ES2963995T3 - Aparatos efectores del potencial hídrico del suelo - Google Patents

Abstract

Se proporciona un aparato para efectuar el potencial hídrico en un medio que contiene agua que comprende una carcasa permeable al agua, un material que cambia el volumen que puede retener agua, un inserto comprimible y un receptor para recibir y transducir una señal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparatos efectores del potencial hídrico del suelo

Campo técnico de la invención

La invención se refiere en general al campo del potencial hídrico del suelo y, en particular, a los sistemas efectores del potencial hídrico del suelo y sus aplicaciones en agricultura.

Antecedentes de la invención

El contenido de agua en el suelo se puede determinar directamente mediante la diferencia de peso antes y después de secar una muestra de suelo. Esta técnica directa suele denominarse método termogravimétrico (o simplemente gravimétrico) cuando se expresa el contenido de agua como peso de agua sobre peso de suelo seco, GWC[lb3 lb~3] (es decir, la relación entre la masa de agua presente en una muestra y la masa de la muestra de suelo después de haber sido secada en horno (100-110 °C) hasta un peso constante). Por otro lado, el método termovolumétrico (o simplemente volumétrico) da el contenido de agua como el volumen de agua en un volumen de suelo no perturbado VWC[lb3 lb~3] (es decir, volumen de agua relacionado con el volumen de una muestra inalterada secada en horno (núcleo de suelo)). Aunque estos métodos directos son precisos (+0,01 lb3 lb~3) y económicos, son destructivos, lentos (mínimo 2 días), consumen mucho tiempo y no permiten hacer repeticiones en el mismo lugar.

Como alternativa, hay muchos métodos indirectos disponibles para supervisar el contenido de agua del suelo. Estos métodos estiman la humedad del suelo mediante una relación calibrada con alguna otra variable mensurable. La idoneidad de cada método depende de varias cuestiones como el coste, exactitud, tiempo de respuesta, instalación, gestión y durabilidad.

Dependiendo de la cantidad medida, las técnicas indirectas se clasifican primero en métodos volumétricos y tensiométricos. Mientras que el primero proporciona humedad volumétrica al suelo, este último produce la succión del suelo o el potencial hídrico (es decir, tensión ejercida por la capilaridad). La técnica volumétrica estima el volumen de agua en una muestra de suelo no perturbado [lb3 lb~3]. Esta cantidad es útil para determinar qué tan saturado está el suelo (es decir, fracción del volumen total del suelo lleno con la solución acuosa del suelo). Cuando se expresa en términos de profundidad (es decir, volumen de agua en el suelo hasta una profundidad determinada sobre una unidad de área superficial (pulgadas de agua)), se puede comparar con otras variables hidrológicas como la precipitación, evaporación, transpiración y drenaje profundo.

Los métodos tensiométricos estiman el potencial métrico del agua del suelo que incluye tanto la adsorción como los efectos capilares del suelo. El potencial mátrico es uno de los componentes del potencial hídrico total del suelo que también incluye componentes gravitacionales (posición con respecto a un plano de elevación de referencia), osmóticos (sales en solución del suelo), de presión de gas o neumáticos (de aire atrapado) y de sobrecarga. La suma de los potenciales mátrico y gravitacional es la principal fuerza impulsora del movimiento del agua en suelos y otros medios porosos similares al suelo.

Todos los instrumentos tensiométricos disponibles tienen un material poroso en contacto con el suelo, a través del cual el agua puede moverse. De ese modo, el agua se extrae del medio poroso en un suelo seco y del suelo al medio en un suelo húmedo. Junto con ciertas ventajas, tales como la lectura directa y la resistencia a la salinidad, se sabe que los tensiómetros tienen un intervalo de succión del suelo limitado (<100 kPa (< 1 bar)); un tiempo de respuesta relativamente lento; requieren un contacto íntimo con el suelo alrededor del vaso de cerámica para obtener lecturas consistentes y evitar descargas frecuentes (rotura de la columna de agua en el interior), requiere mantenimiento frecuente (recarga) para mantener el tubo lleno de agua, especialmente en climas cálidos y secos.

El documento US 5,329,081 describe un aparato que comprende una carcasa con al menos una parte que es permeable al agua, un material que cambia el volumen, VCM, hecho de perlas de gel, adecuado para retener agua, en donde dicho VCM aumenta o disminuye su volumen en respuesta al aumento o disminución de la concentración de agua respectivamente, y en donde dicho VCM está en contacto directo con una superficie interior de dicha al menos una parte permeable al agua de dicha carcasa, una membrana que hace contacto con el VCM, y un pistón configurado para acoplarse al VCM a través de la membrana por encima de un umbral predeterminado de concentración de agua y configurado para transducir una señal cuando se activa o desactiva.

Los documentos SU 966 571 A1, JP 2014-041054 A, US 6,782,909 B1, WO 2018/067625 A1 y WO 98/04915 A1 describen varios aparatos de medición del contenido de agua del suelo.

De este modo, sigue siendo necesario un sistema efector del potencial hídrico que sea universal, de larga duración; duradero, económico y sensible a cambios sutiles en el contenido de agua del suelo.

Compendio de la invención

Por consiguiente, un objetivo principal de la presente invención es superar las desventajas de los métodos y sistemas de la técnica anterior para detectar y medir el potencial hídrico del suelo, proporcionando un aparato efector del potencial hídrico universal, duradero, económico, de amplio alcance que tenga un tiempo de respuesta rápido y capaz de responder a cambios sutiles en el contenido de agua del suelo.

El aparato efector del potencial hídrico de la invención es según la reivindicación 1.

Otros perfeccionamientos de la invención se corresponden con las reivindicaciones dependientes 2 a 7.

Según algunas realizaciones, el receptor comprende un sensor de presión, un sensor de desplazamiento, un sensor de fuerza, una válvula o un manómetro.

Según algunas realizaciones, el medio poroso es una membrana natural, sintética o semisintética.

Según algunas realizaciones, el inserto comprimible comprende un volumen interior lleno de gas.

Según algunas realizaciones, el VCM comprende un biocida. Según algunas realizaciones, el hidrogel es un biocida. Según algunas realizaciones, el aparato de la invención comprende además un diafragma entre el VCM, inserto o ambos y el receptor, en donde el diafragma transfiere fuerza desde el VCM, inserto o ambos al receptor.

