ES2667560B1 - Sistema generador de agua enriquecida con ozono y de aire ionizado para cultivos en zonas aridas. - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Sistema generador de agua enriquecida con ozono y de aire ionizado para cultivos en zonas áridas.
Objeto de la invención.
El objeto de la presente invención es un sistema generador de agua enriquecida con ozono (O 3 ) y de aire ionizado, para cultivos en zonas áridas.
Este sistema presenta unas características orientadas a obtener agua mediante la compresión del aire del medio ambiente y la condensación de la humedad contenida en el mismo.
El sistema generador de agua se abastece de energía fotovoltaica y es completamente autónomo, se enciende y apaga según las condiciones meteorológicas y está diseñado especialmente para zonas áridas.
El sistema está diseñado para la técnica de riego por goteo, apropiada especialmente para zonas áridas, en las que hay un alto grado de evaporación y altas temperaturas.
Por medio de sensores agroclimáticos se monitorizan las condiciones agroclimáticas que son riego, planta, suelo y microclima y según la información procesada se realizan ajustes en el plan de riego.
La información recolectada por los sensores, en caso necesario, es transmitida por medio de un módulo de comunicaciones y un sistema de comunicación inalámbrica a una central remota.
El módulo de comunicaciones permite, además, alertar en tiempo real de
cualquier tipo de avería en el sistema, para que el agricultor esté informado y realice las correcciones pertinentes para poder garantizar el correcto funcionamiento del sistema sin causar daños a los cultivos.
El módulo de comunicaciones (máquina a máquina) permite actualizar los programas de riego según el tipo de cultivo.
Campo de aplicación de la invención.
Esta invención es aplicable en cultivos y, especialmente, en cultivos de zonas áridas.
Estado de la técnica.
En la mayoría de los países, el sector agrícola es el principal consumidor de agua.
El agua de lluvia es la principal fuente de suministro en la agricultura que, por lo general, se centra exclusivamente en las aguas superficiales y subterráneas. La agricultura representa el 70% de todo el uso del agua a nivel mundial, hasta el 95% en varios países en desarrollo.
La escasez de agua en zonas áridas es un problema mundial, por lo que es necesario evaluar opciones para obtener agua por métodos no convencionales. El objetivo de esta invención es precisamente permitir una fuente de abastecimiento de agua para cultivo mediante la captación de agua por condensación del vapor de agua de la atmósfera, y medios tecnológicos.
El agua de precipitaciones en zonas áridas está limitada y depende de factores atmosféricos que no están controlados por el hombre.
El hecho de que la condensación sea un proceso natural, el llamado rocío, provoca que sea de gran utilidad para conseguir agua: podemos encontrar muchas estructuras creadas con el único propósito de conseguir agua a partir de
la condensación, como el caso del estanque de rocío o un colador para recoger la humedad del aire.
Descripción de la invención.
La presente invención permite abastecer de agua zonas áridas que hasta la fecha no son aptas para el cultivo y transformarlas en zonas de cultivo con unos costes razonables, utilizando recursos naturales no contaminantes como el rocío del aire y la utilización de energías renovables, por ejemplo la fotovoltaica.
Se trata de un sistema capaz de obtener agua del medio ambiente en cantidades razonables para poder ejercer una agricultura sostenible y rentable en zonas áridas.
El aire atmosférico es un gas incoloro, inodoro e insípido que está constituido por una mezcla de gases, principalmente nitrógeno y oxígeno. Algunos de los principales “contaminantes" del aire se encuentran de forma natural suspendidos en el aire, tales como: vapor de agua y partículas sólidas (polvo, arena, hollín y cristales de diferentes sales).
El proceso de condensación suele tener lugar cuando un gas es enfriado hasta su punto de rocío; sin embargo, este punto también puede ser alcanzado variando la presión del aire, ésta es la técnica que se utiliza.
Siendo el aire una mezcla, sus componentes pueden separarse en diferentes procesos.
El nitrógeno y el oxígeno son estables, pero la concentración de vapor de agua en el aire es muy variable dependiendo de la presión, temperatura y la humedad ambiental.
La cantidad de agua condensada será mayor con temperaturas más bajas y presiones más altas, por esta razón para que sea más efectiva la condensación
del agua, recurrimos al punto de rocío a presión, que junto con una refrigeración adecuada proporciona una mayor cantidad de agua condensada.
