ES2248487T3 - Proceso para la germinacion de semillas y para el cultivo de una planta de semillero. - Google Patents

Proceso para la germinacion de semillas y para el cultivo de una planta de semillero.

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ES2248487T3 ES02079622T ES02079622T ES2248487T3 ES 2248487 T3 ES2248487 T3 ES 2248487T3 ES 02079622 T ES02079622 T ES 02079622T ES 02079622 T ES02079622 T ES 02079622T ES 2248487 T3 ES2248487 T3 ES 2248487T3
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Abstract

Proceso para la germinación de semillas y para el cultivo de una planta de semillero con raíces a partir de dichas semillas germinadas, que comprende los pasos de: aportar una fuente de agua que contiene, además de agua, al menos uno de entre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico, aportar un aparato de distribución de agua que comprende una membrana hidrofílica de una o más capas, la cual presenta una primera superficie y una segunda superficie, aportar semillas o plantas de semillero, poner en contacto las raíces de las plantas de semillero, las semillas o una mezcla de ambas con la primera superficie de la membrana hidrofílica, introducir la fuente de agua en la segunda superficie de la membrana hidrofílica, en el cual dicha membrana hidrofílica permite el paso del agua a través de la membrana hidrofílica desde la segunda hasta la primera superficie, en forma de vapor, evitando dicha membrana hidrofílica que el elemento que es al menos uno deentre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico pase a través de dicha membrana, en el cual dicha membrana hidrofílica presenta una velocidad de transferencia diferencial de vapor a través de dicha membrana de al menos 70 g/m2/24h.

Description

Proceso para la germinación de semillas y para el cultivo de una planta de semillero.
Antecedentes 1. Campo de la invención
Esta invención trata sobre un proceso para la germinación de semillas y para el cultivo de una planta de semillero a partir de dichas semillas germinadas.
2. Descripción de la técnica relacionada
Se conocen diversos procesos para la purificación del agua, dependiendo del tipo de proceso utilizado, de la naturaleza y de la cantidad de impurezas en el agua. Por ejemplo, puede necesitarse eliminar las impurezas en forma de partículas y en solución del agua. El objetivo consiste en purificar el agua de manera que contenga una cantidad lo suficientemente baja de partículas en suspensión, microbios en suspensión y sales disueltas para cumplir los requisitos de calidad del agua potable, para la producción de comidas y bebidas, y para su uso en irrigación agrícola y para su uso industrial.
Los procesos para la purificación de agua se clasifican generalmente en filtración, destilación u osmosis inversa. En los procesos convencionales de filtración de partículas, las impurezas en forma de partículas, como por ejemplo las partículas inorgánicas en suspensión, se eliminan utilizando estructuras porosas, como por ejemplo tejidos tramados o no tramados. En los casos en que se deban filtrar partículas muy pequeñas, se utilizan membranas poliméricas que sean microporosas, es decir, que las membranas tienen agujeros muy pequeños a través de los cuales las partículas a ser filtradas no pueden pasar.
Las soluciones acuosas que contienen sales disueltas se purifican generalmente mediante osmosis inversa o destilación. Cuando la solución acuosa se halla en forma de agua marina o salobre, esos procesos se conocen de forma general como procesos de desalinización. El proceso de osmosis inversa se basa en la aplicación de presión a soluciones iónicas a través de una membrana semipermeable. Si la presión aplicada es mayor que la presión osmótica de la solución, se recoge agua purificada en el lado de la membrana que no está en contacto con la solución. Las membranas de osmosis inversa dejan pasar el agua a través de ellas, pero cierran el paso a los iones salinos. En realidad, un pequeño porcentaje de las sales marinas, digamos el 1%, pasa a través de las membranas. La patente estadounidense 5.547.586 revela un método para la desalinización de agua marina y salobre utilizando membranas asistidas por enzimas. Al contrario que la osmosis reversa, los métodos de destilación aplicados a agua marina o agua salobre pueden proporcionar agua con una cantidad muy pequeña de partículas en suspensión y sólidos disueltos. Sin embargo, el alto calor latente de vaporización de agua significa que los procesos de destilación requieren un gran aporte de energía y, así pues, operan generalmente con un conste más alto en comparación con los procesos de osmosis
inversa.
Se sabe a partir de la patente estadounidense 4.725.481 que se puede utilizar un elastómero de copolieterester, en solitario o bien como parte de una película bicomponente formada por una capa hidrofóbica y una capa hidrofílica de elastómeros copolieterester unidas, para permitir la transferencia diferencial de vapor de agua para prevenir la acumulación de humedad, como por ejemplo en una toalla quirúrgica o en equipamientos de atuendos impermeables.
La patente estadounidense 5.657.577 describe un proceso de micropropagación para cultivar plantas en medios líquidos dentro de un recipiente bajo condiciones estériles.
La patente japonesa 09220002 describe la germinación de semillas a base de poner en contacto de dichas semillas con un material laminar absorbente que ha absorbido agua bajo condiciones específicas y de hidratar las semillas.
Breve exposición de la invención
La presente invención trata sobre un proceso para la germinación de semillas y para el cultivo de una planta de semillero con raíces a partir de dichas semillas germinadas. Dicho proceso comprende los pasos de:
aportar una fuente de agua que contiene, además de agua, al menos uno de entre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico,
aportar un aparato de distribución de agua que comprende una membrana hidrofílica de una o más capas, la cual presenta una primera superficie y una segunda superficie,
aportar semillas o plantas de semillero,
poner en contacto las raíces de las plantas de semillero, las semillas o una mezcla de ambas con la primera superficie de la membrana hidrofílica,
introducir la fuente de agua en la segunda superficie de la membrana hidrofílica,
en el cual dicha membrana hidrofílica permite el paso del agua a través de la membrana hidrofílica desde la segunda hasta la primera superficie, en forma de vapor,
evitando dicha membrana hidrofílica que el elemento que es al menos uno de entre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico pase a través de dicha membrana,
en el cual dicha membrana hidrofílica presenta una velocidad de transferencia diferencial de vapor a través de dicha membrana de al menos 70 g/m^{2}/24 h.
La capa o capas de membranas hidrofílicas pueden hallarse presentes en forma de estructura sin soporte o bien recubiertas sobre o adheridas a un material de soporte, donde la capa de la membrana hidrofílica puede ser un elastómeros copolieteréster, poliamida-poliéter en bloque, un poliéter uretano, homopolímeros o copolímeros de polivinil alcohol o sus mezclas.
Una membrana hidrofílica preferida está compuesta de un polímero hidrofílico que tenga una velocidad de transmisión de vapor de agua de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) de al menos 400 g/m^{2}/24 h, medido utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s sobre un grosor de capa total de 25 micras. Una capa de la membrana hidrofílica todavía más preferida está compuesta de un polímero hidrofílico que tenga una velocidad de transmisión de vapor de agua de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) de al menos 3500 g/m^{2}/24 h, medido utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s sobre un grosor de capa total de 25 micras.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1 y 2 son dibujos explicativos de las plantas cultivas en "sacos de cultivo" y regadas de forma convencional o utilizando bolsas de irrigación de los Ejemplos 11-12.
La Figura 3 es un dibujo explicativo de las plantas cultivadas en contenedores abiertos representativos de los Experimentos 10 y 12 del Ejemplo 17.
La Figura 4 es un dibujo explicativo de las plantas cultivadas en el contenedor abierto representativo en el Experimento 17 del Ejemplo 19.
Descripción detallada
La pervaporación es el proceso en el cual un disolvente determinado permea una membrana o un recubrimiento no poroso, se transporta a través de la membrana y se libera posteriormente en la cara opuesta del recubrimiento o membrana en forma de vapor. Así pues, la pervoración es distinta de los procesos conocidos de filtración, destilación u osmosis inversa en tanto que el producto es un vapor y no un líquido. Si el disolvente es agua, las membranas hidrofílicas no porosas son apropiadas para la pervoración, porque el agua se absorbe fácilmente por, se transporta a través de y se libera de tales membranas. Este vapor de agua se pueden utilizar posteriormente para aplicaciones tales como proporcionar humedad a un sustrato de cultivo o al espacio de aire de una cámara de crecimiento, a una sustancia seca hidratada o a una sustancia deshidratada y rehidratada o, en su defecto, se puede condensar para usarlo posteriormente como agua en estado líquido.