Según algunas realizaciones, el aparato está vinculado operativamente a un sistema de riego de manera que el sistema de riego se activa o se apaga en respuesta a la señal transducida. Según algunas realizaciones, se describe un dispositivo que comprende un sistema de medición del potencial del suelo y el aparato de la invención.

Según algunas realizaciones, el aparato de la invención se utiliza para efectuar el potencial hídrico en medios que contienen agua próximos al aparato.

Características y ventajas adicionales de la invención resultarán evidentes a partir de los siguientes dibujos y descripción.

Breve descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la invención y para mostrar cómo se puede llevar a cabo la misma, ahora se hará referencia, puramente a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos en los que números similares designan elementos o secciones correspondientes en todas partes.

Con referencia específica ahora a los dibujos en detalle, se destaca que los detalles mostrados son a modo de ejemplo y con fines de discusión ilustrativa de las realizaciones preferidas de la presente invención únicamente y se presentan con el fin de proporcionar lo que se cree que es la descripción más útil y fácilmente comprensible de los principios y aspectos conceptuales de la invención. En este sentido, no se hace ningún intento de mostrar detalles estructurales de la invención con más detalle del necesario para una comprensión fundamental de la invención, la descripción tomada con los dibujos hace evidente para los expertos en la técnica cómo se pueden realizar en la práctica las diversas formas de la invención. En los dibujos adjuntos:

las figuras 1A-1E muestran un aparato sensor de humedad que comprende un recipiente permeable a los líquidos y un transductor, según un ejemplo que no forma parte de la presente invención (figura 1A) y realizaciones (figuras 1B-1E) del objeto descrito.

Las figuras 2A-2C muestran un sensor de humedad que comprende un transmisor inalámbrico y una antena, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

Las figuras 3A-3D muestran un sensor de humedad integrado en un aparato de riego, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

Las figuras 4A-4C muestran un sensor de humedad que comprende un sensor de presión, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

La figura 5 muestra múltiples sensores de humedad ubicados en múltiples profundidades en un área específica, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

La figura 6 muestra múltiples sensores de humedad ubicados en múltiples ubicaciones en un área específica, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

Las figuras 7A-B muestran un sensor de humedad de tamaño ajustable, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita.

Las figuras 8A-C: Diagramas que ilustran una sección transversal del aparato efector del potencial hídrico que no forma parte de la presente invención sin inserto comprimible. (8A) Diagrama que ilustra el aparato cuando VCM [800] no está completamente hinchado. (8B) Diagrama que ilustra el aparato cuando el VCM [800] está hinchado. (8C) Diagrama que ilustra el aparato cuando el VCM está completamente hinchado y se aplica la fuerza al diafragma [802] y al receptor [803].

Las figuras 9A-B: Diagramas que ilustran una sección transversal del aparato efector del potencial hídrico con un inserto comprimible [905]. La abertura del inserto comprimible está orientada hacia la parte inferior de la carcasa [901]. (9A) Diagrama que ilustra el aparato cuando VCM [900] está hinchado y el inserto compresible no está comprimido. (9B) Diagrama que muestra el VCM completamente hinchado y el inserto comprimido.

Las figuras 10A-B: Diagramas que ilustran una sección transversal del aparato efector del potencial hídrico con un inserto comprimible [1005]. La abertura del inserto comprimible está orientada hacia la parte superior de la carcasa [1001] y operativamente acoplada directamente con el receptor [1003]. (10A) Diagrama que ilustra el aparato cuando VCM [1000] está hinchado y el inserto compresible no está comprimido. (10B) Diagrama que muestra el VCM completamente hinchado y el inserto comprimido.

Las figuras 11A-B: Diagramas que ilustran una sección transversal del aparato efector del potencial hídrico con un inserto comprimible [1105]. La abertura del inserto comprimible está orientada hacia la parte superior de la carcasa [1101] y operativamente acoplada con el receptor [1103] a través de un diafragma [1102]. (11A) Diagrama que ilustra el aparato cuando VCM [1100] está hinchado y el inserto compresible no está comprimido. (11B) Diagrama que muestra el VCM completamente hinchado y el inserto comprimido.

Descripción detallada de la invención

Antes de explicar al menos una realización de la invención en detalle, debe entenderse que la invención no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y disposición de los componentes establecidos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es aplicable a otras realizaciones o se puede practicar o llevar a cabo de diversas maneras. También, debe entenderse que la fraseología y terminología empleadas en el presente documento tienen fines de descripción y no deben considerarse limitantes.

La presente invención describe un aparato sensor de humedad que comprende un recipiente hecho de un material permeable a los líquidos diseñado para insertarse en una superficie, tal como el suelo. El recipiente contiene un material que cambia el volumen (VCM) configurado para cambiar su volumen en respuesta al líquido absorbente que penetra a través del recipiente. El líquido puede ser agua. Opcionalmente, el aparato también comprende una segunda unidad acoplada de forma extraíble al recipiente. La segunda unidad comprende un transductor configurado para generar una señal eléctrica que representa una fuerza que está siendo medida por el transductor. El transductor puede ser una celda de carga, un sensor de presión y similares. El aparato también puede comprender un pistón acoplado operativamente al VCM, el pistón se mueve hacia el transductor y aplica una fuerza sobre el transductor cuando el VCM se hincha. El transductor está configurado para medir la fuerza o presión aplicada por el pistón y para generar una señal eléctrica que representa la fuerza medida. En algunos ejemplos de realización, el aparato puede comprender un transmisor inalámbrico para transmitir la señal eléctrica a un destino remoto. Los elementos opcionales descritos en el presente documento no se limitan simplemente a las figuras o realizaciones en las que se enumeran, sino que puede aplicarse o combinarse con cualquier figura o realización descrita en el presente documento.

también se describe un método para recibir señales eléctricas desde múltiples aparatos sensores de humedad y analizarlas. Dicho análisis puede comprender generar un mapa de humedad según las ubicaciones de los sensores de humedad. La segunda unidad puede comprender una cubierta de transductor fijada al recipiente, por ejemplo, mediante un tornillo, perno, gancho y bucle, Velcro y similares. La segunda unidad se puede separar fácilmente del recipiente, permitiendo a una persona que instala y utiliza el aparato ajustar la profundidad del recipiente en la superficie. De forma similar, el ajuste de la profundidad del recipiente también se puede lograr añadiendo un elemento hueco intermedio entre el transductor y el transmisor inalámbrico, que puede ser necesario colocar fuera de la superficie, por ejemplo, por encima del suelo. La modularidad conseguida por el hecho de que la segunda unidad sea extraíble del recipiente permite instalar diferentes recipientes, según las necesidades específicas, por ejemplo, cambiar un recipiente según la temporada, tipo de volumen absorbente de líquido (LAV) en el que se inserta, tipo de transductor, y similares.

