BRPI0916114B1 - 'Apparatus and method for operating a group of pressure-compensated scrapers normally closed at relatively low liquid flow rates' - Google Patents

Description

“APARELHO E MÉTODO PARA OPERAR UM GRUPO DE GOTEJADORES COMPENSADOS POR PRESSÃO NORMALMENTE FECHADOS A TAXAS DE FLUXO LÍQUIDO RELATIVAMENTE BAIXAS” Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um aparelho e método de irrigação e, mais particularmente, a um aparelho e método para operar gotejadores compensados por pressão a baixas taxas de fluxo.

[002] O fluxo mínimo de gotejadores compensados por pressão (CP) convencionais usados em irrigação é de cerca de 0,000278 L/s (1 L/hr). A presente invenção trata de gotejadores CP normalmente fechados (NF) (CPNF) que operam a taxas de fluxo relativamente mais baixas.

Antecedentes da Invenção [003] As taxas de fluxo de gotejadores convencionais e gotejadores CP são muito mais altas do que as taxas de fluxo necessárias para satisfazer as exigências de água das plantas. É isso que torna os sistemas de irrigação por gotejamento complicados e dispendiosos, e é esse o motivo pelo qual os sistemas de irrigação por gotejamento são, usualmente, projetados para operar em diversos conjuntos com o uso de muitas válvulas automáticas, computadores de irrigação, etc.

[004] A água que flui a partir de um único gotejador convencional para o chão forma um volume umidificado em formato de cebola de solo. Em solos leves, o formato de cebola parece mais com um cilindro longo e estreito. Tais formatos de cebola longos e estreitos desperdiçam quantidades substanciais de água e fertilizantes através de uma percolação profunda.

[005] Conforme é conhecido, os solos têm uma capacidade limitada de armazenar água. Quando água é aplicada em grandes quantidades em cada ciclo de irrigação, a água em excesso é descartada através de escoamento por baixo das zonas das raízes das plantas.

[006] A maioria das plantas se desenvolve muito mais rápido quando o solo é mantido continuamente a uma alta umidade e a uma baixa tensão de água, enquanto, ao mesmo tempo, é bem aerado.

[007] Quando, por exemplo, um viveiro inclui 100.000 plantas em vaso, a fim de irrigar simultaneamente as 100.000 plantas com o uso de gotejadores CP convencionais, sendo que cada um opera a um fluxo de 0,000278 L/s (1 L/hr), um fluxo total de 27,8 L/s (100.000 L/hr) é necessário. Se, ao invés disso, cada gotejador for operado a um fluxo de CP de 0,0000278 L/s (0,1 L/hr), uma taxa de fluxo total de somente 2,78 L/s (10.000 L/hr) é necessária para operar simultaneamente o sistema de irrigação.

[008] Os gotejadores CP que operam a uma baixa taxa de vazão de menos de 0,000139 L/s (0,5 L/hr) não estão disponíveis no mercado, já que são altamente suscetíveis a entupimento.

[009] Para aplicações diferentes e para solucionar alguns dos problemas descritos acima, há uma necessidade de gotejadores CP que operem a vazões relativamente mais baixas.

Descrição da Invenção [010] Portanto, a presente invenção refere-se a um aparelho e a um método para operar os gotejadores CPNF a taxas de vazão muito baixas, por exemplo, a taxas de vazão de somente 0,0000278 L/s (0,1 L/hr), ou menos.

[011] De acordo com a presente invenção, é fornecido, portanto, um aparelho para operar um grupo de gotejadores compensados por pressão normalmente fechados a taxas de vazão líquida relativamente baixas, o qual compreende um dispositivo de pulsação tendo uma entrada e uma saída, e o qual converte uma baixa taxa de vazão líquido contínuo que entra em sua entrada, através de uma unidade de controle de vazão, a uma alta taxa de vazão intermitente e pulsante expelida através de sua saída, uma tubulação (102) que tem uma entrada conectada à saída do dito dispositivo de pulsação, um grupo de gotejadores compensados por pressão normalmente fechados conectados à dita tubulação, em que o dito dispositivo de pulsação converte uma baixa taxa de vazão contínua de líquido que entra em sua entrada, através da unidade de controle de vazão, a uma alta taxa de vazão intermitente e pulsante que é expelida a partir de sua saída e que flui a partir de sua saída através da entrada da dita tubulação e através do dito grupo de gotejadores compensados por pressão normalmente fechado conectados à dita tubulação, para fora dos gotejadores, a uma baixa taxa de vazão compensada por pressão.