Membranas Hidrofílicas
El término "membranas hidrofílicas" hace referencia a membranas no porosas que absorben agua, es decir, que permiten que el agua pase a través de ellas. Si hay un gradiente de humedad a través de la membrana hidrofílica, este agua absorbida puede difundirse a través del grosor de la membrana y puede emitirse en su cara opuesta. Las membranas o recubrimientos hidrofílicos, a los cuales a partir de este punto de la revelación se hará referencia de forma colectiva con el término de membranas, presentan unas velocidades de transmisión de vapor de agua lo suficientemente altas, tal como se ha definido anteriormente, para que el agua que ha pasado a través de las membranas pueda ser utilizada directamente en cualquier aplicación apropiada, incluyendo la irrigación de plantas. Tales membranas pueden contener una o más capas individuales fabricadas a partir de materiales que incluyen, pero no están limitados a, los mismos o distintos polímeros hidrofílicos. Mientras la velocidad total de permeación del vapor de agua de la membrana aquí revelada sea lo suficientemente alta, este agua puede proporcionarse a una velocidad consistente con su utilización en una aplicación práctica dada, tal como se ha descrito. La naturaleza no porosa de las membranas descritas en la presente invención sirve para evitar que cualquier impureza en forma de partículas pase a través de este tipo de membrana, incluyendo microbios como bacterias y virus. Además, se ha descubierto que las membranas fabricadas a partir de los polímeros hidrofílicos descritos en la presente invención reducen de forma significativa el paso de las sales disueltas. Así pues, la capacidad de utilizar no sólo agua potable, sino también agua que puede contener impurezas en suspensión o disueltas, para producir las cantidades deseadas de agua purificada por pervoración, permite la utilización de agua salina, incluyendo, pero sin estar limitada a, agua marina o agua salobre, después de ser procesada a través del aparato incorporado en la presente invención, para irrigar tierra de uso agrícola y mantener el crecimiento de plantas, y/o para la liberación controlada de agua a un determinado entorno.
La velocidad a la cual el agua pervapora a través de la membrana fabricada a partir del polímero hidrofílico depende, entre otros factores, del contenido en humedad del lado no acuoso. Así pues, los sistemas de irrigación basados en membranas de la presente invención son autorregulables y pueden ser "pasivos" por naturaleza, proporcionando más agua a las plantas bajo condiciones secas y menos bajo condiciones húmedas.
Características de la Transmisión del Vapor de Agua
La prueba estándar para la medición de la velocidad a la cual una membrana determinada transmite el agua es ASTM E-96-95 - Procedimiento BW, previamente conocido con el nombre de ASTM E-96-66 - Procedimiento BW, que se utiliza para determinar la Velocidad de Transmisión de Vapor de Agua (WVTR) de una membrana. Para esta prueba, se utiliza un aparato basado en un recipiente impermeable al agua, tambien llavado "Vaporímetro Thwing-Albert". Este recipiente contiene agua hasta aproximadamente ¾ \pm ¼ pulgadas (19 \pm 6 mm) del borde superior. La abertura del recipiente se sella de forma estanca con una membrana permeable al agua fabricada con el material de prueba a medir, dejando un espacio de aire entre la superficie del agua y la membrana. A continuación, en el procedimiento BW, el recipiente se invierte, de forma que el agua está en contacto directo con la membrana. El aparato se coloca en una cámara de prueba a una temperatura y humedad controladas, y, a continuación, se hace pasar aire a través del exterior de la membrana a una velocidad determinada. Los experimentos se llevan a cabo por duplicado. Se miden los pesos del recipiente, del agua y de la membrana del aparato durante varios días, y se promedian los resultados. La velocidad a la cual el agua permea a través de la membrana recibe el nombre de "Velocidad de Transmisión del Vapor de Agua", medida como la pérdida de peso promedio del aparato a una determinado grosor de membrana, temperatura, humedad y velocidad del aire, expresada como masa perdida por unidad de área superficial de membrana y tiempo. El WVTR de membranas o películas de acuerdo con ASTM E96-95 Método BW se mide típicamente sobre películas de un grosor de 25 micras y a una velocidad del flujo de aire de 3 m/s, temperatura del aire de 23ºC y una humedad relativa del 50%.
Bajo las condiciones de los experimentos de cultivo de plantas revelados en la invención, una selección de los cuales se detalla en los Ejemplos 15-19 que se presentan a continuación, se utilizaron bolsas de irrigación fabricadas a partir de la membrana para proporcionar agua a las plantas cultivadas. En los experimentos llevados a cabo hasta la fecha, se encontró que una velocidad de transferencia de agua de 10 g/24 h (equivalente a 70 g/m^{2}/24 h) a través de una bolsa de irrigación era suficiente para mantener el cultivo de una o más plantas. Esta velocidad de transferencia de agua que se necesita para mantener el cultivo de plantas se puede expresar como la velocidad a la cual el agua pasa a través de una unidad de superficie de la membrana utilizada en los experimentos en una unidad de tiempo, término al cual se hace referencia como "Velocidad Promedio de Transferencia del Agua" para los propósitos de esta revelación. Bajo las condiciones de los experimentos de cultivo de plantas revelados en la invención, una selección de los cuales se detalla en los Ejemplos 15-19 que se presentan a continuación, se encontró que una Velocidad Promedio de Transferencia del Agua de 70 g/m^{2}/24 h era suficiente para sostener el crecimiento de las plantas, tal como se muestra en las Tablas 2 - 6.
En estos experimentos, las condiciones bajo las cuales el agua se transfirió desde el interior de las bolsas de irrigación a través de la membrana al sustrato de cultivo de las plantas y las raíces de las plantas consistieron en bolsas de irrigación enterradas en el sustrato de cultivo, en ausencia de movimiento de aire en la superficie de las bolsas de cultivo. Bajo estas condiciones, el vapor de agua pasó del interior de la bolsa de irrigación a través de la membrana y al medio de cultivo solamente por difusión.
Polímeros Hidrofílicos
En el contexto de esta revelación, las membranas hidrofílicas a utilizar en el proceso de la invención están fabricadas a partir de polímeros hidrofílicos. El término "polímeros hidrofílicos" se refiere a polímeros que absorben agua cuando se hallan en contacto con agua líquida a temperatura ambiente de acuerdo con las especificaciones ISO 62 de la International Standards Organization (equivalentes a la especificación ASTM D 570 de la American Society for Testing and Materials).
El polímero hidrofílico es único o bien una mezcla de diversos polímeros; por ejemplo, puede ser un elastómero copolieteréster o una mezcla de dos o más elastómeros copolieteréster tal como se describe a continuación, como por ejemplo los polímeros que se pueden adquirir de E.I. du Pont de Nemours and Company bajo el nombre comercial de Hytrel®; o una poliamida-poliéter en bloque o una mezcla de dos o más poliamidas-poliéteres en bloque, como los polímeros que se pueden adquirir de Elf-Atochem Company de París, Francia, bajo el nombre comercial de PEBAX; o un poliéter uretano o una mézcla de poliéter uretanos; u homopolímeros o copolímeros de polivinil alcohol o una mezcla de homopolímeros o copolímeros de polivinil alcohol.
Un polímero particularmente preferido para la transmisión de vapor de agua en esta invención es un elastómero copolieteréster o una mezcla de dos o más elastómeros copolieteréster con múltiples unidades éster de cadena larga recurrentes y unidades éster de cadena corta unidas cabeza con cola a través de enlaces tipo éster, donde las unidades éster de cadena larga se representan mediante la fórmula;
(I)-- OGO -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
-- R -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--
y dichas unidades éster de cadena corta se representan mediante la fórmula:
(II)-- ODO -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
-- R -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
-- 
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
a) G es el radical divalente que queda después de la eliminación de los grupos hidroxilo terminales de un poli(alquilen óxido)glicol con un peso molecular promedio en número de alrededor de 400-4000;
b) R es el radical divalente que queda después de eliminar los grupos carboxilo de un ácido dicarboxílico con un peso molecular menor de 300;
c) D es el radical divalente que queda después de eliminar los grupos hidroxilo de un diol con un peso molecular menor de 250; opcionalmente
d) el copolieteréster contiene un 0-68 por ciento en peso en base al peso total de copolieteréster de grupos etilen óxido incorporados en las unidades éster de cadena larga del copolieteréster; y
e) el copolieteréster contiene alrededor de un 25-80 por ciento en peso de unidades éster de cadena corta.
Este polímero preferido es apropiado para la fabricación de membranas, películas y recubrimientos delgados pero resistentes. El polímero preferido, el elastómero copolieteréster y los métodos para fabricarlo son conocidos en el campo de la técnica, tal como se revela en la US Patent No. 4,725,481 para un elastómero copolieteréster con una WVTR de 3500 g/m^{2}/24 h, o en la US Patent No. 4,769,273 para un elastómero copolieteréster con una WVTR de 400-2500 g/m^{2}/24 h.
El polímero puede estar enriquecido con estabilizadores antioxidantes, estabilizadores ultravioleta, estabilizadores frente a la hidrólisis, tintes o pigmentos, compuestos de relleno, reactivos anti-microbianos, y similares.