En algunos casos de ejemplo, el sensor de humedad de la presente invención está integrado en un aparato para controlar el agua suministrada a las proximidades del aparato según el hinchamiento del VCM. De este modo, el aparato se puede utilizar para riego. El aparato de riego se acopla con una fuente de agua y se inserta en la superficie en un lugar que necesita ser irrigado, para controlar el nivel de contenido de agua en la superficie en dicho lugar. La superficie puede ser suelo, por ejemplo, hierba o tierra, o una superficie en la que crecen plantas u hongos. En algunos otros casos, la ubicación en la superficie puede contener bacterias, microorganismos u hongos que necesitan ser irrigados. En algunos casos, la ubicación en el suelo puede incluir animales, por ejemplo, caracoles en una granja de caracoles que requieren un suelo húmedo.

Las figuras 1A-1E muestran un aparato sensor de humedad que comprende un recipiente permeable a los líquidos y un transductor, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. La figura 1A muestra una vista en sección transversal, la figura 1C muestra una vista ensamblada del sensor de humedad, la figura 1D muestra una vista despiezada del aparato y la figura 1E muestra una vista despiezada del transductor y la carcasa del transductor. La figura 1B muestra la misma vista en sección transversal que la 1 A, pero con la adición de un inserto compresible 105. Ahora se hace referencia a las figuras 1A-E.

El recipiente 101 de líquido puede insertarse en una superficie, o LAV, tal como un suelo, para permitir que el sensor de humedad detecte el nivel de humedad de la superficie. El recipiente 101 de líquido es una carcasa para el aparato sensor de humedad. El líquido, tal como agua, permea desde la superficie y entra en contacto con el VCM 100 ubicado en el recipiente 101 de líquido. El recipiente 101 de líquido puede estar hecho de cualquier material permeable al agua, tal como para un ejemplo no limitante, arcilla. Sólo una parte del recipiente 101 puede ser permeable al agua. El VCM 100 se hincha al entrar en contacto con el líquido y empuja el pistón 130 lejos del recipiente 101 de líquido y hacia un transductor 140. El transductor detecta la fuerza aplicada por el pistón 130 y convierte la fuerza en una señal eléctrica. La señal eléctrica puede transmitirse desde el transductor 140 a través de un cable ubicado en el tubo 142 a un transmisor que envía la señal a una ubicación remota. En algunos otros casos, la señal eléctrica puede guardarse en una unidad de memoria que se comunica con el transductor 140. En algunas realizaciones, el transductor es un receptor que recibe la señal del VCM 100 o inserto 105.

En algunos casos, el sensor de humedad comprende una membrana 125 ubicada entre el VCM 100 y el pistón 130, para evitar fugas del VCM 100 en los componentes eléctricos ubicados sobre el pistón 130, por ejemplo, el transductor 140. La membrana 125 puede estar unida al pistón 130 y moverse cuando el pistón 130 se mueve. El pistón 130 puede moverse dentro de una carcasa 135 del pistón. Las paredes laterales internas de la carcasa 135 del pistón guían el pistón 130 hacia el transductor 140 y de regreso hacia el VCM 100. En algunos casos de ejemplo, las paredes laterales externas de la carcasa 135 del pistón comprenden una rosca 128 de tornillo. En algunas realizaciones, la membrana es parte de un diafragma. En algunas realizaciones, la membrana es un diafragma.

En algunos ejemplos de realización, el aparato comprende una cubierta 120 de recipiente que cubre una parte superior del recipiente 101 de líquido, hacia la carcasa 135 del pistón. La cubierta 120 de recipiente puede estar hecha de un material rígido o semirrígido tal como plástico o metal. En algunos ejemplos de realización, la parte superior del recipiente 101 de líquido es más ancha que una parte inferior más estrecha del recipiente 101 de líquido. En dichas realizaciones, la cubierta 120 de recipiente se desliza desde el fondo del recipiente 101 de líquido hacia arriba. Opcionalmente, la cubierta 120 de recipiente puede tener uno o más nichos 122 a través de los cuales el líquido puede penetrar el recipiente 101 de líquido. La cubierta 120 de recipiente puede ayudar a fijar el recipiente 101 de líquido al transductor 140. Es decir, enroscando las paredes laterales interiores superiores de la cubierta 120 de recipiente en la parte inferior de la rosca 128 de tornillo. De forma similar, la parte superior de la rosca 128 está configurada para enroscarse a una carcasa 138 del transductor. La carcasa 138 del transductor alberga el transductor 140 y puede unirse a la carcasa 135 del pistón mediante la rosca 128 de tornillo. En algunos casos, la carcasa 138 del transductor se puede unir a la carcasa 135 del pistón usando materiales adhesivos, pernos y similares.

La carcasa 138 del transductor también puede estar unida a una junta 145. La junta 145 se puede usar en caso de que el cable que pasa dentro del tubo 142 esté configurado para alcanzar un componente ubicado fuera del sensor de humedad. En dicho caso, la junta está configurada para sellar la abertura de la carcasa 138 del transductor a través de la cual sale el cable hacia un dispositivo remoto. Un dispositivo remoto de este tipo puede ser otro sensor, un servidor, un transmisor y similares. Una sección lateral 136 de la carcasa 138 del transductor está configurada para albergar la junta 145.

La figura 1B es idéntica a la figura 1 A, pero también muestra un inserto compresible 105 que mantiene al menos una presión interna predeterminada con el aparato. En algunos ejemplos de realización, el inserto 105 hace contacto directamente con la membrana 125. En algunas realizaciones, el inserto 105 hace contacto directamente con el pistón 130. En algunas realizaciones, el inserto 105 hace contacto directamente con el transductor 140. En algunas realizaciones, el inserto 125 está anclado al recipiente 101. En algunas realizaciones, el inserto 105 flota libremente en el VCM 100.

