ES2322980B1 - Sistema electronico para el mando automatico de los riegos agricolas. - Google Patents

Abstract

Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, que se compone de lo que sigue: un tensiómetro formado por un tubo vertical, que se rellena parcialmente con agua, el cual lleva acoplada una cápsula cerámica semipermeable; un microtubo en U invertida, con una rama que entra, a través de un tapón, en el tubo y con la otra, a través de otro tapón, en una cubeta llena de mercurio, y dos sensores que detectan, por medio de un LED enfocado sobre una LDR, los niveles máximo y mínimo del mercurio que, según la mayor o menor depresión en el tubo, asciende o desciende por el microtubo. El conjunto se entierra a la profundidad de las raíces de un cultivo, y las lecturas de los sensores, debidamente amplificadas mediante un circuito electrónico, sirven para poner en marcha o para parar un equipo convencional para el riego de las plantas.

Description

Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas.

La presente invención se enmarca en el marco de los sistemas para el riego de jardines, campos, terrenos deportivos y similares.

El objeto de la invención es el de desarrollar un sistema de riego que permita que los diferentes cultivos se desenvuelvan dentro de unos intervalos de humedad máxima y mínima del suelo previamente preestablecidos por el agricultor. Y que ello conlleve sencillez de fabricación, comodidad de instalación, facilidad de manejo y fiabilidad de funcionamiento.

Estado de la técnica

La creciente escasez de agua que padecen algunas regiones hace cada día más necesario aprovechar hasta la última gota de este preciado líquido, evitando así sus derroches ligados a usos arcaicos e irracionales del mismo.

El hecho de que en España los regadíos supongan casi el 80% del uso del agua (Rosell, 1998) ha guiado los correspondientes trabajos que han dado a luz la presente invención, con la que se pretende contribuir a la recuperación y al mantenimiento del medio natural, así como al desarrollo sostenible de la agricultura mediante un uso lo más eficiente posible del agua.

Para ello, se ha ideado un sistema electrónico que permite, de manera automática, poner en marcha y detener el riego, haciendo que el respectivo cultivo se desarrolle siempre entre los niveles de humedad del suelo que el agricultor considere más idóneos para obtener la máxima productividad de sus cultivos, sin que en ningún momento se produzcan, por exceso de riego, inadmisibles derroches de agua.

Como es sabido, el suelo recibe el agua de riego y la almacena en sus poros, cediéndola a las plantas a medida que la necesitan. Para calcular la cantidad de agua que requieren los cultivos, es habitual determinarla utilizando datos climáticos, de una serie de años, correspondientes a la zona a regar, habida cuenta de las características del agua, del suelo y del oportuno cultivo a desarrollar.

Al variar los datos climáticos, la calidad del agua, el tipo de suelo o la naturaleza de los cultivos, tal cálculo puede dejar de ser fiable, y llevar a practicar riegos sin la precisión deseable.

El agua aportada por el riego desciende circulando por los poros y grietas del terreno. Pero sólo una parte de ella es retenida por el potencial mátrico del terreno, y las otras se pierden por evaporación y por percolación. Evidentemente, el volumen de agua que queda disponible para las plantas depende, entre otras cosas, de las características del suelo.

El agua del terreno pasa al xilema por ósmosis. La capacidad de captación de agua por las plantas está, además de por la índole del suelo, influida por la diferencia de salinidades entre uno y otro lado de las raíces; cuanto más salino es el suelo, más dificultades tienen las plantas para absorber agua, y con ella los nutrientes que necesitan.

Así, pues, las plantas para absorber agua del suelo tienen que vencer el potencial mátrico más el potencial osmótico. Como es lógico, a menor suma de potenciales más fácilmente absorbe el agua del suelo, el cultivo.

La cantidad máxima de agua que puede almacenar un suelo drenado se denomina capacidad de campo (Cc) y la cantidad mínima por debajo de la cual las plantas de un cultivo no la pueden absorber se llama punto de marchitez (Pm). La diferencia entre ambas se denomina capacidad de almacenamiento (Ca). Es decir:

Ca = Cc – Pm

Para medir la tensión de succión que deben realizar las plantas para absorber el agua del suelo, es decir, para vencer el potencial mátrico de éste, se utilizan tensiómetros. Estos consisten en un tubo lleno de agua conectado por un extremo a una cápsula porosa de cerámica y el otro a un manómetro (vacuómetro); la cápsula se introduce en el suelo, a la profundidad a la que se quiere medir el potencial mátrico y, a través de ella, del tubo entra o sale agua, produciendo en él una mayor o menor depresión conforme al estado de humedad del suelo (a menor humedad, mayor depresión).

