscilador cargado de suspensión. En general, resulta ventajoso montar todos los conductos para la suspensión en el tubo oscilador de una manera que se consiga el mayor porcentaje de conductos horizontales posible, y así, que cualquier sedimentación de partículas se produzca perpendicular al conducto de flujo en lugar de en línea con este. La base 7019 puede tener una forma sustancialmente plana y rectangular, como se muestra; sin embargo, se pueden emplear otras bases con forma poligonal y no poligonal. La base puede incluir opcionalmente una pluralidad de orificios de montaje 7019 para facilitar el montaje de la base en la superficie de soporte con una variedad de elementos de sujeción (no mostrados). La base 7019 define una línea central longitudinal CA del dispositivo de medición de densidad 7010 que está alineada con la longitud del tubo oscilador 7011 (paralela a las patas paralelas del tubo, como se muestra). Dicho de otra forma, la longitud del tubo oscilador se extiende a lo largo de la línea central CA. La línea central CA y los conductos de flujo dentro del tubo oscilador 7011 pueden ser horizontales, como se muestra, de modo que cualquier sedimentación que se produzca sea perpendicular al flujo a través del conducto, en lugar de estar en línea con el flujo. Al menos la mayoría de los conductos de flujo dentro del tubo oscilador pueden tener una orientación horizontal.
Los espaciadores 7015 pueden tener una estructura alargada y separar la placa de control 7016 de la base 7014 de modo que el tubo oscilador 7011 pueda ocupar el espacio 7015-1 creado entre medias. Con este objetivo, puede usarse cualquier número adecuado de espaciadores. El espacio es preferentemente lo suficientemente grande como para proporcionar espacio libre para acomodar el movimiento del tubo oscilador 7011 y otros accesorios, tales como el accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013. La placa de control plana 7016 puede orientarse preferentemente en paralelo a la base 7014, como se muestra.
El accionador de frecuencia 7012 y el captador 7013 pueden montarse rígidamente en la placa de circuito 7016, como se muestra de diversas formas en las FIGS. 5-14. Como se muestra en las FIGS. 15-18, el accionador y el captador pueden montarse de forma rígida en soportes verticales separados 7031 unidos a la base 7014. En cada caso, el accionador y el captador se montan adyacentes y cerca de los imanes permanentes 7025, pero no entran en contacto con los imanes permanentes. Los imanes permanentes 7025 generan un campo magnético estático (líneas de flujo magnético) que interactúa con el accionador 7012 y el captador 7013 para excitar el tubo oscilador 7011 y medir su frecuencia vibratoria cuando se excita.
El bloque de montaje del tubo 7017 está configurado para montar de forma rígida y en voladizo el tubo oscilador 7011 en el mismo. El tubo oscilador 7011 puede ser una configuración de tubo en U recto, que se muestra, en la que todas las porciones se encuentran en el mismo plano horizontal. La porción de extremo de entrada recta 7011-1 y la porción de extremo de salida recta 7011-2 del tubo oscilador 7011 están montadas y soportadas rígidamente por el bloque 7017 (véase, por ejemplo, la FIG. 14) para permitir que el tubo oscile igual que un diapasón cuando se excite electrónicamente/electromagnéticamente. El bloque de montaje 7017 incluye un par de orificios pasantes 7017-1 que reciben las porciones de extremo 7011-1, 7011-2 del tubo oscilador completo a su través. Los orificios 7017-1 pueden ser paralelos. La porción de curva en U 7011-3 del tubo oscilador, opuesta a las porciones de extremo de entrada y salida, y las porciones de tubo contiguas entre la curva en U y el bloque de montaje 7017 no están soportadas y pueden oscilar libremente en respuesta a la frecuencia de excitación suministrada por el accionador 7012.
La porción de extremo de entrada 7011-1 y la porción de extremo de salida 7011-2 del tubo oscilador 7011 se proyectan a través y más allá del bloque de montaje del tubo 7017, y se reciben, cada una, en un orificio o agujero pasante abierto 7018-1 correspondiente del colector de conexión de flujo 7018 asociado, definiendo una entrada de suspensión 7020 y una salida de suspensión 7021 del colector de conexión 7018 (véanse las flechas de flujo direccional de la suspensión en la FIG. 14). Los orificios pasantes 7018-1 pueden tener cualquier configuración adecuada para sujetar las porciones de extremo 7011-1, 7011-2 del tubo oscilador 7011 de manera hermética y sellada de manera fluida. Juntas de fluido adecuadas, como juntas tóricas, selladores elastoméricos o similares pueden utilizarse para conseguir un acoplamiento estanco entre el tubo oscilador y el colector de conexión 7018. El colector de conexión 7018 se acopla haciendo tope con el bloque de montaje 7017 para proporcionar aberturas de acoplamiento contiguas a su través, de modo que la porción de extremo de entrada 7011-1 y la porción de extremo de salida 7011-2 soporten completamente las porciones de extremo del tubo oscilador 7011 (véase, por ejemplo, FIG. 14). El colector de conexión 7018 puede estar separado, pero preferentemente en una proximidad relativamente cercana al bloque de montaje 7017.
El bloque de montaje 7017, el colector de conexión de flujo 7018 y la base 7014 pueden estar hechos preferentemente de un metal adecuado (por ejemplo, aluminio, acero, etc.) de peso y grosor suficientes para actuar como amortiguadores de vibraciones, de modo que la excitación del tubo oscilador que mide el dispositivo de medición de densidad 7010 sea indicativa solo de la respuesta de frecuencia del tubo oscilador lleno 7011, sin interferencia por ninguna resonancia parásita correspondiente que, de otra manera, podría inducirse en la base o el bloque de montaje y el colector de conexión de flujo.
En el primer tubo oscilador mostrado en las FIGS. 5-14, el tubo oscilador 7011 puede tener una forma de U convencional, como se muestra y se describe con anterioridad en el presente documento. El tubo puede orientarse en paralelo a la superficie superior plana de la base 7014. El tubo oscilador 7001 puede estar formado de un material no metálico. Los materiales adecuados incluyen vidrio, tal como, vidrio de borosilicato, no obstante, pueden utilizarse tubos metálicos. Los imanes permanentes 7025 están soportados de manera fija y rígida desde y montados en el tubo oscilador 7011, tal como en los lados laterales opuestos del tubo en U cerca de la porción de curva en U 7011-3, como se muestra. La porción de curva en U está más alejada de la porción en voladizo del tubo oscilador contiguo al bloque de montaje 7017 y, por lo tanto, experimenta el mayor desplazamiento/desviación cuando es excitado por el accionador 7012, lo que hace que el cambio de frecuencia de vibración del tubo sea fácilmente detectable por el controlador del medidor digital 7016-2. Esto crea la mayor sensibilidad para la medición de la desviación de frecuencia del tubo oscilador lleno de suspensión 7011 frente a la frecuencia natural del tubo cuando está vacío; siendo utilizada la desviación o diferencia de frecuencia por el controlador 7016-2 para medir la densidad de suspensión.
Aunque los densímetros digitales de laboratorio que tienen tubos osciladores están disponibles comercialmente, no son completamente compatibles para medir las suspensiones de suelo u otros materiales agrícolas que puedan presentar cantidades variables de hierro (Fe) en el suelo, a diferencia de otros fluidos. El hierro de la suspensión de suelo crea un problema que interfiere con la medición precisa de la densidad de suspensión de suelo, ya que las partículas de hierro en la suspensión son atraídas por los imanes permanentes usados en el dispositivo de medición de densidad 7010. Esto hace que las partículas de hierro se agreguen en las porciones del tubo más cercanas a los imanes permanentes, sesgando así los resultados de medición de densidad, pues afectarán negativamente a la frecuencia de resonancia del tubo oscilador cuando se cargue con la suspensión de suelo y sea excitado por el accionador 7012. La FIG. 19A muestra esta situación no deseable con partículas de Fe aglomeradas en el tubo oscilador.
Para combatir el problema anterior cuando se manipulan suspensiones que contienen partículas de hierro, un dispositivo de medición de densidad 7010 de acuerdo con la presente divulgación puede modificarse para incluir una variedad de características o miembros de aislamiento magnético, configurados para aislar magnéticamente los imanes permanentes del tubo oscilador 7011 y la suspensión que contiene hierro de su interior. En las FIGS. 5-14, cada uno de los imanes permanentes 7025 puede montarse en el tubo oscilador 7011 mediante un miembro de aislamiento magnético que comprende un separador no magnético 7024 (también mostrado esquemáticamente en las FIGS. 19B y 19C). Los separadores se proyectan transversalmente hacia fuera desde los lados laterales del tubo oscilador en direcciones opuestas y perpendiculares a la línea central longitudinal CA del dispositivo de medición de densidad 7010. Los separadores 7024 están configurados con dimensiones o longitudes adecuadas para espaciar los imanes permanentes lo suficientemente lejos del tubo oscilador 7011 y evitar la creación de un campo magnético estático de suficiente fuerza dentro del tubo para atraer y agregar las partículas de hierro en la suspensión de suelo por las razones analizadas más arriba. El campo magnético puede ser tal que su fuerza se debilite hasta el punto de que permita que las partículas se muevan bajo la fuerza del flujo sin deposición en el interior del tubo oscilador. Como se ilustra en la FIG. 19B, las líneas de flujo de imán (discontinuas), que circulan y fluyen desde el polo norte (N) del imán permanente 7025 al polo sur (S), no alcanzan el tubo oscilador 7011. Los separadores de imán 7024 evitan el problema de aglomeración de hierro que se muestra en la FIG. 19A, provocada por el montaje directo de los imanes permanentes 7025 en el tubo oscilador 7011.
Cuando el tubo oscilador 7011 está formado por un material no metálico y no magnético (por ejemplo, vidrio o plástico), los separadores 7024 pueden formarse integralmente como una parte estructural unitaria monolítica del tubo. Los separadores en los que se montan los imanes permanentes pueden ser elementos discretos separados que se acoplan de manera fija al tubo oscilador 7011, tal como a través de adhesivos, pinzas u otros métodos mecánicos de acoplamiento adecuados. Cuando se proporciona un tubo oscilador metálico, los separadores 7024 están formados por un material no metálico (por ejemplo, plástico o vidrio) unido o adherido al tubo oscilador por un medio adecuado (por ejemplo, adhesivos, pinzas, horquillas, etc.).
Se pueden utilizar otras disposiciones posibles para montar los imanes permanentes 7025 en el tubo oscilador 7011 y los miembros de aislamiento magnético que protejan o guíen las líneas magnéticas de creación de flujo generadas por los imanes lejos del tubo. Por ejemplo, la FIG. 19D muestra un conjunto de imán permanente que comprende un miembro de aislamiento magnético que comprende el miembro de protección magnética metálico 7030 intercalado entre el imán permanente y el tubo oscilador para dirigir las líneas de flujo del cargador (discontinuas) lejos del tubo oscilador. El miembro de protección 7030 está configurado como una placa plana de metal. La FIG. 19E muestra un miembro de protección en forma de U o en forma de copa 7030 que funciona de manera similar a la FIG. 19D. Se puede usar cualquier forma adecuada de miembro de protección magnética metálico siempre que las líneas de flujo del cargador se redirijan para no alcanzar y penetrar el tubo oscilador 7011.
La FIG. 19F ilustra que la dirección de la excitación del tubo oscilador 7011 mediante la colocación del accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 podría ser en la dirección más rígida (por ejemplo, izquierda/derecha 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 significativamente a la frecuencia natural del tubo oscilador, que forma la referencia contra la que se compara el tubo excitado lleno de suspensión para determinar la densidad (peso) de la suspensión. La dirección de excitación/movimiento de lado a lado más rígida del tubo tendrá una frecuencia natural más alta, mientras que la dirección ascendente y descendente más flexible tendrá una frecuencia natural más baja. Se puede usar cualquier orientación o diferentes orientaciones angulares del tubo oscilador. Puede ser ventajoso, además, que el tubo sea significativamente más rígido en la dirección de la gravedad (es decir, verticalmente) que en la dirección de carga/excitación (es decir, en la horizontal, representada por las flechas de movimiento de oscilación del tubo) como se muestra en la FIG. 318B para ayudar a reducir el ruido del sistema que podría interferir con la precisión de la medición de la densidad.
El dispositivo de medición de densidad 7010 funciona para obtener mediciones de densidad de suspensión de suelo de la manera convencional conocida en la técnica para tales densímetros de tipo tubo en U. Las mediciones de densidad de suspensión se comunican al sistema de control 2800 (controlador programable 2820) acoplado funcionalmente al dispositivo de medición de densidad 7010 (véase, por ejemplo, el subsistema de medición de densidad 7002 de las FIGS. 3, 4 o 35). El controlador utiliza las mediciones para determinar automáticamente la cantidad de agua (diluyente) que debe añadirse a la suspensión para alcanzar un objetivo preprogramado de relación agua/suelo u otro material de muestra agrícola en función del tipo de material que se vaya a muestrear y analizar.
A continuación, se describirá un método/proceso ilustrativo para preparar una suspensión de muestra agrícola usando medición de densidad de la suspensión con el dispositivo de medición de densidad 7010 (medidor de densidad) y un esquema de control de bucle cerrado preprogramado implementado por el controlador 2820 del sistema de control 2800 a través de instrucciones de programación/lógica de control adecuadas. En este ejemplo se utilizará el suelo como muestra para facilitar la descripción, pero no se limita a ello y puede utilizarse para otros materiales de muestras agrícolas (por ejemplo, plantas, estiércol, etc.). Dada una cantidad arbitraria de suelo en la muestra recogida, con un contenido asociado arbitrario de humedad del suelo en función de las condiciones ambientales en el campo agrícola y el tipo de suelo, la suspensión de suelo se diluirá para alcanzar una lectura de densidad consistente, garantizando así resultados analíticos repetibles.
Las FIGS. 31-33 son curvas que muestran la cantidad de diluyente (por ejemplo, agua) añadido a la suspensión frente a la densidad de suspensión, que es utilizada por el controlador 2820 para determinar la cantidad de diluyente necesaria para alcanzar la relación objetivo agua/suelo preprogramada. La proporción objetivo de agua y suelo puede preprogramarse en el controlador en forma de una densidad de suspensión objetivo que puede equipararse directamente a la proporción porque la densidad del diluyente utilizado es un factor fijo conocido. Con la densidad conocida del diluyente utilizado (por ejemplo, agua con una densidad de 0,998 g/ml) también preprogramada en el controlador, a medida que se añade más y más diluyente a la suspensión en el sistema, la mezcla de suspensión finalmente se acercará a la densidad del diluyente, pero nunca podrá invertirse y volverse menos densa que este valor. La relación y la curva mostradas en la FIG. 330 se generan, por lo tanto, a través del controlador 2820 y se usan para alcanzar la densidad de suspensión objetivo (proporción de agua y suelo). La cantidad de dilución (eje Y) es el volumen total añadido para lograr la dilución. Con las diferentes cantidades de suelo, humedad del suelo y agua (diluyente) añadidas para crear la mezcla de suspensión inicial, la pendiente de esta curva puede cambiar, pero mantendrá la misma forma general.
Con referencia adicional a las FIGS. 3-4, la muestra de suelo sin tratar recogida y una cantidad conocida de agua se mezclan inicialmente en el dispositivo de mezcla 100 una primera vez, como se indica, para preparar la suspensión. Una vez que la suspensión de suelo se ha mezclado y homogeneizado en el mezclador, el densímetro detecta una primera medición de la densidad y la transmite al controlador 2820. El punto 7090A en la curva de la FIG. 31 indica la primera medición de densidad tomada.
Para determinar la relación entre la cantidad de dilución y la densidad de suspensión de manera más precisa en tiempo real, una cantidad conocida de agua es medida y añadida por el controlador 2820 a través de la válvula de control de agua funcionalmente acoplada 7091 al dispositivo de mezcla 100 en la siguiente etapa (por ejemplo, 20 ml) y se mide por segunda vez la densidad de suspensión resultante. El punto 7090B en la curva de la FIG. 32 indica la segunda medición tomada. A continuación, el controlador puede generar una relación lineal entre los dos puntos de densidad de suspensión 7090A y 7090B tomados (representados por una línea continua en la curva entre estos dos puntos). Para una densidad de suspensión objetivo preprogramada determinada (proporción agua y suelo), la densidad objetivo puede introducirse a continuación en esta relación y la salida calculada por el controlador 2820 es una primera estimación de la cantidad total de diluyente (por ejemplo, de agua) necesaria para alcanzar la densidad deseada.
A continuación, el controlador 2820 dosifica y añade la cantidad estimada de diluyente adicional (por ejemplo, agua) necesaria para alcanzar la densidad objetivo de la suspensión a la mezcla de suspensión que se mezcla con la suspensión mediante el dispositivo de mezcla 100. La densidad de suspensión resultante se mide por tercera vez. El punto 7090C en la curva de la FIG. 33 indica la tercera medición tomada, que continúa añadiendo puntos de datos a la relación lineal (véase la línea continua más larga en la curva). Una vez que el controlador ha adquirido al menos tres mediciones de densidad de suspensión y puntos correspondientes en la curva de densidad de suspensión, el controlador puede realizar una regresión polinómica en los datos proporcionando un ajuste de curva más preciso. En función de y empleando la densidad objetivo preprogramada, el controlador 2820 calcula entonces la cantidad total requerida de diluyente necesaria en función de las curvas actualizadas y añade esta cantidad a la suspensión para lograr la densidad de suspensión objetivo. Este proceso puede repetirse para mejorar la precisión del modelo de regresión o hasta que la densidad real esté lo suficientemente cerca de la densidad objetivo.