La figura 1C también muestra un sello superior 150 para evitar que materiales y líquidos penetren en el sensor de humedad y toquen el transductor 140. En algunos casos de ejemplo, el sello superior 150 es una parte integral de la carcasa 138 del transductor. En algunos casos de ejemplo, la sección lateral 136 es una parte integral de la carcasa 138 del transductor. La figura 1D presenta un anillo 139 que conecta la carcasa 138 del transductor y la carcasa 135 del pistón.

La figura 1E muestra una vista despiezada del sensor de humedad. La vista despiezada muestra un tornillo 145 que fija el tubo 142 al transductor 140. El tornillo 145 tiene un hueco en el que se coloca el tubo 140 cuando se fija al transductor. El tornillo 145 puede definir la dirección del tubo 142 y, por tanto, la dirección del cable que transfiere la señal eléctrica. El cable y el tubo 142 están fijados al transductor 140 a través de un hueco dentro de la sección lateral 136 de la carcasa 138 del transductor.

Las figuras 2A-2C muestran un sensor de humedad que comprende un transmisor inalámbrico y una antena, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. El sensor de humedad comprende un recipiente 201 de líquido que contiene VCM 200. El recipiente 201 de líquido puede estar cubierto, al menos parcialmente, por la cubierta 220 de recipiente. El pistón 230 se mueve hacia el transductor 240 según el cambio en el volumen del VCM 200, según el líquido que permea el recipiente 201 de líquido. Una membrana 225 puede separar el VCM 200 del pistón 230. El pistón 230 se mueve en una carcasa 235 del pistón, rodeando el volumen en el que se mueve el pistón 230. El pistón 230 hace contacto con el transductor 240 que mide la fuerza aplicada por el pistón 230 y genera una señal eléctrica que representa la fuerza medida. El transductor 240 está ubicado en una carcasa 238 del transductor. La carcasa 238 del transductor puede estar unida a la carcasa 235 del pistón, por ejemplo, mediante adhesivos, pernos y similares. En algunos casos, las paredes laterales externas de la carcasa 235 del pistón comprenden una rosca de tornillo, a la que se atornillan tanto la cubierta 220 del recipiente como la carcasa 238 del transductor.

El sensor de humedad de las figuras 2A-2C describe un transmisor inalámbrico 255 conectado al transductor 240. En dicho caso, el transmisor inalámbrico 255 puede estar ubicado dentro de la carcasa 238 del transductor. El transmisor inalámbrico 255 está configurado para transmitir la señal eléctrica a una ubicación remota, por ejemplo, a un almacenamiento en la nube, una puerta de enlace a Internet, un servidor que se comunica con múltiples sensores de humedad y otros sensores en la misma red y similares. La forma de transmitir la señal eléctrica, por ejemplo, la red específica, el protocolo de comunicación, la banda de frecuencia y similares pueden seleccionarse por un experto en la técnica. El transmisor inalámbrico 255 puede estar físicamente unido al transductor 240 y recibir la señal eléctrica a través de conectores. En algunos otros casos, el transmisor inalámbrico 255 puede conectarse al transductor 240 a través del cable 252 de comunicación. El cable 252 de comunicación puede estar hecho de cable coaxial. En algunos casos de ejemplo, el transmisor inalámbrico 255 puede fijarse al sensor de humedad y ubicarse externamente a la carcasa 238 del transductor. En algunos casos, el transmisor inalámbrico 255 puede ser extraíble o reemplazable desde el sensor de humedad. En algunos casos, el transmisor inalámbrico 255 puede estar conectado a una antena 260 que emite la señal eléctrica. El transmisor inalámbrico 255 puede procesar la señal eléctrica recibida desde el transductor 240, por ejemplo, añadir una dirección de destino a la señal eléctrica o reformatear la señal eléctrica según un formato que se ajuste a la antena 260 o al destino o red de la señal. En algunos casos, la carcasa 238 del transductor tiene una extensión lateral 248 como se muestra en la figura 2C. La extensión lateral está configurada para albergar el cable 252 de comunicación en caso de que el cable 252 de comunicación se extienda lateralmente, más allá de la forma circular de la carcasa 238 del transductor. En algunos casos, la extensión lateral 248 puede ser extraíble de la carcasa 238 del transductor según el tamaño y la arquitectura del cable 252 de comunicación, el transductor 240 y el transmisor inalámbrico 255. En caso de que se retire la extensión lateral 248, se puede usar una junta para sellar el orificio causado por la extracción. Las realizaciones representadas en las figuras 2A-C se realizan con un inserto comprimible, tal como se ha descrito en todo el presente documento.

Las figuras 3A-3D muestran un sensor de humedad integrado en un aparato de riego, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. El sensor de humedad comprende un recipiente 301 de líquido que contiene VCM 300. El recipiente 301 de líquido puede estar cubierto, al menos parcialmente, por la cubierta 320 de recipiente. El pistón 330 se mueve hacia el transductor 340 según el cambio en el volumen del VCM 300, según el líquido que permea el recipiente 301 de líquido. Una membrana 325 puede separar el VCM 300 del pistón 330. El pistón 330 se mueve en una carcasa 335 del pistón, rodeando el volumen en el que se mueve el pistón 330. El pistón 330 hace contacto con el transductor 340 que mide la fuerza aplicada por el pistón 330 y genera una señal eléctrica que representa la fuerza medida. El transductor 340 está ubicado en una carcasa 338 del transductor. La carcasa 338 del transductor puede estar unida a la carcasa 335 del pistón, por ejemplo, mediante adhesivos, pernos y similares. En algunos casos, las paredes laterales externas de la carcasa 335 de pistón comprenden una rosca de tornillo, a la que se atornillan tanto la cubierta 320 del recipiente como la carcasa 338 del transductor.