Se pueden utilizar polímeros hidrofílicos adquiridos comercialmente en el contexto de la presente invención, aunque es más preferible utilizar elastómeros copolieteréster que tengan una WVTR de más de 400 g/m^{2}/24 h medidos en películas de un grosor de 25 micras utilizando aire a 23ºC y a una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s. Se prefiere todavía más la utilización de membranas fabricadas a partir de elastómeros copolieteréster que tengan una WVTR de más de 3500 g/m^{2}/24 h, medidos en películas de un grosor de 25 micras utilizando aire a 23ºC y a una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
Método para la Fabricación de Membranas de Polímero Hidrofílicas
Los polímeros hidrofílicos pueden utilizarse para fabricar membranas de cualquier grosor deseado mediante diferentes procesos. Una forma útil y suficientemente establecida para fabricar membranas en forma de película es mediante extrusión de fusión del polímero en una línea de extrusión comercial. Brevemente, ello conlleva el calentamiento del polímero a una temperatura por encima de la de su punto de fusión, su extrusión a través de una boquilla plana o anular y seguidamente el moldeado de la película utilizando un sistema de rodillos o bien soplando la película a partir de la masa fundida.
Entre los materiales de soporte de utilidad se incluyen los papeles tramados, no tramados o papel obra, tejidos y tramas permeables al vapor de agua, incluyendo aquellos fabricados a partir de fibras de polímeros orgánicos e inorgánicos estables a la humedad como polietilieno, polipropileno, fibra de vidrio y similares. El material de soporte incrementa la fuerza y además proteje la membrana. El material de soporte puede colocarse en un solo lado de la membrana de polímero hidrofílico o en los dos lados. Cuando se coloca en un solo lado, el material de soporte puede estar en contacto con la fuente de agua o bien separado de ella. Típicamente, el material de soporte se coloca en el exterior de los contenedores hechos a partir de la membrana de polímero hidrofílico para proteger de forma más efectiva a la membrana de daños físicos y/o de la degradación causada por la luz.
El aparato de distribución de agua que emplea la membrana de polímero hidrofílica no se halla limitado a ninguna forma o estructura particular, y puede ser, por poner un ejemplo, una tubería, un tubo o similares.
Aplicaciones de la invención
Sin que se halle ligado a ninguna teoría en particular, se cree que el efecto purificador que se identifica como el principal concepto innovador de la membrana hidrofílica en forma de recubrimiento o de una membrana sin soporte cuando se halla en contacto con agua que puede contener impurezas y sólidos suspendidas o disueltas, ocurre porque las moléculas fuertemente dipolares como las del agua se absorben y se transportan de forma preferencial a través de la membrana o recubrimiento, en comparación con los iones como sodio y cloro. Cuando, además, existe un gradiente de humedad a través de la membrana, se libera agua desde el lado que no se halla en contacto con la fuente de agua, que puede ser absorbida por las raíces de las plantas.
Aplicaciones Agrícolas/Hortícolas. Cuando se utilizan para proporcionar humedad a un sustrato de cultivo para el cultivo de plantas o cosechas, las membranas controlan el contenido en humedad, que puede consistir en agua en suspensión o agua adsorbida, del sustrato de cultivo independientemente del tipo de fuente de agua que pasa a través de la membrana. El gradiente del contenido en humedad entre la fuente de agua y el sustrato de cultivo siempre tiende al equilibrio, así que en condiciones en las cuales el sustratode cultivo es seco, habrá un transporte relativamente rápido de agua a través de la membrana para porporcionar agua al sustrato de cultivo. En condiciones en las cuales el sustrato de cultivo ya tiene un alto contenido en humedad, el gradiente a través de la membrana entre la fuente de agua y el sustrato de cultivo es cercano al equilibrio, así que la velocidad de transferencia de agua a través de la membrana al sustrabo de cultivo es baja, e incluso puede ser cero si se alcanza el equilibrio.
Debido a la naturaleza de las membranas hidrofílicas, el agua pasa por toda la superficie de la membrana tal como determina el contenido en humedad del suelo, que puede ser infinitamente variable a lo largo de la superficie de la membrana. La velocidad a la cual el agua pasa a través de la membrana y las condiciones de equilibrio pueden ajustarse para satisfacer unos requerimientos de crecimiento específicos, por ejemplo mediante el incremento o la disminución de la temperatura de la fuente de agua, mediante la variación del grosor de la membrana o mediante la modificación de la composición del polímero de una o más de las capas.
El aparato recubierto con una capa de membrana hidrofílica actúa de la misma manera que el aparato que posee una membrana hidrofílica sin soporte, en tanto que ambos son sistemas de liberación de agua auto-regulables que proporcionan agua a un sustrato de cultivo según sea necesario, dependiendo del contenido en humedad del sustrato de cultivo.
En el contexto de esta revelación, un "sustrato de cultivo" es un medio en el cual crecen las raíces de las plantas. Así pues, el término "sustrato de cultivo" incluye los suelos naturales o mejorados artificialmente utilizados en los campos de, pero sin estar limitado a, la agricultura, horticultura y cultivos hidropónicos. Estos suelos incluyen cantidades variables de arena, limo, arcilla y humus. El término "sustrato de cultivo" también incluye, pero no se halla limitado a, otros materiales utilizados para cultivar plantas, como vermiculita, perlita, turba en polvo, virutas de raíz de helecho arbóreo, astillas o virutas de corteza de árbol o virutas de fibra de coco. A medida que la membrana proporcione humedad en forma de vapor de agua al sustrato de cultivo, los materiales del sustrato de cultivo con propiedades higroscópicas unirán y almacenarán el vapor de agua con mayor eficacia, y funcionarán mejor con esta invención.
Para proporcionar humedad al sustrato de cultivo en irrigación agrícolo y hortícola de una forma más efectiva, la membrana debe hallarse tan cerca como sea posible del sustrato de cultivo. Típicamente, la membrana se halla totalmente recubierta por el sustrato de cultivo para maximizar el contacto y para proteger al polímero de la degradación debida a la luz solar. La membrana también necesita estar colocada lo suficientemente cerca de la zona de las raíces en el sustrato de cultivo, para, de este modo, proporcionar humedad a las plantas.
La membrana puede no tener soporte o bien hallarse revistiendo un material de soporte para aumentar así su resistencia y durabilidad. El aparato tiene típicamente al menos una abertura para llenarse de agua. Para proporcionar humedad durante un periodo largo de tiempo, es conveniente que el aparato tenga forma de bolsa, tubería o tubo, permitiendo que el agua sea descargada continuamente o de forma periódica para prevenir la acumulación de sales u otros contaminantes. El vapor de agua pasa de forma preferencial a través de las membranas, dejando detrás de si las sales en disolución y otros materiales así como partículas en suspensión, como materia orgánica e inorgánica, incluyendo microbios como bacterias, virus y similares.
Los ejemplos de realización relacionados con la agricultura de la presente invención comprenden el suministro de humedad para hacer crecer plantas, haciendo germinar las semillas mientras se excluyen no sólo sales perjudiciales sino también patógenos como hongos, bacterias y virus dañinos para las semillas y las plantas. Ello se puede llevar a cabo colocando las raíces de las plantas o las semillas sobre una capa de la membrana que está en contacto con agua por el lado opuesto a las raíces o las semillas.
De forma alternativa, para la germinación de semillas, las semillas se pueden encerrar dentro de la membrana hidrofílica, como por ejemplo en un contenedor sellado, poniendo el contenedor en contacto con agua o un medio húmedo. Ello permite a las semillas germinar en un entorno estéril, previniendo las pérdidas de semillas debido a los ataques por patógenos.
En resumen, la pervaporación mediante un aparato de purificación de agua puede utilizarse para purificar agua, para así proporcionar unos medios de riego autorregulables para un medio de cultivo.
La presente invención puede fabricarse a un bajo coste y con pocas infraestructuras y equipamientos, en comparación con los sistemas del estado de la técnica. Dado que el aparato para aportar humedad a un medio de cultivo expulsa agua en forma de vapor de agua en vez de en forma de agua en estado líquido, la presión del agua impura administrada a la capa de la membrana del aparato puede ser mucho menor que los 2.500 kPa requeridos típicamente para la purificación de agua marina mediante ósmosis inversa. La presión es incluso menor que las presiones más bajas requeridas para la ósmosis inversa de las salmueras menos salinas. Generalmente, el diferencial de presión aplicado sobre la presión atmosférica del ambiente está por debajo de los 1.000 kPa. Aunque las altas presiones incrementen la velocidad a la cual la capa de la membrana expulsa vapor de agua, una presión excesiva puede alterar el equilibrio de autorregulación para hacer que el medio de cultivo quede demasiado mojado. Además, las altas presiones requieren membranas gruesas o preferiblemente fuertes materiales de soporte para resistir la presión.