Para conseguir este rendimiento en la condensación, el sistema de la invención comprende una pluralidad de dispositivos de riego de ozono e ionización negativa conectados preferentemente de forma inalámbrica a un centro remoto de gestión y control.
Dichos dispositivos de riego comprenden: un compresor de aire que toma aire filtrado de la atmosfera y lo introduce a presión en un depósito de condensación con unos medios de refrigeración que lo mantienen a una temperatura predeterminada, de modo que el aire comprimido a presión es conducido por debajo del punto de rocío, transformando al menos parte del vapor de agua contenido en el mismo una parte en agua condensada liquida; un generador de ozono, que le inyecta ozono al agua en una proporción precalculada y permitida; un depósito de acumulación del agua ozonizada; y unas tuberías de riego que transportan el agua ozonizada hasta las raíces de las plantas.
La mayoría de las enfermedades de las plantas se producen por contagio. El ozono destruye todos los microorganismos que producen las enfermedades de las plantas, tanto por acción directa en el agua de riego, como por la cantidad de oxígeno que desprende. El riego ozonizado protege de contagios; destruye incluso bacterias, virus y quistes parásitos difíciles de combatir por otros procedimientos que, además, implican el uso de productos químicos algunas veces nocivos para el consumo humano y siempre para el medio ambiente. El ozono (03) es un producto de la propia naturaleza, no contaminante, y teniendo en cuenta la climatología desfavorable al cultivo (clima árido, temperaturas elevadas por el día y bajas por la noche, etc.) aportamos el ozono a las raíces para fortalecer y favorecer el crecimiento de las plantas cultivadas.
En una realización de la invención, los diferentes componentes de los dispositivos así como ios medios autónomos de alimentación eléctrica, los medios de comunicación, y los medios de control del mismo, se encuentran montados a una
aftura elevada sobre el correspondiente depósito de acumulación de agua de riego.
En una realización de la invención, dicho depósito de acumulación de agua se encuentra definido en un mástil que dispone de una base inferior, metálica, para brindar una estabilidad y una sujeción adecuada al conjunto del dispositivo.
El depósito de acumulación dispone alrededor, en una zona inferior del mismo, de varias tomas dentadas para e! acoplamiento de diferentes tubos de goteo dependiendo del riego a realizar, en función de una serie de factores; por ejemplo: de las características del cultivo que se quiera cultivar, de la cantidad de litros/hora a suministrar, de la presión del agua, etc.
El agua, por la presión y la gravedad, sigue el curso de los tubos de goteo para realizar la función del riego por medio de las membranas de los tubos de riego elegidos.
El riego por goteo, que se utiliza en este sistema, es igualmente conocido bajo el nombre de «riego gota a gota»; es un método de irrigación utilizado en las zonas áridas pues permite la utilización óptima de agua y sustratos.
El agua aplicada por este método de riego se infiltra hacia las raíces de los cultivos irrigando directamente la zona de influencia de las raíces a través de un sistema de tuberías y emisores (goteros).
El riego por goteo es un medio eficaz y pertinente de aportar agua a la planta, ya sea en cultivos en línea (mayoría de los cultivos hortícolas) o en plantas (árboles) aisladas (vergeles). Este sistema de riego presenta diversas ventajas desde los puntos de vista agronómicos, técnicos y económicos, derivados de un uso más eficiente del agua. Permite utilizar caudales pequeños de agua adaptados a las necesidades de la planta.
El uso de la técnica de goteo conlleva una reducción significativa de las
necesidades de agua al hacer un uso más eficiente gracias a la localización de las pequeñas salidas de agua, donde las plantas más las necesitan. No se puede hablar de una reducción en lo que se refiere a la transpiración del cultivo, ya que la cantidad de agua transpirada (eficiencia de transpiración) es una característica fisiológica de la especie.
Este sistema permite automatizar el sistema de riego con una autonomía absoluta y con los consiguientes ahorros en mano de obra y ahorro energético; además, permite programar el riego según las condiciones meteorológicas y las cantidades de agua necesarias a razón del tipo de cultivo, para cada cultivo (planta) hay un programa específico de riego.
Los medios autónomos de alimentación eléctrica comprenden: una placa fotovoltaica dispuesta sobre el extremo superior del depósito de acumulación; una batería y un controlador de carga, que supervisa la carga y alarga la vida útil de la batería.
La batería brinda autonomía al sistema especialmente en horas nocturnas y al amanecer, que son las horas con mayor humedad en la atmosfera.