[012] A invenção fornece, ainda, um método para operar gotejadores compensados por pressão a baixas taxas de vazão líquida que compreende fornecer uma ou mais linhas de gotejamento, sendo que cada linha de gotejamento inclui uma primeira extremidade fechada e uma segunda extremidade, e uma pluralidade de gotejadores compensados por pressão normalmente fechados, que conecta a dita segunda extremidade a um dispositivo de pulsação que converte uma baixa taxa de vazão contínua do líquido que entra na linha de gotejamento em uma alta vazão de líquido intermitente e pulsante, desse modo, o líquido de alta vazão intermitente e pulsante é expelido por pelo menos parte dos ditos gotejadores compensados por pressão normal mente fechados.

[013] O aparelho consiste em um grupo de gotejadores CPNF conectados, conforme será descrito doravante, à saída de um dispositivo de pulsação. Tais gotejadores NF e os dispositivos de pulsação estão comumente disponíveis no mercado, por exemplo, pulsadores do tipo descrito na Patente ne U.S. 5.507.436.

[014] O dispositivo de pulsação utilizado na presente invenção converte uma taxa de vazão relativamente baixa controlada, contínua e baixa que entra em sua entrada em uma alta vazão pulsante e intermitente expelida através de sua saída. Por exemplo, conectando-se uma unidade de controle de vazão de 0,000556 L/s (2 L/hr) à entrada de tal dispositivo de pulsação, o dispositivo de pulsação irá converter a taxa de vazão do gotejador de 0,000556 L/s (2 L/hr) que entra em sua entrada em uma alta taxa de vazão instantânea e pulsante de, por exemplo, 0,0111 L/s (40 L/hr). Conectando-se um grupo de, por exemplo, 20 gotejadores CPNF, sendo que cada um opera a uma taxa de vazão nominal de 0,000556 L/s (2 L/hr), à saída de tal dispositivo de pulsação, cada gotejador do grupo irá operar a uma taxa de vazão de somente 0,0000278 L/s (0,1 L/hr), e será o CP.

[015] No exemplo anterior, cada gotejador CP do grupo irá operar na mesma vazão, independentemente de sua elevação ou da pressão em sua entrada. Além disso, o grupo de, por exemplo, 20 gotejadores são gotejadores CPNF comerciais de 0,000556 L/s (2 L/hr) cada, os quais são relativamente menos sensíveis a problemas de entupimento, ainda assim cada um desses opera a uma taxa de vazão relativamente baixa de somente 0,0000278 L/s (0,1 L/hr).

[016] A presente invenção refere-se a gotejadores CPNF, sendo que os gotejadores se abrem a uma pressão pré-configurada. Por exemplo, os gotejadores CPNF permanecerão fechados quando a pressão em sua entrada é inferior a uma pressão pré-configurada de, por exemplo, 30.000 Pa (0,3 bars). Em tal caso, a qualquer pressão inferior a 30.000 Pa (0,3 bars), os gotejadores permanecerão fechados e nenhum líquido escoará a partir de sua entrada através de sua saída. Nesse exemplo, o líquido escoará através da saída dos gotejadores somente quando a pressão em sua entrada for maior do que 30.000 Pa (0,3 bars).

[017] Alterando-se a vazão da unidade de controle de vazão na entrada para o dispositivo de pulsação, a vazão de todos os gotejadores do grupo será consequentemente alterada. Por exemplo, quando uma unidade de 0,00111 L/s (4 L/hr) na entrada de um dispositivo de pulsação controla a taxa de vazão de um grupo de 100 gotejadores CPNF de 0,000556 L/s (2 L/hr), a taxa de vazão de líquido através de cada gotejador do grupo será 0,0000111 L/s (0,04 L/hr). Alterando-se a unidade na entrada do dispositivo de pulsação de um gotejador de 0,00111 L/s (4 L/hr) para uma unidade de 0,00222 L/s (8 L/hr_, a taxa de vazão de cada gotejador do grupo mudará de 0,0000111 L/s (0,04 L/hr) para 0,0000222 L/s (0,08 L/hr).

