ES2346615A1 - Equpo de medida automatica en continuo de parametros de escorrentia y erosion. - Google Patents
Equpo de medida automatica en continuo de parametros de escorrentia y erosion.Info
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Abstract
Equipo de medida automática en continuo de parámetros de escorrentía y erosión. La medida se efectúa mediante pesaje de muestras compuestas de agua y sedimentos que son proporcionadas por un aforador. Cuenta con una estructura donde se alojan una pluralidad de probetas (1) que cuantifican y pesan esas muestras; estando montadas las probetas en un sistema mecánico giratorio (5) que facilita altas velocidades de muestreo; llevándose las señales de los datos de las medidas obtenidas y diversas señales de control a un dispositivo electrónico-informático de control y tratamiento.
Description
Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un equipo de
medida automática en continuo de parámetros de escorrentía y
erosión, cuya finalidad esencial consiste en facilitar un proceso
continuo y automático de la medida de esos parámetros de escorrentía
y erosión, ofreciendo unas medidas de alta fiabilidad que no
dependan de la ubicación ni de las condiciones ambientales a las que
se encuentre el equipo, permitiendo además que no se requieran
operarios para su funcionamiento. Para ello, el equipo consta de
instrumental adecuado para medida de los referidos parámetros, de
soporte mecánico estructural y funcional, y de circuitería
electrónica para la automatización del proceso de medida.
El equipo funciona de forma autónoma y
automática, y está basado en la toma de muestras de agua de
escorrentía, sobre la cual se realizan las medidas oportunas, más
una serie de circuitos de control para la gestión automática de la
toma de muestras y almacenaje en soporte electrónico de los datos
obtenidos.
El equipo de la invención presenta una novedosa
alternativa para el estudio de procesos de erosión provocados por la
lluvia, debido principalmente a su capacidad de toma de datos de
forma continua, así como a la gestión electrónica que realiza de los
datos obtenidos.
Una gran parte del territorio español sufre
problemas de erosión más o menos graves. Más de 1000 millones de
toneladas de suelo de la península son movidas cada año por los
fenómenos erosivos, y en diversas ocasiones ha aparecido en informes
de las Naciones Unidas que España es el país europeo con más
extensión con riesgo de desertización. Este fenómeno se da
especialmente en la zona mediterránea, donde la pérdida de suelo por
erosión en esta región, sometida a ciclos alternos de sequía y
lluvias intensas, constituye un grave problema, acentuado en
aquellas superficies agrícolas en las que el laboreo es todavía el
elemento básico del sistema de cultivo.
La degradación del suelo, a consecuencia de la
erosión, afecta la fertilidad del suelo y en última instancia la
producción de los cultivos. A pesar de que esta afirmación es de
conocimiento general, pocos son los datos disponibles que
cuantifican esta reducción. Para el estudio de la relación entre
erosión y pérdida de fertilidad se han utilizado ensayos simulados
en invernadero y mediciones a nivel de campo en áreas con diferentes
grados de erosión.
La metodología de simulación de erosión, a pesar
de que probablemente es más drástica que el proceso natural de
erosión, es conveniente porque se obtienen resultados a corto plazo
en relación al proceso natural que necesita de un tiempo
relativamente largo para producir diferentes grados de erosión bajo
lluvia natural. En este sentido, resultaría interesante poder
realizar una medición totalmente autónoma, con resultados reales,
cuya resolución desprenda una exactitud totalmente admisible para su
posterior tratamiento.
En la actualidad, los ensayos para determinar la
escorrentía y la erosión se realizan de muy diversas formas,
dependiendo de los objetivos fundamentales de trabajo, del tamaño de
las parcelas y de la precisión que se pretenda obtener. Los diversos
métodos de ensayo podemos clasificarlos según diversos aspectos:
a) según el sistema de medida:
- Sistemas totalizadoras: nos permiten conocer
la escorrentía y/o la erosión global producida en un largo intervalo
de tiempo, habitualmente un episodio de lluvia completo o varios si
se producen en un mismo día. La instrumentación utilizada se basa en
almacenar en un depósito la escorrentía y/o erosión producida y
medirla posteriormente mediante algún sistema de medición de volumen
y/o peso. Presentan como principal inconveniente la imposibilidad de
obtener de estos datos el conocimiento temporal de las magnitudes
medidas (hidrogramas).