Las FIGS. 14-18 representan un segundo tubo oscilador alternativo, en voladizo con forma de U 7032 para su uso con el dispositivo de medición de densidad 7010, que contrasta con el tubo oscilador recto en forma de U 7011 descrito anteriormente en el presente documento. El tubo oscilador 7032 tiene una forma de tubo en U recurrente en la que la porción de curva en U primaria de 180 grados 7032-3 se extiende hacia atrás sobre la parte superior de la porción de extremo de entrada recta 7032-1 y la porción de extremo de salida 7032-2 del tubo oscilador fijado al tubo el bloque de montaje 7017 y al colector de conexión de flujo 7018. Esto se crea mediante la adición de dos porciones de curva en U secundarias de 180 grados adicionales 7032-4 entre las porciones de extremo rectas 7032-1, 7032-2 y la porción de curva en U primaria 7032-3. Una porción de curva en U secundaria 7032-4 está dispuesta en el tramo de entrada de la suspensión del tubo oscilador corriente arriba de la curva en U primaria 7032-3, y la otra en el tramo de salida de la suspensión del tubo oscilador aguas abajo de la porción de curva en U primaria, como se muestra. En este tubo oscilador recurvante, los separadores 7024 están dispuestos en las porciones de curva en U secundarias y sobresalen lateralmente hacia fuera en direcciones laterales opuestas para mantener los imanes permanentes 7025 en relación parcial espaciada con el tubo oscilador. El accionador de frecuencia y el captador 7012, 7013 están soportados desde la base 7014 por unos soportes verticales separados 7031 cerca de los imanes permanentes para excitar el tubo oscilador 7032 como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
En el tubo oscilador recurvante 7032, el flujo de suspensión sigue la trayectoria indicada por las flechas de flujo direccional de la FIG. 17. El flujo de suspensión se mueve dos veces en una primera dirección, paralela al eje de la línea central CA, y en una dirección opuesta, paralela al eje de la línea central Ca , dos veces también, en virtud de las porciones de curva en U primaria y secundaria 7032-3 y 7032-4. La porción de curva en U primaria 7032-3 está orientada en horizontal, mientras que las segundas porciones de curva en U 7032-4 están orientadas en vertical. En este diseño, la línea central CA y la mayoría de los conductos de flujo dentro del tubo oscilador 7011 pueden permanecer en orientación horizontal, como se muestra, de modo que cualquier sedimentación que se produzca sea perpendicular al flujo a través del conducto, en lugar de estar en línea con el flujo.
En contraste con el primer tubo oscilador en forma de U 7011 de la FIG. 5 descrito anteriormente en primer lugar, el diseño del tubo oscilador recurvante de triple curvatura 7032 es ventajoso porque el desplazamiento de la vibración se refleja entre los lados izquierdo y derecho del tubo (por ejemplo, curvas verticales 7032-4 que se mueven una hacia la otra, luego 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 lo tanto, la vibración no se ve afectada por influencias externas en la masa, rigidez o amortiguación de la base y otros componentes. El diseño de oscilador recto de tubo en U anterior propagaría la vibración en la base fácilmente ya que la oscilación no se contrarresta y, por lo tanto, todo el sistema vibra un poco. Dado que todo el sistema vibra, cualquier influencia externa en toda la masa del sistema, la rigidez o la amortiguación cambiarían artificialmente la frecuencia natural, afectando así negativamente a la precisión hasta cierto punto. No obstante, el oscilador recto de tubo en U puede ser aceptable en situaciones no sometidas a influencias externas indebidas.
El resto de la configuración y los componentes del dispositivo de medición de densidad 7010 son esencialmente los mismos que para el tubo oscilador 7011 y no se repetirán aquí por razones de brevedad.
Se puede proporcionar un único dispositivo que combine las funciones anteriores tanto del transmisor de frecuencia o excitador 7012 como del receptor o captador 7013, en lugar de unidades separadas. Tal dispositivo puede ser un transductor ultrasónico como un ejemplo no limitante. Para un único dispositivo de accionador-captador combinado 7012/7013, el dispositivo podría activarse para excitar el tubo oscilador 7011, detenerse durante unas pocas oscilaciones del tubo oscilador y luego reactivarse para medir la respuesta de la frecuencia de oscilación resultante del tubo. En el diseño combinado, solo se requiere un único imán permanente 7025 ubicado cerca del accionador/captador.
Filtro de filtración fina
Así mismo, se describirá a continuación la unidad de filtro fino del subsistema de filtración fina 7003 mostrado en las FIGS. 3 y 4. Durante las pruebas, los inventores han descubierto que el filtrado "fino" (por ejemplo, 0,010 pulgadas/0,254 mm) directamente fuera del dispositivo de mezcla puede, en algunas situaciones, afectar de forma adversa y significativa a la capacidad de obtener una relación agua/suelo coherente (por ejemplo, 3:1) en todos los tipos de suelos que puedan encontrarse, muestrearse y analizarse. Por consiguiente, resulta beneficioso comprender y medir la densidad de suspensión de muestra de suelo sin procesar mezclada del dispositivo de mezcla 100 antes de realizar la filtración fina. Por consiguiente, los sistemas de análisis de muestras agrícolas 7000 divulgados comprenden tanto un filtro grueso 146 aguas arriba del dispositivo de medición de densidad 7010, como un filtro fino 7050 o 7060 aguas abajo del dispositivo de medición de densidad; cada uno de los cuales se describe con mayor detalle más adelante. Se divulgan dos configuraciones ilustrativas diferentes del sistema de análisis de muestras agrícolas que comprende este filtrado de suspensión de dos etapas; uno con recirculación de suspensión desde la unidad de filtro fino de vuelta al aparato de mezcla 100 mostrado en la FIG. 4 y uno sin recirculación mostrado en la FIG. 3 analizada más adelante en el presente documento.
El sistema de análisis de muestras agrícolas utiliza un primer filtro grueso 146 que tiene un tamiz muy grueso (por ejemplo, aproximadamente 0,04-0,08 pulgadas/1-2 mm de paso máximo de tamaño de partícula en una posible implementación) para tamizar y filtrar inicialmente piedras de mayor tamaño, rocas y agregados de la suspensión para evitar la obstrucción/taponamiento de las líneas del conducto de flujo (tubería) aguas arriba del disco de procesamiento microfluídico 4000, permitiendo al mismo tiempo una medición precisa de la densidad en el dispositivo de medición de densidad 7010. El filtro grueso 146 puede estar incorporado en el dispositivo de mezcla 100 como se ha descrito anteriormente en el presente documento, o puede ser una unidad separada aguas abajo. Este filtrado grueso va seguido de un filtrado fino en las unidades de filtro fino 7050 o 7060 que tienen un tamiz más estrecho (por ejemplo, menos de 0,04 pulgadas/1 mm, tal como un paso de tamaño de partícula máximo de aproximadamente 0,010 pulgadas/0,25 mm en una posible implementación) para permitir que la muestra de suspensión agrícola pase a través de las redes de flujo de procesamiento de suspensiones y análisis de cámara aguas abajo (por ejemplo, redes de flujo microfluídicas y componentes de un disco de procesamiento microfluídico) sin causar obstrucciones/taponamientos de flujo. Ejemplos de tales redes de flujo de discos de procesamiento microfluídico se divulgan en la Publicación Internacional de propiedad común n.° WO2020/012369. 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, por lo que es aceptable usar una suspensión filtrada con malla estrecha para el análisis químico final en el sistema. Huelga decir que la etapa de filtración fina y las unidades de filtro 7050, 7060 son utilizables y aplicables en suspensiones compuestas de otros materiales agrícolas que se vayan a analizar (por ejemplo, vegetación, estiércol, etc.) y, por lo tanto, no se limita solo a las suspensiones de suelo.
Las FIGS. 21-24 muestran una primera unidad de filtro fino 7050 utilizable con cualquiera de los sistemas de preparación y análisis de suspensión de suelo mostrados en las FIGS. 3 o 4. La unidad de filtro fino 7050 está configurada para su uso particular con la configuración de recirculación de suspensión de la FIG. 4 (que incluye un bucle de flujo de recirculación cerrado 7059) entre la unidad de filtro fino 7050 (o 7060) y el dispositivo de mezcla 100, tal como se muestra.
La unidad de filtro 7050 comprende un eje longitudinal LA, una boquilla de entrada de suspensión prefiltrada 7051, una boquilla de salida de suspensión prefiltrada 7052, varias salidas de filtrado 7053 (posfiltrado), una cámara interna de suspensión prefiltrada 7057, una cámara de filtrado interna 7054 y uno o más miembros de filtro, tales como los tamices 7055, dispuestos entre las cámaras. Los tamices 7055 pueden tener forma arqueada y situarse en la parte superior de la cámara de suspensión 7057, como se muestra mejor en la FIG. 24. Puede proporcionarse cualquier número de tamices. Un par de sellos anulares 7056 sellan de manera fluida las boquillas de entrada y salida 7051, 7052 al cuerpo principal de la unidad de filtro para permitir la colocación inicial del tamiz de filtro 7055 dentro de la unidad de filtro antes de afianzar las boquillas de entrada y salida al cuerpo. El cuerpo principal puede tener forma de bloque, cilíndrica u otra forma. Las boquillas pueden desacoplarse del cuerpo de filtro principal central para acceder al interior de la unidad de filtro e instalar inicialmente o sustituir periódicamente los tamices. Se pueden usar sujeciones roscadas 7058 u otros medios de acoplamiento adecuados para acoplar las boquillas de entrada y salida a los extremos opuestos del cuerpo principal. Las boquillas de entrada y salida de la suspensión 7051, 7052 pueden tener cualquier configuración adecuada para recibir cualquier tipo adecuado de conector de tubería y acoplar de manera fluida las tuberías para la suspensión del sistema 7088 al filtro 7050. Un ejemplo no limitante de conector de tubería que podría emplearse es el conector de medio cartucho de plástico John Guest que está disponible en el mercado. También se pueden utilizar otros conectores de tuberías. Se puede emplear cualquier material no metálico (por ejemplo, plástico) o metálico adecuado para construir la unidad de filtro 7050 que incluye los tamices 7055. El cuerpo principal de la unidad de filtro puede ser de plástico y los tamices 7055 pueden ser metálicos, por ejemplo, una malla reticulada que define las aberturas de malla.
En funcionamiento y describiendo la trayectoria del flujo de suspensión a través de la unidad de filtro fino 7050 con respecto a la FIG. 4, la suspensión sin filtrar fluye en secuencia (de corriente arriba a aguas abajo) desde el filtro grueso 146, a través del dispositivo de medición de densidad 7010, y entra en la unidad de filtro fino a través de la boquilla de entrada 7051. La suspensión fluye axial y linealmente a través de la cámara de suspensión prefiltrada 7057, y luego sale del filtro a través de la boquilla de salida 7052 de vuelta al dispositivo de mezcla 100 (véase, por ejemplo, "cámara de preparación de muestras" en la FIG. 4). Se puede proporcionar una bomba de recirculación de la suspensión 7080 para impulsar de manera fluida el flujo de recirculación en el bucle de flujo de recirculación cerrado 7059 y devolver la suspensión aún por filtrar finamente de vuelta al dispositivo de mezcla. Puede utilizarse cualquier tipo adecuado de bomba de suspensión. La bomba de recirculación puede omitirse si la bomba de suspensión principal 7081 proporciona suficiente potencia de fluido para impulsar el flujo de suspensión a través de todo el bucle de flujo de recirculación cerrado 7059. El sistema recircula continuamente la suspensión filtrada por malla ancha de vuelta a la cámara de mezcla principal del mezclador durante un período de tiempo. Esta recirculación puede ayudar ventajosamente a obtener una mezcla de suspensión homogénea más rápidamente para su análisis que si solo el mezclador recicla continuamente la suspensión a través del mezclador y el filtro grueso en el bucle de flujo de recirculación cerrado 7059. Durante la medición de la densidad, el agua se mide automáticamente y se añade al dispositivo de mezcla 100 mediante el sistema de control 2800 descrito anteriormente (que incluye el controlador programable 2820) en función del sistema que supervisa la densidad de suspensión medida por el dispositivo de medición de densidad 7010, que está acoplado operativamente al controlador para lograr la proporción preprogramada de agua y suelo. La suspensión se mezcla mejor mediante esta recirculación continua de la suspensión.
Una vez que se logra una suspensión homogénea filtrada por malla ancha que presenta la proporción deseada de agua y suelo, una pequeña porción minoritaria de la corriente de suspensión recirculante puede derivarse y extraerse de la unidad de filtro fino 7050 para el procesamiento inicial en el subsistema de extracción de analitos 7004 y el análisis químico posterior (véase, por ejemplo, FIG. 4). La suspensión extraída fluye transversalmente a través de los tamices de filtro 7055 y hacia la cámara de filtrado 7054, y luego hacia el exterior a través de las salidas de filtrado 7053 hasta el subsistema de extracción de analitos. El flujo de la suspensión extraída puede controlarse mediante válvulas de control 7070 adecuadas que pueden cambiar de posición entre una abierta (flujo total), cerrada (sin flujo) y, entre ellas, flujos parcialmente abiertos estrangulados si resulta necesario. Las válvulas 7070 pueden ponerse en funcionamiento manualmente o de forma automática por el controlador 2820 para abrirse en un momento apropiado una vez que se haya logrado una suspensión homogénea que tenga la proporción deseada de agua y suelo, o tal y como se haya preprogramado. También se pueden utilizar válvulas adicionales para abrir el flujo al agua con el fin de lavar a contracorriente el filtro durante el ciclo de limpieza y así prepararlo para la siguiente muestra.
Aunque se muestran dos salidas de filtrado 7053 en las FIGS. 21-21, otras unidades de filtrado pueden tener más de dos salidas de filtrado o menos (es decir, una salida). Cada salida de filtrado 7053 se acopla de forma fluida y suministra una suspensión filtrada fina (filtrado) a uno de los trenes o sistemas de procesamiento y análisis de suspensiones de muestras de suelo, tal como se divulga en la publicación internacional de propiedad común n.° WO2020/012369; cada tren aislado de manera fluida de los demás y configurado para cuantificar la concentración de un analito de interés diferente (por ejemplo, los nutrientes vegetales como el nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) en paralelo.
Cabe señalar que el término "prefiltrado" utilizado anteriormente solo se refiere al hecho de que la suspensión de suelo aún no se ha filtrado con respecto a la unidad de filtro fino 7050 que se describe actualmente. Sin embargo, la suspensión puede haber sido filtrada o tamizada previamente corriente arriba, por ejemplo, como en el filtro grueso 146 que se ve en las FIGS. 3-4. Por consiguiente, la suspensión puede filtrarse antes de llegar a la unidad de filtro fino 7050 aguas abajo.
La unidad de filtro fino 7050 está configurada para eliminar el paso de tierra u otras partículas en la suspensión que provoquen bloqueos u obstruyan de otro modo los canales/conductos de flujo microfluídico de diámetro extremadamente pequeño y los componentes de flujo de disco de procesamiento microfluídico tales como las válvulas, bombas y cámaras formadas dentro de las cuñas de procesamiento de análisis del disco de procesamiento microfluídico, descrito en la Publicación Internacional n.° WO2020/012369. Por consiguiente, los tamices de filtro 7055 de la unidad de filtro fino 7050 están dimensionados para dejar pasar partículas de suelo compatibles con el disco de procesamiento microfluídico y de menor tamaño que las filtradas por el filtro grueso corriente arriba 146 asociado con el dispositivo de mezcla. Los tamices de filtro 7055 tienen una pluralidad de aberturas, cada una configurada para eliminar partículas más grandes que un tamaño predeterminado de la suspensión para producir el filtrado. Los tamices 7055 pueden estar formados por una malla metálica en forma de rejilla que define las aberturas de malla para filtrar la suspensión.
Por consiguiente, el primer filtro grueso 146 del sistema está configurado para hacer pasar la suspensión que tiene un primer tamaño máximo de partícula, y la segunda unidad de filtro fino 7050 está configurada para hacer pasar la suspensión que tiene un segundo tamaño máximo de partícula más pequeño que el primer tamaño máximo de partícula. Asimismo, el subsistema de filtración ultrafina 7005 que comprende el tercer filtro ultrafino 5757 (que puede incorporarse o asociarse con el disco de procesamiento microfluídico 4000 o asociarse con el sistema de muestreo de suelo 3000) está configurado para hacer pasar la suspensión que tiene un tercer tamaño máximo más pequeño que el primer y segundo tamaños máximos de partícula. Como se ha descrito anteriormente en el presente documento, el filtro ultrafino 5757 es un filtro microporoso que puede reemplazar una centrifugadora y está configurado para producir el filtrado claro a partir de la mezcla de suspensión de suelo y reactivo extractor que sirve como sobrenadante para el análisis químico. Por consiguiente, el rendimiento del filtro ultrafino 575 supera tanto al filtro grueso como al de malla estrecha en términos del tamaño de partícula máximo más pequeño que puede pasar a través de ellos. Como ejemplo no limitativo, los tamaños de poro representativos que pueden usarse para el filtro ultrafino 575 son de aproximadamente 0,05 pm a 1,00 pm inclusive. Cabe destacar que los términos anteriores "primero", "segundo" y "tercero" se utilizan para indicar las unidades de filtro que encuentra la suspensión en secuencia al fluir de corriente arriba a aguas abajo cuando atraviesa los sistemas mostrados en las FIGS. 3-4. Por consiguiente, el tamaño máximo de partícula de la suspensión se hace cada vez más pequeño a medida que la suspensión atraviesa cada unidad de filtro en secuencia.