Por lo tanto, la presión aplicada típicamente está por debajo de los 250 kPa, y muy a menudo por debajo de los 100 kPa. En la mayoría de los casos, la presión aplicada es menor o igual que la presión causada por el propio peso del agua, o que la presión necesaria para limpiar agua impura mediante el aparato de purificación de agua, ya que esto permite el uso de membranas hidrofílicas finas o de películas del polímero hidrofílico.
Ejemplos
En los ejemplos que siguen, el Copolieteréster A es un polímero fabricado de acuerdo con el método revelado en la US Patent No. 4,725,481 partiendo de 30 partes de tereftalato de dimetilo, 57 partes de un poli(alquilen)glicol el contenido de alquileno del cual es un 65% de etileno y un 35% de propileno, 9 partes de isoftalato de dimetilo, 16 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica) y 0.7 partes de trimelitato de trimetilo. El Copolieteréster A contiene alrededor de un 37% en peso de poli(óxido de etileno)glicol, y las membranas fabricadas a partir de Copolieteréster A presentan un hinchamiento debido al agua de alrededor de un 54% en peso a temperatura ambiente y a una WVTR de al menos 10,000 g/m^{2}/24 h, medido sobre un grosor de película de 25 micras utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
El Copolieteréster B es un polímero fabricado de acuerdo con el método revelado en la US Patent No. 4,725,481 partiendo de 44 partes de tereftalato de dimetilo, 51 partes de un poli(alquilen)glicol el contenido de alquileno del cual es un 65% de etileno y un 35% de propileno, 19 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica) y 0.4 partes de trimelitato de trimetilo. El Copolieteréster B contiene alrededor de un 33% en peso de poli(óxido de etileno)glicol, y las membranas fabricadas a partir de Copolieteréster B presentan un hinchamiento debido al agua de alrededor de un 30% en peso a temperatura ambiente y a una WVTR de al menos 10,000 g/m^{2}/24 h, medido sobre un grosor de película de 25 micras utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
El Copolieteréster C es un polímero fabricado de acuerdo con el método revelado en la US Patent No. 4,725,481 partiendo de 50 partes de tereftalato de dimetilo, 44 partes de un poli(alquilen)glicol el contenido de alquileno del cual es un 85% de propileno y un 15% de etileno, 21 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica) y 0.3 partes de trimelitato de trimetilo. Las membranas fabricadas a partir de Copolieteréster C presentan un hinchamiento debido al agua de alrededor de un 5% en peso a temperatura ambiente y a una WVTR de 2,200 g/m^{2}/24 h, medido sobre un grosor de película de 25 micras utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
Ejemplos 1-10
El primer grupo de ejemplos, Ejemplos 1-10, demuestra que el vapor de agua pasa a través de las membranas hidrofílicas del aparato de purificación de agua, y que las membranas hidrofílicas dejan pasar el agua a través de ellas pero impiden el paso de iones salinos. En los ejemplos, se rellenaron cinco bolsas de membrana hidrofílica, fabricadas a partir de una película extruída del polímero hidrofílico Copolieteréster A, con agua marina, y otras cinco bolsas de membrana hidrofílica fabricadas a partir de una película extruída del polímero hidrofílico Copolieteréster B se rellenaron con agua corriente. Se utilizó un sellador térmico para sellar las bolsas de membrana hidrofílica. Se calculó que el área superficial efectiva máxima de las bolsas era de 0.1 m^{2}.
Las bolsas se colocaron en una habitación a temperatura ambiente sin controlar el nivel de humedad. Las muestras 2, 3, 5, 7, 8 y 9 se colocaron directamente sobre la bandeja metálica. Las muestras 1 y 10 se pusieron sobre un papel absorbente en la bandeja y las muestras 4 y 6 se colocaron sobre una malla de nylon para estudiar los posibles efectos del flujo de aire o "empapado", que afectaría la velocidad a la cual se elimina el vapor de agua de la superficie. En cuanto las bolsas estuvieron llenas, la superficie de las bolsas se volvió húmeda al tacto. Las bolsas se sellaron completamente y la cara superior de cada bolsa se dejó expuesta al aire.
Las bolsas fueron pesadas e inspeccionadas visualmente a diario durante un período de una semana, y el peso medido fue disminuyendo diariamente hasta que después de entre cinco y siete días todas las bolsas estuvieron vacías de agua. En este primer caso, como la prueba era un indicador empírico, fue difícil tener en cuenta todos los factores como la masa original de agua, el tipo de agua, área superficial, área de contacto con el agua y grosor de la película. Sin embargo, tomando todo ello en consideración, no se observó ninguna diferencia aparente entre la velocidad de "pérdida de agua" para similares áreas superficiales.
Se encontró que las bolsas vacías que habían contenido originalmente agua de mar tenían un depósito salino blanco en su interior, visible en forma de grandes cristales. La bolsa del Ejemplo 5, por ejemplo, contenía más de 20 g de materia sólida. Bajo presión y temperatura ambientes, pervaporaron más de 2 litros de agua por metro cuadrado por día de las bolsas. Otras medidas sugirieron que el Copolieteréster A era capaz de dejar pasar más de un litro de agua por metro cuadrado por hora, resultando un flujo de aire a través de la superficie de la membrana hidrofílica lo suficientemente rápido para eliminar el vapor de agua a medida que iba siendo emitido de la bolsa por pervapora-
ción.
Se cree que la velocidad natural de evaporación del agua era el factor limitante en el flujo de agua a través de la bolsa. Las bolsas de membrana hidrofílica de prueba 1 y 10, que se colocaron sobre papel absorbente, y las bolsas de membrana hidrofílica de prueba 4 y 6, que se colocaron sobre la malla de nylon, no emitieron agua más rápido que las bolsas de membrana hidrofílica que se habían colocado directamente sobre la bandeja metálica. No se detectó ninguna diferencia entre las películas más gruesas o más delgadas de polímero.
Los resultados de los ejemplos se resumen en la Tabla 1 que se presenta a continuación:
TABLA 1 Pervaporación del Agua a través de Bolsas Selladas de Membrana Hidrofílica
Ejemplo Tipo de polímero Grosor de la membrana (micras) Origen del agua Masa inicial (g)
1 Copolieteréster B 100 Marina 493
2 Copolieteréster B 100 Marina 418
3 Copolieteréster B 100 Corriente 488
4 Copolieteréster A 100 Marina 509
5 Copolieteréster A 100 Marina 551
6 Copolieteréster A 100 Corriente 441
7 Copolieteréster A 50 Marina 260
8 Copolieteréster A 50 Corriente 515
9 Copolieteréster B 50 Corriente 338
10 Copolieteréster B 50 Corriente 380
Ejemplos 11-14
En el siguiente grupo de ejemplos, el correspondiente a los Ejemplos 11-14, se validó la viabilidad de la utilización de membranas hidrofílicas fabricadas a partir de polímero hidrofílico en un aparato de desalinización. Los Ejemplos 11 y 14, 12 y 13 se ilustran en las Figuras 1 y 2 respectivamente.
En estos ejemplos se utilizaron los contenedores para cultivo llamados "sacos de cultivo". Los "sacos de cultivo" son sacos sellados de polietileno que se pueden adquirir comercialmente, de unas dimensiones aproximadas de 100 x 50 x 15 cm, que contienen una mezcla de tierra para cultivo húmeda, apropiada para el cultivo de plantas en el exterior, por ejemplo tomates. Cuando se utilizan "sacos de cultivo", la práctica común consiste en colocarlos en el suelo con su cara mayor en posición horizontal, de forma que actúan como viveros para plantas en miniatura de área 100 x 50 cm y 15 cm de altura. Se hicieron tres pequeños cortes en la parte superior y se plantaron tres plántulas de tomate en la tierra del "saco de cultivo", con los brotes y las hojas sobresaliendo de la parte superior del saco. El polietileno del "saco de cultivo" sirve para retener la tierra alrededor de las raíces de las plantas, así como para prevenir una evaporación excesiva de la humedad. Se escogieron plantas de tomate porque tienen una temporada de crecimiento corta pero activa, y sus hojas tienen un área sustancial, que se puede utilizar de forma conveniente como un indicador de la salud de la planta.
Las doce plantas de tomate se regaron con agua limpia de pozo durante dos semanas para confirmar que todas ellas eran saludables y para permitirles establecerse en los "sacos de cultivo". El entorno era un invernadero abierto que estaba cubierto, pero que no tenía calefacción, y totalmente ventilado para representar un crecimiento en el exterior sin lluvia. Durante los experimentos, se dejaron crecer todas las plantas de forma completamente natural, sin podar o entutorar. Cada "saco de cultivo" con tres plantas cada uno se regó mediante distintos métodos de la forma que se relata a continuación:
Ejemplo 11
Agua de pozo limpia, administrada a través de una manguera estática perforada con una hilera de agujeros para asegurar un riego igualado.
