BRPI0709391A2

BRPI0709391A2 - dispositivo de irrigação

Info

Publication number: BRPI0709391A2
Application number: BRPI0709391-8A
Authority: BR
Inventors: Mark Tonkin
Original assignee: Design Tech & Innovation Ltd
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2011-07-05
Also published as: IL194023A; JP5232659B2; US20130205655A1; MX2008011604A; WO2007105007A1; EG24880A; GB2436222A; JP2009529866A; ZA200808855B; KR20090010959A; AR059840A1; EP2003951B1; AU2007226318A1; US20130205656A1; GB0705105D0; CA2647053A1; KR101071512B1; EP2003951A1; AR082580A2; CL2007000674A1

Abstract

DISPOSITIVO DE IRRIGAçãO. A presente invenção refere-se a sistemas de irrigação para irrigar um meio de crescimento. Os sistemas de irrigação da invenção compreendem uma membrana hidrofílica tubular helicoidal ou uma membrana hidrofílica tubular corrugada. A presente invenção também refere-se a métodos para irrigar um meio de crescimento, e membranas hidrofílicas tubulares helicoidais para uso em um sistema de irrigação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE IRRIGAÇÃO".

A presente invenção refere-se geralmente a dispositivos de irri-gação para enterrar em um meio de crescimento a ser irrigado.

Antecedentes da Invenção

É conhecido o uso de uma membrana hidrofílica para prover u-midade a um meio de crescimento e/ou irrigar plantas. O documento WO-A-99/40031, por exemplo, descreve um método para prover umidade para ummeio de crescimento em que o vapor de água passa através de uma mem-brana hidrofílica não porosa via o processo de per-vaporação. A membranahidrofílica é feita de um polímero hidrofílico tal como um elastômero de copo-liéter éster, poliéter-poliamida em bloco, poliéter uretano, ou poli(álcool viníli-co). Em uma modalidade descrita nesse documento a membrana forma umrecipiente que é enterrado no meio de crescimento. O recipiente é providocom água e a água então passa através da membrana e é transmitida para omeio de crescimento como vapor de água via o processo de per-vaporação.Água contaminada pode ser usada nos métodos descritos nesse documentouma vez que a membrana hidrofílica limite a passagem de contaminantes nomeio de crescimento.

Similarmente, o documento WO-A-01/10192 descreve um dispo-sitivo de irrigação compreendendo um recipiente para água em que o recipi-ente compreende uma membrana hidrofílica e uma superfície que é imper-meável à água em todas as formas. O recipiente pode ser completamenteenterrado em um meio de crescimento. O documento WO-A-01/10193 des-creve um método para modificar o crescimento da raiz da planta em que asraízes da planta crescem em proximidade imediata a uma membrana hidrofí-lica que libera água conforme as raízes crescem. A membrana pode ser naforma de um cilindro vedado que é enterrada no meio de crescimento e co-nectada a uma fonte de água.

Em todos os sistemas acima o recipiente formado a partir damembrana hidrofílica é vedado de modo a impedir o vazamento de contami-nantes no meio de crescimento e/ou permitir fechar o controle do suprimentode água ao meio de crescimento. Se a membrana tivesse quaisquer orifícios,ou se a membrana tivesse rompido durante o uso, os contaminantes vazari-am para o meio de crescimento e a água vazaria fora do recipiente e jorrariado meio de crescimento.

O requerente percebeu que quando as membranas hidrofílicasentram em contato com a água elas absorvem água e podem expandir. Umtubo feito de um elastômero de copoliéter éster, por exemplo, pode expandirpor pelo menos tanto quanto 10% longitudinalmente do seu comprimentoquando hidratado. Isso pode causar problemas se a membrana estiver enter-rada em um meio de crescimento como no caso dos métodos acima, quandoo aumento no tamanho da membrana não puder ser acomodado no espaçoenvolto no meio de crescimento. Para um tubo que é de 30 m de compri-mento, por exemplo, um extra de 3 m em comprimento pode ter que ser a-comodado quando o tubo se tornar hidratado. Se a expansão não puder seracomodada, a membrana pode se tornar comprimida ou distorcida e, porconseguinte, rompida e quebrada permitindo que a água contaminada vazepara o meio de crescimento. O tubo pode também dobrar sobre ele mesmodentro do espaço confinado do meio de crescimento o que impediria a pas-sagem ou fluxo de água e assim reduziria sua eficácia.