En una operación de filtro ordinaria, todo el flujo se dirige a través del tamiz, y cualquier cosa que no pase a través del tamiz, se detiene en el mismo y se acumula. Esto requiere enjuagar o lavar el tamiz a contracorriente después de un período de tiempo para mantenerlo limpio y funcional para su objetivo. Esto supone un problema si hay que filtrar una gran cantidad de partículas, ya que el filtro funcionará durante muy poco tiempo antes de tener que limpiarlo. Por este motivo, las nuevas unidades de filtro fino del tamiz 7050, 7060 se diseñaron para funcionar de acuerdo con el principio de extraer una pequeña cantidad de suspensión de suelo para su análisis de la trayectoria de flujo de recirculación de suspensión principal, como se ha descrito anteriormente, en lugar de interceptar todo el flujo de suspensión para filtrarlo por malla estrecha. Hacer esto permite ventajosamente que el filtro permanezca limpio durante un período de tiempo mucho más largo porque solo se extrae una porción minoritaria del flujo de suspensión y discurre a través del tamiz en sentido transversal a la dirección principal del flujo de suspensión a través de la unidad de filtro. Además, la trayectoria de flujo de suspensión principal que preferentemente está orientada en paralelo al plano ocupado por el tamiz 7055 lava y limpia continuamente los tamices de filtro 7055 (véase, por ejemplo, la FIG. 24) mediante la acción de cizallamiento del flujo, para así evitar la acumulación de partículas en los tamices. Cabe señalar, además, que las unidades de filtro fino 7050 y 7060 evitan ventajosamente áreas internas que tienen baja presión o flujo donde se puedan acumular partículas. También resulta deseable evitar orientaciones de la superficie interna en el filtro en las que se acumulen partículas debido a la gravedad. Por consiguiente, las unidades de filtro fino 7050, 7060 pueden orientarse preferentemente de tal manera que los tamices de filtro 7055, 7065, respectivamente, estén por encima del flujo principal y el empalme donde se extrae el flujo de suspensión de derivación para el análisis químico y, preferentemente, en una dirección transversal a la trayectoria de flujo principal de la suspensión a través de los cuerpos de filtro (véanse, por ejemplo, FIGS. 24 y 29).
Las FIGS. 25-29 muestran la segunda unidad de filtro fino 7060 mencionada anteriormente. La unidad de filtro fino 7060 comprende una pluralidad de conjuntos o unidades de tamizado de filtro opcionalmente reemplazables 7068. En contraste con la unidad de filtro fino 7050, las unidades de tamizado de filtro se pueden retirar y reemplazar sin romper las conexiones de fluido de extremo a los tubos/tuberías del sistema, facilitando así en gran medida el cambio periódico de los tamices con el paso del tiempo. La unidad de filtro 7050 tiene tamices 7055 montados en su interior, a los que se puede acceder retirando las boquillas de entrada y salida de la suspensión 7051, 7052 como se ha descrito anteriormente en el presente documento. Las unidades de tamizado de filtro 7068 pueden construirse para ser desechables, de modo que, cuando sea necesario, pueda intercambiarse una nueva unidad de tamizado por las unidades de tamizado obstruidas utilizadas.
La unidad de filtro fino 7060 tiene un cuerpo principal axialmente alargado que define un eje longitudinal LA, una entrada de suspensión prefiltrada 7061, una salida de recirculación de la suspensión prefiltrada 7062, varias salidas de filtrado 7063 (posfiltrado), la cámara de suspensión principal prefiltrada interna 7067 en comunicación fluida con la entrada y la salida, y una pluralidad de unidades de tamizado de filtro 7068, comprendiendo cada una un miembro de filtro, tal como un tamiz 7065 dispuesto entre la cámara 7067 y una salida de filtrado 7063. La entrada 7061 y la salida 7062 pueden ubicarse preferentemente en extremos opuestos del cuerpo de unidad de filtro fino en cada extremo de la cámara 7067, permitiendo así que la cámara de suspensión principal defina un colector de distribución de suspensión en comunicación fluida con cada salida de filtrado 7063. Los tamices 7065 pueden estar curvados de manera convexa y tener forma de cúpula (se muestran mejor en la FIG. 29). La cámara de suspensión principal 7067 se extiende axialmente entre la entrada y las salidas 7061, 7062 por debajo de las unidades de tamizado 7068. La unidad de filtro fino 7060, aunque tiene forma convexa, puede utilizarse en la orientación mostrada de tal manera que las porciones de los tamices 7065 expuestas a la suspensión en la cámara de suspensión principal 7067 puedan considerarse sustancialmente orientadas en horizontal y paralelas al eje longitudinal LA y al flujo axial de suspensión a través de los tamices de la cámara de suspensión principal. El flujo a través de los tamices va además en una dirección ascendente (transversal al eje longitudinal LA y al flujo de suspensión axial en la cámara) cuando la unidad de filtro fino 7060 se usa en la posición horizontal preferida. Esto se combina para, ventajosamente: (1) lavar y limpiar los tamices 7065 a medida que la suspensión fluye más allá de los tamices en la cámara de suspensión 7067, evitando así la acumulación de partículas de suspensión en los tamices hasta que se extrae el filtrado, y (2) contrarrestar los efectos de la gravedad para acumular partículas en los tamices, ya que la suspensión entra en los tamices desde el fondo, manteniendo así las partículas debajo de los tamices hasta que se produce la extracción del filtrado.
La unidad de filtro fino 7060 está alargada axialmente, de modo que las unidades de tamizado 7068 pueden disponerse en una única matriz o fila longitudinal, como se muestra, de modo que la cámara de suspensión principal 7067 sea linealmente recta para evitar la creación de flujo muerto interno y áreas de menor presión en la trayectoria del flujo de suspensión donde las partículas de la suspensión podrían acumularse.
Un sello anular 7066 que pueden ser arandelas elastoméricas puede incorporarse directamente en cada unidad de tamizado de filtro 7068 como parte del conjunto, para así sellar de manera fluida la unidad de visualización al cuerpo principal de la unidad de filtro. La unidad de tamizado 7068 puede tener una configuración en forma de copa (que se muestra mejor en la FIG. 29) con el tamiz 7065 en forma de cúpula curvado de manera convexa sobresaliendo hacia fuera/hacia abajo desde un lado del sello 7066 hacia la cámara de suspensión principal 7067. Cada unidad de tamizado 7068 se recibe en un receptáculo abierto hacia arriba configurado complementario 7069 formado en el cuerpo principal de la unidad de filtro 7060 que se comunica de manera fluida con la cámara de suspensión principal 7067 de la unidad de filtro. Un retenedor para tamiz 7064 puede acoplarse de manera desmontable al cuerpo principal de la unidad de filtro y ser recibido al menos parcialmente en cada receptáculo para contener cada unidad de tamizado, como se muestra mejor en la FIG. 29. El cuerpo principal puede tener forma de bloque, cilíndrica u otra forma. Las salidas de filtrado 7063 pueden ser una porción estructural unitaria integral de los retenedores para tamiz 7064 y pueden terminarse con una lengüeta de tubería convencional, como se muestra, para facilitar el acoplamiento a la tubería de conducto de flujo del sistema. Se pueden utilizar otro tipo de conexiones de extremo de fluido. Las salidas de filtrado 7063 se extienden completamente a través de los retenedores de arriba a abajo (segmento. FIG. 328). Los retenedores 7064 pueden tener una configuración cilíndrica generalmente escalonada. Se pueden emplear sujeciones roscadas 7058 u otros medios de acoplamiento adecuados para acoplar de manera extraíble los retenedores 7064 al cuerpo principal de la unidad de filtro. Los retenedores 7064 atrapan las unidades de tamizado de filtro 7068 en los receptáculos 7069. Se puede emplear cualquier material no metálico (por ejemplo, plástico) o metálico adecuado para construir la unidad de filtro 7060 que incluye los tamices 7065. El cuerpo principal de la unidad de filtro puede ser de plástico y los tamices 7065 pueden ser metálicos.
De manera similar a la unidad de filtro 7050 y los tamices 7055, las unidades de tamizado 7068 tienen tamices 7065, cada uno configurado para eliminar partículas mayores que un tamaño predeterminado de la suspensión para producir el filtrado. Los tamices de filtro 7065 tienen, por lo tanto, una pluralidad de aberturas, cada una configurada para dejar pasar una suspensión que tiene un tamaño de partícula máximo predeterminado. Los tamices 7065 pueden estar formados por una malla metálica en forma de rejilla que define las aberturas de malla para filtrar la suspensión. Otros tamices 7065 o 7055 pueden emplear mallas poliméricas. Pueden utilizarse otros tipos de medios de filtros para realizar el tamizado de suspensiones deseado.
Un proceso ilustrativo para intercambiar unidades de tamizado de filtro 7068 incluye retirar las sujeciones roscadas 7058, extraer los retenedores 7064 de cada receptáculo 7069 transversalmente al eje longitudinal LA del cuerpo principal de la unidad de filtro, extraer las unidades de tamizado de filtro transversalmente, insertar nuevas unidades de tamizado transversalmente al eje longitudinal LA en cada receptáculo, reinsertar los retenedores en los receptáculos y reinstalar las sujeciones.
Una visión general de un método no limitante para preparar una suspensión de muestra agrícola usando la recirculación de suspensión y el filtrado dual generalmente comprende las etapas de: mezclar una muestra agrícola con agua en un dispositivo de mezcla para preparar una suspensión; filtrar la suspensión por primera vez; medir la densidad de suspensión; recircular la suspensión de vuelta al dispositivo de mezcla; y extraer una porción de la suspensión en recirculación a través de un filtro fino secundario para obtener el filtrado final. El filtrado de la suspensión la primera vez hace pasar una suspensión que comprende partículas que tienen un primer tamaño de partícula máximo, y el filtrado de la suspensión la segunda vez hace pasar una suspensión que comprende partículas que tienen un segundo tamaño de partícula máximo más pequeño que el primer tamaño de partícula máximo. El filtrado final fluye, a continuación, hacia cualquiera de los sistemas de análisis de muestras agrícolas divulgados en el presente documento que están configurados para procesar y medir adicionalmente un analito en la suspensión.
Cabe señalar que ambas unidades de filtro fino 7050 y 7060 pueden usarse con el sistema de análisis de muestras agrícolas de la FIG. 3 sin recirculación de suspensión, simplemente cerrando las respectivas boquillas de salida de recirculación a través de un tapón o una válvula cerrada acoplada de manera fluida a la boquilla de salida. Como alternativa, la suspensión podría fluir hacia los desechos después de atravesar el filtro fino. En este caso, el filtrado debería extraerse de la suspensión mientras fluye a través del filtro.
En lugar del sistema de recirculación de bomba de la FIG. 4, la FIG. 30 es un diagrama esquemático que muestra una disposición de equipo alternativa y un método para hacer recircular la suspensión filtrada por malla ancha a través de las unidades de filtro fino 7050 o 7060 usando, en cambio, aire a presión. Dos cámaras de mezcla están acopladas de manera fluida a la entrada y salida de una unidad de filtro fino 7050 o 7060, como se muestra por la disposición mostrada de la red de conductos de flujo, que pueden ser tuberías o tubos 7086. Al menos una de las cámaras de mezcla puede proporcionarse a través del dispositivo de mezcla 100A para preparar inicialmente la suspensión de agua y suelo. La otra cámara de mezcla puede ser un dispositivo de mezcla adicional 100B o, como alternativa, simplemente un recipiente de presión vacío. Hay cuatro válvulas de suspensión 7085A, 7085B, 7085C y 7085D dispuestas de manera fluida entre la unidad de filtro fino y cada una de las cámaras, como se muestra, para controlar el flujo directo de la suspensión durante la mezcla. En funcionamiento, si la suspensión se prepara primero en el dispositivo de mezcla 100A (preparación de la muestra, cámara n.° 1), las válvulas 7085B y 7085C se abren y las válvulas 7085A y 7085D se cierran. El dispositivo de mezcla 100A se presuriza con aire desde la fuente de aire a presión con válvula 7086, lo que hace que la suspensión fluya a través del dispositivo de medición de densidad 7010 y la unidad de filtro fino 7050 o 7060 hasta el dispositivo de mezcla 100B. A continuación, se cierran las válvulas 7085B y 7085C y se abren las válvulas 7085A y 7085D. Después, el dispositivo de mezcla 100B se presuriza, haciendo que la suspensión fluya en dirección inversa a través de la unidad de filtro fino 7050 o 7060 y el dispositivo de medición de densidad 7010 de vuelta al dispositivo de mezcla 100A. El ciclo de secuencia se repite varias veces para continuar la mezcla de la suspensión. Las fuentes de válvula y aire a presión pueden acoplarse operativamente a y controlarse mediante la presión del controlador del sistema 2820, que puede programarse para hacer que este flujo de ida y vuelta se produzca muy rápidamente. La densidad de suspensión puede medirse de forma continua cada vez que la suspensión atraviese el densímetro. Una vez que la suspensión se mezcla por completo, como se desea, las salidas de filtrado de las unidades de filtro fino se abren para dirigir la suspensión filtrada al subsistema de extracción 7004 que se muestra en la FIG. 4 para procesamiento y análisis químico. Se puede usar una única fuente de aire a presión para cada cámara de mezcla, en lugar de fuentes separadas. La segunda cámara podría montarse directamente encima de la primera cámara de preparación de muestras con una válvula en el medio. En lugar de presurizar la segunda cámara, la gravedad permitiría que la suspensión fluyera de vuelta hacia la primera cámara.
Dimensionamiento del conducto de flujo de suspensión del sistema
El diámetro interno (ID) del conducto de flujo de suspensión, por ejemplo, la tubería de suspensión 7088 mostrado en las FIGS. 3-4, es fundamental para el funcionamiento adecuado de los sistemas de análisis de muestras agrícolas 7000 sin taponar la tubería. Al mover la suspensión con partículas grandes a través de un tubo pequeño, aumenta la probabilidad de obstrucción. Para un flujo casi laminar, la velocidad en la pared es cercana a cero, lo que agrava el problema. Para tuberías pequeñas, esto se vuelve significativo debido a las altas fuerzas de fricción en la suspensión. Si estas fuerzas de fricción se vuelven demasiado significativas, las partículas caen fuera del flujo y se acumulan en la tubería, provocando una interrupción del flujo. Adicionalmente, las partículas grandes pueden acumularse con otras partículas grandes en un tubo pequeño y provocar bloqueos y la detención del flujo. Sin embargo, disponer de una tubería muy grande resulta un problema porque es difícil generar un flujo suficiente para mantener las partículas en suspensión y evitar los precipitados de partículas de suelo.
Los inventores han descubierto que el diámetro interno de la tubería de suspensión 7088 y los conductos deben diseñarse de tal manera que el diámetro de la sección transversal interna sea como mínimo dos veces el tamaño de partícula más grande de la suspensión. Es decir, como ejemplo, si las partículas se tamizan a un tamaño de 2 mm (por ejemplo, diámetro) por el filtro grueso 146 o las unidades de filtro fino 7050 o 7060, el ID de la tubería no debe ser inferior a 4 mm de diámetro. A la inversa, el diámetro interno de la tubería y los conductos debe diseñarse de tal manera que el diámetro interno de la sección transversal sea como máximo diez veces el tamaño de partícula más grande (por ejemplo, el diámetro). Es decir, como ejemplo, si las partículas se tamizan a un tamaño de 2 mm, el ID de la tubería no debe ser mayor de 20 mm de diámetro. Por consiguiente, el diámetro interno preferido de la tubería de suspensión 7088 tiene un intervalo crítico entre al menos dos veces el tamaño/diámetro de partícula más grande y no mayor que diez veces el tamaño/diámetro de partícula más grande.
El material de la tubería utilizada puede ser preferentemente flexible y estar formado por un fluoropolímero, tal como, sin limitación, FEP (etileno propileno fluorado) en un ejemplo no limitante. Otros fluoropolímeros tales como PTFE (politetrafluoroetileno), ETFE (polietilenotetrafluoroetileno) y PFA (resina de polímero de perfluoroalcoxi). El coeficiente de fricción dinámico (DCOF) asociado con estos fluoropolímeros también afecta al intervalo preferido de diámetro interno de la tubería analizado anteriormente, pues el material de la tubería crea resistencia por fricción al flujo de suspensión. Cada uno de FEP, PTFE, ETFE y PFA tienen un DCOF que se encuentra en el intervalo entre aproximadamente 0,02-0,4 (incluyendo esas cifras) según la medición con el protocolo de prueba ASTM D1894. Por consiguiente, el material de tubería usado para la tubería de suspensión 7088 asociado con el intervalo de diámetro interno de tubería crítico anterior también tiene preferentemente un DCOF en el intervalo entre aproximadamente 0,02 0,4 y más particularmente 0,08-0,3, asociado con FEP. Las pruebas realizadas por los inventores confirmaron que el uso de tuberías de FEP dentro del intervalo crítico de diámetro interno de las tuberías evitó los problemas de bloqueo del flujo de suspensión indicados anteriormente. En otros ejemplos, pueden utilizarse tuberías de nailon.
Sistema de preparación de muestras de suspensiones agrícolas con recirculación de suspensión modificada Las FIGS. 34-70 muestran varios aspectos de un sistema modificado de preparación de suspensiones agrícolas 8000 del sistema de análisis de muestras agrícolas 7000 y varios componentes del mismo. El sistema 8000 es un ejemplo del subsistema de preparación de muestras 3002 mostrado en la FIG. 1. El sistema 8000 está configurado y es operable para preparar una suspensión a base de agua que comprende el material de muestra agrícola (por ejemplo, sólidos) que tenga una relación deseada entre agua y sólidos en la suspensión, adecuada para su posterior análisis químico y cuantificación de los niveles de analitos en la muestra (por ejemplo, nutrientes vegetales u otros). El sistema puede incluir un bucle de flujo de recirculación de suspensión cerrado8002que comprende un dispositivo de medición de densidad operable para medir la densidad de la suspensión preparado. El bucle de flujo de recirculación se puede aislar de otras partes del sistema de suspensión para formar una ruta o bucle de flujo de suspensión cerrado utilizado junto con la medición de la densidad de suspensiones agrícolas, como se describe con más detalle en el presente documento. El bucle permite que la suspensión recircule en el sistema de recirculación cerrado mientras se añade agua (diluyente) de forma incremental para alcanzar la relación objetivo agua/sólidos (agrícolas). El material de la muestra agrícola puede ser tierra que comprende la porción de partículas o sólidos de la suspensión a base de agua; sin embargo, con el sistema de preparación de suspensión 8000 puede utilizarse cualquiera de los otros materiales o sólidos agrícolas descritos anteriormente en el presente documento.