Los medios de control, que permiten proporcionar una completa autonomía y sincronizar todo el sistema, comprenden una unidad central de procesamiento (CPU) dotada de un programa de riego específico adaptado al tipo de cultivo y una serie de sensores que le proporcionan información sobre diferentes parámetros de funcionamiento; realizando dicha CPU diferentes funciones tales como:
- Enciende/apaga el compresor de entrada de aire.
- Encíende/apaga la unidad de refrigeración.
- Medir y controlar la temperatura de la unidad de refrigeración para evitar que el agua se congele, corrigiendo su temperatura si es necesario.
- Medir la temperatura dentro del depósito de condensación y si es necesario realizar correcciones de temperatura de la unidad de refrigeración para evitar que el agua se congele; hay un doble control de la
temperatura de refrigeración para evitar el congelamiento del agua.
- Comprobar por medio de un sensor de nivel que el agua no rebose en el depósito de acumulación de agua ozonizada de riego. En caso de que rebose la unidad de control apaga el equipo.
- Encendido/apagado de la unidad de ozonización del agua.
- Encendido/apagado de los generadores de iones.
- Comprobar la humedad ambiental relativa por medio de un sensor para encender o apagar el sistema, esta función permite que el sistema sea completamente autónomo (encendido y apagado), eficaz en ahorro de energía eléctrica.
- Encendido/apagado del ventilador de la unidad de condensación.
* Comprobar la temperatura ambiental por medio del sensor de temperatura para compensar el proceso de refrigeración que depende de la temperatura ambiental exterior.
- Controlar el módulo de comunicaciones y, en caso, necesario transmitir y recibir información de la central receptora.
- Realizar lecturas de humedad del suelo por medio del sensor de humedad y, en caso necesario, realizar correcciones del plan de riego según las condiciones meteorológicas y la humedad en el suelo.
- Encender y apagar los ventiladores de los ionizadores.
- Controlar el suministro de agua por medio de la válvula de riego.
Con las características mencionadas, el sistema es completamente autónomo, se pone en funcionamiento a razón de determinados niveles de humedad relativa y temperatura medio ambiental y plan de riego según el tipo de cultivo.
El plan de riego es actualizado desde la central remota por medio del módulo de comunicaciones, por ejemplo un módulo M2M, según el tipo de cultivo, adaptando el plan de riego al cultivo.
El sistema está fabricado con materiales resistentes a los entornos extremos de zonas áridas (temperaturas y radiaciones solares extremas).
Cada uno de los dispositivos comprende tres partes diferenciadas, desmontables por separado para facilitar su transporte, instalación y mantenimiento; concretamente: la placa fotovoltaica, los componentes funcionales del dispositivo, y el depósito de acumulación de agua ozonizada de riego.
Como todo equipo que funciona en zonas extremas es necesario realizar un mantenimiento periódico, especialmente para el tema de los filtros.
Este sistema utiliza aniones en el aire para fomentar un mayor crecimiento de tas plantas, incrementar la flora y frutos, sobre este tema hay estudios que lo abalan.
Las moléculas resultantes de la ionización negativa en la atmósfera complementan el proceso de la fotosíntesis, así como respiración de las plantas y la absorción del agua y minerales del suelo. Además, ayudan a mitigar la infestación por los herbívoros no deseados, como los áfidos, ácaros y hormigas. Además, en las plantas tratadas aparecen sistemas inmunes a mejorarse.
Descripción de las figuras.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática de un ejemplo de realización dei sistema generador de agua enriquecida con ozono y de aire ionizado para cultivos en zonas áridas, objeto de la invención, en la que se han representado tres dispositivos de riego conectados inalámbricamente a una central remota de control y gestión.
Figura 2.- Muestra esquemáticamente el centro remoto de control y gestión, y los diferentes elementos de uno de los dispositivos de riego.
Realización preferida de la invención.
Como se puede observar en la figura 1 el sistema objeto de la invención comprende una serie de dispositivos (D) de riego, autónomos, que, tal como se comentará más adelante, dispone de unos medios adecuados para su conexión inalámbrica con un centro remoto (CR) de gestión y control.
Como se observa en la figura 2 cada uno de los dispositivos (D) comprende una entrada de aire (1) ambiente provista de un filtro (2) para la retención de posibles partículas sólidas (polvo, arena, hollín y cristales de diferentes sales) contenidas en el mismo. El aire filtrado es absorbido por el compresor (3) que suministra el aire comprimido a una presión determinada a un depósito de condensación (6) refrigerado por debajo del punto de rocío a presión, a una temperatura predeterminada, en este ejemplo de realización entre 3°C y 5 °C., de forma que el vapor de agua contenido en el aire comprimido se condensa y se transforma en agua.