El solicitante desconoce la existencia en el mercado de sistemas electrónicos para el mando automático de los riegos agrícolas que se funden en la medición directa del estado de humedad del suelo mediante tensiómetros. Tampoco sabe de la existencia de registros españoles que protejan o hayan protegido invenciones similares a la que es objeto de la presente memoria, que se redacta a efectos de que forme parte de la correspondiente solicitud de una patente de invención que proteja los correspondientes derechos de propiedad industrial que le asisten.

Así, efectuada una simple búsqueda en la BD OEPMPAT, documental de invenciones españolas de la Oficina Española de Patentes y Marcas, entre otros registros menos similares, se encuentran los de las patentes de invención P.200102653 y P.200200498, que miden la humedad del suelo mediante sondas eléctricas, que exploran sus cambios de resistividad , y P.9600897 y P.9800132, que lo hacen por comparación con el estado de unos específicos depósitos evaporadores.

La invención que se preconiza lo hace de manera directa, por medio de un tensiómetro especialmente concebido para este fin, que funciona midiendo de manera precisa el grado de humedad que en cada momento presenta el terreno de cultivo, evitándose así los errores que por una serie de circunstancias (cambios de salinidad del suelo, oxidaciones y deposiciones sobre los electrodos, temperaturas y humedades excepcionales del ambiente, vientos más o menos intensos, etc., etc.) presentan los sistemas indirectos de medición propios de las patentes de invención citadas.

Descripción

Conocido todo lo que antecede, se ha previsto un tensiómetro que en lugar de un manómetro utiliza un microtubo de vidrio, doblado según una U invertida, que conecta el interior del tubo con una cápsula llena de mercurio. De tal suerte, todo ello, de que a medida que se va secando el suelo en contacto con la cápsula cerámica, enterrada a la profundidad de máxima exploración de las raíces de las plantas del cultivo, el mercurio de la cápsula va subiendo por el microtubo de vidrio, llegando a más altura cuanto más seco esté el suelo.

Igualmente, se han ideado unos sensores que se acoplan al microtubo, y que detectan los niveles del mercurio correspondientes al los niveles de humedad del suelo preestablecidos como máximos y como mínimos, y todo ello con vistas a la automatización de la puesta en marcha y la parada del proceso de riego.

Estos sensores constan de una cápsula construida a partir de un bloque, preferentemente ortoédrico y de aluminio, perforado verticalmente para que pase por él el microtubo de cristal, teniendo en dos de sus caras verticales opuestas sendas perforaciones para alojar en ellas una fotorresistencia (LDR), en una de ellas, y un emisor de luz (LED), en la otra, de tal manera que el haz de luz del LED atraviese el microtubo de cristal e incida en la LDR.

Al secarse el suelo, y subir el mercurio por el microtubo de vidrio, se interrumpe el paso de dicho haz de luz y la LRD aumenta su resistencia eléctrica, Esta variación de resistencia se utiliza como señal eléctrica que, debidamente amplificada permite poner en marcha o parar el sistema de riego.

Se ha previsto que cada tensiómetro lleve dos sensores, uno para la máxima humedad permitida en el suelo, y otro para la mínima humedad admisible en el suelo, de manera que cuando el mercurio suba al más alto nivel se ponga en marcha el riego, y que cuando el mercurio baje hasta el más bajo se pare el riego.

Un circuito electrónico, simple y barato, diseñado ad hoc, permitirá utilizar las señales de los dos sensores para, de manera totalmente automática, poner el riego en funcionamiento cuando el suelo esté al mínimo nivel permitido de humedad, y detenerlo, cuando el suelo esté al máximo nivel tolerado de humedad.

En las hojas de dibujos que se acompañan, para mejor comprensión de lo descrito y reivindicado en esta memoria, se puede contemplar, con carácter ilustrativo y no limitativo, lo que sigue:

En la figura 1: un tensiómetro especialmente construido para esta invención, compuesto por un grueso tubo para agua, con su válvula de relleno; una cápsula cerámica semipermeable en la base del tubo; una cubeta llena de mercurio, y un microtubo de vidrio en U invertida, que comunica el fondo de la cubeta con el interior del tubo parcialmente relleno de agua.