Breve Descrição dos Desenhos [018] A invenção será agora descrita em conjunto com determinados modos de realização preferenciais com referência às figuras ilustrativas a seguir, de modo a se tomar mais completamente compreendida. Com referência específica às figuras em detalhe, enfatiza-se que as particularidades mostradas têm fins exemplificativos e propósitos ilustrativos dos modos de realização preferenciais da presente invenção somente.

[019] Nos desenhos: a Figura 1 ilustra uma vista frontal, parcialmente em secção transversal, de uma linha de gotejamento pulsante com um grupo de gotejadores CPNF em linha conectados à saída de um dispositivo de pulsação; a Figura 2 ilustra uma vista frontal, parcialmente em secção transversal, de uma linha de gotejamento pulsante com um grupo de gotejadores CPNF em linha conectados à saída de um dispositivo de pulsação; e a Figura 3 ilustra uma vista superior de gotejadores CPNF pulsantes em linha que são comumente usados para irrigar plantas em vaso.

Descrição Detalhada das Realizações Preferenciais [020] É vista na Figura 1 uma linha de gotejamento pulsante 100, a qual inclui um grupo de gotejadores CPNF em linha 101 conectado a uma tubagem 102 com um espaçamento predeterminado 103 entre os gotejadores 101. O grupo de gotejadores CP pode incluir qualquer número desejado de unidades em cada grupo, por exemplo, um grupo pode incluir 10 gotejadores, 100 gotejadores, etc. Um lado, 104, da tubagem 102 é conectado a uma saída 105 a partir de um dispositivo de pulsação 106, e o outro lado, 107, da tubagem 102, é tapado. A vazão de líquido, por exemplo, líquido no interior do dispositivo de pulsação 106, é controlado a uma taxa de vazão relativamente baixa por meio de uma unidade de controle de vazão 108 que recebe líquido a partir de uma linha de líquido 109. A vazão no interior do dispositivo de pulsação pode ser, de preferência, controlada a uma taxa relativamente baixa com o uso de uma unidade de controle de vazão, como um gotejador, um bocal ou dispositivos de controle de vazão similares. O líquido flui a uma taxa de vazão através da unidade 108 e entra no dispositivo de pulsação 106 através de sua entrada 110. O dispositivo de pulsação 106 converte a baixa taxa de vazão da unidade 108 em uma alta taxa de vazão intermitente e pulsante que é expelida através da saída 105 a partir do dispositivo de pulsação 106. A partir da saída 105 do dispositivo de pulsação 106, o líquido continua a fluir através da tubagem 102 e através de cada gotejador 101 do grupo, a uma baixa taxa de vazão de CP.

[021] O grupo de gotejadores CP pode incluir gotejadores CPNF com diferentes propriedades. Cada gotejador CP do grupo pode operar a uma taxa de vazão CP diferente. Por exemplo, alguns podem operar a uma taxa de vazão CP nominal de 0,000556 L/s (2 L/hr), e alguns podem operar a uma taxa de vazão CP nominal de 0,000278 L/s (1 L/hr), etc.

[022] O grupo de gotejadores CPNF pode ser conectado à saída do dispositivo de pulsação com o uso de diferentes tipos de tubulações. A tubulação pode ser, por exemplo, um tubo longo, rígido ou flexível com gotejadores CPNF em linha conectados a qualquer espaçamento exigido ao longo do tubo. Também pode ser uma linha de gotejamento com gotejadores CPNF em linha inseridos no interior do tubo, em qualquer espaçamento predeterminado. Pode ser, ainda, um pequeno encaixe com muitas saídas distribuídas em qualquer espaçamento desejado que tenha gotejadores conectados a cada saída.

[023] Além disso, a presente invenção também se refere a linhas de gotejamento que sempre se mantêm preenchidas por líquido, bem como gotejadores CPNF que operam como uma válvula de verificação e, em tais gotejadores, o líquido não pode fluir de volta para sua saída através de sua entrada.