- Sistemas discretos: dispositivos que se
encargan de muestrear la escorrentía y/o erosión producida cada
cierto intervalo de tiempo. Son utilizados en la medida de eventos
en los cuales la variación temporal es lenta, y en ningún caso se
utilizan para los hidrogramas de corrimiento y receso.
- Sistemas en continuo: son los que mayor número
de datos aportan y por lo tanto los más indicados para la obtención
de hidrogramas.
b) Según las magnitudes medida:
- Ensayos de escorrentía: normalmente son
realizados con aforadores, los cuales miden la cantidad de agua que
atraviesa una sección en una unidad de tiempo. Este tipo de ensayo
resulta incompleto ya que no se puede determinar que cantidad de
sedimento arrastra.
- Ensayos de erosión: este tipo de mediciones
son realizadas con tubidímetros, encargados de medir la cantidad de
sedimento arrastrado por el agua. El inconveniente que presentan es
el método de funcionamiento en el que se basan, ya que está
condicionado a una lente encargada de medir el color del agua
provocado por la concentración del sedimento, siendo el deterioro de
la lente y la continua necesidad de calibración de la misma su
propio condicionante.
- Ensayos de escorrentía y erosión: en este tipo
de procedimiento se limita la parcela mediante algún sistema (placas
metálicas) canalizando todo el caudal hacia un punto de salida, el
cual es recogido en recipientes. El tiempo invertido en la recogida
de muestras es cronometrado y posteriormente en el laboratorio se
determina la cantidad de sedimento de cada muestra, obteniéndose así
tanto las medidas de escorrentía como de erosión. Actualmente, este
tipo de método no se realiza en condiciones ambientales naturales ya
que la lluvia es provocada por unos aspersores y la parcela es
limitada de forma intencionada, con lo que los resultados deben ser
extrapolados.
Así, en lo que concierne a un equipo capaz de
realizar medidas tanto de escorrentía como de erosión, y de forma
continua, no se han encontrado antecedentes.
Para lograr los objetivos y evitar los
inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención
consiste en un equipo de medida automática en continuo de parámetros
de escorrentía y erosión donde la medida se efectúa mediante pesaje
de muestras compuestas de agua más sedimentos que son proporcionadas
por un aforador.
Novedosamente, según la invención, el equipo de
la misma cuenta con una estructura donde se alojan una pluralidad de
probetas que cuantifican y pesan esas muestras; estando montadas las
probetas en un sistema mecánico giratorio que facilita altas
velocidades de muestreo; llevándose las señales de los datos de las
medidas obtenidas y diversas señales de control a un dispositivo
electrónico-informático con funciones de control y
tratamiento.
Según una realización preferente de la
invención, las referidas probetas se montan en número de dos con
oposición longitudinal y sobre respectivas células de carga de alta
precisión que se encuentran unidas a un eje-motor
determinante del referido sistema mecánico giratorio, disponiendo
las probetas de respectivos sensores de nivel que junto con unos
conjuntos aforadores controlan el volumen de las muestras.
Ese eje-motor presenta
movimientos de giro y contragiro al objeto de evitar
estrangulamientos en cables y conectores, así como para facilitar
operaciones de limpieza en una de dichas probetas simultáneamente a
la toma de muestras en la otra de dichas probetas.
Por otra parte, en la realización preferente de
la invención, se dispone de medios mecánicos, electrónicos o mixtos
que aseguran la verticalidad de las probetas en su recogida de
muestras. Estos medios consisten preferentemente en al menos un
sensor deposición y un dispositivo mecánico de enclavamiento y
bloqueo.