En la figura 2: un sensor electrónico específicamente montado para ser acoplado al microtubo para que detecte en él el correspondiente nivel del mercurio.

En la figura 3: la disposición de dos sensores electrónicos idénticos al de la figura 2, para detectar respectivamente los niveles de mercurio correspondientes a las humedades mínima y máxima prefijadas para el suelo.

En la figura 4: el esquema de un circuito electrónico especialmente diseñado para poner en funcionamiento y parar el riego utilizando para ello las señales procedentes de los dos sensores representados en la figura 3.

Las referencias correspondientes a estas figuras son las siguientes:

1.-

Tubo para agua.

2.-

Microtubo en U invertida.

3.-

Cápsula cerámica.

4.-

Cubeta para mercurio

5.-

Válvula de relleno.

6.-

Tapón del tubo.

7.-

Tapón del microtubo.

8.-

Bloque perforado.

9.-

Microtubo.

10.-

Arandelas de caucho.

11.-

LED (emisor de luz).

12.-

LDR (fotorresistencia).

13.-

Sensor de mínima humedad admisible.

14.-

Sensor de máxima humedad permitida.

15.-

Transistor.

16.-

Relé.

17.-

Transistor.

18.-

Relé.

19.-

Tiristor.

20.-

Relé.

21.-

Contactor de potencia.

22.-

Resistencia (1 K).

23.-

LDR (fotorresistencia).

24.-

Potenciómetro multivuelta.

25.-

Resistencia (1 K).

26.-

LDR (fotorresistencia).

27.-

Potenciómetro multivuelta.

28.-

Resistencia (1 K).

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Realización preferente de la invención

El sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas que se pretende proteger se compone de un tensiómetro especial, representado en la figura 1, compuesto por un tubo para agua (1), un microtubo en U invertida (2), una cápsula cerámica (3), una cubeta para mercurio (4), una válvula de relleno (5), y unos adecuados tapones (6) y (7) para el tubo y el microtubo.

A medida que se va secando el suelo en contacto con la cápsula cerámica (3), de naturaleza semiporosa y enterrada a la profundidad de máxima exploración de las raíces del cultivo, el mercurio de la cubeta (4) va subiendo por el microtubo de vidrio en U invertida (2), llegando a más altura cuanto más seco esté el suelo.

Para automatizar el riego, se prevén unos sensores electrónicos como los representados en la figura 2, compuestos por un bloque (8), preferentemente ortoédrico y de aluminio, con unas adecuadas perforaciones, sensores que serán los encargados de leer los correspondientes niveles de mercurio en en microtubo de vidrio (9). Éste se ajusta al bloque mediante unas arandelas de caucho (10), que aseguran la estanqueidad de los sensores y la posición de estos sobre el microtubo de vidrio. En los laterales de dicho bloque, se instalan un LED (emisor de luz) (11) y una LDR (fotorresistencia) (12), de tal suerte que al subir el nivel del mercurio en el microtubo (9), el haz producido por el emisor de luz llega a ser interrumpido, dejando de incidir sobre la fotorresistencia, aumentando esta su resistencia eléctrica. Esta variación de resistencia, debidamente amplificada, será la señal eléctrica que permitirá poner en funcionamiento o detener el sistema de riego.

Cada tensiómetro llevará adaptados dos sensores electrónicos como puede verse en la figura 3, uno (13) para el nivel de mínima humedad tolerada del suelo, y otro (14) para el nivel de máxima humedad permitida del suelo. El primero es el encargado de producir la señal eléctrica que, convenientemente amplificada, pondrá en marcha el sistema de riego, y el segundo es el destinado a generar la señal eléctrica que, también oportunamente amplificada, determinará su parada.

Un circuito electrónico muy simple y barato, cuyo esquema se muestra en la figura 4, permitirá utilizar las señales de los dos sensores para, de manera totalmente automática, poner el riego en funcionamiento cuando el suelo esté seco, en sus condiciones de humedad mínima tolerada, y de mantenerlo hasta que alcance su humedad máxima permitida.

Dicho circuito se construirá con los componentes que se expresan en dicho esquema, dispuestos de la forma que en él se indica. Su funcionamiento será el que sigue:

Un transistor (15) se utilizará para captar la señal de máxima humedad del suelo deseable para el cultivo. Activará un relé (16). Otro transistor (17), de idénticas características al primero, se empleará para activar otro relé (18), idéntico al anterior.