Ejemplo 12
Agua de pozo limpia, administrada a través de una bolsa de irrigación de membrana hidrofílica tubular con un diámetro de 20 cm y una longitud de 40 cm aproximadamente, fabricada a partir de una película de Copolieteréster A. La bolsa de irrigación se colocó en el "saco de cultivo" a lo largo de uno de los lados de 50 cm en el espacio entre la parte superior de la tierra y el polietileno del "saco de cultivo".
Ejemplo 13
Agua marina, administrada a través de una bolsa de irrigación de membrana hidrofílica tubular con un diámetro de 20 cm y una longitud de 40 cm aproximadamente, fabricada a partir de una película de Copolieteréster A. Como en el Ejemplo 12, la bolsa de irrigación se colocó en el "saco de cultivo" a lo largo de uno de los lados de 50 cm en el espacio entre la parte superior de la tierra y el polietileno del "saco de cultivo".
Ejemplo 14
Agua marina, adimistrada a través de una manguera estática perforada, de la misma forma que en el Ejemplo 11.
Se estimó que el área superficial de las bolsas de irrigación fabricadas a partir de las membranas hidrofílicas era de 0.25 m^{2}. Este área superficial proporcionó la humedad necesaria para sostener el crecimiento de las tres plantas de tomate de los Ejemplos 12 y 13.
En el Día 1 se empezó el riego utilizando los sistemas anteriores. Todas las plantas eran verdes, saludables y ninguna de ellas presentaba ninguna ventaja característica. Las plantas del Ejemplo 11 se regaron a diario, lo suficiente como para mantener un aspecto saludables en las plantas. Las plantas del Ejemplo 14 recibieron la misma cantidad de agua que las del Ejemplo 11. Los depósitos que rellenaban las bolsas de irrigación de membrana fabricadas a partir del elastómero copolieteréster se rellenaron hasta su nivel máximo diariamente, de forma que las bolsas de irrigación estuvieron siempre llenas, en el Ejemplo 12 con agua de pozo limpia y en el Ejemplo 13 con agua marina.
En el Día 4, todas las plantas del Ejemplo 14 que se habían estado regando diariamente con agua marina mostraron manchas amarillas en los tallos y las hojas. No hubo ninguna diferencia distinguible entre el Ejemplo 11 y el 12 con agua de pozo, y el Ejemplo 13 con agua marina. Todas las plantas de los Ejemplos 11, 12 y 13 eran saludables.
En el Día 21, las plantas del Ejemplo 14 eran de color amarillo y tenían aspecto fláccido. Las plantas de los Ejemplos 11,12 y 13 no tenían manchas o defectos visibles.
Mientras las plantas fueron madurando hasta el Día 60, las plantas de los Ejemplos 11, 12 y 13 produjeron frutos. Las plantas tenían una forma regular y un color correcto y uniforme. Las plantas del Ejemplo 14 fueron muriendo y produjeron muy pocos frutos, de forma irregular. Las plantas de los Ejemplos 11, 12 y 13 continuaron dando buenos frutos, incluyendo las del Ejemplo 13 que se agregaron con agua marina a través de la membrana de la presente invención fabricada a partir de elastómero copolieteréster. No se pudo distinguir ninguna diferencia entre la calidad o la cantidad de los frutos de las plantas en los Ejemplos 11,12 o 13. Los frutos en el Ejemplo 14 mostraron manchas marrones y amarillas, en claro contraste con los frutos de los otros plantas.
De forma significativa, la cantidad de agua requerida para "llenar hasta el tope" las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir del elastómero copolieteréster de los Ejemplos 12 y 13 varió dependiendo del tiempo. En un día caluroso, las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir de elastómero copolieteréster requirieron medio litro adicional de agua, mientras que en días frescos y húmedos, las bolsas de irrigación necesitaron rellenarse muy poco. Ello demostró que la pervaporación de agua a través de la membrana era autorregulable, y que era dependiente del contenido en humedad y de la temperatura del aire y de la tierra en contacto con la membrana hidrofílica. En los Ejemplos 12 y 13, las bolsas de membrana fabricadas a partir de elastómero copolieteréster proporcionaron humedad a las plantas a través de la tierra y además humidificaron el aire cercano a las plantas.
Se cree que hubo una acumulación de contaminantes y compuestos salinos en las bolsas de irrigación de membrana fabricadas a partir de elastómero copolieteréster que "regaron" las plantas en el Ejemplo 13, porque sólo agua (con una cantidad de sales disueltas que no se midió, pero que claramente no era un nivel suficiente como para dañar a la planta) fue capaz de pervaporar a través de la membrana hidrofílica, dejando una concentración que incrementaba continuamente de sales en el agua de mar que permanecía en la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica. Ello sugiere que las bolsas de irrigación de membrana hidrofílicas fabricadas a partir del elastómero copolieteréster pueden sostener el crecimiento de las plantas durante períodos incluso más largos que la "temporada" experimental utilizada en los Experimentos 11-14, si cualquier agua salada utilizada se descargara de forma intermitente o se hiciera circular de forma continua desde una fuente mayor, limitando de esta manera la acumulación de sales en la fuente de
agua.
Al abrir los "sacos de cultivo" después de que los experimentos de los Ejemplos 11-14 hubieran acabado, el contenidos de los "sacos de cultivo" del Ejemplo 14, donde se regó directamente con agua marina, estaban todavía húmedos al tacto. Ello fue evidente también por el color oscuro del mediante cultivo, que era indicativo del alto contenido en sales de la tierra después de regar directamente con agua marina. Los contenidos de los otros "sacos de cultivo" de los Ejemplos 11-13 estaban todos secos al tacto y eran de color pálido, incluyendo la tierra en el "saco de cultivo" del Ejemplo 13 que había sido regado con agua marina a través de la membrana de elastómero copolieteréster hidrofílica.
Ejemplos 15-19
Se llevaron a cabo experimentos adicionales para explorar el potencial para cultivar cierto número de plantas regadas a través de las membranas de la presente invención bajo condiciones severas de disponibilidad de agua para las plantas. Los resultados demuestran claramente la viabilidad de una membrana permeable al vapor hidrofílica autorregulable de acuerdo con uno de los ejemplos de aplicación de la presente invención, incluso cuando se emplearon condiciones de cultivo muy severas.
Entre las plantas que se cultivaron se incluyen tomates, rábanos, maíz y sorgo. En estos experimentos, se utilizaron contenedores plásticos para cultivo fabricados de polipropileno, terracota y madera contrachapada. Las Figuras 3 y 4 ilustran experimentos representativos. La tierra vegetal utilizada en los Ejemplos 15-19 se secó hasta un máximo del 15% de humedad en tres, y la arena utilizada era totalmente seca. Se utilizaron contenedores de cultivo porosos fabricados de terracota o madera contrachapada en la mayoría de los experimentos, utilizando los contenedores plásticos para cultivo fabricados de polipropileno como referencia. Los contenedores de cultivo porosos servían para permitir al vapor de agua escapar a través de las paredes del contenedor de cultivo para estimular la pérdida de agua lateral indica que se encuentra en un campo. En todos los experimentos, excepto del Experimentos 15 al Ejemplo 18, las partes superiores de los contenedores de cultivo estaban abiertas a la atmósfera, así que el vapor de agua podía escapar de la parte superior de la tierra. Las plantas experimentaron temperaturas de alrededor de 30ºC en el ambiente del invernadero durante la mayor parte de su período de crecimiento de alrededor de 80 días.
Estas condiciones severas contrastaban con las condiciones más suaves bajo las cuales se llevaron a cabo los experimentos revelados en los Ejemplos 11-14. En los Ejemplos 11-14, los contenedores tipo "saco de cultivo" contenían tierra vegetal húmeda, y los contenedores eran bolsas de polietileno selladas. El polietileno del cuadro los "sacos de cultivo" estaban hechos prevenía la pérdida de agua a través de las paredes de estos contenedores de cultivo, en oposición a los contenedores más porosos fabricados de madera contrachapada y terracota que se utilizaron en los Ejemplos 15-19.