É um objetivo da invenção prover um aparelho de irrigação quepelo menos parcialmente alivie os problemas antes mencionados.

Quando visto de um primeiro aspecto a presente invenção provêuma membrana hidrofílica tubular para enterrar em um meio de crescimento,o dito tubo sendo formado em uma hélice.

Em um segundo aspecto, a invenção provê um sistema de irri-gação que compreende uma membrana hidrofílica tubular helicoidal enterra-da em um meio de crescimento.

Quando a membrana tubular helicoidal da espécie descrita aci-ma é enterrada em um meio de crescimento e provida com água, a expan-são da membrana hidrofílica e, por conseguinte, a expansão do tubo ao lon-go do seu comprimento pode ser acomodada mais facilmente pela confor-mação helicoidal uma vez que a pressão exercida pela expansão do tubo nomeio circundante é então distribuída ao longo do seu comprimento em vezde ser confinada às duas extremidades. Em outras palavras a expansão li-near absoluta ao longo do eixo da membrana é reduzida. Como demonstra-do na figura 1, quando um tubo desidratado 1 "direto" é provido com águaele pode expandir ao longo do seu comprimento. O tubo hidratado 2 podeser 10% mais longo do que o tubo desidratado 1, por exemplo. No entanto,como mostrado na figura 2, quando o tubo desidratado é enrolado em umahélice 3, o aumento no comprimento do tubo mediante hidratação é acomo-dado por expansão em três dimensões. Em particular, o aumento no com-primento do tubo faz com que o diâmetro da hélice hidratada 4 aumente tan-to quanto o comprimento da hélice. Isso significa que a expansão em qual-quer uma direção é minimizada e a expansão é, por conseguinte, mais fa-cilmente acomodada. Isso significa que a membrana é menos provável deruptura ou dobra. As desvantagens discutidas acima são, por conseguinte,reduzidas.

A conformação helicoidal também leva em conta uma área desuperfície variável controlada para a per-vaporação por aumento ou diminui-ção da área de superfície da membrana hidrofílica que é usada em qualquerespaço envolto particular. Isso significa que uma densidade de irrigaçãomaior ou menor pode ser obtida, como desejado.

Em um terceiro aspecto, a invenção provê um método de irrigarum meio de crescimento, o dito método compreendendo passar a água atra-vés de uma membrana hidrofílica tubular helicoidal enterrada em um meiode crescimento, de modo que a água passe através da membrana hidrofílicae no meio de crescimento via o processo de per-vaporação.

Em um quarto aspecto, a presente invenção provê um sistemade irrigação compreendendo uma membrana hidrofílica tubular corrugadaenterrada em um meio de crescimento.

Quando uma membrana tubular corrugada da espécie descritaacima é enterrada em um meio de crescimento e provida com água, a ex-pansão da membrana hidrofílica e, por conseguinte, a expansão do tubo aolongo do seu comprimento pode ser acomodada pela natureza corrugada datubulação. Em particular, a distância entre as estrias e ranhuras da tubula-ção corrugada pode encurtar de modo a acomodar o material de membranaadicional. Em outras palavras, as estrias e ranhuras na parede do tubo po-dem comprimir em uma ação similar à compressão de uma sanfona. Porconseguinte, a expansão do comprimento total da tubulação pode ser mini-mizada.

Em um quinto aspecto, a invenção provê um método de irrigarum meio de crescimento o dito método compreendendo passar água atravésde uma membrana hidrofílica tubular corrugada enterrada em um meio decrescimento, de modo que a água passe através da membrana hidrofílica eno meio de crescimento via o processo de per-vaporação.