Un tiristor (19) se utilizará para excitar un contactor de potencia (21), que se empleará para poner el sistema de riego en funcionamiento.

El transistor (15) lleva como elemento de protección colocado en su base una resistencia (22) de 1 K y 0,5 W. En el circuito de este transistor existirá una LDR (23) conectada en serie con un potenciómetro multivuelta (24) de 1 K y 0,5 W. El extremo libre de la LDR se unirá al polo (-) de la alimentación; el extremo libre del potenciómetro al polo (+) de la alimentación. La unión entre ambos (P), se conectará a la resistencia citada.

La LDR, cuando recibe luz procedente del respectivo LED, tiene un valor en ohmios muy reducido y el punto P tiene tensión negativa, con lo que el transistor (15) no conduce, y por tanto no activa su relé. Al secarse el suelo, el mercurio sube por el microtubo e interrumpe el haz de luz del LED respectivo, con lo que la LDR (23) aumenta su valor en ohmios, y la señal en la base del transistor se hace positiva. El relé se activa y cierra un contacto que hace que la corriente del polo positivo llegue a la patilla de la bobina de otro relé (20), que se utilizará para activar un contactor de potencia (21).

El transistor (17) actúa igual que el transistor (15), y también se conectará en su base a una resistencia de seguridad (25) de 1 K y 0,5 W, la cual recibirá la corriente desde la conexión de una LDR (26), montada en serie con un potenciómetro multivuesta (27). El transistor (17) se utilizará para activar el relé (18), que al cerrar sus contactos enviará una señal positiva a la puerta G del tiristor (19).

Es importante señalar que los transistores sólo activan los relés cuando en sus bases hay señal positiva; cuando ésta desaparece, se desactivan. No ocurre lo mismo con el tiristor (19). De las tres patillas que tiene, la primera de ellas se conecta al negativo de la alimentación; la segunda, a uno de los terminales de la bobina del relé correspondiente, y la tercera, denominada puerta G, cuando recibe señal positiva, permite el paso de corriente y activa el relé mencionado. Una vez cebado el tiristor (19) éste produce corriente para su autocebado y, aunque desaparezca la señal positiva en su puerta G, el relé sigue activado. Para desactivarlo, es necesario cortar el paso de la corriente por el tiristor (19). Por ello, en el circuito diseñado se utilizará un tiristor para activar el relé (20) correspondiente al accionamiento del riego.

Cuando el suelo alcance el nivel más alto de humedad permitida, el mercurio estará en el nivel más bajo, y se situará por debajo del orificio del sensor por el que pasa el haz del LED que incide sobre la LDR. En tal momento, la LDR (23) tendrá una baja resistencia en ohmios, por lo que a la base del transistor (15) llegará señal negativa, y el relé (16) no se activará. La sensibilidad de la conexión del transistor (15) se regulará por medio del potenciómetro multivuelta (24).

Al ir secándose el suelo, el mercurio se elevará por el microtubo de vidrio, hasta que llegue a interrumpir el haz luminoso del LED, que dejará de incidir sobre la LDR. Cuando eso suceda, la LDR aumentará su valor en ohmios, y a la base del transistor (15) llegará señal positiva, dejará pasar corriente y el relé (16) se activará, cerrará sus contactos y permitirá que una de las patillas de la bobina del relé (20), que gobierna el tiristor (19), quede conectada al positivo de la alimentación.

Como a la puerta G del tiristor (19) no llegue señal positiva, todavía no estará activado, el relé (20) no cerrará sus contactos, y el riego no funcionará. Pero si se sigue secando el suelo, el mercurio seguirá subiendo por el microtubo de vidrio. Hasta que llegue a la posición del sensor correspondiente al mínimo nivel tolerado de humedad del suelo. En tal momento, el transistor (17) recibirá en su base una señal positiva, puesto que en su LDR deja de incidir el haz de luz de su LED. El relé (18) se activará y cerrará sus contactos conectados con la alimentación, de tal suerte que una señal positiva llegará a la puerta G del tiristor (19) a través de una resistencia de protección (28), de 1K y 0,5 W. El relé (20) cerrará sus contactos, el contactor de potencia (21) se activará y el riego se pondrá en funcionamiento.