[024] Para algumas aplicações, os gotejadores não-CP podem ser usados desde que os gotejadores sejam gotejadores NF. É esse o caso quando o volume de líquido armazenado na tubulação é muito menor do que o volume de líquido expelido do dispositivo de pulsação em cada pulso. Quando, por exemplo, o volume de líquido que pode ser armazenado na tubulação é somente 1 cc e o dispositivo de pulsação expele um volume de 40 cc em cada pulso, então, entre dois pulsos, a tubulação efetuará a drenagem e apenas 2,5% do líquido será perdido.

[025] A Figura 2 ilustra uma linha de gotejamento pulsante 200, que inclui um grupo de gotejadores CPNF em linha 201, instalada em uma relação de distanciamento predeterminada no interior da tubagem 202, em espaçamentos 203. Um lado 204 da tubagem 202 é conectado à saída 205 a partir de um dispositivo de pulsação 206, e o outro lado 207 da tubagem 202 é tapado. A vazão de líquido no interior do dispositivo de pulsação 206, que recebe líquido de uma linha de líquido 208, é controlada a uma taxa de vazão relativamente baixa por meio de uma unidade de controle de vazão 209. O líquido que flui através da unidade 209 através da entrada 210 do dispositivo de pulsação 206 a uma taxa de vazão relativamente baixa é convertido em uma alta taxa de vazão intermitente e pulsante e é expelido através da saída 205 do dispositivo de pulsação 206. A partir da saída 205 do dispositivo de pulsação 206, o líquido continua a fluir através da tubagem 202 e através de cada gotejador 201 do grupo a uma baixa taxa de vazão CP.

[026] A Figura 3 ilustra um modo de realização que mostra uma tubulação pulsante 300 com um grupo de gotejadores CPNF 301 que são conectados à tubagem 302 por meio de seções de tubo secundárias 303 e por meio de encaixes 304 adequados. A tubagem 302 é conectada à saída 305 a partir de um dispositivo de pulsação 306. O líquido flui a partir de uma linha de líquido 307 através de uma unidade de controle 308 e através de uma entrada de líquido 309 no dispositivo de pulsação 306. A partir do dispositivo de pulsação 306, o líquido continua a fluir a uma alta taxa de vazão instantânea através da saída 305 para o interior da tubagem 302 e das seções de tubagem 303, e para fora a uma taxa de vazão relativamente baixa CP, através de cada um dos gotejadores 301 do grupo. Tais gotejadores pulsantes são especialmente úteis para irrigar plantas em vaso.

[027] O método de operação dos gotejadores CPNF a baixas taxas de vazão de acordo com a presente invenção será agora descrito.

[028] A pressão compensada mínima de gotejadores CPNF é a pressão mínima na qual a taxa de vazão através do gotejador é CP. A pressão mínima compensada de operação do líquido é maior do que a pressão NF do líquido dos gotejadores. Por exemplo, a pressão NF do líquido pode ser de 30.000 Pa (0,3 bars) e a pressão compensada mínima dos gotejadores pode ser de 70.000 Pa (0,7 bars).

[029] No exemplo acima, os gotejadores CPNF irão operar como se segue: a) a qualquer pressão inferior a, por exemplo, 30.000 Pa (0,3 bars), os gotejadores permanecem fechados e nenhum líquido irá fluir a partir de sua entrada através de sua saída; b) a qualquer pressão superior a, por exemplo, 30.000 Pa (0,3 bars) e inferior a, por exemplo, 70.000 Pa (0,7 bars), o líquido irá fluir para fora a partir dos gotejadores, porém, a vazão não será CP, e c) a qualquer pressão superior a, por exemplo, 70.000 Pa (0,7 bars), a taxa de vazão através dos gotejadores será CP.

[030] Os gotejadores CPNF começarão a operar somente quando a pressão de líquido no interior da tubulação for superior à pressão NF pré-configurada dos gotejadores.

[031] Ao usar um dispositivo de pulsação que expele um volume relativamente pequeno de líquido em cada pulso, pequenas bolsas de ar no líquido eliminarão a possibilidade de aumento da pressão na tubulação. Em tal caso, a pequena bolsa de ar será comprimida, e o líquido que entra na tubulação irá fluir através de um ou de poucos gotejadores do grupo, sem aumentar a pressão no interior da tubulação. Esse problema pode ser resolvido através da drenagem do ar a partir da tubulação, fornecendo um respiro de ar operado automaticamente ou usando um dispositivo de pulsação que expele um volume relativamente grande de líquido em cada pulso.