El aparato de riego comprende una entrada de agua 364 conectada a una tubería de agua. La tubería de agua puede proporcionar agua a múltiples aparatos de riego. El transductor 340 está acoplado operativamente a un pistón secundario 375. Cuando el pistón 330 se mueve hacia el transductor 340, el transductor también se mueve, hacia el pistón secundario 375. El movimiento del transductor puede estar en el intervalo de 0,1 a 20 milímetros. El transductor 340 hace que el pistón secundario 375 se mueva hacia arriba, impidiendo de este modo que el agua se mueva hacia una salida 385 de riego del aparato de riego. El agua puede fluir desde la entrada de agua 364 hacia la salida de riego a través de un conducto secundario. De este modo, cuando el pistón secundario 375 se mueve hacia arriba, según el volumen del VCM 300 en el recipiente 301, el agua no puede fluir a través del paso secundario hasta la salida 385 de riego. Cuando el volumen del VCM 300 disminuye, el pistón 330 se mueve hacia abajo y, como resultado, el transductor 340 y el pistón secundario 375 se mueven hacia abajo, permitiendo que el agua fluya a través del conducto secundario hasta la salida 385 de riego.

El aparato de riego comprende una carcasa 360 de riego configurada para albergar la entrada de agua 364, la salida 385 de riego y el paso secundario. En algunos casos de ejemplo, la carcasa 360 de riego comprende además una salida 362 del conector configurada para transferir agua desde la entrada de agua 364 hasta otro aparato, por ejemplo, otra tubería de agua u otro aparato de riego. La carcasa 360 de riego puede estar unida a la carcasa 338 del transductor, por ejemplo, a través del perno 390 insertado en un nicho en la parte inferior de la carcasa 360 de riego. En algunos otros casos de ejemplo, la carcasa 360 de riego puede estar unida a la carcasa 335 del pistón o a la cubierta 320 del recipiente.

La figura 3B muestra una sección transversal lateral del aparato de riego con el sensor de humedad. La sección transversal lateral muestra el tubo 342 de comunicación conectado al transductor 340 y que transporta la señal eléctrica fuera del aparato de riego. El orificio formado para permitir que el tubo 342 de comunicación se extienda hacia afuera de la carcasa 338 del transductor puede sellarse mediante la junta 345. La figura 3C muestra el aparato de riego ensamblado. La vista despiezada de la figura 3D muestra dos orificios 390, 391 ubicados en la parte superior de la carcasa 338 del transductor, fijando la carcasa 360 de riego a la carcasa 338 del transductor. Las realizaciones representadas en las figuras 3A-D también se pueden realizar con un inserto compresible, tal como se ha descrito en todo el presente documento.

Las figuras 4A-4C muestran un sensor de humedad que comprende un sensor de presión, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. El sensor de humedad comprende un recipiente 401 de líquido que contiene VCM 400. El recipiente 401 de líquido puede estar cubierto, al menos parcialmente, por la cubierta 420 de recipiente. El transductor 424 de presión detecta cambios en el volumen del VCM 400, según el líquido que permea el recipiente 401 de líquido. El transductor 424 de presión se mueve en una carcasa 435 del pistón, rodeando el volumen en el que se mueve el transductor 424 de presión. El transductor 424 de presión mide la presión aplicada directamente por el VCM 400 y genera una señal eléctrica que representa la presión medida. Un tubo 427 de comunicación está conectado al transductor 424 de presión y permite transportar la señal eléctrica fuera del sensor de humedad. El tubo 427 de comunicación puede estar ubicado en una carcasa 438 del transductor. La carcasa 438 del transductor puede estar unida a la carcasa 435 del pistón, por ejemplo, mediante adhesivos, pernos y similares. En algunos casos, las paredes laterales externas de la carcasa 435 de pistón comprenden una rosca de tornillo, a la que se atornillan tanto la cubierta 420 del recipiente como la carcasa 438 del transductor. El orificio en la carcasa 438 del transductor causado por el tubo 427 de comunicación puede sellarse mediante la junta 445. El orificio puede estar ubicado en el techo de la carcasa 438 del transductor o en las paredes laterales de la carcasa 438 del transductor.

La figura 4C muestra una vista despiezada del sensor de humedad que tiene el transductor 424 de presión. La vista despiezada muestra una base 422 del transductor configurada para insertarse en un orificio en la carcasa 435 del pistón. La base 422 de transductor está unida a un bloque 455 más ancho. El bloque 455 es más ancho que el orificio en la carcasa 435 del pistón y limita el movimiento hacia abajo del transductor 424 de presión, hacia el recipiente de líquido 401. En algunos casos de ejemplo, la carcasa 438 del transductor comprende un anillo interior 450 configurado para fijar el bloque 455. Las realizaciones representadas en las figuras 4A-C también se realizan con un inserto compresible, tal como se ha descrito en todo el presente documento.

La figura 5 muestra múltiples sensores de humedad ubicados en múltiples profundidades en un área específica, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. Los sensores 522, 524, 526 de humedad transfieren las señales eléctricas, que representan la fuerza aplicada por el VCM, a un dispositivo remoto 520. El dispositivo remoto 520 puede ser adecuado para almacenar las señales, procesar las señales, generar informes periódicos, generar mapas que indiquen los niveles de humedad en varios lugares de una determinada zona y similares. El dispositivo remoto 520 puede comprender un transmisor inalámbrico para transmitir las señales o datos generados en el dispositivo remoto 520 a otro dispositivo o a una puerta de enlace de Internet. El dispositivo remoto 520 también puede controlar el riego de las áreas alrededor de los sensores de humedad.

Al menos una parte de los múltiples sensores 522, 524, 526 de humedad están ubicados debajo de la superficie 510 del suelo. Los múltiples sensores 522, 524, 526 de humedad están configurados para medir el nivel de humedad en las proximidades del árbol 530. Cabe señalar que los árboles son sólo ejemplos y los múltiples sensores de humedad pueden estar ubicados en múltiples volúmenes absorbentes de líquidos (LAV) o en diferentes ubicaciones en un solo LAV. En algunos casos de ejemplo, los múltiples sensores 522, 524, 526 de humedad transmiten las señales eléctricas generadas por los transductores usando cables 523, 525, 527 de comunicación, respectivamente. En algunos otros casos, los múltiples sensores 522, 524, 526 de humedad pueden enviar las señales eléctricas usando un transmisor inalámbrico de bajo alcance, por ejemplo, un transmisor Bluetooth. En algunos casos de ejemplo, los múltiples sensores 522, 524, 526 de humedad pueden colocarse a varias profundidades debajo de la superficie 510 del suelo. Por ejemplo, se pueden instalar varios sensores de humedad en una sola varilla insertada en el suelo, un sensor dispuesto a 0,7 metros por debajo de la superficie 510 del suelo y el otro sensor dispuesto a 1,7 metros por debajo de la superficie 510 del suelo. Las señales proporcionadas por los dos sensores instalados en varias profundidades pueden ayudar al responsable del riego de las plantas a optimizar el plan de riego.