La FIG. 34 es un diagrama esquemático simplificado del equipo del sistema de preparación de suspensiones agrícolas 8000 representado en el diagrama de flujo de bloques de alto nivel relacionado de la FIG. 35.
Haciendo referencia inicialmente a las FIGS. 34-35, el sistema de preparación de suspensiones agrícolas 8000 incluye generalmente un dispositivo de mezcla 8010 acoplado y comunicado fluidamente, a la unidad de filtro grueso 8020, y al bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión 8002. El dispositivo de mezcla 8010 puede estar acoplado fluidamente al bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 a través de los conductos de flujo 8001. La suspensión puede fluir por gravedad, fuerza de aire a presión, o bombearse desde el dispositivo de mezcla al bucle de flujo de recirculación. Una disposición no limitativa utiliza la gravedad para evitar el coste y el mantenimiento de una bomba. Otras disposiciones pueden basarse en la gravedad con una ayuda de aire a presión.
Los conductos de flujo 8001 pueden estar formados por tuberías, mangueras y/o tubo solos o en combinación de dimensiones adecuadas (es decir, longitud y diámetro) y material, como materiales metálicos y/o no metálicos (por ejemplo, plástico, caucho, etc.). También puede utilizarse una combinación de estos materiales y tamaños según sea necesario. Los conductos de flujo 8001 pueden ser flexibles, semirrígidos y/o rígidos en estructura. Pueden utilizarse tubos de plástico para al menos algunos de los conductos de flujo. La unidad de filtro grueso 8020 puede estar acoplada fluidamente a cada uno de y en la ruta de flujo entre el bucle de flujo de recirculación 8002 y el dispositivo de mezcla 8010 a través de los conductos de flujo 8001.
Los inventores han descubierto que separar la función de preparación inicial de la suspensión agrícola a granel mediante el dispositivo de mezcla 8010 de la función de mantener la suspensión en un estado homogéneo mezclado para medir la densidad de suspensión da como resultado una determinación más precisa de la densidad. Por consiguiente, como se describe con más detalle en el presente documento, el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 comprende un dispositivo de agitación 8030 separado y dedicado a este fin.
Dispositivo de mezcla de suspensión
El dispositivo de mezcla 8010, que se utiliza para preparar la suspensión agrícola inicial mezclando los sólidos agrícolas recogidos con agua comprende generalmente un cuerpo hueco sellable que define una cámara de mezcla 8013, entrada de muestra 8011, entrada de agua 8012, y un mecanismo de cuchillas giratorias 8014 configurado y operable para mezclar los materiales de la muestra agrícola y el agua añadida a la cámara de mezcla 8013. La muestra agrícola se compone de material agrícola recogido a granel o en bruto (por ejemplo, tierra, estiércol, vegetación, u otros materiales agrícolas) pueden añadirse al dispositivo de mezcla 8004 a través de una entrada de muestra 8011. El agua puede añadirse a través de la entrada de agua 8012.
El mecanismo de cuchillas 8014 comprende generalmente un conjunto de cuchillas 8015 y una unidad de accionamiento, como un motor de accionamiento eléctrico 8016 acoplado al impulsor o eje de accionamiento 8017 del conjunto de cuchillas. Uno o más conjuntos de impulsores o álabes espaciados 8016 pueden montarse en el eje de accionamiento 8017, que puede girar a una velocidad predeterminada constante o a velocidades variables mediante el funcionamiento del motor 8016. Para esta aplicación puede utilizarse cualquier motor eléctrico de velocidad fija o variable disponible en el mercado.
El aire a presión de una fuente de aire a presión disponible 8005 puede utilizarse para conducir la suspensión sin filtrar desde el dispositivo de mezcla 8010 hasta la unidad de filtro grueso 8020 a través del conducto de flujo 8001. Puede cerrarse una válvula de cierre 8003 en el conducto de flujo de descarga de suspensión 8001 desde el dispositivo de mezcla 8010. La línea de aire a presión 8006 puede acoplarse al conducto de flujo 8001 entre la válvula de cierre y la unidad de filtro 8020. La suspensión puede bombearse desde el dispositivo de mezcla 8010 a la unidad de filtro 8020.
Unidad de filtro grueso
Las FIGS. 36-43 muestran imágenes adicionales de la unidad de filtro grueso 8020 de forma aislada y con mayor detalle. La unidad de filtro grueso 8020 está configurada y es operable para eliminar partículas no deseadas de gran tamaño o más grandes que pueden permanecer arrastradas en la suspensión de muestra agrícola después de preparar la suspensión en el dispositivo de mezcla 8010. Tales partículas sobredimensionadas pueden comprender acumulaciones endurecidas o trozos de sólidos agrícolas o restos/objetos extraños recogidos con la muestra agrícola. Para muestras de suelo, dichas partículas de gran tamaño pueden incluir pequeñas piedras de campo o guijarros, objetos extraños en el suelo (por ejemplo, piezas de maquinaria agrícola, herramientas, elementos de sujeción), o trozos duros de desechos de cultivos.
El tamiz de filtro grueso 8021 montada en el interior de la unidad de filtro 8020 tiene un tamaño de malla o aberturas seleccionadas para impedir que dichas partículas más grandes de lo deseado o sobredimensionadas pasen a través del tamiz, permitiendo al mismo tiempo que las partículas sólidas más pequeñas suspendidas en la suspensión agrícola pasen a través del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 para su posterior procesamiento como se describe con más detalle en el presente documento. Las aberturas de tamiz o el tamaño de malla se seleccionan, por lo tanto, para impedir que partículas de un tamaño predeterminado pasen a través del tamiz 8021, lo que podría afectar negativamente a los componentes o equipos de flujo aguas abajo (por ejemplo, bombas, válvulas, etc.) divulgados en el presente documento. Pensado al revés, las aberturas de tamiz se seleccionan para permitir el paso de una partícula con un tamaño máximo predeterminado. Como un ejemplo, el tamaño de malla o abertura de malla del tamiz de filtro 8021 puede ser de aproximadamente 1,6 mm (1/16 pulgadas (0,063 pulgadas)) para la suspensión a base de suelo. Las partículas de suspensión mayores que este tamaño no pasarán a través del tamiz de filtro. Pueden utilizarse aberturas de criba de otros tamaños para la suspensión de tierra u otros tipos de suspensiones agrícolas. El tamiz de filtro 8021 es alargado y puede curvarse en forma de arco de lado a lado para dejar pasar y desechar con mayor facilidad los desechos acumulados.
La unidad de filtro grueso 8020 puede tener un cuerpo generalmente en forma de Y que incluye la entrada de suspensión sin filtrar 8022, salida de suspensión filtrada (filtrado) 8023, y salida de desechos 8024. La unidad de filtro 8020 puede ser de plástico; sin embargo, otras unidades de filtro pueden utilizar cuerpos metálicos. La entrada de suspensión 8022 puede comprender un acoplamiento segmentado de tubería 8022a resilientemente deformable que comprende una pluralidad de dedos alargados 8022b radialmente deformables con hendiduras longitudinales 8022c que separan circunferencialmente los dedos (etiquetados en la FIG. 36). El acoplamiento de tubería 8022a permite que el tubo/manguera de flujo 8001 (conducto de flujo) se inserte dentro del acoplamiento en lugar de fuera, de forma que el extremo del tubo/manguera entre en la entrada de suspensión 8022 de la unidad de filtro 8020. Esto elimina ventajosamente cualquier pequeña abertura, huecos o bordes expuestos en la disposición de acoplamiento donde puedan acumularse sólidos o desechos de la suspensión sin filtrar y provocar atascos. Por lo tanto, el paso del flujo de suspensión sin filtrar a la unidad de filtro no está obstruido internamente para evitar también perturbaciones en el flujo. Se puede utilizar una abrazadera de manguera 8022d estándar que se pueda apretar para comprimir los dedos 8022b hacia dentro y asegurar la tubería/manguera 8001 al acoplamiento de tubería 8022a (véase, por ejemplo, FIG.
39). Se pueden utilizar otros tipos de acoplamientos tubo/manguera.
Las salidas de filtrado y desecho 8024 pueden estar roscadas para montar las válvulas 8003 directamente al cuerpo de la unidad de filtro grueso 8020. No obstante, se pueden utilizar otros tipos de acoplamiento final.
El tamiz de filtro 8021 se interpone fluidamente entre la entrada de suspensión 8022 y la salida de filtrado 8023 como se muestra mejor en la FIG. 42. El tamiz 8021 puede ser alargado y arquearse de lado a lado. El tamiz 8021 puede montarse en la porción central del cuerpo en forma de Y dividiendo el interior de la unidad de filtro en una cavidad superior 8028a (por encima del lado cóncavo del tamiz) y una cavidad inferior 8028b (por debajo del lado convexo del tamiz). La unidad de filtro 8020 está prevista para ser utilizada en una posición en la que la cavidad superior está inclinada hacia abajo en relación y oblicuamente a un plano de referencia horizontal H que pasa a través del cuerpo de filtro (Véase, por ejemplo, FIG. 41). Pueden utilizarse otras posiciones.
Haciendo referencia a las FIGS. 41 y 42, la cavidad inferior 8028b puede tener una forma frustocónica oblicua en algunas realizaciones, formando un cono convergente que se estrecha moviéndose hacia abajo en dirección desde el tamiz de filtro 8021 hacia la salida del filtrado (suspensión filtrada) 8023. Esto canaliza y concentra la suspensión filtrada que sale de la unidad de filtro 8020 mientras que proporciona una gran porción superior de la cavidad inferior adyacente a la malla de filtrado para filtrar una cantidad máxima de suspensión con una caída de presión de fluido mínima.
La unidad de filtro grueso 8020 también puede incluir una cubierta transparente 8027 para permitir la inspección visual del tamiz de filtro 8021 para la acumulación de desechos eliminados de la corriente de suspensión. Otras unidades de filtro pueden tener una cubierta no transparente. Cada una de las salidas de filtrado y desecho 8023, 8024 y la entrada de suspensión sin filtrar 8022 de la unidad de filtro se pueden cerrar/sellar para aislar el fluido de otros componentes del sistema de preparación de suspensión mediante la provisión de válvulas dedicadas 8003 asociadas con cada una de las salidas y entradas. Una o más de estas válvulas de la unidad de filtro 8003 pueden estar directamente acopladas al cuerpo de la unidad de filtro. Pueden utilizarse válvulas de pellizco accionadas por aire con diafragmas o vejigas elásticas deformables (a veces llamadas manguitos), ya que son ideales para manejar suspensiones con materia particulada arrastrada/suspendida. Las válvulas 8003 del tipo de válvula de pellizco incluyen un puerto de aire a presión 8003a para presurizar la válvula que colapsa la vejiga para cerrar la válvula. Al aliviar la presión de aire, la vejiga vuelve a su estado abierto original, con un sesgo elástico, debido a la memoria elástica de la vejiga. Tales válvulas de pellizco son comercialmente disponibles y su funcionamiento es conocido en el arte sin más elaboración. No obstante, pueden utilizarse otro tipo de válvulas disponibles en el mercado que sean adecuadas para esta aplicación. Todas las válvulas 8003 descritas en el presente documento son intercambiables entre, al menos, una posición totalmente cerrada (condición de ausencia de flujo) y una posición totalmente abierta (condición de flujo). Algunas válvulas 8003 pueden ser operables en una posición estrangulada (es decir, parcialmente abierta). Nótese que no todas las válvulas 8003 pueden ser numeradas en las FIGS. 34 y 35 por brevedad y para minimizar el desorden en los dibujos donde se muestran las válvulas.
La unidad de filtro grueso 8020 puede ser un diseño autolimpiante. Con referencia a la FIG. 42, partículas de gran tamaño (por ejemplo, sólidos o desechos agrícolas ) arrastrados o suspendidos en la mezcla de suspensión del dispositivo de mezcla 8010 que son demasiado grandes para pasar a través de las aberturas de tamiz en el tamiz de filtro 8021 fluyen en una trayectoria lineal a través de la superficie superior cóncava del tamiz 8021 hacia la salida de desechos 8024. Los sólidos o partículas más pequeñas de la suspensión que pueden pasar a través del tamiz son forzados hacia abajo a través del tamiz desde la cavidad superior 8028a hacia la cavidad inferior 8028b de la unidad de filtro 8020 en dirección transversal a la trayectoria de flujo de suspensión en la cavidad superior entre la entrada de suspensión 8022 y la salida de desechos 8024. Cabe señalar que los términos "transversalmente" o "transversal" en este contexto no significan necesariamente perpendicular a, sino que también pueden incluir orientaciones angulares relativas a una línea o trayectoria de referencia. La suspensión filtrada (filtrado) continúa fluyendo hacia el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. Esta disposición de autolimpieza reduce ventajosamente el taponamiento del tamiz de filtro 8021, permitiendo de este modo que la unidad de filtro continúe funcionando sin paradas frecuentes de la unidad para el retrolavado/limpieza del tamiz.
La unidad de filtro grueso 8020 puede comprender además un sistema de burbujeo utilizado tanto para filtrar activamente la suspensión como para el retrolavado periódico para limpiar la cara superior del tamiz de filtro 8021 de los desechos depositados en ella que se filtran de la suspensión que pasa a través del tamiz. El sistema de burbujeo comprende un puerto de entrada de aire a presión 8025 ("burbujeador") y un puerto de entrada de agua a presión 8026. Se puede utilizar un tubo del tipo con conexión a presión con acoplamiento roscado, para conectar un tubo de agua a presión 8026b al puerto de entrada de agua 8026, que puede ser roscado. Se puede utilizar una disposición similar para conectar un tubo de aire a la entrada de aire 8025. No obstante, pueden utilizarse otros tipos de accesorios.
Tanto el puerto de entrada de aire 8025 como el puerto de entrada de agua 8026 están localizados en el cuerpo de la unidad de filtro 8020 para introducir aire a presión y agua de limpieza en la cavidad inferior 8028b de la unidad de filtro 8020 debajo de la cara inferior convexa del tamiz de filtro 8021 como se muestra mejor en la FIG. 42. El sistema de burbujeo combina el aire y el agua en la cavidad inferior 8028b para producir una corriente a presión de agua aireada tanto para el funcionamiento normal de la unidad de filtro como para la limpieza del tamiz. En algunas implementaciones, la cavidad inferior puede llenarse primero con agua antes de admitir aire a presión para activar la acción del burbujeador. Durante la operación normal de filtrado de suspensiones o el ciclo de limpieza del tamiz de retrolavado, la corriente de agua aireada a presión en la cavidad inferior 8028b fluye hacia arriba a través del tamiz de filtro para desalojar activamente los desechos que se arrojan a los desechos. Durante el funcionamiento normal del filtro, la corriente de agua aireada fluye de forma continua para disuadir la formación de acumulaciones o depósitos en la cara de tamiz que puedan bloquear las aberturas de la tamiz. Ventajosamente, la acción del "burbujeador" a presión proporciona una mayor fuerza para agitar y desalojar los desechos o partículas sólidas más grandes arrastradas en la suspensión en comparación a solo el agua. En el caso de la suspensión de suelo, estas suspensiones pueden contener desechos en forma de guijarros o piedras más pesadas (u otros objetos extraños metálicos o no metálicos) que no se eliminan fácilmente y que, de lo contrario, podrían obstruir con frecuencia el tamiz. La corriente de agua aireada expulsa los desechos a través de la salida de desechos 8024 hacia los desechos. El sistema de burbujeo también minimiza ventajosamente el uso de agua para limpiar periódicamente la unidad de filtro grueso 8020 cuando la unidad de filtro 8020 no está en servicio o entre usos.
Durante la operación de limpieza periódica del tamiz para su mantenimiento, la salida de filtrado 8023 se cierra cerrando su válvula asociada 8003. La entrada de suspensión 8022 puede aislarse fluidamente cerrando la válvula aguas arriba 8003 entre el dispositivo de mezcla 8010 y la unidad de filtro 8020. Como alternativa, cabe señalar que la válvula 8003 puede permanecer abierta cuando se limpia la cámara de mezcla aguas arriba con agua limpia y luego se enjuaga esa agua a través del filtro para desecharla. A menudo, el filtro no está aislado de la mezcla durante el proceso de limpieza. La salida de desechos 8025 se abre mediante la apertura de su válvula asociada 8003. Esto aísla fluidamente la unidad de filtro 8021 del dispositivo de mezcla 8010 y del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. Una vez finalizada la operación de retrolavado/limpieza del filtro, la salida de desechos 8025 se cierra y sella cerrando su válvula asociada 8003 y, a la inversa, las válvulas asociadas a la entrada y salida de suspensión se vuelven a abrir para reanudar el funcionamiento normal.