Si no se especifica de otra manera, las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica utilizadas en los Ejemplos 15-19 eran bolsas estancas al agua en posición plana y horizontal, preparadas a partir de películas de 50 micras de grosor de Copolieteréster B. todas las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica tenían un tubo flexible sellado a uno de los lados, de forma que las bolsas podrían rellenarse a partir de una reserva exterior al contenedor de cultivo. Las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica se enterraron en la arena fertilizada seca o en tierra de cultivo seca fertilizada (contenido en humedad máximo del 15% en peso) a una profundidad de alrededor de 10 cm, si no se especifica de otra manera. En distintos experimentos, las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica podían contener agua desionizada, agua salobre o agua marina. En todos los casos, las bolsas de irrigación de membrana hidrofílicas se mantuvieron llenas con agua desionizada provinente de una reserva exterior a través del tubo flexible.
Las plantas se hicieron germinar in situ en el contenedor de cultivo con una pequeña cantidad de agua, o bien fueron transplantadas a los contenedores de cultivo como plántulas. Los experimentos se llevaron a cabo bajo condiciones de invernadero. Al final de las pruebas, las plantas se sacaron de los contenedores de cultivo, se limpiaron de la tierra de cultivo y se secaron. Los brotes, raíces y frutos secos se secaron de forma separada.
Los experimentos de cultivo de los Ejemplos 15-19 se detuvieron después de alrededor de 80 días. Se determinó la velocidad de transferencia de agua a través de las membranas de polímero hidrofílico de cada experimento, midiendo la cantidad diaria de agua necesitada para rellenar cada contenedor.
Una vez las plantas hubieran alcanzado la madurez y la velocidad de agua perdida por pervaporación a través de las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica se hubieran estabilizado, se calculó la velocidad de transferencia de agua promedio por unidad diaria de membrana de polímero hidrofílico.
Ejemplo 15
En este ejemplo, se hicieron crecer plantas de maíz en arena fertilizada seca o tierra de cultivo en cuatro contenedores de cultivo identificados como Experimentos 1, 2, 3 y 4, con bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir de Copolieteréster B enterradas bajo la tierra a una profundidad de alrededor de 10 cm. Los contenedores estaban hechos de terracota (Experimentos 1 y 3) o de polipropileno (Experimentos 2 y 4). Las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica se extendían hasta aproximadamente la mitad de la longitud del fondo de cada contenedor de cultivo. Se hicieron crecer tres plantas en cada contenedor, de forma que la Planta A estaba colocada directamente encima de la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica, la Planta B estaba colocada sobre el borde de la bolsa de irrigación y la Planta C estaba colocada lejos de la bolsa de irrigación al otro extremo del contenedor de cultivo. Los resultados se muestran en la Tabla 2.
TABLA 2 Pesos en Seco de los Brotes y las Raíces de Plantas de Maíz y Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de Bolsas de Irrigación de Membrana Hidrofílica
A B C
Ex. Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Velocidad de
brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas Transferencia de
(g) (g) (g) (g) (g) (g) Agua a través de
la Membrana
Promedio
(g/m^{2}/24 h)
1 5.45 2.86 1.42 1.85 1.13 1.60 750
2 4.68 2.38 2.90 2.00 3.26 3.28 450
3 0.44 1.60 0.26 0.66 0.25 0.50 200
4 1.84 1.01 4.26 3.30 0.59 0.54 200
Los pesos de los brotes y las raíces ilustran la mejor retención de humedad de los contenedores plásticos de polipropileno (Experimentos 2 y 4), en comparación con los contenedores más porosos de terracota (Experimentos 1 y 3). Las plantas cultivadas en tierra de cultivo (Experimentos 1 y 2) crecieron mejor que las plantas cultivadas en arena (Experimentos 3 y 4).
La Planta A, que estaba colocada más cerca de la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica y, por consiguiente, más cerca de la fuente de agua, creció mucho más que la Planta C, que era la que se hallaba a mayor distancia de la bolsa de irrigación. Ello ilustra que el crecimiento de las plantas estaba sostenido por el agua que pervaporaba a través de la bolsa de irrigación de membranan hidrofílica.
Ejemplo 16
En cuatro contenedores de cultivo, identificados como Experimentos 5, 6, 7 y 8, se transplantaron plántulas de sorgo previamente germinadas de una altura de unos 7-10 cm, y se cultivaron en arena seca fertilizada o tierra de cultivo, con bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir de Copolieteréster B enterradas en la tierra a una profundidad de unos 10 cm, en contenedores de terracota (Experimentos 5 y 7) o de polipropileno (Experimentos 6 y 8). Las bolsas de irrigación se extendían hasta aproximadamente la mitad de la longitud del fondo de cada contenedor de cultivo.
Se hicieron crecer tres plantas en cada contenedor, de forma que la Planta A estaba colocada directamente sobre la bolsa de irrigación, la Planta B estaba colocada sobre el borde de la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica y la Planta C estaba colocada lejos de la bolsa de irrigación al otro extremo del contenedor de cultivo. Como en el Ejemplo 15, los pesos de los brotes y las raíces y las Velocidades de Transferencia de Agua Promedio de la Tabla 3 muestran claramente que las plantas de sorgo cultivadas en tierra de cultivo (Experimentos 5 y 6) crecieron mejor que las plantas cultivadas en arena (Experimentos 7 y 8). La Planta A fue la que creció en mayor extensión, y la Planta C fue la que creció menos, reflejando de esta manera su proximidad a la fuente de agua de la bolsa de irrigación de membranan hidrofílica.
TABLA 3 Pesos en Seco de los Brotes y las Raíces de Plantas de Sorgo y Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de Bolsas de Irrigación de Membrana Hidrofílica
A B C
Ex. Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Velocidad de
brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas Transferencia de
(g) (g) (g) (g) (g) (g) Agua a través de
la Membrana
Promedio
(g/m^{2}/24 h)
5 4.71 5.85 4.33 0.70 0.70 0.23 1130
6 4.30 5.40 3.74 1.18 2.88 0.65 1130
7 0.25 0.18 0.28 0.26 0.07 0.10 200
8 0.53 0.43 0.16 0.13 0.09 0.08 200
Ejemplo 17
En cuatro contenedores de cultivo, identificados como Experimentos 9, 10, 11 y 12, se transplantaron plántulas de maíz previamente germinadas de una altura de unos 7-10 cm, y se cultivaron en tierra de cultivo seca fertilizada, con bolsas de irrigación de membrana hidrofílica enterradas en la tierra a una profundidad de unos 10 cm en contenedores de terracota. Se utilizaron dos materiales distintos para fabricar las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica - Copolieteréster A para el Experimento 11 y Copolieteréster B para los Experimentos 9, 10 y 12. El Copolieteréster A absorbe más del 50% en volumen de agua, comparado con el 30% absorbido por el Copolieteréster B. Así pues, el Copolieteréster A presenta una mayor permeabilidad al vapor de agua que el Copolieteréster B.
Las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica se extendían hasta aproximadamente la mitad de la longitud del fondo de los contenedores de cultivo utilizados en los Experimentos 9 y 11, pero se extendían a lo largo de todo el fondo de los contenedores de cultivo en los Experimentos 10 y 12. Se hicieron crecer tres plantas en cada contenedor, de forma que la Planta A estaba colocada directamente sobre la bolsa de irrigación, la Planta B estaba colocada sobre el borde de la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica y la Planta C estaba colocada lejos de la bolsa de irrigación al otro extremo del contenedor de cultivo en los Experimentos 9 y 11. Todas las plantas se colocaron directamente sobre las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica utilizadas en los Experimentos 10 y 12.
En comparación con el Experimento 9, el Experimento 10 ilustra el efecto de incrementar el área superficial de la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica, y el efecto de utilizar un material con una mayor permeabilidad al vapor de agua se ilustra en el Experimento 11. Finalmente, el Experimento 12 muestra el efecto de la utilización de agua marina en lugar de agua potable, en la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica de mayor área superficial, como la que se usa en el Experimento 10.
Los pesos de los brotes y las raíces y las Velocidades de Transferencia de Agua Promedio de las plantas de maíz de estos experimentos se muestran en la Tabla 4. Los datos ilustran como la mejora más importante en las condiciones de cultivo se consiguió utilizando una bolsa de irrigación de membrana hidrofílica de mayor área superficial (Experimento 10). La utilización del más permeable Copolieteréster A en la bolsa de irrigación (Experimento 11) en lugar del Copolieteréster B estándar (Experimento 9) también conllevó un mayor crecimiento de las plantas. El Experimento 12 muestra como las plantas de maíz pueden crecer satisfactoriamente incluso cuando se riegan utilizando una bolsa de irrigación que contiene agua marina.