La figura 6 muestra múltiples sensores de humedad ubicados en múltiples ubicaciones en un área específica, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. La figura 6 muestra múltiples árboles 618, 628, 638. Cada uno de los árboles 618, 628, 638 está asociado con uno o múltiples sensores de humedad ubicados en las proximidades del árbol. El árbol 618 está asociado con sensores 610, 611, 612 de humedad, el árbol 628 está asociado con los sensores 620, 621,622 de humedad, y el árbol 638 está asociado con los sensores 630, 631, 632 de humedad. Los múltiples sensores de humedad, por ejemplo, 610, 611, 612, pueden estar en la misma profundidad o en diferentes profundidades. Los múltiples sensores de humedad de cada árbol podrán transmitir las señales eléctricas a un dispositivo remoto asociado a un único árbol. Por ejemplo, los sensores 610, 611, 612 de humedad transmiten las señales al dispositivo remoto 615, los sensores 620, 621,622 de humedad transmiten las señales al dispositivo remoto 625, y los sensores 630, 631, 632 de humedad transmiten las señales al dispositivo remoto 635. En algunos otros casos de ejemplo, un único dispositivo remoto está asociado a un área completa, por ejemplo, asociado a 50 árboles. De este modo, cuando cada árbol está asociado a 3 sensores, el dispositivo remoto puede recibir señales de 150 sensores.

La figura 7A muestra un sensor de humedad de tamaño ajustable, según ejemplos de realización de la materia objeto descrita. La altura del sensor de humedad se puede ajustar para permitir que un usuario del sensor coloque el recipiente 701 de líquido a varias profundidades. Por ejemplo, el mismo sensor de humedad puede estar ubicado a 20 centímetros debajo de una superficie, 50 centímetros debajo de una superficie y 80 centímetros debajo de una superficie. El recipiente 701 de líquido está acoplado a una cubierta 720 de recipiente fijada a una primera carcasa 725. La primera carcasa puede comprender el pistón (no mostrado) y el transductor. La primera carcasa 725 está acoplada a una segunda carcasa 735 usando un primer conector 730. El primer conector 730 puede ser un tornillo de doble cara, permitiendo conectar la primera carcasa 725 desde abajo y conectar la segunda carcasa 735 desde arriba. En algunas realizaciones, el primer conector se reemplaza con un aparato sensor de humedad de la invención. De esta manera puede haber múltiples sensores en un aparato de tamaño ajustable. El patrón sensor-carcasa-sensor se puede repetir varias veces como se muestra en las figuras 7B. Tener varios sensores en un aparato permite realizar mediciones simultáneas a diferentes profundidades. De este modo, un aparato puede determinar las necesidades de riego a múltiples profundidades en el mismo lugar. La segunda carcasa 735 está acoplada a una extensión de la carcasa 745 del transmisor a través del segundo conector 740, que funciona de manera similar al primer conector 730. En algunas realizaciones, se incorporan múltiples repeticiones de la carcasa del sensor en el aparato antes de la extensión 745 de la carcasa del transmisor. Opcionalmente puede haber un conector final 740 antes de la extensión de la carcasa 745 del transmisor, independientemente del número de sensores incorporados en el aparato. En algunas realizaciones, el aparato comprende al menos un sensor. En algunas realizaciones, el aparato comprende una pluralidad de sensores. En algunas realizaciones, el aparato comprende 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 sensores. Cada posibilidad representa una realización separada de la invención. En algunas realizaciones, los más de un sensor están separados por conectores para que los sensores, cuando se insertan en un LAV estén a diferentes profundidades. En algunas realizaciones, cada sensor está al menos a 0,1, 0,2, 0,25, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,75, 0,8, 0,9, 1, 2, 3, 4 o 5 metros de distancia. Cada posibilidad representa una realización separada de la invención. Aunque es la figura 7B la que muestra una realización con múltiples sensores en un aparato, esta característica se puede aplicar a cualquier otra realización de la invención descrita en el presente documento. La extensión de la carcasa 745 del transmisor está acoplada a una carcasa 750 del transmisor que alberga el transmisor inalámbrico (no mostrado). En algunos casos, la carcasa 750 del transmisor está conectada a un panel solar 760 instalado en la superficie externa de la carcasa 750 del transmisor. El panel solar 760 puede estar acoplado electrónicamente al transmisor inalámbrico, proporcionando energía eléctrica al transmisor. En algunas realizaciones, el panel solar está configurado para alimentar el aparato, el sensor, el receptor, el transmisor, o una combinación de los mismos. En algunas realizaciones, el panel solar está ubicado en una región del aparato configurada para estar por encima del suelo durante el funcionamiento del aparato.

En algunos casos de ejemplo, la extensión de la carcasa 745 del transmisor se acopla a la primera carcasa 725 y la segunda carcasa 735 se retira. De esta manera, la persona que utiliza el sensor de humedad puede ajustar la distancia entre el recipiente 701 de líquido y el transmisor y, por tanto, la profundidad del recipiente de líquido en el volumen que rodea el sensor de humedad. En algunas otras realizaciones, el sensor de humedad comprende una única carcasa que conecta el transductor y la carcasa 750 del transmisor, la carcasa individual está diseñada de manera ajustada, por ejemplo, como una barra telescópica.

En un primer aspecto, se proporciona un aparato efector del potencial hídrico que comprende una carcasa permeable al agua y un material que cambia el volumen (VCM). La invención proporciona un aparato efector del potencial hídrico que comprende una carcasa permeable al agua. La carcasa [101,201,301,401,701,801,901,1001,1101] permeable al agua está configurada para insertarse en medios que contienen agua, o LAV. En una realización, el medio que contiene agua es el suelo. En algunas realizaciones, la carcasa es permeable al agua en al menos una parte de la carcasa. En algunas realizaciones, toda la carcasa es permeable al agua. En algunas realizaciones, determinadas zonas de la carcasa son permeables al agua. En algunas realizaciones, el fondo de la carcasa es permeable al agua. En algunas realizaciones, al menos una parte de la carcasa es permeable al agua. En una realización, la carcasa está hecha de un medio poroso. En algunas realizaciones, la parte o región permeable al agua está hecha de medios porosos. En una realización adicional, el medio poroso es una membrana natural, sintética o semisintética. En otra realización más, el medio poroso es arcilla.