Debido a que la unidad de filtro grueso 8020 es un diseño autolimpiante y el sistema de burbujeo anterior funciona durante el proceso normal de filtrado de la suspensión, puede desperdiciarse una parte insignificante de la suspensión sin filtrar para mantener la tamiz de filtro relativamente libre de desechos y obstrucciones. Para minimizar la cantidad de suspensión perdido, se prevén varias medidas en el diseño de la unidad de filtro. En primer lugar, la entrada y salida de suspensión 8022, 8023 y la salida de desechos 8024 están orientadas una respecto a la otra para minimizar el desperdicio de suspensión durante el proceso de filtrado. Las líneas centrales 8022L, 8023L de la entrada de suspensión sin filtrar 8022 y la salida de filtrado 8023 respectivamente pueden estar orientadas paralelas entre sí. Esto introduce y extrae la suspensión de la unidad de filtro 8020 en una orientación similar (mejor mostrada en la FIG. 42) para aprovechar el hecho de que la suspensión sin filtrar tenderá a continuar fluyendo más fácilmente en la misma dirección en la que es introducido en la unidad de filtro. Sin embargo, la línea central de la salida de desechos 8024L está orientada transversalmente a las líneas centrales de la entrada y salida de la suspensión. Esto resulta en menos suspensión siguiendo la trayectoria de desecho que la trayectoria a través del tamiz de filtro 8021 debido a la fuerza dinámica de la suspensión que entra en la unidad de filtro 8020. El tamiz de filtro 8021 también está orientado transversalmente a la línea central 8022L de la entrada de suspensión 8022 de modo que la corriente de suspensión entrante se dirige contra la cara superior del tamiz 8021. Esto tenderá a impulsar la suspensión hacia abajo a través del tamiz, en lugar de angular o lateralmente hacia la salida de desechos. Por último, la cavidad inferior 8028B está dimensionada más grande que la cavidad superior 8028a de la unidad de filtro 8020 para ofrecer menos resistencia al flujo. La cavidad superior más estrecha crea una mayor resistencia para que la corriente de suspensión tenga una propensión a fluir hacia abajo a través del tamiz de filtro 8021.
Cabe señalar que si la cantidad prevista de desechos en la suspensión agrícola sin filtrar que se van a procesar es pequeña, la unidad de filtro grueso 8020 puede funcionar de manera convencional (en lugar del modo de autolimpieza) si se desea cerrando la válvula de salida de desechos 8003 de la unidad de filtro.
Un método o procedimiento general de filtración de suspensiones comprende generalmente: proporcionar una unidad de filtración que comprenda un tamiz de filtro, una cavidad superior formada por encima del tamiz de filtro, y una cavidad inferior formada por debajo del tamiz de filtro; inyectar aire y agua a presión en la cavidad inferior para producir un chorro de agua aireada; hacer fluir la corriente de agua aireada a través del tamiz de filtro hacia la cavidad superior; introducir la suspensión sin filtrar en la cámara superior de una unidad de filtro; y hacer pasar la suspensión sin filtrar a través del tamiz de filtro en dirección a contracorriente hasta la corriente de agua aireada para producir un filtrado. Por consiguiente, la unidad de filtro funciona en un modo de autolimpieza cuando se abre la válvula de salida de desechos 8003 para expulsar una parte de la suspensión con partículas de gran tamaño arrastradas que se deslizan a lo largo de la superficie superior del tamiz de filtro 8021 a través de la salida de desechos 8024 de la unidad de filtro 8020 simultáneamente con el paso de la parte restante de suspensión sin filtrar hacia abajo a través del tamiz de filtro en dirección a contracorriente a la corriente de agua aireada para producir el filtrado. La superficie superior del tamiz de filtro está curvada en forma de arco de lado a lado y tiene forma cóncava formando un canal que facilita la canalización de las partículas de gran tamaño a lo largo del tamiz hacia la salida de desechos 8024. La corriente de agua aireada que pasa a través del tamiz de filtro 8021 y entra en la cavidad superior de la unidad de filtro 8020 desde debajo del tamiz agita y desaloja las partículas de la superficie superior del tamiz de modo que son barridas del tamiz para no impedir el rendimiento de filtrado de la suspensión. En algunas implementaciones, primero se puede inyectar agua en la cavidad inferior 8028b y después aplicar presión de aire a la cavidad inferior para producir el chorro de agua aireada.
Bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión - Medición de densidad
A continuación se describirán los componentes que forman parte del bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión 8002 utilizado junto con la medición de la densidad de suspensión para determinar una relación real de masa de agua/sólidos (agrícolas) para compararla con una relación objetivo de masa de agua/sólidos deseada para una suspensión fluido capaz de un procesamiento posterior eficaz de muestreo y un análisis químico en el subsistema de análisis 3003 y su red de flujo. Como se ha descrito anteriormente en el presente documento, el subsistema 3003 mide en última instancia los analitos (por ejemplo, constituyentes químicos/elementales) en la suspensión agrícola para caracterizar químicamente la muestra. En un ejemplo no limitativo, el material agrícola que se va a analizar en busca de analitos (por ejemplo, los niveles de nutrientes del suelo, como el nitrógeno, fósforo, potasio, etc.) pueden ser suelo y la relación es la relación agua/suelo (agua/suelo).
El presente bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión 8002 mostrado en las FIGS. 34-35 representa una modificación del bucle de flujo de recirculación 7059 mostrado en la FIG. 4. En el presente bucle de flujo 8002, los componentes similares se reordenan en la trayectoria del flujo de suspensión y se añaden componentes adicionales, tal como se describe a continuación, para optimizar la precisión de la medición de densidad de la suspensión con el fin de alcanzar la relación objetivo agua/sólidos. El bucle de flujo 8002 está configurado y es operable para promover tasas de flujo estables mientras se mantiene la suspensión en una condición homogénea completamente mezclada, lo que mejora ventajosamente la precisión de las mediciones de densidad de suspensiones agrícolas. Esta información se utiliza en última instancia para añadir agua de dilución al bucle de flujo 8002 con el fin de alcanzar el objetivo de relación en masa de agua/sólidos agrícolas.
El bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 comprende generalmente en acoplamiento y comunicación fluida operable un dispositivo de agitación 8030, una bomba de recirculación de suspensión 7080 que impulsa fluidamente el flujo de recirculación a través del bucle de flujo de recirculación cerrado, un acumulador 8050, un dispositivo de medición de sólidos agrícolas 8060, un dispositivo de medición de densidad 8070, y una unidad de filtro fino 8080. La circulación de la suspensión en el bucle de flujo se indica por las flechas de flujo de suspensión en las FIGS. 34-35.
Dispositivo de agitación
El dispositivo de agitación 8030 es la puerta de entrada de fluido para introducir suspensión filtrada grueso (filtrado) desde el dispositivo de mezcla 8010 a través de la unidad de filtro 8020 en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. El filtrado fluye desde la unidad de filtro al dispositivo de agitación 8030 a través de la fuerza motriz proporcionada por la línea de aire a presión 8006 acoplada fluidamente a la fuente de aire 8005 aguas arriba de la unidad de filtro, si se utiliza, como se ha descrito anteriormente en el presente documento. El filtrado puede fluir sólo por gravedad sin ayuda de presión de aire hacia el dispositivo de agitación o bombearse hacia el dispositivo de agitación.
Las FIGS. 51-63 muestran varias vistas del dispositivo de agitación 8030 de forma aislada y con mayor detalle. El dispositivo de agitación 8030 puede ser un aparato de tipo mezclador, aunque especialmente configurado para agitar menos agresivamente la suspensión, ya que los sólidos agrícolas a granel más grandes no necesitan descomponerse en partículas más finas para crear inicialmente la suspensión. En su lugar, el dispositivo de agitación está configurado y es operable para agitar más suavemente y mantener una mezcla homogénea del agua y los sólidos agrícolas (por ejemplo, suelo) para la medición de densidad en el bucle de flujo de recirculación de suspensión cerrado 8002 mostrado en las FIGS. 34-35 y descrito en otra parte del presente documento.
El dispositivo de agitación 8030 comprende generalmente un cuerpo hueco sellable y alargado verticalmente formado por un alojamiento 8094 que define una cámara de agitación 8031 para contener un volumen de suspensión filtrada (filtrado) y un mecanismo de cuchillas giratorias 8035. El mecanismo de cuchillas 8035 está configurado y es operable para agitar la suspensión agrícola hasta un grado suficiente para mantener los sólidos o partículas agrícolas en suspensión en el fluido portador de agua (diluyente) de la suspensión, pero sin agitar en exceso la suspensión para no arrastrar aire, lo que afectaría negativamente a las mediciones de densidad de suspensión. La cámara 8031 forma una parte fluídica integral del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 y de la trayectoria de flujo de suspensión. El dispositivo de agitación y la cámara funcionan a presión atmosférica, aunque el flujo de recirculación que entra en la cámara está a presión por la bomba de suspensión AODD 7080.
El alojamiento del dispositivo de agitación 8094 incluye una parte superior 8100, una parte inferior 8101, lateral derecho 8103, lateral izquierdo 8104, parte delantera 8105, y parte trasera 8106. El alojamiento 8094 comprende múltiples partes o segmentos que pueden incluir la cubierta superior desmontable 8090, sección superior 8091, sección media 8092, y sección inferior 8093. Las secciones 8091-8093 pueden estar acopladas de forma desmontable o permanente, o una combinación de ambas. Al menos la sección inferior 8093 está acoplada de forma desmontable a la sección media 8092 mediante elementos de sujeción roscados 8095. La cubierta superior 8090 se puede acoplar de manera similar a la sección superior 8091 del alojamiento 8094 mediante elementos de sujeción roscados 8095. Obsérvese que en las figuras pueden mostrarse sólo uno o unos pocos elementos de sujeción por brevedad, reconociendo que otros orificios similares en el alojamiento del dispositivo de agitación reciben elementos de sujeción similares.
Las conexiones de fluido del dispositivo de agitación 8030 que están en comunicación fluida con la cámara de agitación 8031 incluyen la entrada de suspensión 8032 que recibe suspensión del dispositivo de mezcla 8010, entrada de recirculación de suspensión 8033a, salida de recirculación de suspensión 8033b, orificio de desbordamiento 8096, y orificio de salida de desechos 8049 para permitir el lavado y la limpieza de la cámara de agitación con agua entre las pasadas de la suspensión. El puerto de desbordamiento 8096 expulsa el exceso de suspensión añadido a la cámara 8031 desde el dispositivo de mezcla aguas arriba 8010. El orificio desbordamiento está configurado para acoplarse a una manguera/tubo que esté a presión atmosférica. Este, a su vez, coloca la cámara de agitación 8031 del dispositivo de agitación 8030 a presión atmosférica durante el funcionamiento.
La entrada de suspensión formada a través de la sección superior 8091 del alojamiento 8094 puede tener un ángulo oblicuo con respecto a la línea central vertical 8040 del dispositivo de agitación 8030 para suministrar suspensión en un ángulo similar hacia el interior de la cámara de agitación 8031. Cada una de estas conexiones de fluido puede tener asociada una válvula de apertura/cierre 8003 como se muestra en la FIG. 34 (con excepción del desbordamiento) para detener o permitir el flujo a través o desde estas conexiones.
El mecanismo de cuchillas 8035 comprende generalmente un conjunto de cuchillas 8034 y una unidad de accionamiento, como un motor de accionamiento eléctrico 8038 acoplado al impulsor o eje de accionamiento 8036 del conjunto de cuchillas. El conjunto de cuchillas 8034 se compone además de uno o más juegos de impulsores o cuchillas 8037 montados en el eje de accionamiento 8036, que pueden girar a una velocidad o velocidades constantes predeterminadas o variables mediante el funcionamiento del motor 8038. Para esta aplicación puede utilizarse cualquier motor eléctrico de velocidad fija o variable disponible en el mercado.
En comparación con el dispositivo de mezcla 8010 de agitación más agresiva, la cámara de agitación 8031 puede ser al menos tan grande en capacidad volumétrica para contener todo el contenido de la suspensión agrícola preparados en la cámara de mezcla 8013 que se transfiere a la cámara de agitación 8031 para la medición de densidad y el ajuste de la relación en masa agua/sólidos como se describe con más detalle en el presente documento. La capacidad volumétrica de la cámara de agitación 8031 puede ser mayor que la de la cámara de mezcla 8013 del dispositivo de mezcla 8010 (por ejemplo, aproximadamente un 20 % o más) para garantizar que se pueda alojar toda la suspensión.
El mecanismo de cuchillas 8014 del dispositivo de mezcla 8010 está destinado a impartir mayor energía (es decir, entrada de energía) y proporcionar una agitación más agresiva de la suspensión que el dispositivo de agitación 8030 con el fin de descomponer los sólidos agrícolas en el portador de agua para formar la mezcla inicial de suspensión relativamente homogénea. Esto puede lograrse de varias maneras desde el punto de vista del diseño. En algunas implementaciones, por ejemplo, el mecanismo de cuchillas 8014 del dispositivo de mezcla 8010 puede funcionar a una velocidad de rotación más alta (rpm-revoluciones por minuto) que el mecanismo de cuchillas 8035 del dispositivo de agitación 8030 para mezclar más agresivamente el material agrícola a granel y el agua para crear la mezcla de suspensión. Esto no es necesario para el dispositivo de agitación cuyo propósito es simplemente agitar la suspensión ya preparada lo suficiente para evitar que los sólidos o partículas de la muestra agrícola se sedimenten fuera de la solución (es decir, mantener la suspensión en condiciones homogéneas para la medición de la densidad de suspensión). Sin el dispositivo de agitación, la mezcla de suspensión es propensa a la separación de sólidos, lo que afecta negativamente a la obtención de una densidad precisa de la suspensión. En un ejemplo representativo no limitativo, el mecanismo de cuchillas del dispositivo de mezcla 8014 puede tener una velocidad de rotación de aproximadamente 15.000 rpm acoplado con múltiples juegos de cuchillas 8016 más agresivos y espaciados en el impulsor/eje de accionamiento 8017, como se muestra, que están configurados para una mayor agitación de la mezcla de material agrícola y agua. Por el contrario, el mecanismo de cuchillas del dispositivo de agitación 8035 puede tener un único juego de cuchillas 8037 en el eje de accionamiento 8036 del conjunto de cuchillas y una velocidad de rotación más lenta del orden de aproximadamente 1.000 rpm como un ejemplo no limitativo. Por consiguiente, el mecanismo de cuchillas 8014 del dispositivo de mezcla puede tener una velocidad de rotación al menos 10 veces superior a la del dispositivo de agitación 8030. Pueden utilizarse otras muchas velocidades, de acuerdo con convenga, en función de la naturaleza del material agrícola que constituye la muestra.
Para conseguir una mezcla más agresiva en el dispositivo de mezcla 8010, las longitudes de las cuchillas 8016 pueden ser diferentes, de forma que las cuchillas del dispositivo de mezcla tengan una longitud mayor que las del dispositivo de agitación 8030, produciendo de ese modo mayores velocidades en la punta de las cuchillas, incluso a velocidades de rotación iguales o inferiores a las de las cuchillas del dispositivo de agitación. Como se ha señalado anteriormente, el mecanismo de cuchillas del dispositivo de agitación 8035 puede tener menos cuchillas 8037 y/o una configuración de cuchillas menos agresiva para agitar más suavemente la suspensión que las cuchillas 8016 del dispositivo de mezcla 8010. Si se basa en la velocidad de rotación del conjunto de cuchillas, número y/o longitud de las cuchillas, configuración de las mismas, o las velocidades de punta de las cuchillas, el mezclado más agresivo de la suspensión en el dispositivo de mezcla 8010 se realiza con un mayor aporte de energía o potencia a la suspensión que en el dispositivo de agitación 8030 para descomponer los sólidos de la suspensión iniciales que se están preparando. El consumo de energía del motor de accionamiento 8016 del dispositivo de mezcla 8010 es, por lo tanto, mayor que el consumo de energía del motor de accionamiento 8038 del dispositivo de agitación 8030 en todos los escenarios de mezcla preferidos.
La forma o configuración de las cámaras de mezcla y agitación 8013, 8031 también puede ser diferente en vista de las diferentes funciones para el dispositivo de mezcla 8010 y el dispositivo de agitación 8030. Con referencia a la FIG.
61, la cámara de mezcla 8031 puede tener una configuración en forma de reloj de arena, cacahuete u "ocho (8)" con una zona de cintura media comprimida, tal como se describe más adelante, diseñada para alojar dos ejes de accionamiento 8036 que giran por separado y que pueden proporcionarse para mejorar la acción de agitación de la suspensión. Los ejes de accionamiento gemelos 8036 también pueden ser de rotación opuesta entre sí para mejorar aún más la acción de agitación de la suspensión en algunas implementaciones. Estas características ayudan a agitar la suspensión al tiempo que reducen la formación de vórtices (aire que forma un "tornados" hacia abajo por el eje) porque no es deseable introducir aire en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002, ya que afecta negativamente a la precisión de la medición de la densidad de suspensión. Además, la suspensión que circula en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 puede ser reintroducida o devuelta a la cámara de agitación 8031 a través de la entrada de recirculación 8033a tangencialmente para reducir aún más el arrastre de aire, como se describe a continuación.
A continuación se describirán aspectos y detalles adicionales del dispositivo de agitación 8030 y las características anteriores. Con referencia continua en general a las FIGS. 51-63, el dispositivo de agitación 8030 puede comprender un cuerpo alargado verticalmente que define una línea central vertical 8040 que pasa por el centro geométrico del dispositivo de agitación. El cuerpo define concomitantemente la cámara de agitación alargada verticalmente 8031 en la que se coloca el par de conjuntos de cuchillas 8034. La cámara de agitación 8031 puede tener una forma no circular y oblonga, con una anchura lateral mayor de lado a lado que la profundidad de adelante hacia atrás (mejor vista en la FIG. 61). Los ejes del conjunto de cuchillas 8036 pueden orientarse paralelos entre sí como se muestra.