TABLA 4 Pesos en Seco de los Brotes y las Raíces de Plantas de Maíz y Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de Bolsas de Irrigación de Membrana Hidrofílica
A B C
Ex. Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Peso de los Peso de las Velocidad de
brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas brotes secos raíces secas Transferencia de
(g) (g) (g) (g) (g) (g) Agua a través de la
Membrana Promedio
(g/m^{2}/24 h)
9 2.24 0.89 1.62 0.88 0.11 0.15 380
10 6.68 1.47 7.64 2.76 8.25 3.47 830
11 3.30 3.59 3.54 1.07 3.71 1.05 750
12 1.03 0.95 1.44 1.22 1.13 0.91 170
Ejemplo 18
Se cultivaron plántulas de maíz previamente germinadas de una altura de unos 15 cm en tres contenedores de terracota identificados como Experimentos 13, 14 y 15, utilizando bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir de Copolieteréster B y enterradas en la tierra a una profundidad de unos 15 cm. En un cuarto contenedor de terracota, identificado como Experimento 16, se cultivó una plántula de tomate del tipo Celebrity, utilizando también bolsas de irrigación de membrana hidrofílica tal como se ha descrito para los Experimentos 13, 14 y 15. Las bolsas de irrigación se extendían a lo largo de todo el fondo de cada contenedor de cultivo. Se cultivó una planta en cada contenedor, colocada directamente sobre la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica. Los contenedores utilizados para los Experimentos 13, 14, 15 y 16 eran mayores (dimensiones 50 x 50 x 50 cm) en comparación con los contenedores descritos anteriormente en los Ejemplos 15, 16 y 17 (15 x 15 x 60 cm). Todas las bolsas de irrigación tenían el mismo tamaño y se extendían a lo largo de todo el fondo de los contenedores de cultivo, así que alrededor de 1,450 cm^{2} de área superficial de la membrana estaban disponibles para cada una de las plantas utilizadas en estos Experimentos 13, 14, 15 y 16, en comparación con un área de 265 cm^{2} a 600 cm^{2} disponible para las tres plantas utilizadas en los experimentos descritos en los Ejemplos 15, 16 y 17.
En el Experimento de referencia 13, se cultivó una plántula de maíz en tierra de cultivo seca fertilizada, irrigada mediante una bolsa de irrigación que contenía agua potable. En el Experimento 14 se utilizó agua marina como fuente de agua para la bolsa de irrigación. En el Experimento 15, se utilizó arena fertilizada seca en lugar de tierra de cultivo como medio de cultivo para la planta de maíz, y el contenedor de cultivo se cubrió con una pieza de plástico de polietilieno negra para retardar la evaporación de agua de la superficie de la tierra. En el Experimento 16 se utilizó una planta de tomate del tipo Celebrity en lugar de maíz, que se regó utilizando agua marina como fuente de agua en la bolsa de irrigación de membrana hidrofílica, manteniendo los otros factores iguales que en Experimento de referencia 13.
Los pesos de los brotes y las raíces secas y las Velocidades de Transferencia de Agua Promedio se muestran en la Tabla 5.
TABLA 5 Pesos en Seco de los Brotes y las Raíces de Plantas de Maíz y Tomate y Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de Bolsas de Irrigación de Membrana Hidrofílica
Experimento Planta Peso de los Peso de las Velocidad de Transferencia de Agua a través
brotes secos (g) raíces secas (g) de la Membrana Promedio (g/m^{2}/24 h)
13 Maíz 18.89 6.92 280
14 Maíz 6.65 3.81 70
15 Maíz 5.67 7.45 210
16 Tomate 5.25 1.85 70
Ejemplo 19
Se utilizaron contenedores de cultivo de madera contrachapada (60 x 60 x 200 cm) para los Experimentos 17 y 18. Se transplantaron y cultivaron plántulas de tomate de las variedades Celebrity y Rutgers en tierra de cultivo fertilizada seca. Las plantas de tomate de variedad Celebrity se transplantaron en la forma de plántulas de una altura de unos 20 cm, mientras que plantas de tomate de variedad Rutgers se transplantaron en la forma de plántulas de una altura de unos 10 cm. Se utilizaron estos dos tipos de tomate para comparar sus comportamientos en el crecimiento. Los tomates Celebrity crecen para dar plantas mayores y son una variedad determinada, mientras que los tomates Rutgers crecen hasta un tamaño más limitado y son una variedad indeterminada.
En el Experimento 17, las bolsas de irrigación de membrana hidrofílica fabricadas a partir del Copolieteréster B se enterraron en la tierra justo por debajo de la superficie en uno de los lados de 60 cm de ancho de cada uno de los contenedores de cultivo, descendiendo de forma progresiva con pendiente constante a lo largo del lado con una longitud de 200 cm hasta el fondo del contenedor de cultivo en el otro lado de 60 cm de ancho. Las Plantas A, B y C se colocaron formando una línea recta, de tal forma que la Planta A estaba colocada cerca del lado poco profundo donde la bolsa de irrigación estaba justo por debajo de la superficie, y la Planta C estaba colocada cerca del lado profundo donde la bolsa de irrigación alcanzaba el fondo del contenedor de cultivo. De forma parecida, las Plantas W, X e Y se colocaron formando una línea recta paralela a la formada por las Plantas A, B y C, de tal forma que la Planta W estaba colocada cerca del lado poco profundo y la Planta Y estaba colocada cerca del lado profundo del contenedor de cultivo. Las Plantas W, X e Y se dispusieron en relación con las Plantas A, B y C de forma que se alcanzara el espaciado recomendado de al menos 50 cm entre las plantas.
En el Experimento 18, las plantas se regaron de forma individual con agua desionizada desde un recipiente para el riego, sin utilizar una bolsa de irrigación. En este experimento de referencia se utilizó una cantidad de agua suficiente para el crecimiento normal de cada planta.
Los pesos relativos de los brotes y las raíces de las plantas cultivadas en el Experimento 17 demostraron que las Plantas A, B y W, relativamente cerca de la bolsa de irrigación, crecieron mejor que las Plantas C, X e Y, más lejos de esta fuente de agua.
Los datos de los pesos de los brotes y las raíces de los Experimentos 17 y 18 y la Velocidad de Transferencia de Agua Promedio del Experimento 17 se muestran en la Tabla 6.
TABLA 6 Pesos en Seco de los Brotes y las Raíces de Plantas de Tomate y Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de Bolsas de Irrigación de Membrana Hidrofílica
Experimento 17 (regados con bolsa inclinada) Brotes Raíces Fruto
Plana A (tomate Celebrity) 91.32 9.34 22.24
Planta B (tomate Celebrity) 73.80 7.66 30.51
Planta C (tomate Celebrity) 12.28 3.18 -
Planta W (tomate Rutgers) 9.81 1.43 -
Planta X (tomate Rutgers) 2.01 0.53 -
Planta Y (tomate Rutgers) 3.89 0.69 -
Velocidad de Transferencia de Agua Promedio a través de la Membrana Hidrofílica
(g/m^{2}/24 h) 600
Experimento 17 (riego convencional) Brotes Raíces Fruto
Plana A (tomate Celebrity) 43.03 5.35 28.24
Planta B (tomate Celebrity) 52.22 4.44 17.91
Planta C (tomate Celebrity) 72.72 7.67 12.58
Planta D (tomate Celebrity) 55.71 6.34 30.60
Planta W (tomate Rutgers) 19.60 1.85 -
Ejemplos 20 y 21
El grupo de Ejemplos 20 y 21 pretendía demostrar la aplicación en humidificación de la presente invención.
En el Ejemplo 20, se fabricó un bolsa sellada de forma estanca al agua, llena de agua, a partir de una película de Copolieteréster B de un grosor de 50 micras, y se colocó sobre una superficie a temperatura ambiente. Se puso una toalla de papel sobre la bolsa de membrana hidrofílica, en contacto con la superficie de la membrana, y se colocaron semillas de rábano, lechuga, nabo, coles de Bruselas, espinacas, col y violeta sobre la toalla de papel y se puso otra toalla de papel sobre las semillas, y el montaje se dejó en la oscuridad. Después de cinco días, habían germinado semillas de todas las especies de plantas, utilizando solamente la humedad de la pervoración del interior de la bolsa.
En el Ejemplo 21, utilizando un aparato de sellado por calor convencional, se selló una semilla de soja entre dos capas de membrana hidrofílica de un grosor de 50 micras fabricada a partir de Copolieteréster B, para dar una bolsa translúcida cuadrada hermética de dimensiones 2 x 2 cm, con aire atrapado con la semilla. La bolsa de membrana hidrofílica se hizo flotar en agua corriente en un vaso de precipitados y se dejó en la oscuridad a temperatura ambiente. Después de dos semanas, se observó que la semilla de soja había germinado dentro de la bolsa, utilizando el agua que había pervorado en la bolsa a través de la membrana hidrofílica.