En las realizaciones de la invención, la carcasa comprende un material que cambia el volumen (VCM) adecuado para retener agua. En algunas realizaciones, el VCM puede absorber agua. El VCM [100, 200, 300, 400, 800, 900, 1000, 1100] está configurado para aumentar o disminuir su volumen en respuesta a cambios en el potencial hídrico en los medios que contienen agua. En algunas realizaciones, la carcasa rodea un área que comprende el VCM. En algunas realizaciones, el aparato de la invención comprende el VCM. En algunas realizaciones, el VCM aumenta o disminuye su volumen en respuesta a los aumentos y disminuciones del agua que se introduce en el VCM, respectivamente. En algunas realizaciones, el VCM aumenta o disminuye su volumen en respuesta al aumento o disminución de la concentración de agua, respectivamente. En algunas realizaciones, la concentración de agua es la concentración de agua en el VCM. En algunas realizaciones, la concentración de agua es la concentración de agua en el medio que contiene agua. En algunas realizaciones, la concentración de agua es la concentración de agua en el VCM, el medio que contiene agua o ambos. En una realización, cuando aumenta el potencial hídrico en el medio que contiene agua, el agua pasa a través de la carcasa hasta el VCM, haciendo que el VCM aumente de volumen. En algunas realizaciones, el aumento del volumen de VCM aumenta la presión de turgencia. En una realización, cuando el potencial hídrico en el medio que contiene agua disminuye, el agua sale del VCM a través de la carcasa hacia el medio que contiene agua, causando que el VCM disminuya en volumen. En una realización de la invención, el VCM está en contacto directo con una superficie interior de la carcasa. En algunas realizaciones, el VCM está en contacto directo con la parte permeable al agua de la carcasa. En una realización, una superficie interior de la carcasa está recubierta con el VCM. En algunas realizaciones, toda la superficie interior de la carcasa está en contacto o recubierta con el VCM. En otra realización más, sólo una parte de la superficie interior de la carcasa está en contacto directo con el VCM. En algunas realizaciones, sólo una parte de la superficie interior de la carcasa está recubierta con el VCM.

En una realización de la invención, cuando el volumen del VCM aumenta, se compromete operativamente con un receptor [803, 903, 1003, 1103]. En algunas realizaciones, el receptor es un transductor [140, 240, 340]. En algunas realizaciones, el receptor o transductor está configurado para traducir la fuerza aplicada por el VCM en una señal eléctrica o mecánica. En algunas realizaciones, el receptor comprende un diafragma o una membrana. En algunas realizaciones, el VCM está en contacto con el diafragma o la membrana. El receptor de la invención es, sin limitación, sensor de presión, sensor de fuerza, válvula y un manómetro. En algunas realizaciones, el receptor comprende un sensor. En algunas realizaciones, el sensor está configurado para detectar el volumen del VCM. En algunas realizaciones, el sensor comprende al menos uno de un sensor de presión, un sensor de fuerza, una válvula y un manómetro. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para activar el VCM. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para activar el VCM en o por encima de un umbral predeterminado de concentración de agua. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para activar el VCM cuando alcanza o es mayor que un volumen predeterminado. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para transducir una señal. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para transducir una señal cuando está activado. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para transducir una señal cuando está desactivado. En algunas realizaciones, el receptor está configurado para transducir una señal cuando está activado y/o desactivado. En algunas realizaciones, el aparato de la invención comprende además un receptor como se describe en la presente memoria.

La carcasa comprende además un inserto comprimible [105, 905, 1005, 1105] configurado para mantener una presión interna predeterminada. En algunas realizaciones, la carcasa rodea un área que comprende el inserto. El aparato de la invención comprende el inserto. El inserto está configurado para cambiar su volumen en respuesta a la fuerza aplicada por el VCM. En algunas realizaciones, el inserto está configurado para cambiar su volumen en respuesta a una fuerza que se le aplica. En algunas realizaciones, el inserto está configurado para mantener una presión predeterminada dentro de la carcasa. En algunas realizaciones, el inserto está configurado para mantener al menos una presión predeterminada dentro de la carcasa. En algunas realizaciones, el inserto está configurado para no romperse bajo la presión máxima aplicada por el VCM. La presión máxima que puede ejercer el VCM se produciría cuando esté 100 % saturado con agua. El VCM aplica su presión más baja cuando no comprende agua. En tales condiciones, el inserto ocupa su volumen máximo dentro del aparato y mantiene una presión mínima predeterminada dentro del aparato. Mantener dicha presión mínima es ventajoso porque fortalece el aparato contra posibles roturas o deformaciones. A medida que el suelo alrededor del aparato se mueve o se comprime, se puede aplicar una fuerza física sobre la carcasa del aparato. Como la carcasa debe ser permeable al agua, está hecha de un material rígido o poco resistente, tal como la arcilla. Si no se mantiene una presión mínima en el aparato, puede deformarse más fácilmente bajo la presión del suelo circundante, especialmente si esta fuerza es suficiente para superar la resistencia de la carcasa.

En algunas realizaciones de la invención, cuando el volumen del VCM aumenta, empuja el inserto y el inserto se acopla operativamente con un receptor [803, 903, 1003, 1103]. En algunas realizaciones, el receptor o transductor está configurado para traducir la fuerza aplicada por el inserto en una señal eléctrica o mecánica. En algunas realizaciones, el inserto hace contacto con el diafragma o la membrana. En algunas realizaciones, el inserto y/o el VCM se acopla operativamente con un receptor [803, 903, 1003, 1103]. En algunas realizaciones, el receptor o transductor está configurado para traducir la fuerza aplicada por el inserto y/o el VCM en una señal eléctrica o mecánica. En algunas realizaciones, el inserto y/o el VCM están en contacto con el diafragma o la membrana.