La cámara de agitación 8031 puede estar segregada lateral/horizontalmente en una primera y segunda secciones 8031a, 803 lb separadas por un área de garganta estrechada 8041 definida por un par de salientes deflectores 8042 opuestos y proyectados hacia el interior en lados opuestos de la línea central 8040 (véase, por ejemplo, FIG. 61). Los salientes deflectores pueden tener forma convexa y arqueada y extenderse tanto horizontal como verticalmente hacia el interior durante la mayor parte de la altura de la cámara de agitación 8031 (véase, por ejemplo, FIG. 59). Un conjunto de cuchillas 8034 está centrado en cada sección 8031a, 8031b de la cámara entre los lados del dispositivo de agitación como se muestra. Los salientes deflectores 8041 funcionan para mejorar la acción de agitación de la suspensión, de modo que la suspensión no puedan simplemente desplazarse alrededor de la parte exterior o periférica de la cámara 8031 a lo largo de las paredes laterales interiores 8043 del cuerpo del dispositivo de agitación para evitar que se mezclen. Los salientes deflectores 8042 obligan a la suspensión a fluir hacia el interior en dirección a la línea central vertical 8040 en el área de garganta 8041 y a mezclarse, lo que ayuda a mantener una mezcla homogénea de la suspensión de sólidos agrícolas y agua. La entrada de suspensión 8032 formada a través de la sección superior 8091 del alojamiento 8094 puede tener un ángulo oblicuo con respecto a la línea central vertical 8040 del dispositivo de agitación 8030 para introducir la suspensión en un ángulo similar hacia el interior de la cámara de agitación 8031 en el área de garganta 8041 en los extremos superiores de los salientes deflectores 8042 (véase, por ejemplo, la FIG.
59). La pared inferior interior 8097 del dispositivo de agitación 8030 dentro de la cámara de agitación 8031 puede estar inclinada hacia abajo y hacia dentro hacia la salida de desechos 8049 ubicada centralmente en la pared inferior de la cámara de agitación 8031 desde cada lado del dispositivo de agitación para eliminar eficazmente los sedimentos de la cámara cuando se limpia periódicamente con agua de lavado entre diferentes pasadas de preparación de la suspensión.
El dispositivo de agitación 8030 incluye además un mecanismo de accionamiento para accionar los conjuntos de cuchillas 8034. El mecanismo de accionamiento comprende una caja de engranajes 8044 que aloja un mecanismo o tren de engranajes 8045 cooperante que comprende una pluralidad de engranajes engranados. El eje del motor 8038 incluye el engranaje de accionamiento 8038a y cada conjunto de cuchillas comprende un engranaje de accionamiento 8036a acoplado funcionalmente al engranaje de accionamiento del motor y girado por éste a través de engranajes intermedios 8046 (véase, por ejemplo, FIG. 60). La caja de engranajes 8044 puede estar situada en la parte superior del dispositivo de agitación, cerca del motor 8038. La caja de engranajes 8044 puede estar formada por la cubierta superior 8090 (véase, por ejemplo, FIGS. 58-59). El tren de engranajes 8045 está acoplado funcionalmente al motor 8038 y a cada uno de los ejes del conjunto de cuchillas 8036. El motor 8038 acciona el tren de engranajes 8045 que, a su vez, hace girar los conjuntos de cuchillas 8034. Como se ha descrito anteriormente en el presente documento, los conjuntos de cuchillas pueden girar en sentido contrario/opuesto entre sí para mejorar la mezcla de la suspensión agrícola (véase, por ejemplo, FIG. 61 flechas de rotación). El tren de engranajes 8025 está configurado para producir este tipo de movimiento de contrarrotación del par de conjuntos de cuchillas. Los engranajes intermedios 8046 pueden estar configurados y dispuestos para producir el movimiento de contrarrotación de los conjuntos de cuchillas 8034 (véase, por ejemplo, FIG. 60). Los conjuntos de cuchillas pueden girar en la misma dirección de rotación. Hay que tener en cuenta que son posibles otras disposiciones de engranajes. Además, en lugar de engranajes, pueden utilizarse otros métodos para hacer girar los conjuntos de cuchillas, como transmisiones por correa o neumáticas mediante una aleta de aire acoplada al eje de accionamiento principal que, a su vez, acciona el tren de engranajes.
En funcionamiento, la suspensión filtrada fluye hacia la cámara de agitación 8031 a través de la entrada 8032 desde la unidad de filtro grueso 8020. Los conjuntos de cuchillas 8034 se hacen girar a través del mecanismo de engranaje anterior para agitar la suspensión y evitar que los sólidos se asienten fuera de suspensión. Si el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 está inicialmente vacío, la suspensión puede llenar al menos parcialmente el bucle en función del diámetro de la tubería del bucle de flujo. En algunos casos, por lo tanto, la suspensión puede no llenar completamente el bucle hasta que se ponga en marcha la bomba de recirculación de suspensión 7080, de forma que la bomba se ponga en marcha cuando la suspensión se introduzca inicialmente en el bucle de flujo al inicio a través del dispositivo de agitación 8030. En uno u otro caso, la bomba de recirculación de suspensión 7080 comenzará a hacer circular la suspensión por el bucle (ver, por ejemplo, FIGS. 34-35). La suspensión se bombea directamente a la entrada de recirculación 8033a del dispositivo de agitación 8030, donde se agita para mantener una consistencia homogénea. La suspensión sale entonces del dispositivo de agitación a través de la salida de recirculación 8033b y regresa al bucle de flujo 8002 para continuar circulando a través del bucle y otros dispositivos mostrados bajo la fuerza motriz de la bomba 7080. Cualquier exceso de suspensión en el bucle de flujo se expulsa a través del puerto de desbordamiento 8096.
Cabe señalar que la suspensión recirculante del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 fluye tangencialmente hacia la cámara de agitación 8031 y entra en ella (a través de la entrada de recirculación de suspensión 8033a) en una de las dos secciones circulares de la cámara de agitación 8031 como, por ejemplo, la sección 8031b (véase, por ejemplo, FIGS. 59 y 61). La suspensión se reintroduce tangencialmente a lo largo de una de las paredes laterales 8043 de la sección 8031b de la cámara de agitación para reducir el arrastre de aire en la suspensión que afecta negativamente a las mediciones de densidad de suspensión como se ha descrito anteriormente en el presente documento. La suspensión puede extraerse de la cámara 8031 dentro del área de garganta estrecha 8041 entre cada sección de la cámara 8031a, 8031b donde la suspensión tenderá a mezclarse y agitarse completamente en un estado homogéneo.
El funcionamiento de los conjuntos de cuchillas 8034 en relación con el grado de agitación impartido a la suspensión en el dispositivo de agitación 8030 puede ser controlado y ajustado automáticamente por el controlador del sistema 2820 basándose en el nivel de la suspensión (y concomitantemente el volumen de los mismos) en la cámara de agitación 8031. Cuando el nivel de la suspensión es más bajo, es deseable hacer girar los conjuntos de cuchillas a una velocidad más lenta (rpm) para reducir la agitación, minimizando así el arrastre de aire en la suspensión, que afecta negativamente a las mediciones de densidad de suspensión. Cuando el nivel de suspensión es más alto, los conjuntos de cuchillas pueden acelerarse para garantizar que la mezcla de suspensión permanezca homogénea y los sólidos se mantengan en suspensión.
Para lograr el esquema de funcionamiento anterior, puede proporcionarse un sensor de nivel 8039 configurado y operable para medir el nivel de suspensión en la cámara 8031 del dispositivo de agitación 8030 en tiempo real. Puede utilizarse cualquier sensor adecuado disponible en el mercado, como por ejemplo sin limitación un sensor de nivel ultrasónico. El sensor de nivel y el motor 8039 pueden estar conectados de forma operable y comunicable al controlador del sistema 2820 para controlar la velocidad de agitación de la suspensión. El motor puede ser un motor de velocidad variable cuya velocidad se ajusta en función del nivel de suspensión detectado por el controlador 2820 para lograr el grado deseado de agitación de la suspensión mediante la disminución o el aumento de la velocidad de rotación de los conjuntos de cuchillas 8034. Por lo tanto, el motor 8038 puede incluir circuitos de control de velocidad que respondan a las señales de control del controlador 2820 para ajustar la velocidad del motor basándose en el nivel de suspensión.
El método o proceso para controlar los conjuntos de cuchillas 8034 del dispositivo de agitación 8030 puede resumirse en que el controlador 2820: detecta un nivel de suspensión en la cámara de agitación 8031 a través del sensor de nivel 8039; aumenta o disminuye la velocidad del motor 8038 acoplado funcionalmente al par del conjunto de cuchillas 8034 basándose en el nivel detectado; y hace girar los conjuntos de cuchillas a una velocidad correspondiente a la velocidad del motor. Cuando el controlador 2820 detecta un primer nivel de suspensión en la cámara 8031, el controlador hace girar los conjuntos de cuchillas a una primera velocidad. Cuando el controlador 2820 detecta un segundo nivel de suspensión, el controlador hace girar los conjuntos de cuchillas a una segunda velocidad diferente de la primera velocidad. Cuando el primer nivel de suspensión es inferior al segundo nivel de suspensión, el controlador hace girar los conjuntos de cuchillas a una velocidad inferior a la del segundo nivel de suspensión, y viceversa. Son posibles otras variaciones del funcionamiento de velocidad variable de las cuchillas. Los conjuntos de cuchillas pueden girar a una velocidad constante independientemente de los niveles de suspensión en la cámara de agitación 8031, que pueden depender del tipo de suspensión agrícola que se haya preparado y de la propensión concomitante de los sólidos a salirse de la suspensión u otros factores.
Acumulador
Las FIGS. 44-50 muestran el acumulador 8050 de forma aislada y con mayor detalle. El acumulador funciona para amortiguar los picos de presión o las pulsaciones en la suspensión que circulan a través del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. El acumulador 8050 puede ser un diseño de flujo directo en una realización en el que el flujo entra, recorre y sale del acumulador en una trayectoria de flujo lineal o rectilínea a lo largo de un único eje. El acumulador 8050 tiene un cuerpo longitudinalmente alargado y dividido que comprende generalmente una primera media sección 8051a y una segunda media sección 8051b acopladas de forma separables entre sí, como por ejemplo mediante elementos de sujeción roscados. Pueden utilizarse otros métodos de acoplamiento desmontables. Cuando se acoplan entre sí, las medias secciones 8051a, 8051b definen una cavidad interna alargada longitudinalmente 8053.
Un diafragma elastomérico alargado longitudinal y resilientemente deformable 8054 se extiende al menos a todo lo largo y ancho de la cavidad 8053, y preferentemente es ligeramente mayor en anchura y longitud que la cavidad. El diafragma 8054 puede ser plano y de forma oblonga (mejor mostrado en las FIGS. 46-47) para ajustarse a la configuración horizontalmente alargada de la cavidad del acumulador 8053. Los bordes periféricos del diafragma 8054 pueden estar intercalados y atrapados entre la primera y la segunda medias secciones 8051a, 8051b del cuerpo que retiene el diafragma en su posición. Esto divide la cavidad 8053 en una subcavidad superior de gas 8053a y una subcavidad inferior de suspensión 8053b fluidamente aislada de la subcavidad de gas. Cada subcavidad superior e inferior puede tener una forma cóncava abovedada en sección transversal (mejor ver FIG. 50). Cuando el diafragma alcanza su desplazamiento total (conformidad total con la pared de cavidad), no somete el diafragma a tensiones indebidas al obligarlo a ajustarse a ángulos cerrados que podrían romper el diafragma a lo largo de numerosos ciclos de funcionamiento debido a un fallo por fatiga. La subcavidad 8053a está acoplada fluidamente a un puerto de gas a presión 8057 para establecer una presión de gas precargado para el acumulador a través de la conexión a una fuente de gas inerte a presión. La subcavidad superior precargada de gas 8053a puede cargarse con el gas inerte a presión tal como aire o nitrógeno como ejemplos para precargar el acumulador 8050 con un volumen de gas para compensar las fluctuaciones de presión en la suspensión que fluye a través del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. Dichas fluctuaciones de presión (aumentos/disminuciones) pueden ser atribuibles al arranque/parada de la bomba de recirculación de suspensión 7080 causando fluctuaciones de caudal y presión, u otros factores asociados con el sistema de procesamiento de suspensiones. Algunas bombas tienen un diseño que produce pulsos de presión que pueden ser de magnitud significativa, lo que puede crear diversos problemas, entre ellos afectar negativamente a la medición de la densidad de suspensión.
La subcavidad de suspensión 8053b recibe suspensión y define la parte principal del paso de flujo de suspensión lineal/recto que se extiende a través del acumulador de extremo a extremo. La porción inferior más baja de la subcavidad 8053b incluye una artesa 8053c formada integralmente que se extiende longitudinalmente que tiene una superficie inferior curvada en forma de arco en sección transversal. La artesa 8053c puede tener una forma de sección transversal semicircular, como se observa mejor en la FIG. 50, que es diferente de la forma de sección transversal de la subcavidad inferior 8053b. La artesa 8053c disuade ventajosamente al diafragma de sellar la salida durante periodos de desplazamiento extremo debido a las fluctuaciones de presión de la suspensión, proporcionando una trayectoria de flujo que es difícil que el diafragma obstruya completamente, y también ayuda a mantener cualquier sedimento moviéndose rápidamente a través del acumulador en una dirección lineal para desalentar la deposición y obstrucción del acumulador.
La subcavidad de suspensión 8053b está acoplada fluidamente a una entrada de suspensión 8055 en un extremo de la segunda media sección 8051b y a una salida de suspensión 8056 que puede estar formada en un extremo opuesto en la subcavidad de suspensión inferior 8053b. La entrada 8055 está alineada coaxialmente con la salida 8056 definiendo un eje de flujo longitudinal Lf que se extiende entre ambas a lo largo del cuerpo del acumulador. La mayoría de los acumuladores tienen una única entrada y salida combinadas, que si se utilizan en una aplicación de suspensión no se limpiaría eficazmente debido a los depósitos de sedimentos creados por los sólidos agrícolas que caen fuera de suspensión de la suspensión.
Por este motivo, es ventajoso utilizar un acumulador de flujo directo, de acuerdo con la presente invención con un trayecto de flujo lineal especialmente configurada para manipular suspensiones con sólidos arrastrados que tenga una relación de área de sección transversal medida directamente adyacente y por debajo del diafragma desplazable flexible 8054 (es decir, lado húmedo) del acumulador 8050 que puede permitir que el flujo de suspensión (fluido) lave y limpie continuamente el acumulador de sedimentos de forma eficaz entre las pasadas de preparación/procesamiento de muestras. En una realización, por ejemplo, sin limitación, el área de la sección transversal A1 de la subcavidad inferior 8053b determinada transversalmente al eje de flujo Lf preferentemente no supera 20 veces, y más preferentemente 30 veces, el área de la sección transversal mínima A2 de la entrada o salida del acumulador en las realizaciones preferidas. La entrada de suspensión 8055 y la salida 8056 pueden tener diferentes o las mismas áreas de sección transversal A2. En la realización ilustrada, no limitante, las áreas transversales de la entrada y la salida de la suspensión pueden ser las mismas.
En resumen, el área de la sección transversal A1 de la entrada y/o de la salida es/son preferentemente más pequeña/s que el área de la sección transversal global A1 de la subcavidad 8053b del acumulador situada debajo de la membrana deformable resilientemente 8054 medida cuando la membrana está en reposo (es decir, no deformada por picos de presión o caídas de presión en el sistema de fluido). Ventajosamente, este dimensionamiento y relación global de las áreas de sección transversal de la subcavidad 8053b con la entrada y/o salidas 8055, 8056 ayuda a evitar que los sólidos caigan fuera del flujo de la suspensión y obstruyan el acumulador entre las pasadas de procesamiento de la suspensión.
Para garantizar que los sólidos o sedimentos no caigan de la suspensión y se acumulen en el interior de la subcavidad inferior 8053b del acumulador entre pasadas de procesamiento de suspensiones, en vista de que el área transversal A1 de la subcavidad inferior es sustancialmente mayor que el área transversal A2 de la entrada y salida de suspensión 8055, 8056, (por ejemplo, al menos 20 veces) como se ha señalado anteriormente, la entrada y la salida de suspensión (y concomitantemente el eje de flujo longitudinal Lf definido entre las mismas) se colocan preferentemente desplazadas desde y por debajo de la línea central C1 geométrica longitudinal de la cavidad que se extiende horizontalmente de la subcavidad inferior 8053b. La línea central C1 se extiende a través del centro geométrico de la subcavidad inferior 8053b y verticalmente se ubica a mitad de la trayectoria entre el punto más bajo de la subcavidad inferior 8053b en el fondo de la artesa semicircular 8053c y el diafragma 8054 como se denota en la FIG. 48. Preferentemente, la entrada y salida de suspensión 8055, 8056 están posicionadas en el fondo de la subcavidad 8053b como se muestra en las FIGS. 48 y 50. En una realización, la subcavidad 8053b comprende un par de paredes laterales cóncavas opuestas, inclinadas y arqueadas 8053d que ayudan a canalizar los sedimentos/sólidos pesados arrastrados en la suspensión que fluyen a través del acumulador hacia el fondo de la subcavidad donde la corriente tiene la mayor velocidad entre la entrada y la salida de suspensión 8055, 8056 a lo largo del eje de flujo longitudinal Lf. Esto elimina ventajosamente cualquier esquina o zona muerta en la subcavidad inferior donde los sedimentos/sólidos podrían acumularse entre las pasadas de procesamiento de la suspensión.