En este ejemplo, la refrigeración del depósito de condensación (6), que está recubierto por un aislante térmico (11), en este caso a base de poliuretano, se realiza por medio de una unidad frigorífica que comprende: un evaporador (5) alojado en dicho depósito de condensación (6), un compresor (8), termostato (7), un condensador (9), un ventilador (10) y un sensor de temperatura (4) situado dentro del depósito de condensación (6) para monitorizar la temperatura del depósito y que no se produzca la congelación del agua en su interior.
El agua condensada en el interior del depósito de condensación (6) es conducida a presión hasta el generador de ozono (12), para enriquecer el agua.
Los dispositivos (D) comprenden entre el depósito de condensación (6) y el depósito de acumulación (14) un regulador de presión (13) con un filtro de retención de las partículas de menor tamaño que no fueron eliminadas por el primer filtro (2).
Por medio de la presión y gravedad el agua condensada y ozonizada es introducida en un depósito de acumulación, para su distribución por medio de tuberías de goteo a los cultivos.
En el ejemplo de realización mostrado, el depósito de acumulación (14) del agua ozonizada se encuentra definido en un mástil que dispone de una base inferior (17) metálica de estabilización y sujeción del conjunto del dispositivo.
El depósito de acumulación (14) dispone en la entrada de agua ozonizada de una válvula (29) de apertura y cierre, para el control de la cantidad de agua con la que regamos los cultivos según el programa específico adaptado al tipo de cultivo.
El depósito de acumulación (14) en su parte inferior dispone de tomas (15) para la conexión de unas tuberías de riego (16) por goteo y de una base metálica (17) que estabiliza el dispositivo (D) correspondiente.
El dispositivo (D) comprende adicionalmente un sensor (19) de la humedad ambiental y un sensor de temperatura (20) ambiental; unos generadores de aniones (21) y un ventilador (18) para la dispersión de los aniones para la ionización del aire en la zona de cultivo.
Los medios de alimentación eléctrica de los dispositivos (D) comprenden una batería (24) de suministro de energía eléctrica, especialmente durante la noche y el amanecer, en los intervalos que la luz no es suficiente para abastecer de energía solar al dispositivo y una placa fotovoltaica (22) conectada a un controlador de carga (23) que protege a la batería (24) de subidas y bajadas de tensión.
El depósito de acumulación de agua (14), definido en el mástil, dispone superiormente de un sensor de nivel de agua (26) que provoca, en caso de que se llene el depósito de agua, que el centro remoto (CR) envíe una orden de paro a unos medios de cpntrol del dispositivo (D) que comprenden una unidad central de proceso -CPU-(25).
Los dispositivos (D) también comprenden un módulo M2M de comunicación inalámbrica (27) con el centro remoto (CR) de control y gestión, para la transmisión en tiempo real de datos y alarmas, y la recepción de actualizaciones en remoto del software y la programación del plan de riego para cada cultivo.
La transmisión y recepción se realiza por medio de un sistema de comunicación inalámbrica GSM/GPRS.
El centro remoto (CR) funciona en cualquier plataforma sea ordenador, tableta o móvil, ubicado en cualquier lugar geográfico, proporcionando al agricultor una información actualizada y en tiempo real de todos los dispositivos (D) sin tener la necesidad de estar en una ubicación especifica.
La CPU (25) tiene las siguientes funciones:
- Enciende/apaga el compresor de entrada de aire (3).
- Enciende/apaga la unidad de refrigeración.
- Medir y controlar el termostato (7) de la unidad de refrigeración para evitar que el agua se congele, corrigiendo su temperatura si es necesario.
- Medir la temperatura dentro del depósito de condensación (6) y, si es necesario, realizar correcciones de temperatura de la unidad de refrigeración para evitar que el agua se congele; se puede ver que hay un doble control de la temperatura de refrigeración para evitar el congelamiento del agua y, en caso necesario, realizar correcciones pertinentes.
- Encender/apagar los generadores de iones (21).
■ Por medio de un sensor (26) se comprueba que el agua no rebosa en el depósito de acumulación (14) ubicado en el mástil. En caso de que rebose la unidad de control apaga el equipo.
- Encendido/apagado del generador de ozono (12).