Ejemplo 22
El Ejemplo 22 aporta otra aplicación en la cual las plantas se cultivan a partir de las semillas utilizando la pervaporación de agua a través de una membrana hidrofílica. Se colocó una cubeta abierta de plástico de dimensiones 60 x 45 x 3 cm con su área mayor en posición horizontal y se rellenó con agua corriente hasta alcanzar una profundidad de 2 cm. Se colocó una membrana hidrofílica de un grosor de 25 micras fabricada a partir de Copolieteréster C sobre la parte superior de la cubeta de forma que flotara sobre la superficie del agua, colgando sobre los bordes de la cubeta. Se distribuyeron semillas de césped de una mezcla para jardín asequible comercialmente sobre la parte superior de la membrana hidrofílica y se cubrieron con unos 3 mm de turba en polvo que contenía cristales de un fertilizante sólido de liberación lenta. El experimento se cubrió con una tapa de plástico transparente que permitía el paso de la luz al interior del contenedor.
Después de una semana, el interior de la tapa de plástico transparente estaba cubierta con gotas de agua condensada, y algunas semillas de césped habían germinado a lo largo del borde de la membrana hidrofílica, donde esta condensación había empapado la turba en polvo. Algunas semillas también habían germinado a lo largo de la parte central de la membrana hidrofílica, lejos del agua condensada. Para prevenir que más humedad condensara en la tapa y cayera sobre la turba en polvo, en este punto se quitó la tapa. A partir de este momento, el agua que había bajo la membrana hidrofílica se fue reponiendo progresivamente con agua marina provinente del Canal de la Mancha una vez cada dos o tres días, reemplazando el agua que había pervaporado a través de la membrana hacia la turba en polvo.
Después de dos semanas, se veía crecer el césped a partir de las semillas de toda la superficie de la membrana hidrofílica. Se encontró que otras semillas de césped germinaron en el curso del resto del experimento.
El experimento se acabó después de 14 semanas. En ese momento, el césped había formado una masa de raíces muy densa. Hojas de césped verdes, de aspecto saludable, de más de 18 cm de altura, habían crecido con normalidad. Este experimento demuestra que el césped puede cultivarse utilizando la pervaporación de agua a través de la membrana de la presente invención utilizando una fuente de agua salobre.
El experto en la materia podrá apreciar que el término "purificación" depende en cierta medida del uso al cual se exponga el agua purificada. Por ejemplo, el agua que se utiliza para el cultivo de plantas puede ser menos pura que la requerida para el consumo humano. Evidentemente, se apreciará que el proceso de purificación se puede repetir en etapas sucesivas para aumentar la pureza, es decir, permitiendo que el agua contaminante pase a través de una o más capas más gruesas de membranas hidrofílicas (o incluso a través de un sistema de filtrado adicional). Además, la pureza se puede referir a diferentes componentes en función del contexto de uso. Por ejemplo, en agua para el cultivo de plantas generalmente sólo el contenido de sal será relevante, mientras que en el agua para el consumo humano, el contenido microbiano activo será el más relevante, y en agua para (re)hidratar fármacos para inyección por vía intravenosa, la carga biológica total y el contenido de sal serán especialmente relevantes. Así, se debe entender que la purificación se refiere al proceso de preparado de agua de una calidad suficiente para la utilización deseada. Generalmente, dentro del contexto de la invención, el agua purificada expulsada por la membrana contiene menos del 1% (preferiblemente menos del 0,1% o incluso mucho menos) de sólidos disueltos o en suspensión y de materia granulosa. En cuanto a las sales disueltas, éstas se retienen generalmente dentro de la membrana y encima de la misma, teniendo el vapor purificado expulsado de la membrana una pureza de menos del 1% (y típicamente mucho menor) en comparación con los sólidos disueltos.

Claims (16)

1. Proceso para la germinación de semillas y para el cultivo de una planta de semillero con raíces a partir de dichas semillas germinadas, que comprende los pasos de:
aportar una fuente de agua que contiene, además de agua, al menos uno de entre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico,
aportar un aparato de distribución de agua que comprende una membrana hidrofílica de una o más capas, la cual presenta una primera superficie y una segunda superficie,
aportar semillas o plantas de semillero,
poner en contacto las raíces de las plantas de semillero, las semillas o una mezcla de ambas con la primera superficie de la membrana hidrofílica,
introducir la fuente de agua en la segunda superficie de la membrana hidrofílica,
en el cual dicha membrana hidrofílica permite el paso del agua a través de la membrana hidrofílica desde la segunda hasta la primera superficie, en forma de vapor,
evitando dicha membrana hidrofílica que el elemento que es al menos uno de entre sólidos en suspensión, sólidos disueltos, contaminantes, sales y material biológico pase a través de dicha membrana,
en el cual dicha membrana hidrofílica presenta una velocidad de transferencia diferencial de vapor a través de dicha membrana de al menos 70 g/m^{2}/24 h.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que dichas semillas o plantas de semillero están contenidas en un medio de cultivo, permitiendo dicha membrana hidrofílica que el agua pase a su través para introducirse en el medio de cultivo como vapor de agua.
3. Proceso según la reivindicación 2, en el que el medio de cultivo tiene un contenido en humedad, permitiéndose el paso de dicho vapor de agua a través de la membrana hidrofílica para introducirse en el medio de cultivo a una velocidad que depende del contenido en humedad de dicho medio de cultivo.
4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que existe un gradiente del contenido en humedad a lo largo de la membrana hidrofílica.
5. Proceso según la reivindicación 4, en el que el gradiente del contenido en humedad es cero.
6. Proceso según la reivindicación 2, en el que el medio de cultivo se selecciona de entre el grupo compuesto por arena, limo, arcilla, humus, vermiculita, perlita, turba en polvo, virutas de raíz de helecho arbóreo, astillas de corteza de árbol, virutas de corteza de árbol o virutas de fibra de coco, o bien mezclas de los mismos.
7. Proceso según la reivindicación 2, en el que la membrana hidrofílica está cubierta completamente por el medio de cultivo.
8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la membrana hidrofílica es un polímero hidrofílico seleccionado de entre el grupo compuesto por elastómeros copolieteréster, poliamida-poliéter en bloque, poliéter uretanos, homopolímeros y copolímeros de polivinil alcohol y sus mezclas.
9. Proceso según la reivindicación 8, en el que el polímero hidrofílico es un elastómero copolieteréster o una mezcla de dos o más elastómeros copolieteréster, y en el que dicho elastómero copolieteréster comprende múltiples unidades éster de cadena larga recurrentes y unidades éster de cadena corta unidas cabeza con cola a través de enlaces tipo éster, donde las unidades éster de cadena larga se representan mediante la fórmula general:
(I)-- OGO -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
-- R -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
a) G es el radical divalente que queda después de la eliminación de los grupos hidroxilo terminales de un poli(alquilen óxido)glicol con un peso molecular promedio en número de alrededor de 400-4000;
\newpage
b) R es el radical divalente que queda después de eliminar los grupos carboxilo de un ácido dicarboxílico con un peso molecular menor de 300;
donde las unidades éster de cadena corta se representan mediante la fórmula general:
(II)-- ODO -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
-- R -- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--
donde:
a) D es el radical divalente que queda después de eliminar los grupos hidroxilo de un diol con un peso molecular menor de 250;
b) R es el radical divalente que queda después de eliminar los grupos carboxilo de un ácido dicarboxílico con un peso molecular menor de 300;
en el cual el copolieteréster contiene opcionalmente un 0-68 por ciento en peso en base al peso total de copolieteréster de grupos etilen óxido incorporados en las unidades éster de cadena larga del copolieteréster; y
en el que el copolieteréster contiene alrededor de un 25-80 por ciento en peso de unidades éster de cadena corta.
10. Proceso según la reivindicación 9, en el que el elastómero copolieteréster con un grosor de película de 25 micras tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua según ASTM E96-95 (Procedimiento BW) de al menos 400 g/m^{2}/24 h, medido utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
11. Proceso según la reivindicación 9, en el que el elastómero copolieteréster con un grosor de película de 25 micras tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua según ASTM E96-95 (Procedimiento BW) de al menos 3500 g/m^{2}/24 h, medido utilizando aire a 23ºC y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 m/s.
12. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato de distribución de agua se selecciona de entre el grupo compuesto por una manguera, una tubería y un tubo.
13. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato de distribución de agua comprende además al menos una abertura para llenar el aparato con la fuente de agua.
14. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la membrana hidrofílica comprende además material de soporte.
15. Proceso según la reivindicación 14, en el que el material de soporte se selecciona de entre el grupo compuesto por papeles tramados, papeles no tramados, papel obra, tejidos permeables al vapor de agua y tramas permeables al vapor de agua.
16. Proceso para el cultivo de semillas según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dichas semillas están encerradas dentro de la membrana hidrofílica.
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