En la realización preferente de la invención, el
equipo cuenta con un sistema de limpieza y recuperación de agua
sobrante en tanque dotado de depósito de sedimentación. El referido
sistema de limpieza incluye una bomba de agua ubicada en un depósito
de agua que se encuentra en una zona inferior del equipo,
incluyéndose una salida de agua, conectada a esa bomba, que limpia
una de las probetas mientras otra u otras probetas efectúan toma de
muestras.
En la realización preferente de la invención, la
estructura que se mencionó anteriormente consiste en unas barras
metálicas paralelepipédicas donde se sujeta un cuerpo central que a
su vez aloja a las probetas y que dispone de unos desagües hacia el
exterior, sujetándose también en la estructura una batería para
alimentación de dispositivos eléctricos, y una bomba peristáltica
que facilita el llenado de muestras en las probetas y evita
decantaciones que pudiesen falsear las medidas.
El referido dispositivo
electrónico-informático del equipo puede consistir
en una placa microcontroladora que identifique el estado de diversos
dispositivos y señales, realice operaciones de control y
funcionamiento del equipo y transmita datos mediante conexión serie
RS-232 a un ordenador compatible. Por otra parte,
las funciones de control de ese dispositivo
electrónico-informático pueden realizarse con un
sistema basado en autómatas programables o con sistemas de control
programables basados en microprocesador.
El aforador que se mencionó anteriormente, según
la realización preferente de la invención, es un aforador modular
que cuenta con sus propios sensores de nivel, caudal o una
combinación de ambos, y con una cavidad de toma de muestras provista
de un generador de turbulencia para que el agua y el sedimento
formen una mezcla homogénea; conectando este aforador modular con el
equipo de medida a través de un cable de conexiones procedente de
los referidos sensores que llega al dispositivo
electrónico-informático del equipo de medida; así
como a través de una conducción procedente de la mencionada cavidad
que llega a una bomba peristáltica ubicada en dicho equipo de
medida.
Con la estructura que se ha descrito, el equipo
de la invención presenta ventajas relativas a que posibilita una
completa autonomía y automatización en todo el proceso continuo de
medida de parámetros de escorrentía y erosión, resultando
indiferente tanto a la ubicación del equipo como a las condiciones
ambientales a las que esté sometido el mismo; siendo otra ventaja
que no requiere en ningún momento de la presencia de operarios.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la
invención.
Figura 1.- Representa una vista en perspectiva
de un equipo de medida automática en continuo de parámetros de
escorrentía y erosión realizado según la presente invención.
Figura 2.- Representa un detalle ampliado del
equipo de la anterior figura 1 mediante una perspectiva desde un
punto de vista distinto al de esa figura 1.
Figura 3.- Representa una vista en perspectiva
del equipo de las anteriores figuras mostrando su conexión con un
aforador modular.
Seguidamente se realiza una descripción de un
ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada
en las figuras.
Así, el equipo de medida automática en continuo
de parámetros de escorrentía y erosión del presente ejemplo de la
invención se muestra mediante una perspectiva en la figura 1,
pudiendo apreciarse los siguientes elementos:
- -
- Probetas de medida 1.
- -
- Células de carga 2.
- -
- Sensores de nivel 3.
- -
- Desagües al exterior 4.
- -
- Eje-motor 5.
- -
- Bomba peristáltica 6.
- -
- Bomba de agua 7.
- -
- Batería de alimentación eléctrica 8.
- -
- Depósito de agua para limpieza 9.
- -
- Estructura metálica de alojamiento 10.
En la figura 2, además de verse algunos de los
anteriores elementos con mayor detalle, se puede apreciar una salida
16 de la mencionada bomba de agua 7.