- Comprobar por medio del sensor (19) que la humedad ambiental y, según las mediciones de humedad, encender o apagar el sistema; esta función hace que el sistema sea completamente autónomo (encendido y apagado),
eficaz en ahorro de energía eléctrica.
- Encendido/apagado del ventilador de la unidad de condensación para su enfriamiento (10)
- Comprobar la temperatura ambiental por medio del sensor de temperatura (20) para compensar el proceso de refrigeración que depende de la temperatura del aire en la entrada.
- Comprobar, por medio un sensor (28), la humedad de la tierra próxima a las raíces del cultivo.
- Controlar el módulo M2M (27) de comunicación y, en caso de avería, transmitir una señal de alerta a la central remota/agricultor.
- Encender y apagar los ventiladores (18) de dispersión en el aire de los aniones, generando una “nube “de aniones sobre el diámetro de los cultivos.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación.
Claims (10)
1. Sistema generador de agua enriquecida con ozono y de aire ionizado para cultivos en zonas áridas; que comprende:
• un centro remoto (CR) de controi y gestión; y
• unos dispositivos de riego (D) de los cultivos y de ionización del aire en la zona de cultivo, que comprenden:
o un compresor (3) de aire que suministra aire a presión a un depósito de condensación (6) provisto de unos medios de refrigeración del aire comprimido por debajo del punto de rocío produciéndose, en dicho depósito de condensación (6), la condensación de al menos parte del vapor de agua contenido en el aire comprimido; un generador de ozono (12) que inyecta ozono en el agua condensada; y un depósito de acumulación (14) del agua condensada y ozonizada, provisto de unas tuberías de riego (16) conectadas al mismo;
o unos medios autónomos de alimentación eléctrica que comprenden: una piaca fotovoltaica (22); una batería (24) y un controlador de carga (23) que supervisa la carga y alarga la vida útil de la batería; o un generador de aniones (21) y al menos un ventilador (18) para la dispersión de los aniones y la ionización del aire en una zona de cultivo;
o unos medios de control que comprenden una unidad central de proceso -CPU-(25) que controla el funcionamiento del dispositivo y; o unos medios de comunicación inalámbrica (27) con el centro remoto (CR) de control y gestión, que transmite en tiempo real datos y alarmas; y recibe actualizaciones en remoto del software y de la programación del plan de riego para cada cultivo.
2. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que los dispositivos de riego (D) comprende una entrada de aire (1) ambiente al compresor, provista de un filtro (2) de retención de posibles partículas sólidas contenidas en el mismo.
3. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que el depósito de condensación (6), está recubierto por un aislante térmico (11).
4. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de refrigeración del depósito de condensación (6) están constituidos por una unidad frigorífica que comprende: un evaporador (5) alojado en el depósito de condensación (6), un termostato (7), un compresor (8), un condensador (9), un ventilador (10) y un sensor de temperatura (4) situado dentro del depósito de condensación (6) para monitorizar la temperatura de dicho depósito.
5. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que los dispositivos (D) comprenden entre el depósito de condensación (6) y el depósito de acumulación (14) un regulador de presión (13) con un filtro de retención de partículas.
6. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado porque los diferentes componentes de los dispositivos (D) así como los medios autónomos de alimentación eléctrica, los medios de comunicación, y los medios de control del mismo se encuentran montados a una altura elevada sobre el correspondiente depósito de acumulación (14) de agua de riego.
7. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de comunicación inalámbrica (27) con el centro remoto (CR) de control y gestión comprenden un módulo de comunicación M2M.
8. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de control comprenden, conectados a la CPU (25), al menos:
- un sensor (19) de la humedad ambiental;
- un sensor de temperatura (20) ambienta!;
- un sensor de nivel de agua (26) en el depósito de acumulación (14) de agua; y
- un sensor (28) de humedad de la tierra próxima a las raíces del cultivo.
9. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que el depósito de acumulación (14) dispone en la entrada de agua ozonizada de una válvula (29) de apertura y cierre.
10. Sistema generador; según la reivindicación 1, caracterizado por que el depósito de acumulación (14) se encuentra definido en un mástil que dispone en su parte inferior dispone de unas tomas (15) para la conexión de unas tuberías de riego (16) por goteo y de una base metálica (17) que estabiliza el dispositivo de riego (D) correspondiente.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2667560 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20190220 |
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| FA2A | Application withdrawn |
Effective date: 20190906 |