En sección transversal (respecto al eje longitudinal Ca de la cavidad), la subcavidad inferior 8053b puede no tener una configuración completamente semicircular como mejor se muestra en la FIG. 50. En su lugar, las paredes laterales cóncavas arqueadas 8053d pueden converger en un vértice puntiagudo 8053e en el fondo de la subcavidad 8053b. Esto puede ser similar al vértice formado en la subcavidad superior 8053a en la parte superior. El canal de suspensión más bajo 8053c de la subcavidad inferior 8053b descrita anteriormente interseca el vértice 8053e. El punto más bajo de la parte inferior de la cubeta semicircular 8053c (en sección transversal, como se ve en la FIG. 50) se encuentra por debajo del punto o vértice donde se unen las paredes laterales curvas convergentes de la subcavidad inferior 8053d (véanse también las FIGS. 46 y 48). Puede considerarse que las paredes laterales cóncavas curvadas 8053d de la subcavidad inferior 8053b definen una forma de sección transversal transversa sustancialmente en forma de V, en contraposición a la forma de sección transversal transversa semicircular de la cubeta 8053c. El término "sustancialmente" tal como se utiliza aquí connota que las paredes laterales curvadas 8053d no son planas y por lo tanto no forman una forma de V perfecta. La subcavidad superior 8053a puede estar configurada de forma complementaria a la subcavidad inferior 8053b, compartiendo cada una de ellas una sección transversal sustancialmente en forma de V; siendo una la imagen especular de la otra en lados opuestos del diafragma 8054 (véase, por ejemplo, FIG. 50).
Además para evitar que el diafragma 8054 bloquee completamente la entrada y salida de suspensión 8055, 8056 durante la máxima deformación hacia abajo del diafragma como se señaló anteriormente en el presente documento, ventajosamente, el canal 8053c también promueve velocidades más altas de la corriente de suspensión a través del acumulador 8050 para ayudar a mantener los sedimentos/sólidos pesados arrastrados en la suspensión moviéndose a través del acumulador a medida que fluye entre la entrada de suspensión 8055 y la salida de suspensión, 8056. Esto también ayuda a desalentar las acumulaciones o depósitos de sedimentos/sólidos entre las pasadas de procesamiento de la suspensión.
El acumulador 8050 es un dispositivo de almacenamiento de energía y funciona de manera convencional. En funcionamiento, la suspensión fluye a través de la subcavidad 8053b mientras que la subcavidad 8053a contiene un volumen a presión de gas. Si se produce un aumento de presión en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002, el exceso de presión que deforman el diafragma 8054 (hacia la subcavidad de gas 8053a) para absorber el impulso de presión y mantener una presión relativamente constante en el bucle de flujo. Si la presión de la suspensión en el bucle de flujo desciende por debajo de la presión de precarga del acumulador, el diafragma se moverá hacia la subcavidad de la suspensión 8053b para aumentar la presión de la suspensión en el bucle de flujo. La presión relativamente constante mantenida por el acumulador en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 mejora la precisión general de las mediciones de densidad de suspensión realizadas por los dispositivos de medición de densidad en el bucle de flujo.
Bombas principales y de recirculación de la suspensión
La bomba de suspensión principal 7081 mostrada en las FIGS. 3-4 y la bomba de recirculación de suspensión 7080 mostrada en las FIGS. 5-6 que hacen circular el flujo de suspensión a través del bucle de flujo de recirculación cerrado de suspensión 8002 se describirán ahora con más detalle. Una bomba de desplazamiento positivo, como una bomba de diafragma doble accionada por aire (AODD), puede utilizarse para una o ambas bombas 7080, 7081 con un diseño de cabezal de bomba único que incluye modificaciones internas de la trayectoria del fluido diseñadas para manejar especialmente suspensiones agrícolas como suspensiones de muestras de suelo u otros en los que el componente de partículas sólidas pesadas o sedimentos de la suspensión tiende a salirse fácilmente de la suspensión. En comparación, este tipo de suspensión es algo análogo a las suspensiones de agua y arena. Para tales suspensiones, las bombas AODD estándar disponibles en el mercado son propensas a acumular sedimentos o depósitos en la parte inferior de las cámaras de bombeo. Estos depósitos de sedimentos crean restricciones de caudal y reducen la capacidad de bombeo, lo que afecta negativamente al rendimiento y la producción del bombeo. La limpieza de la bomba entre muestras también se dificulta considerablemente, ya que el sedimento no se arrastra fácilmente en el flujo durante el lavado durante el proceso de limpieza.
La presente bomba AODD 7080 con disposiciones de diseño innovadoras están configuradas para minimizar o eliminar las acumulaciones de sedimentos dentro de las cámaras de bombeo supera las desventajas de las bombas AODD estándares anteriores para el bombeo de suspensiones que contienen partículas o sólidos pesados, como las suspensiones de suelo.
La bomba de suspensión AODD se describirá por conveniencia de referencia a la bomba de recirculación de suspensión reconociendo que la misma descripción de la bomba se aplica a la bomba de suspensión principal 7081 si se utiliza el mismo diseño. Se apreciará, sin embargo, que pueden utilizarse bombas de tipos diferentes para las bombas 7080 o 7081 en algunas otras implementaciones de los sistemas de procesamiento de suspensiones.
Las FIGS. 64-70 muestran aspectos de la bomba de recirculación de suspensión AODD 7080 del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 de acuerdo con la presente divulgación. Las FIGS. 64 y 65 son vistas secuenciales en sección transversal que muestran las partes internas de la bomba y el funcionamiento de la bomba con trayectorias internas de flujo de suspensión durante las carreras de bombeo. En estas figuras, la bomba se representa en su posición normal de funcionamiento vertical.
Refiriéndose a las FIGS. 64-70 en general inicialmente, la bomba de recirculación de suspensión 7080 comprende generalmente un cuerpo de bomba 8200 que define el extremo superior 8210, extremo inferior 8211, laterales derecho e izquierdo opuestos 8212a, 8212b, y un eje longitudinal vertical LA que pasa por el centro geométrico del cuerpo de bomba para facilitar la referencia. Las cámaras de bombeo derecha e izquierda 8201, 8202 están formadas en lados opuestos del eje longitudinal LA.
Un colector de flujo de entrada 8203 y un colector de flujo de salida 8204 están acoplados a los extremos superior e inferior opuestos 8210, 8211 del cuerpo. Cada colector de flujo comprende un paso de flujo interno para recibir la suspensión del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 en la bomba 7080 o descargar/devolver la suspensión de vuelta al bucle de flujo desde la bomba. El colector de flujo de entrada 8203 comprende una única entrada 8203a y un par de ramificaciones de entrada 8203b, cada una de las cuales está conectada de forma fluida a una de las dos válvulas de retención de entrada 8220. El colector de flujo de entrada bifurca o divide y distribuye el flujo de suspensión de entrada desde el bucle de flujo de recirculación 8002 a cada cámara de bombeo 8201, 8202. El colector de flujo de salida 8204 comprende una única salida 8204a y un par de ramificaciones de salida 8204b, cada una de los cuales está conectada de forma fluida a una de las válvulas de retención de salida 8221. A la inversa, el colector de flujo de salida combina la suspensión de cada cámara de bombeo 8201,8202 y devuelve el flujo combinado al bucle de flujo de recirculación 8002 desde la descarga de la bomba. Los pasos de flujo anteriores de los colectores de flujo de entrada y salida pueden tener una forma cilíndrica con sección transversal circular.
La bomba de recirculación de suspensión 7080 comprende además cabezales de bomba derecho e izquierdo 8230a, 8230b acoplados de forma desmontable al cuerpo de bomba 8200 adyacente lateralmente a las cámaras de bombeo derecha e izquierda 8201, 8202 (véase, por ejemplo, FIGS. 64-65). Los cabezales de bomba pueden tener una configuración similar y pueden estar configuradas y construidas para proporcionar tanto una función de flujo como una función de cierre para las cámaras de bombeo, como se describe a continuación.
La función de flujo de cada cabezal de bomba 8230a, 8230b se proporciona por una pluralidad de pasos de flujo internos interconectados fluidamente que comprenden un orificio de flujo longitudinal 8231 acoplado fluidamente a los colectores de flujo de entrada y salida 8203, 8204, un orificio superior de ventilación 8232, y un orificio inferior de intercambio de suspensión 8233. A su vez, cada uno de los orificios superior de ventilación e inferior de intercambio de suspensión están cada uno acoplado fluidamente a un orificio de flujo longitudinal respectivo y a la cámara de bombeo derecha 8201 o a la segunda cámara de bombeo 8202, como se muestra. Cabe señalar que los orificios de flujo longitudinales 8231 sólo están conectados de forma fluida a las cámaras de bombeo 8201, 8202 a través de los orificios superior y de ventilación e inferior de intercambio de suspensión 8232, 8233. Todos los orificios pueden tener una configuración alargada (es decir, mayor longitud que diámetro) de forma cilíndrica con sección transversal circular. Cabe señalar que, aunque se puede hacer referencia a los puertos de "ventilación" e "intercambio de suspensión", cualquiera de los puertos tendrá una cierta cantidad de suspensión y aire que pasa a través de él durante las diversas etapas del ciclo de la bomba (por ejemplo, cebado, bombeo, lavado/limpieza y purga de aire).
Los orificios de flujo longitudinales 8231 de los cabezales de bomba 8230a, 8230b pueden estar orientados verticalmente y ser paralelos al eje longitudinal vertical LA de la bomba 7080. Esta orientación evita las acumulaciones de sedimentos de la suspensión dentro de los taladros. Los orificios superiores de ventilación e inferiores de intercambio de suspensión 8232, 8233 pueden estar orientados transversalmente a los orificios longitudinales 8231. Los orificios superiores de ventilación y los inferiores de intercambio de suspensión pueden estar orientados perpendicularmente a los orificios longitudinales. Los orificios superiores de ventilación 8232 pueden tener un diámetro menor que los orificios inferiores de intercambio de suspensión 8233 debido a la función de estos pasos de flujo. Los orificios superiores de ventilación 8232 están acoplados fluidamente a la porción del extremo superior de las cámaras de bombeo 8201, 8202 para expulsar el aire atrapado en las cámaras durante la carrera de bombeo hacia los orificios de flujo longitudinal 8231. Los orificios inferiores de intercambio de suspensión 8233 están acoplados de forma fluida a la parte final inferior de las cámaras de bombeo para expulsar los sedimentos de las cámaras durante la carrera de bombeo. Ventajosamente, esto evita que los sedimentos pesados de la suspensión se acumulen en las cámaras por efecto de la gravedad, lo que preserva la capacidad de bombeo al eliminar las restricciones de flujo causadas por las acumulaciones de sedimentos. Por lo tanto, los orificios inferiores de intercambio de suspensión 8233 pueden tener un diámetro mayor que los orificios superiores de ventilación 8232 y estar configurados para un flujo bidireccional/de dos vías durante las carreras de bombeo. La suspensión se introduce en las cámaras de bombeo a través de los orificios inferiores de intercambio de suspensión en una dirección durante la carrera de admisión de la bomba y se expulsa de nuevo fuera de la cámara en la dirección opuesta durante la carrera de descarga o bombeo, arrastrando cualquier partícula pesada o sedimento arrastrado en la suspensión fuera de las cámaras de bombeo 8201, 8202 con la suspensión. Los orificios superiores de ventilación 8232 pueden por lo tanto ser de menor diámetro, ya que su función principal es expulsar el aire atrapado en las cámaras durante la carrera de descarga (aunque alguna pequeña cantidad insignificante de suspensión podría ser expulsada con el aire). El orificio superior de ventilación, de menor diámetro, garantiza que se expulse preferentemente aire de las cámaras de bombeo, especialmente durante el arranque de la bomba y el inicio del ciclo de bombeo, en lugar de suspensión durante la carrera de bombeo, para eliminar el aire residual acumulado en las cámaras de bombeo cuando no están en funcionamiento. Una vez purgado el aire del sistema de bombeo y de las cámaras de bombeo, estos orificios 8232, 8233 comunicarán (es decir, intercambiarán) principalmente la suspensión entre los orificios longitudinales 8231 de los cabezales de bomba y las cámaras de bombeo 8201, 8202.
Cabe señalar que la presencia de los conductos de flujo internos (orificios de flujo 8231-8233) distingue a la presente bomba AODD 7080 de las bombas convencionales de tipo similar que utilizan únicamente una tapa o placa de cierre lisa sin conductos de flujo internos para encerrar las cámaras de bombeo. En tales diseños anteriores, el diafragma 8241 son carreras alternativas móviles completamente dentro de las cámaras de la bomba. En el presente diseño de bomba AODD, sin embargo, los diafragmas no entran en los orificios longitudinales 8231. Tanto las cámaras de la bomba como los diafragmas están físicamente separados/aislados de los orificios longitudinales creados a través de los cabezales de bomba por una pared divisoria 8231a formada por el material integral de los cabezales de bomba 8230a, 8230b mismos (véase, por ejemplo, la FIG. 7). Dicho de otra forma, la pared divisoria está formada integralmente por los cuerpos de los cabezales de bomba.
Una entrada 8232a, 8233a de cada uno de los orificios superior de ventilación 8232 e inferior de intercambio de suspensión 8233 en la primera cámara de bombeo puede comprender una depresión cóncava para facilitar la expulsión de suspensión y sedimentos arrastrados en la suspensión hacia el exterior de la primera cámara de bombeo (véase, por ejemplo, 69-70). En particular, al menos el orificio inferior de intercambio de suspensión puede comprender preferentemente la depresión cóncava, ya que una parte mayoritaria de la suspensión que entra y sale de las cámaras de bombeo 8201, 8202 se intercambia a través del orificio 8233 con el orificio longitudinal 8231 en los cabezales de bomba 8230a, 8230b. Para tal fin, la depresión cóncava asociada al orificio inferior de intercambio de suspensión 8233 puede extenderse hasta el fondo mismo de las cámaras de bombeo (véase, por ejemplo, 70) para evitar espacios muertos en el fondo de las cámaras, donde podrían acumularse los sedimentos pesados durante los repetidos ciclos de bombeo de la suspensión. Las entradas de orificios pueden, sin embargo, omitir la depresión cóncava.
La función de cierre de la cámara de bombeo comprende los cabezales de bomba 8230a, 8230b que está configurado para encerrar completamente la concavidad interior 8234a de las cámaras de bombeo 8201, 8202 definidas por el cuerpo de bomba 8200. Los cabezales de bomba definen una concavidad exterior 8234b de las cámaras de bombeo. Por consiguiente, cada uno de los cabezales de bomba comprende una concavidad exterior formada integralmente que coopera con una concavidad interior del cuerpo de bomba 8200 para formar un volumen total contiguo compartido que define colectivamente cada una de las cámaras de bombeo 8230a, 8230b. Cada una de las concavidades 8234a, 8234b puede ser complementaria y tener una pared curva 8234c que puede ser un espejo de la pared curva opuesta como se muestra en las FIGS. 7-8. Los orificios superior de ventilación e inferior de intercambio de suspensión 8232, 8233 penetran en las paredes arqueadas 8234c de las concavidades exteriores 8234b de los cabezales de bomba (véase, por ejemplo, FIGS. 64, 65, 68 y 70). Las paredes 8234c separan físicamente los orificios de flujo longitudinales 8231 de los cabezales de bomba de las cámaras de bombeo 8201, 8202.
Los cabezales de bomba 8230a, 8230b pueden formarse por una pieza o bloque monolítico sólido de material metálico o no metálico (por ejemplo, plástico) que define un cuerpo de los cabezales de bomba. Los orificios de flujo longitudinal 8231, el orificio superior de ventilación 8232 y los orificios inferiores de intercambio de suspensión 8233 descritos anteriormente en este documento pueden formarse integralmente con y en el bloque a través de cualquiera de moldeo, fundición y/o mecanizado (por ejemplo, taladrado/perforación) dependiendo en parte del tipo de material utilizado y del método de fabricación (por ejemplo, fundición, forjado, moldeo, etc.). Por lo tanto, los orificios 8231-8233 pueden tener una configuración cilíndrica con la correspondiente forma de sección transversal circular que forma pasos de flujo discretos que están separados de las cámaras de bombeo 8201, 8202 y no forman parte de ellas. Dicho de otra forma, las suspensiones sólo entran o salen de las cámaras de bombeo a través de los orificios 8231-8233, no directamente desde y hacia los colectores de entrada o salida 8203, 8204 a diferencia de los diseños de bombas AODD anteriores. Los cabezales de bomba 8230a, 8230b están configurados para un montaje desmontable en el cuerpo de bomba para acceder a los diafragmas para su sustitución y otras tareas de mantenimiento de la bomba. Los cabezales de bomba se pueden acoplar al cuerpo de bomba 8200 mediante elementos de sujeción roscados 8235 (FIG. 67).
La bomba de recirculación de suspensión AODD 7080 incluye además un mecanismo operativo o de bombeo que incluye un eje operativo 8240 lateralmente trasladable que comprende un diafragma 8241 resilientemente deformable unido a cada uno de los extremos opuestos del eje. Uno de los diafragmas está dispuesto en cada una de las cámaras de bombeo 8201, 8202. El eje 8240 está orientado perpendicularmente al eje longitudinal vertical LA de la bomba y es móvil en un movimiento alternativo de vaivén (por ejemplo, izquierda y derecha) durante las carreras de bombeo. Para los diafragmas 8241 puede utilizarse cualquier material elastomérico deformable elásticamente. El eje 8240 es preferentemente de metal.
Los diafragmas 8241 tienen una configuración generalmente redonda en forma de disco o circular. El borde periférico que se extiende circunferencialmente 8242 puede quedar atrapado entre los cabezales de bomba 8230a, 8230b y la porción central del cuerpo de bomba 8200 (mejor mostrado en las FIGS. 64-65) para asegurar los diafragmas en su lugar. Los extremos del eje de operación 8240 están acoplados fijamente a la porción central de los diafragmas de tal manera que el eje puede empujar o tirar de los diafragmas durante movimientos opuestos de las carreras de bombeo. Para el diafragma puede utilizarse cualquier material polimérico resiliente deformable con memoria elástica disponible en el mercado.