Em uma modalidade particularmente preferida da invenção amembrana hidrofílica tubular é corrugada e o tubo corrugado é formado emuma hélice. De acordo com essa modalidade, a expansão da membrana po-de ser acomodada por compressão das estrias e ranhuras na tubulação cor-rugada, e por expansão da membrana em três dimensões. Por conseguinte,a expansão da membrana pode ser acomodada. Além disso, a tubulaçãocorrugada tem a flexibilidade aumentada quando comparada a uma tubula-ção não-corrugada e pode, por conseguinte, ser facilmente formada em umahélice.

As membranas tubulares da invenção poderiam, como na técni-ca anterior, ser usadas como um recipiente de água estática que é reenchidoe é esvaziado. Preferivelmente ainda que as extremidades das membranastubulares não sejam vedadas, o que permite que a água seja descarregadaatravés do tubo sem remover o tubo do meio de crescimento.

De acordo com uma modalidade preferida, a fonte de água com-preende impurezas tais como impurezas dissolvidas ou impurezas suspen-sas, particularmente sais, poluentes ou materiais biológicos, tais como bac-térias ou viroses. Em uma modalidade particularmente preferida a fonte deágua compreende água salgada tal como água do mar ou água salobra.

Quando a água que compreende impurezas é usada como afonte de água, as impurezas são contidas dentro da membrana tubular e nãopassam para o meio de crescimento.

Preferivelmente as extremidades da membrana tubular são a-cessíveis de modo que a água pode ser provida à membrana sem perturbaro meio de crescimento.

O termo helicoidal não deve ser considerado significar que aconformação do conduíte é uma hélice matemática estrita. Por exemplo, to-das as alças da hélice não necessitam ser do mesmo tamanho ou do mesmoespaçamento.

Por um tubo corrugado é pretendido ser um tubo formado tantode anéis espaçados discretos quanto de uma hélice ou espiral, se o materialentre os anéis ou alças da hélice ou espiral for flexível de modo que elespossam se mover em direção ou para longe uns dos outros. Tal tubulação éas vezes conhecida como "tubulação de sanfona". Contudo os anéis ou la-ços não precisam ser do mesmo tamanho e/ou terem o mesmo espaçamen-to. Os anéis ou hélice ou espiral podem ser de material diferente do tubo eanexados a ele, mas preferivelmente eles ou ele é(são) formado(s) do pró-prio tubo - por exemplo, por formação da superfície do tubo em um perfil on-dulado ou de dente de serra.

As membranas tubulares da invenção podem ter qualquer seçãotransversal, por exemplo, circular, oval, quadrada etc.

Por per-vaporação é para ser entendido o processo em que umdado solvente permeia em uma membrana ou revestimento não-poroso, étransportado através da membrana e é subseqüentemente liberado da faseoposta da membrana ou do revestimento na forma de vapor. Portanto, é di-ferente dos processos conhecidos de filtração, destilação ou osmose reversaem que o produto é um vapor e não um líquido. Se o solvente é água, mem-branas hidrofílicas não porosas são adequadas para per-vaporação, porquea água é prontamente absorvida por, transportada através e liberada de talmembrana.

"Membrana hidrofílica" significa uma membrana não porosa queabsorve água, isto é, que permite que a água passe através dela. Se há umgradiente de umidade através da membrana hidrofílica, essa água absorvidapode se difundir através da espessura da membrana e pode ser emitida desua face oposta. Membranas ou revestimentos hidrofílicos, daqui por diantecoletivamente referidos como membranas neste relatório descritivo, caracte-rizam taxas de transmissão de vapor de água suficientemente alta, comodefinido abaixo, de modo que a água que passou através da membranapossa ser usada diretamente para irrigar plantas e similares. Tais membra-nas podem compreender uma ou mais camadas individuais feitas de materi-ais que incluem, mas sem limitação, polímeros hidrofílicos iguais ou diferen-tes. Desde que a taxa de permeação de vapor de água da membrana nototal seja suficientemente alta, essa água pode ser fornecida em uma taxaconsistente com seu uso em uma aplicação prática dada conforme descrito.