[032] Será evidente para os versados na técnica que a invenção não é limitada aos detalhes dos modos de realização ilustrados anteriormente e que a presente invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem que se desvie dos atributos essenciais da mesma. Os presentes modos de realização devem ser, desse modo, considerados, em todos os aspectos, como ilustrativos e não restritivos, sendo que o escopo da invenção é indicado pelas reivindicações em anexo, ao invés da descrição precedente, e todas as alterações que estão dentro do significado e da variação de equivalência das reivindicações são, portanto, destinadas a serem abrangidas aqui.

Reivindicações

Claims (11)

1. APARELHO PARA OPERAR UM GRUPO DE GOTEJADORES COMPENSADOS POR PRESSÃO NORMALMENTE FECHADOS A TAXAS DE FLUXO LÍQUIDO RELATI VAM ENTE BAIXAS, que compreende: um dispositivo de pulsação (106, 206, 306) que tem um entrada (110, 210, 309) e uma saída (105, 205, 305) que converte uma baixa taxa de fluxo líquido contínuo que entra por sua entrada (110, 210, 309), através de uma unidade de controle de fluxo (108, 209, 308), em uma alta taxa de fluxo intermitente e pulsante expelida através de sua saída (105, 205, 305); uma tubulação (102) que tem uma entrada conectada à saída do dito dispositivo de pulsação (105); um grupo de gotejadores compensados por pressão (101, 201, 301) normalmente fechados conectados à dita tubulação, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de pulsação (106, 206, 306) converte uma baixa taxa de fluxo contínuo do líquido que entra por sua entrada, através da unidade de controle de fluxo (108, 209, 308), em uma alta taxa de fluxo intermitente e pulsante expelida de sua saída (105, 205, 305) e escoa a partir de sua saída através da entrada da dita tubulação e através do dito grupo de gotejadores compensados por pressão (101, 201, 301) normalmente fechados conectados à dita tubulação, para fora de tais gotejadores, a uma baixa taxa de fluxo compensada por pressão.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita tubulação (102) é um tubo e o dito grupo de gotejadores são gotejadores compensados por pressão (101, 201, 301) normalmente fechados em linha.

3. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita tubulação (102) é uma tubagem (102, 202, 302) e o dito grupo de gotejadores são gotejadores compensados por pressão (101,201, 301) normalmente fechados em linha.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que alguns dos gotejadores (101, 201, 301) são conectados à dita tubulação (102) através de seções de tubagem.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as ditas seções de tubagem são conectadas à dita tubulação (102) através de encaixes.

6. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita tubulação (102) é um tubo flexível.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita tubulação (102) é um tubo rígido.

8. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita unidade de controle de fluxo (108, 209, 308) é um gotejador (101, 201, 301).

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tamanho da dita tubulação (102) é tal que o volume de líquido que pode ser armazenado no interior da dita tubulação (102) é menor do que o volume de líquido que é expelido do dito dispositivo de pulsação em cada pulso.

10. MÉTODO PARA OPERAR GOTEJADORES COMPENSADOS POR PRESSÃO A BAIXAS TAXAS DE FLUXO LÍQUIDO que compreende: fornecer uma ou mais linhas de gotejamento, sendo que cada linha de gotejamento (100, 200) inclui uma primeira extremidade fechada e uma segunda extremidade, e uma pluralidade de gotejadores compensados por pressão (101, 201, 301) normalmente fechados; caracterizado por compreender adicionalmente os passos de: conectar a dita segunda extremidade a um dispositivo de pulsação (106, 206, 306) que converte a baixa taxa de fluxo contínuo do líquido que entra na linha de gotejamento (100, 200) em um alto fluxo de líquido intermitente e pulsante, desse modo, o líquido do alto fluxo intermitente e pulsante é expelido a partir de pelo menos parte dos ditos gotejadores (101, 201, 301) compensados por pressão normalmente fechados.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de compreender, ainda, a seleção o tamanho da dita tubulação (102) de tal modo que o volume de líquido que pode ser armazenado no interior da dita tubulação seja menor do que o volume de líquido que é expelido a partir do dito dispositivo de pulsação (106, 206, 306) em cada pulso.