En la figura 3 se muestra el equipo de las
anteriores figuras con un cuerpo central 17 que aloja a las probetas
1 y que no se representó en las anteriores figuras para poder
apreciar otros elementos. Además, en esta figura 3 el equipo se
encuentra conectado a un aforador modular 13 que dispone de unos
sensores propios de nivel y/o caudal 11, así como de una cavidad de
toma de muestras 14; apreciándose entre el equipo y el aforador 13
unos cables de conexiones eléctricas 12 y una conducción de agua y
sedimentos 15.
En cuanto al funcionamiento del equipo, como
consideración previa se tiene la ubicación del aforador 13 para la
medida de escorrentía. Esto podrá hacerse sin necesidad de limitar
ningún tramo de la parcela correspondiente, donde el agua junto con
el sedimento que arrastre pasará por el aforador 13 de forma
natural.
La toma de muestras de la escorrentía que
circula por el aforador modular 13 se realizará a través de un
dispositivo situado al final, en el que se generará una turbulencia
para conseguir que el agua junto con el sedimento formen una mezcla
totalmente homogénea, iniciándose desde aquí el proceso de
medida.
Todo el procedimiento de medida viene precedido
de una limpieza de las probetas 1 por medio de la bomba de agua 7
situada en el depósito 9 en la parte inferior del equipo, lo cual
asegura que todo el resto de sedimento, polvo o cualquier otra
partícula será arrastrada, asegurando la obtención de la muestra
sobre un soporte limpio, e impidiendo cualquier tipo de
contaminación que pudiese falsear los resultados obtenidos.
Por la acción mecánica de la bomba peristáltica
6 se realiza la toma de muestras de la mezcla de agua con el
sedimento, así como la lectura del valor, en dicho instante de
tiempo, de otros parámetros de interés.
El volumen muestreado queda determinado gracias
a unos sensores de nivel 3 instalados sobre las probetas 1. El
soporte de cada una de las probetas 1 es una célula de carga 2 que
da una gran precisión en el pesaje y que actúa por
microdeformaciones para realizar el pesaje de la muestra de agua con
el sedimento, pudiendo apreciarse las células de carga 2 en la
figura 2.
Por la acción del eje-motor 5
las probetas 1 giran alternativamente tanto en sentido horario como
antihorario, para evitar la estrangulación de los cables y
conectores, con objeto de realizar simultáneamente tanto la toma de
muestras con una de las probetas como la limpieza de la otra.
Con la actuación de un sensor de posición más un
dispositivo mecánico de enclavamiento y bloqueo se asegura la
perfecta verticalidad de la probeta para la recogida de la
muestra.
La cantidad de agua con sedimento que queda en
el conducto de toma de muestras es evacuado por acción de la bomba
peristáltica 6 hacia el exterior, para eliminar la posible
decantación de sedimento que pudiera haberse producido en él,
eliminándose así la posibilidad del falseo de la medida.
Posteriormente, se hace girar el
eje-motor 5 y el contenido de la probeta es vaciado
y evacuado hacia el exterior del equipo por medio de los desagües
exteriores 4 que se encuentran en la parte inferior del equipo,
según se aprecia en la figura 1, mientras que la segunda probeta se
sitúa en posición de recepción de una nueva muestra. A partir de
aquí se comienza con un nuevo ciclo de limpieza y toma de
muestras.
Todos los dispositivos del equipo se encuentran
conectados a una placa microcontroladora. Mediante la identificación
del estado de los distintos dispositivos y señales de entrada, el
microcontrolador realiza las operaciones oportunas para el correcto
funcionamiento del equipo. Los datos acumulados se transmiten
mediante una conexión serie RS-232 a un ordenador
compatible.
Claims (11)
1. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, donde la medida se efectúa
mediante pesaje de muestras compuestas de agua más sedimentos que
son proporcionadas por un aforador (13); caracterizado porque
cuenta con una estructura (10) donde se alojan una pluralidad de
probetas (1) que cuantifican y pesan esas muestras; estando montadas
las probetas (1) en un sistema mecánico giratorio (5) que facilita
altas velocidades de muestreo; llevándose las señales de los datos
de las medidas obtenidas y diversas señales de control a un
dispositivo electrónico-informático con funciones de
control y tratamiento.
2. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque dichas probetas (1) se montan en número
de dos con oposición longitudinal y sobre respectivas células de
carga de alta precisión (2) que se encuentran unidas a un
eje-motor (5) determinante del referido sistema
mecánico giratorio, disponiendo las probetas (1) de respectivos
sensores de nivel (3) que junto con unos conductos aforadores
controlan el volumen de las muestras.
3. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 2,
caracterizado porque dicho eje-motor (5)
presenta movimientos de giro y contragiro al objeto de evitar
estrangulamientos en cables y conectores, así como para facilitar
operaciones de limpieza en una de dichas probetas (1)
simultáneamente a la toma de muestras en la otra de dichas probetas
(1).
4. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque dispone de medios mecánicos,
electrónicos o mixtos que aseguran la verticalidad de las probetas
(1) en su recogida de muestras.
5. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 4,
caracterizado porque dichos medios consisten en al menos un
sensor de posición y un dispositivo mecánico de enclavamiento y
bloqueo.
6. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque cuenta con un sistema de limpieza y
recuperación de agua sobrante en tanque dotado de depósito de
sedimentación.
7. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 6,
caracterizado porque dicho sistema de limpieza incluye una
bomba de agua (7) ubicada en un depósito de agua (9) que se
encuentra en una zona inferior del equipo, incluyéndose una salida
de agua (16), conectada a esa bomba (7), que limpia una de las
probetas (1) mientras otra u otras probetas (1) efectúan toma de
muestras.
8. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque la estructura (10) consiste en unas
barras metálicas paralelepipédicas donde se sujeta un cuerpo central
(17) que a su vez aloja a las probetas (1) y que dispone de unos
desagües (4) hacia el exterior, sujetándose también en la estructura
(10) una batería (8) para alimentación de dispositivos eléctricos, y
una bomba peristáltica (6) que facilita el llenado de muestras en
las probetas (1) y evita decantaciones que pudiesen falsear las
medidas.
9. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque dicho dispositivo
electrónico-informático consiste en una placa
microcontroladora que identifica el estado de diversos dispositivos
y señales, realiza operaciones de control y funcionamiento del
equipo y transmite datos mediante conexión serie
RS-232 a un ordenador compatible.
10. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque las funciones de control en ese
dispositivo electrónico-informático se realizan con
un sistema basado en autómatas programables o con sistemas de
control programables basados en microprocesador.
11. Equipo de medida automática en continuo de
parámetros de escorrentía y erosión, según reivindicación 1,
caracterizado porque dicho aforador es un aforador modular
(13) que cuenta con sus propios sensores de nivel, caudal o una
combinación de ambos (11), y con una cavidad de toma de muestras
(14) provista de un generador de turbulencia para que el agua y el
sedimento formen una mezcla homogénea; conectando este aforador
modular (13) con el equipo de medida a través de un cable de
conexiones (12) procedente de los referidos sensores (11) que llega
al dispositivo electrónico-informático del equipo de
medida; así como a través de una conducción (15) procedente de la
mencionada cavidad (14) que llega a una bomba peristáltica (6)
ubicada en dicho equipo de medida.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801464A ES2346615B1 (es) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Equpo de medida automatica en continuo de parametros de escorrentia yerosion. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200801464A ES2346615B1 (es) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Equpo de medida automatica en continuo de parametros de escorrentia yerosion. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2346615A1 true ES2346615A1 (es) | 2010-10-18 |
| ES2346615B1 ES2346615B1 (es) | 2011-08-04 |
Family
ID=42801042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200801464A Active ES2346615B1 (es) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Equpo de medida automatica en continuo de parametros de escorrentia yerosion. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2346615B1 (es) |
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2008
- 2008-05-20 ES ES200801464A patent/ES2346615B1/es active Active
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|---|---|
| ES2346615B1 (es) | 2011-08-04 |
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