A natureza não-porosa das membranas descritas aqui serve para excluirquaisquer impurezas articuladas de passarem através de tal membrana, in-clusive micróbios, tais como bactérias ou vírus. Além disso, foi constatadoque membranas feitas dos polímeros hidrofílicos descritos na presente in-venção reduzem ou impedem significantemente a passagem dos sais dissol-vidos. Portanto, a capacidade de usar não somente água fresca, mas tam-bém água que pode conter impurezas em suspensão ou dissolvidas, paraproduzir quantidades desejadas de água purificada por per-vaporação permi-te que água salina, incluindo, mas sem limitação, água do mar ou água salo-bra, depois do processamento através do aparelho englobando a presenteinvenção seja usada para irrigar a terra e manter o crescimento de plantas,e/ou para liberação controlada de vapor de água no ambiente.

A membrana hidrofílica pode estar presente ou na forma de umaestrutura não suportada ou revestida sobre ou aderida a um material de su-porte.

Materiais de suporte úteis incluem papéis, tecidos e telas teci-das, não-tecidas ou coladas permeáveis a vapor de água, incluindo aquelesconstruídos de fibras de polímeros orgânicos e inorgânicos estáveis à umi-dade tal como polietileno, polipropileno, fibra de vidro e similares. O materialde suporte tanto aumenta a resistência quanto protege a membrana. O ma-terial de suporte pode ficar disposto somente sobre um lado da membranade polímero hidrofílico ou sobre ambos os lados. Quando dispostos somentesobre um lado, o material de suporte pode ficar em contato com a fonte deágua ou longe dela. Tipicamente, o material de suporte fica disposto no ladode fora dos tubos formados pela membrana de polímero hidrofílico para maisbem proteger a membrana da degradação física.

A taxa em que a água per-vapora através da membrana feita dopolímero hidrofílico depende, entre outros fatores, do conteúdo de umidadeno lado sem água. Por conseguinte, os sistemas de irrigação da presenteinvenção são auto-regulação e podem ser "passivos" em natureza, provendomais água para as plantas sob condições secas e menos sob condições ú-midas.

No contexto dessa descrição, as membranas hidrofNicas parauso com o aparelho incorporando a invenção compreendem um ou mais po-límeros hidrofílicos. "Polímeros hidrofílicos" significam polímeros que absor-vem água quando em contato com a água líquida em temperatura ambientede acordo com a especificação ISO 62 da especificação da Organização dePadrões Internacionais (equivalente à especificação ASTM D 570 da Socie-dade Americana para Teste e Materiais).

Uma membrana hidrofílica preferida compreende um polímerohidrofílico tendo uma taxa de transmissão de vapor de água (WVTR) de a-cordo com ASTM E96-95 (Procedimento BW) de pelo menos 400 g/m2/24h,medida usando ar em 23°C e 50% de umidade relativa em uma velocidadede 3 m/s em um filme de 25 mícron de espessura total. Uma camada demembrana hidrofílica mais preferida compreende um polímero hidrofílicotendo uma taxa de transmissão de vapor de água de acordo com ASTME96-95 (Procedimento BW) de pelo menos 3500 g/m2/24h, medida usandoar em 23°C e 50% de umidade relativa em uma velocidade de 3 m/s em umfilme de 25 mícron de espessura total.

O polímero hidrofílico pode ser um ou uma mistura de diversospolímeros, por exemplo, o polímero hidrofílico pode ser um elastômero copo-liéter éster ou uma mistura de dois ou mais elastômeros copoliéter éster co-mo descrito abaixo, tais polímeros disponíveis de E.l. du Pont de Menoursand Company sob o nome comercial Hytrel®; ou um poliéter-poliamida embloco ou uma mistura de dois ou mais poliéter-poliamidas em bloco, tal comopolímeros disponíveis de Elf-Atochem Company de Paris, França sob o no-me comercial de PEBAX; ou um poliéter uretano ou uma mistura de poliéte-res uretanos; ou homopolímeros ou copolímeros de poli(álcool vinílico) ouuma mistura de homopolímeros ou copolímeros de poli(álcool vinílico).