Con el riego, la humedad del suelo comenzará a aumentar, y el mercurio del microtubo de vidrio a bajar. El transistor (17) dejará de recibir señal positiva en la base , con lo que el relé (18) se desactivará, la señal que llegaba a la puerta G del tiristor (19) dejará de hacerlo, pero por la propiedad señalada del tiristor (19), éste seguirá conduciendo y su relé correspondiente (20) segura activado, sus contactos cerrados y el riego seguirá funcionando. Así ocurrirá hasta que el suelo alcance el nivel de máxima humedad permitida. En tal momento, la base del tiristor (19) deja de recibir corriente positiva, el relé (16) se desactivará y cortará el paso de corriente al tiristor (19), por lo cual, al no tener corriente en la puerta G, el relé (20) se desactivará y con él el contactor de potencia (21), suspendiéndose el riego.

Para evitar los inconvenientes que supondría llevar mediante cableado las señales eléctricas generadas en el tensiómetro hasta el contactor de potencia (21), con el relé (20) del tiristor (19) se podría activar un emisor de radiofrecuencia de gran alcance (hasta 300 m).

Este tipo de emisor, podría enviar la señal a un receptor de radiofrecuencia dotado de un relé, que es el que se utilizaría para conectar el contactor de potencia y poner en funcionamiento el riego. El emisor podría transmitir una señal de radiofrecuencia que captara el receptor mientras el relé correspondiente al tiristor (19) estuviese activado. Cuando este relé no estuviera activado, el emisor no transmitiría la señal de radiofrecuencia, y el riego se detendría.

Finalmente, cabe la posibilidad, para evitar otro cableado para llevar corriente eléctrica de alimentación hasta el circuito diseñado, hacer uso de un conjunto formado por un pequeño panel fotovoltáico, un regulador de carga (con protecciones contra inversión de corriente, tensiones muy bajas y sobrecargas) y un acumulador eléctrico de reducidas dimensiones.

Claims (5)

1. Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, de los compuestos por dispositivos medidores de la humedad del suelo como variable para determinar el accionamiento o la detención de la irrigación de los cultivos, caracterizado por disponer para ello de un tensiómetro especialmente concebido para tal fin, que se entierra al nivel de las raíces de las plantas cultivadas; de dos sensores para la lectura de las indicaciones del tensiómetro; de un circuito electrónico para amplificar las señales procedentes de los sensores a efectos de conectar o desconectar los contactores de potencia que ponen en marcha o paran el riego del terreno de cultivo.

2. Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, según reivindicación anterior, caracterizado porque el tensiómetro está compuesto por un tubo vertical, provisto de una válvula de relleno parcial de agua, en cuya base se acopla una cápsula cerámica semipermeable y en su boca superior un extremo de un microtubo de vidrio doblado en U invertida, terminando el microtubo de vidrio, por su otro extremo, dentro de una cubeta rellena de mercurio destinado a ascender o descender por el microtubo de vidrio cuando en el interior del tubo vertical se produzcan, respectivamente, disminuciones o aumentos de la presión de su atmósfera interior debidos a un menor o mayor grado de humedad del suelo.

3. Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores, idénticos y en numero de dos, que leen los niveles superior e inferior que alcanza el mercurio en el microtubo de mercurio, están integrados por un bloque con perforaciones, en sentido vertical, para el paso del microtubo de vidrio y, en sentido horizontal, para la inserción enfrentada en ellas de un LED (emisor de luz) y de una LDR (fotorresistencia), de tal suerte que al subir el mercurio por el microtubo de vidrio pueda quedar anulada la incidencia del haz de luz procedente del LED sobre la LDR.

4. Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las señales eléctricas procedentes de uno y otro sensor son amplificadas mediante un circuito electrónico que comprende un tiristor para el gobierno del correspondiente contactor de potencia encargado de dar o no dar corriente eléctrica para la puesta en marcha o para la parada del sistema de riego.

5. Sistema electrónico para el mando automático de los riegos agrícolas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, opcionalmente, se prevé el montaje de un emisor de radiofrecuencia junto al tensiómetro y su circuito electrónico amplificador de las señales eléctricas de los sensores, y de un receptor de radiofrecuencia, sintonizado con el emisor y provisto de un relé que pueda accionar el contactor de potencia del sistema de riego, y todo ello para cuando se estime conveniente, por determinadas razones técnicas de cualquier tipo, que deba mediar una considerable distancia entre el tensiómetro y los contactores de potencia.