El mecanismo de bombeo es accionado por un sistema de distribución de aire 8250 configurado para inyectar o extraer como alternativa aire de las cámaras de bombeo 8201, 8202 para trasladar el eje hacia delante y hacia atrás durante las carreras de bombeo recíprocas. Las FIGS. 64-65 muestran esquemáticamente el sistema de distribución de aire. El sistema de distribución de aire incluye una fuente de aire a presión 8252 acoplada fluidamente a cada una de las cámaras 8201, 8202 mediante un conducto de aire 8251 que actúa tanto para suministrar aire a una de las cámaras durante la carrera de bombeo como para purgar aire de la otra cámara al mismo tiempo durante la carrera de retorno, y viceversa (véanse las flechas discontinuas de dirección del flujo de aire). Puede utilizarse cualquier sistema de distribución neumática (aire a presión) comercialmente disponible que se utilice normalmente con bombas AODD.
Dos juegos de válvulas de retención 8260a, 8260b se proporcionan para controlar alternativamente el flujo de suspensión dentro o fuera de los orificios de flujo longitudinales 8231 en cada cabezal de bomba 8230a, 8230b. Haciendo referencia a las FIGS. 64-70, una válvula de retención de entrada 8260a está acoplada fluidamente entre cada uno de los orificios de flujo longitudinales 8231 y el colector de flujo de entrada 8203. Una válvula de retención de salida 8260b está acoplada fluidamente entre cada uno de los orificios de flujo longitudinales y el colector de flujo de salida 8204. Las válvulas de retención de entrada están unidas de forma desmontable a un extremo superior de los cabezales de bomba, por ejemplo mediante sujetadores roscados 8267, y las válvulas de retención de salida están unidas a un extremo inferior de los cabezales de bomba de forma similar.
Las válvulas de retención 8260a, 8260b pueden ser válvulas de retención de tipo bola. Cada una de las válvulas de retención de bola incluye generalmente una bola 8261, una jaula de bola 8263, y cuerpo de válvula 8265 que define un pasaje de fluido interno 8262 que se extiende completamente a través de cada extremo de la válvula para la comunicación fluida con los orificios de flujo longitudinales del cabezal de bomba 8231 y los pasos de flujo de los colectores de entrada y salida 8203, 8204 (véase, por ejemplo, en las FIGS. 64, 65, 68 y 70). La bola y la jaula están dispuestas en el pasaje de fluido 8262 que puede tener cualquier forma adecuada. En cada cuerpo de válvula se forma un asiento de válvula anular 8264 dentro del pasaje de fluido 8262 para asentar la bola y cerrar uno de los pasajes de fluido. Los cuerpos de válvula 8265 pueden tener cualquier configuración poligonal o no poligonal adecuada. Cada cuerpo de válvula 8265 puede estar formado de un material metálico o no metálico adecuado (por ejemplo, plástico) y puede tener una estructura monolítica.
Se pueden proporcionar un par de placas de extremo 8266 cada una con un orificio de flujo 8266a. Los orificios de flujo 8266a están en comunicación fluida con el pasaje de fluido interno 8262 de los cuerpos de válvula como se muestra. La jaula de bolas 8263 puede estar fijamente unida a una de las placas de extremo de cada par. Las jaulas de bola 8263 pueden estar formadas por unos salientes de dedos 8263a separados circunferencialmente y alargados axialmente. Los salientes de dedos restringen y limitan el movimiento de la bola 8261. Las aberturas 8263b se forman entre las salientes de dedos 8263a para permitir que la suspensión pase a través y fuera de las válvulas de retención. La jaula de bola está configurada de tal manera que la bola se acopla a una porción de extremo de los salientes de dedos, pero no entra completamente entre los mismos para mantener las aberturas 8263b sin obstrucciones para poder la suspensión a través de las mismas. Cabe señalar que la placa final que incluye la jaula de flujo 8263 está unida al lado de salida o descarga de las válvulas de retención 8260a, 8260b (véase, por ejemplo, FIGS. 64-65). El asiento de válvula 8264 se encuentra en el lado de entrada de las válvulas. Para las válvulas retención de salida 8260b, el par de placas de extremo puede, por lo tanto, fijarse al mismo extremo del cuerpo de válvula y apilarse una encima de la otra, tal como se muestra.
Un proceso o método para bombear suspensión usando la bomba de recirculación de suspensión 7080 previamente descrita en el presente documento, será ahora resumido con referencia a las FIGS. 64-65. En estas figuras, las flechas de flujo de suspensión se muestran como sólidas y las flechas de flujo de aire se muestran como discontinuas.
El método generalmente incluye mover el eje operativo 8240 con diafragmas 8241 en una primera dirección (por ejemplo, derecha) que se muestra en la FIG. 64. El método continúa con la aspiración de suspensión desde el colector de entrada 8203 (acoplado fluidamente al bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 en el lado de admisión de la bomba) hacia la cámara de bombeo 8202 a través de la válvula de retención de entrada 8260a, y luego a través del orificio de flujo longitudinal 8231 y el orificio de intercambio de suspensión inferior formados cada uno en el cabezal de bomba izquierdo 8230b (véanse flechas de flujo de suspensión sólidas). La suspensión es arrastrada hacia el extremo inferior de la cámara a través del orificio de intercambio de suspensión 8233 por el vacío creado en el lado húmedo o fluido del diafragma izquierdo de la cámara de bombeo por el eje 8240 que se mueve hacia la derecha. El eje 8240 se desplaza lateral y linealmente en esta primera dirección aplicando presión de aire al lado seco o de gas del diafragma 8241 en la cámara de bombeo derecha opuesta 8201 (véanse las flechas de aire discontinuas). Simultáneamente, el aire se expulsa de la cámara de bombeo izquierda 8202 a través del sistema de distribución de aire 8250.
Una vez que la suspensión ha sido arrastrada a la cámara de bombeo izquierda 8202 debido al vacío creado dentro de la cámara por el movimiento del eje de operación 8240 y el diafragma 8241, el proceso continúa moviendo el eje de operación con diafragmas en una segunda dirección opuesta (por ejemplo, izquierda) a través del sistema de distribución de aire 8250 como se muestra en la FIG. 65. El diafragma 8241 en la cámara de bombeo izquierda 8202 presuriza la suspensión y lo expulsa de nuevo fuera del mismo orificio de intercambio de suspensión inferior 8233 (en dirección opuesta a la de llenado de la cámara) y dentro del orificio de flujo longitudinal 8231 en el cabezal de bombeo izquierdo 8203b. La suspensión expulsada o descargada vuelve a entrar y luego fluye hacia arriba en el orificio de flujo longitudinal 8231 a través de la válvula de retención de salida 8260b y hacia el colector de salida 8204 para descargarse nuevamente en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002.
Si bien la suspensión es expulsada de la cámara de bombeo izquierda 8202, el diafragma expulsa simultáneamente el aire que haya podido entrar en la cámara durante la anterior carrera de bombeo de entrada de suspensión a través del orificio superior de ventilación y hacia el orificio longitudinal de flujo 8231 en el cabezal de bomba izquierdo 8230b. Cualquier aire presente en la cámara de bombeo izquierda 8202 tendería a subir y acumularse en la porción del extremo superior de la cámara 8202 que es donde el puerto de ventilación está acoplado fluidamente a la cámara por esta razón.
El eje de operación 8240 accionado por aire de la bomba 7080 gira rápidamente a derecha e izquierda para repetir el proceso anterior y bombear/hacer circular la suspensión a través del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. Durante las carreras de admisión y descarga del bombeo, las válvulas de retención de entrada y salida 8260a, 8260b se abren y cierran como alternativa como se muestra en las FIGS. 64-65. Durante una carrera de admisión para cada cámara de bombeo 8201 u 8202, la válvula de retención de entrada se abre para introducir la suspensión en la cámara mientras que la válvula de retención de salida se cierra simultáneamente para evitar que la suspensión vuelva a la bomba desde el colector de salida 8204. A la inversa, el funcionamiento opuesto de la válvula se produce durante la carrera de bombeo.
Aunque la bomba de recirculación de suspensión 7080 se divulga como una bomba de diafragma doble accionado por aire (AODD), como alternativa, puede utilizarse un diafragma doble accionado eléctricamente (EODD) con los cabezales de bomba especialmente configurados divulgados en el presente documento. Las bombas de diafragma doble accionado eléctricamente, que utilizan un motor eléctrico y un mecanismo de engranajes o de leva para trasladar lateralmente el conjunto del eje de operación-diafragma, son bien conocidas en la técnica sin necesidad de entrar en detalles en el presente documento.
Aunque la bomba de recirculación de suspensión 7080 se divulga como una bomba de diafragma doble accionado por aire (AODD), la bomba puede ser una bomba de diafragma simple accionado por aire o eléctricamente que tenga un solo cabezal de bombeo, cámara de bombeo, y diafragma accionado por un eje de accionamiento que puede ser lineal o giratoriamente móvil para producir la acción de carrera de bombeo del diafragma. Se pueden utilizar más de dos diafragmas en la bomba de recirculación de suspensión, como alternativa, puede utilizarse un diafragma doble accionado eléctricamente (EODD) con los cabezales de bomba especialmente configurados divulgados en el presente documento. El eje accionado eléctricamente puede ser accionado por un motor eléctrico que puede incluir un mecanismo de engranaje y/o leva para accionar el diafragma.
Unidad de filtro fino
Volviendo a las FIGS. 34-35, la unidad de filtro fino 8080 en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 puede ser cualquiera de las unidades de filtro fino 8050 u 8060 descritas previamente en el presente documento. Los tamices de filtro de estas unidades están configurados para filtrar partículas sólidas más grandes o sedimentos en la suspensión de un tamaño que no son propicios para el posterior procesamiento y análisis de la suspensión en el subsistema de análisis químico 3003 y sus componentes, que pueden incluir diversos dispositivos de disco de procesamiento microfluídico que tienen canales de flujo de tamaño extremadamente pequeño o pasos fácilmente obstruidos por dichas partículas más grandes. Por el contrario, la unidad de filtro grueso 8020 tiene un tamaño de abertura de malla para bloquear los desechos de la suspensión agrícola e impedir que pasen al bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 y a los dispositivos del mismo, tal como se ha descrito anteriormente en el presente documento.
Dispositivo de medición de densidad de la suspensión
El dispositivo de medición de densidad de la suspensión 8070 en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 puede ser cualquier tipo adecuado de densímetro preferentemente digital operable para medir la densidad de suspensión en condiciones de flujo dinámico mientras la suspensión circula por el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 y en condiciones de flujo estático. El dispositivo 8070 puede ser cualquiera de los dispositivos de medición de densidad 7010 previamente divulgados de densímetros tipo oscilador de tubo en U. No obstante, pueden utilizarse otros densímetros digitales.
Dispositivo de medición de densidad de partículas sólidas agrícolas
El dispositivo de medición de densidad de partículas sólidas agrícolas (S.P.D.) 8060 en el bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002 puede ser cualquier dispositivo digital operable para medir la densidad del componente sólido o particulado de la suspensión agrícola acuosa. Los datos de densidad medidos por los sensores asociados con el dispositivo 8060 pueden utilizarse junto con las mediciones de densidad total de la suspensión del dispositivo de medición de densidad de la suspensión 8070 para caracterizar la relación agua/sólidos (agua/sólidos) de la suspensión que circulan a través del bucle de flujo de recirculación de suspensión 8002. Esta información puede utilizarse entonces para determinar la cantidad adecuada de agua que debe dosificarse y añadirse a la suspensión a través del dispositivo de agitación 8030 para alcanzar la relación objetivo agua/sólidos de la suspensión para su posterior procesamiento aguas abajo en el subsistema de análisis químico. Para el dispositivo de medición de S.P.D. 8060 puede utilizarse cualquier producto o circuito electrónico y los sensores asociados adecuados disponibles en el mercado, tales como, sin limitación, circuitos y sensores asociados utilizados en SmartFirmer de Precision Planting, LLC de Tremont, Illinois, que se describen en los documentos WO2014/153157, WO2014/186810, WO2015/171908, US20180168094, WO2019070617, y/o WO2020161566.
Los aparatos, dispositivos y componentes descritos en el presente documento pueden estar hechos de cualquier material metálico, materiales no metálicos (por ejemplo, plástico) adecuados, y combinaciones de los mismos adecuados para su aplicación descrita en el presente documento y las condiciones de servicio previstas.
La bomba de suspensión principal 7081 descrita anteriormente en el presente documento puede configurarse igual que la bomba de recirculación de suspensión 7080 descrita anteriormente y ser también una bomba de diafragma doble accionada por aire (AODD). Por consiguiente, este diseño de bomba AODD aquí divulgado puede utilizarse para la bomba de suspensión principal o para la bomba de recirculación.
Aunque la descripción y los dibujos anteriores representan algunos sistemas ilustrativos, se entenderá que varias adiciones, pueden introducirse modificaciones y sustituciones sin apartarse del alcance y la gama de equivalencias de las reivindicaciones adjuntas. En particular, será evidente para los expertos en la materia que la presente invención puede incorporarse en otras formas, estructuras, disposiciones, proporciones, tamaños, y con otros elementos, materiales y componentes, sin apartarse de sus características esenciales. Además, pueden realizarse numerosas variaciones en los métodos/procesos descritos en el presente documento. Un experto en la materia apreciará además que la invención puede utilizarse con muchas modificaciones de estructura, disposición, proporciones, tamaños, materiales y componentes y otros, utilizados en la práctica de la invención, que se adaptan particularmente a entornos y requisitos operativos específicos sin apartarse de los principios de la presente invención. Por lo tanto, las realizaciones divulgadas a continuación deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas, estando definido el alcance de la invención por las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes, y no se limita a la descripción o a las realizaciones anteriores. En cambio, las reivindicaciones adjuntas deben interpretarse en sentido amplio, para incluir otras variantes y realizaciones de la invención, que pueden ser realizadas por los expertos en la materia sin apartarse del alcance y rango de equivalentes de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un acumulador en línea (8050) para moderar la presión en un sistema de conductos de flujo de suspensión (8000), comprendiendo el acumulador en línea (8050):
un cuerpo (8051a, 8051b) que define una cámara alargada (8053);
un diafragma deformable y elástico (8054) que divide la cámara (8053) en una subcavidad superior (8053a) configurada para ser precargada con un gas inerte y una subcavidad inferior (8053b) configurada para transportar suspensiones;
definiendo la subcavidad inferior (8053b) una línea central longitudinal geométrica (C1) de la cavidad;
una entrada de suspensión (8055) formada en un primer extremo de la subcavidad inferior (8053b) y una salida de suspensión (8056) formada en un segundo extremo opuesto de la subcavidad inferior (8053b), estando la entrada de suspensión (8055) y la salida de suspensión (8056) alineadas coaxialmente entre sí y definiendo un eje de flujo longitudinal (Lf) que se extiende entre las mismas;
estando el eje de flujo longitudinal (Lf) definido por la entrada de suspensión (8055) y la salida de suspensión (8056) desplazado verticalmente con respecto a la línea central de la cavidad longitudinal (C1) de la subcavidad inferior (8053b);
en donde el diafragma (8054) se deforma debido a los aumentos o disminuciones de presión de la suspensión para mantener una presión constante en el sistema de conductos de flujo de suspensiones (8000),
y en donde la subcavidad inferior (8053b) comprende una artesa alargada longitudinalmente (8053c) formada en el fondo del cuerpo (8051b) en la subcavidad inferior (8053b) configurada para recoger y mover los sedimentos arrastrados en las suspensiones a través de la subcavidad inferior (8053b) a medida que las suspensiones fluyen.
2. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la suspensión fluye a través de la subcavidad inferior (8053b) de la entrada de suspensión (8055) a la salida de suspensión (8056) en un trayecto de flujo lineal.
3. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la artesa (8053c) se extiende a lo largo de una longitud del cuerpo (8051b) completamente entre la entrada de suspensión (8055) y la salida de suspensión (8056).
4. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1 o 3, en donde la artesa (8053c) está alineada coaxialmente con la entrada (8055) y la salida (8056) de suspensión.
5. El acumulador (8050) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la artesa (8053c) tiene una forma de sección transversal semicircular.
6. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la artesa (8053c) tiene una forma de sección transversal diferente a la de la subcavidad inferior (8053b).
7. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la subcavidad inferior (8053b) tiene una forma de sección transversal sustancialmente en V.
8. El acumulador (8050) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la subcavidad inferior (8053b) está formada por paredes laterales cóncavas (8053d) inclinadas y convergentes curvadas en forma de arco del cuerpo (8051a, 8051b) del acumulador (8050) que se cruzan con la artesa (8053c).
9. El acumulador (8050) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde la entrada de suspensión (8055) y la salida de suspensión (8056) están situadas en el fondo de la subcavidad inferior (8053b).
10. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la subcavidad inferior (8053b) tiene un área de sección transversal del trayecto de flujo que no supera 30 veces el área de sección transversal mínima de la entrada de suspensión (8055) o la salida de suspensión (8056) del acumulador (8050).
11. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde cada una de la entrada de suspensión (8055) y la salida de suspensión (8056) tiene la misma área de sección transversal.
12. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la subcavidad inferior (8053b) tiene una forma de sección transversal sustancialmente en V.
13. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 12, en donde la subcavidad superior (8053a) tiene una forma de sección transversal sustancialmente en V configurada de forma complementaria a la forma de sección transversal de la subcavidad inferior (8053b).
14. El acumulador (8050) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde el diafragma (8054) está intercalado y atrapado entre la primera y la segunda medias secciones del cuerpo (8051a, 8051b) que se acoplan de forma desmontable.
15. El acumulador (8050) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el acumulador (8050) incluye un puerto de gas presurizado dispuesto para precargar la subcavidad superior (8053a) con el gas inerte.
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