Um polímero particularmente preferido é um elastômero de co-poliéter éster ou uma mistura de dois ou mais elastômeros de copoliéter és-ter tendo uma multiplicidade de unidades de éster de cadeia longa recorren-tes e unidades de éster de cadeia curta recorrentes unidas de cabeça à cau-da através de ligações éster em que as unidades de éster de cadeia longasão representadas pela formula:

<formula>formula see original document page 9</formula>

e as ditas unidades de éster de cadeia curta são representadas pela fórmula:

<formula>formula see original document page 9</formula>

em que:

a) G é um radical divalente que permanece depois da remoçãodos grupos hidroxila terminal de um poli(óxido de alquileno)glicol tendo umpeso molecular médio numérico de cerca de 400 a 4000

b) R é um radical divalente que permanece depois da remoçãodos grupos carboxila de um ácido dicarboxílico tendo um peso molecularmenor que 300;

c) D é um radical divalente que permanece depois da remoçãode grupos hidroxila de um diol que tem um peso molecular menor que cercade 250; opcionalmente

d) o copoliéter éster contém de O a 68% em peso com base nopeso total do copoliéter éster, grupos de oxido de etileno incorporados nasunidades de éster de cadeia longa do copoliéter éster; e

e) o copoliéter éster contém cerca de 25 a 80% em peso de uni-dades de éster de cadeia curta.

Esse polímero preferido é adequado para fabricar membranas,filmes e revestimentos delgados, mas fortes. O polímero preferido, elastôme-ro de copoliéter éster e métodos para fabricar o mesmo são conhecidos datécnica, tais como descritos na patente US 4.725.481 para elastômero decopoliéter éster com uma WVTR de 3500 g/m2/24h, ou patente US4.769.273 para um elastômero de copoliéter éster com uma WVTR de 400 a2500 g/m2/24h. Ambas são aqui incorporadas a título de referência.

O polímero hidrofílico pode ser formulado com estabilizantes an-tioxidantes, estabilizantes ultravioleta, estabilizantes de hidrólise, corantesou pigmentos, cargas, reagentes antimicrobianos e similares.

O uso de polímeros hidrofílicos comercialmente disponíveis co-mo membranas é possível no contexto da presente invenção, embora sejamais preferível usar elastômeros de copoliéter éster tendo uma WVRT deacordo com ASTM E96-95 (procedimento BW) de mais que 400 g/m2/24hmedida uma espessura de filme de 25 mícron usando ar a 23°C e 50% deumidade relativa em uma velocidade de 3 m/s. Mais preferido é o uso demembranas feitas de elastômeros de copoliéter éster comercialmente dispo-níveis tendo uma WVRT de acordo com ASTM E96-95 (procedimento BW)de mais que 3500 g/m2/24h medida uma espessura de filme de 25 mícronusando ar a 23°C e 50% de umidade relativa em uma velocidade de 3 m/s.

No contexto desse relatório descritivo, "um meio de crescimento"é um meio no qual as raízes das plantas crescem. Portanto, o termo "meiode crescimento" inclui solos naturais ou solos modificados artificialmente u-sados, sem limitação na agricultura, horticultura e hidroponia. Esses solosincluem várias quantidades de areia, silte, argila e humo. "Meio de cresci-mento" inclui também, mas sem limitação, outros materiais usados paracrescimento de plantas tais como vermiculita, perlita, musgo de turfa, troncosde árvores samambaia despedaçados, cortados ou cascas de árvores des-pedaçadas e cascas de cocos despedaçadas.

Claims

1. Sistema de irrigação compreendendo uma membrana hidrofí-lica tubular corrugada enterrada em um meio de crescimento.

2. Sistema de irrigação compreendendo uma membrana hidrofí-lica tubular helicoidal enterrada em um meio de crescimento.

3. Sistema de irrigação de acordo com a reivindicação 1, emque a dita membrana hidrofílica tubular corrugada é formada em uma hélice.

4. Sistema de irrigação de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 3, em que a dita membrana hidrof ílica é revestida ou aderida aum material de suporte.

5. Sistema de irrigação de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 4, em que a dita membrana hidrofílica compreende um políme-ro hidrofílico tendo uma taxa de transmissão de vapor de água de acordocom ASTM E96-95 (Procedimento BW) de pelo menos 400 g/m2/24h, medi-da usando ar em 23°C e 50% de umidade relativa em uma velocidade de 3m/s em um filme de 25 mícrons de espessura total.

6. Sistema de irrigação de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 5, em que a dita membrana hidrofílica compreende um elastô-mero copoliéter éster ou uma mistura de dois ou mais elastômeros de copo-liéter éster; um poliéter-poliamida em bloco ou uma mistura de dois ou maispoliéter-poliamidas em bloco; um poliéter uretano ou uma mistura de dois oumais poliéter uretanos; ou um homopolímero ou copolímero de poli(álcoolvinílico) ou uma mistura de dois ou mais homopolímeros ou copolímeros depoli(álcool vinílico).

7. Sistema de irrigação de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 6, em que a dita membrana hidrofílica compreende um elastô-mero copoliéter éster ou mistura de dois ou mais elastômeros copoliéter és-ter tendo uma multiplicidade de unidades de éster de cadeia longa recorren-tes e unidades de éster de cadeia curta recorrentes unidas de cabeça à cau-da através de ligações éster em que as unidades de éster de cadeia longasão representadas pela formula:<formula>formula see original document page 12</formula>e as ditas unidades de éster de cadeia curta são representadas pela fórmula:<formula>formula see original document page 12</formula>em que:a) G é um radical divalente que permanece depois da remoçãodos grupos hidroxila terminal de um poli(óxido de alquileno)glicol tendo umpeso molecular médio numérico de cerca de 400 a 4000b) R é um radical divalente que permanece depois da remoçãodos grupos carboxila de um ácido dicarboxílico tendo um peso molecularmenor que 300;c) D é um radical divalente que permanece depois da remoçãode grupos hidroxila de um diol que tem um peso molecular menor que cercade 250; opcionalmented) o copoliéter éster contém de 0 a 68% em peso com base nopeso total do copoliéter éster, grupos de óxido de etileno incorporados nasunidades de éster de cadeia longa do copoliéter éster; ee) o copoliéter éster contém cerca de 25 a 80% em peso de uni-dades de éster de cadeia curta.

8. Sistema de irrigação de acordo com qualquer uma das reivin-dicações 1 a 7, em que a dita membrana hidrofílica compreende um elastô-mero copoliéter éster tendo taxa de transmissão de vapor de água de acordocom ASTM E96-95 (Procedimento BW) de mais de 400 g/m2/24h, medidaem um filme de 25 mícrons de espessura usando ar em 23°C e 50% de umi-dade relativa em uma velocidade de 3 m/s.

9. Método de irrigar um meio de crescimento o dito método com-preendendo passar água de uma fonte de água através de uma membranahidrofílica tubular corrugada enterrada em um meio de crescimento, de modoque a água passe através da membrana hidrofílica e no meio de crescimento.

10. Método de irrigar um meio de crescimento, o dito métodocompreendendo passar água de uma fonte de água através de uma mem-brana hidrofílica tubular helicoidal enterrada em um meio de crescimento, demodo que a água passe através da membrana hidrofílica e no meio de crescimento.

11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, em que aágua da fonte de água que permeia para a membrana hidrofílica, é transpor-tada através da membrana e é subseqüentemente liberada da face opostada membrana na forma de vapor de água.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, em que as extremidades da membrana tubular não são vedadas, e emque a água é descarregada através do tubo sem remover o tubo do meio decrescimento.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, em que a fonte de água compreende impurezas selecionadas de impu-rezas dissolvidas, impurezas suspensas, poluentes, ou materiais biológicose em que as impurezas estão contidas dentro da membrana tubular e nãopassam para o meio de crescimento.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, em que a fonte deágua compreende sal.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, em que a dita membrana hidrofílica é como definida em qualquer umadas reivindicações 4 a 8.

16. Membrana hidrofílica tubular para enterrar em um meio decrescimento, o dito tubo sendo formado em uma hélice.

17. Membrana hidrofílica tubular de acordo com a reivindicação 16, em que o dito tubo é corrugado e o tubo corrugado é formado em umahélice.

18. Membrana hidrofílica tubular de acordo com a reivindicação 16 ou reivindicação 17, em que a dita membrana hidrofílica é como definidaem qualquer uma das reivindicações 4 a 8.