El inserto de la invención puede contener gas, líquido, sólido, material semisólido o una combinación de los mismos. En una realización de la invención, el inserto no es permeable a medios gaseosos, sólidos, semisólidos o líquidos. En algunas realizaciones, el inserto comprende un volumen lleno de gas. En algunas realizaciones, el inserto es un globo o cámara lleno de gas, líquido, sólido, material semisólido o una combinación de los mismos. Cada posibilidad representa una realización separada de la invención. En algunas realizaciones, el inserto aplica una presión sobre el VCM que no es suficiente para expulsar el agua del VCM. En algunas realizaciones, el inserto aplica una presión sobre el VCM que no es suficiente para impedir la capacidad del agua para introducirse en el VCM. En algunas realizaciones, a alta presión del VCM, el inserto aplica una presión sobre el VCM que puede retardar la entrada de agua. En algunas realizaciones, esta contrapresión del inserto se considera al calibrar el aparato.

Las figuras 10A y 10B muestran otra realización en la que la abertura del inserto comprimible está acoplada operativamente con el receptor [1003], a través del contacto físico directo. Cuando el agua penetra en la carcasa [1001], el volumen del VCM [1000] aumenta, aumentando de este modo la presión de turgencia dentro de la carcasa. La presión desencadena la compresión del inserto [1005] (como se muestra en la Fig. 10B), que, a su vez, provoca un aumento en la fuerza aplicada al receptor [1003]. La configuración del inserto [105, 1005, 1105] ilustrada en las figuras 1B, 10A-B y 11A-B, es particularmente ventajoso ya que mejora la sensibilidad del aparato efector del potencial hídrico de la invención y permite detectar cambios sutiles en el potencial hídrico.

Las figuras 11A y 11B muestran realizaciones en las que la abertura del inserto comprimible está acoplada operativamente con un receptor a través de un diafragma [1102]. El término "abertura" se refiere al área de contacto. Cuando el agua penetra en la carcasa [1101], el volumen del VCM [1100] aumenta, aumentando de este modo la presión de turgencia dentro de la carcasa. El aumento de presión provoca la compresión del inserto [1105] (como se ve en la Fig. 11B), provocando un aumento en la fuerza aplicada al diafragma [1102] y, posteriormente al receptor [1103]. En algunas realizaciones, el diafragma se deforma en respuesta a la fuerza aplicada. En algunas realizaciones, no hay diafragma y la fuerza se aplica directamente al receptor. En algunas realizaciones, la deformación del diafragma cierra un circuito. Las figuras 9A y 9B muestran aún otra realización en la que la abertura del inserto comprimible [905] está orientada hacia la parte inferior de la carcasa [901]. Cuando el agua penetra en la carcasa [901], el volumen del VCM [900] aumenta, aumentando de este modo la presión de turgencia dentro de la carcasa. La presión provoca la compresión del inserto [905] (como se ve en la Fig. 9B) y un aumento en la fuerza aplicada al diafragma [902] y al receptor [903]. En algunas realizaciones, la fuerza se aplica directamente al receptor y no hay diafragma.

En algunas realizaciones, el VCM activa el receptor. En algunas realizaciones, el inserto activa el receptor. En algunas realizaciones, el VCM e inserto activan el receptor. El receptor está configurado para activar el VCM, inserto, o ambos. En algunas realizaciones, el receptor activa el VCM, inserto o ambos en un umbral predeterminado de concentración de agua. En algunas realizaciones, el receptor activa el VCM, inserto o ambos en un umbral predeterminado de potencial hídrico. En algunas realizaciones, sólo un área definida del VCM o inserto está en contacto con el receptor o el diafragma. En algunas realizaciones, el inserto hace contacto con el receptor o el diafragma y el área de contacto es más pequeña que el área de contacto del inserto y el VCM. Un experto apreciará que al tener una gran área de contacto entre el VCM y el inserto, un pequeño cambio en la concentración de agua en el VCM tendrá un impacto exponencialmente mayor en la fuerza ejercida sobre el inserto. Si se produce un aumento uniforme en el volumen de VCM alrededor de toda la superficie del inserto, incluso un pequeño aumento afectará en gran medida a la presión dentro del inserto. Si el área de contacto entre el inserto y el receptor es comparativamente pequeña, toda esta fuerza se aplicará en esta pequeña área. En este caso, un cambio muy pequeño en la concentración de agua puede resultar en una gran fuerza aplicada por el inserto al receptor. En algunas realizaciones, la relación entre el área de contacto entre el inserto y el VCM y el área de contacto entre el inserto y el receptor es al menos 2: 1 ,3:1,4: 1,5: 1,6: 1,7: 1, 8: 1,9: 1, 10: 1, 15: 1,20: 1,25: 1,30: 1,35: 1,40: 1,45: 1,50: 1 o 100: 1. Cada posibilidad representa una realización separada de la invención. En algunas realizaciones, sólo una parte del inserto está en contacto con el receptor. En algunas realizaciones, el aparato comprende un separador rígido que separa una parte del inserto, el VCM o ambos desde el receptor, de modo que sólo una parte del inserto, el VCM o ambos activan el receptor.

En algunas realizaciones, el inserto tiene un espesor uniforme. En algunas realizaciones, el inserto tiene una elasticidad uniforme. En algunas realizaciones, el inserto se comprime o se infla a la misma velocidad de manera uniforme a través de su superficie en respuesta a una presión dada. En algunas realizaciones, el inserto no es uniforme. En algunas realizaciones, al menos una parte del inserto se deforma más fácilmente en respuesta a la presión interna. En algunas realizaciones, al menos una parte del inserto se deforma menos fácilmente en respuesta a la presión interna. En algunas realizaciones, la región del inserto en contacto con el receptor se deforma más fácilmente en respuesta a la presión. En algunas realizaciones, la región del inserto en contacto con el receptor se deforma menos fácilmente en respuesta a la presión.

En algunas realizaciones, el inserto está rodeado por el VCM. En algunas realizaciones, toda la longitud del inserto está rodeada por el VCM. En algunas realizaciones, el inserto está rodeado por tres lados por el VCM y el cuarto lado hace contacto con el receptor o diafragma. En algunas realizaciones, el inserto está rodeado por tres lados por el VCM y el cuarto lado hace contacto con la carcasa. En algunas realizaciones, la presión interna del inserto y la presión del VCM sin agua están calibradas de manera que un aumento predeterminado en la concentración de agua en el VCM dará como resultado una expansión del VCM, inserto o ambos necesarios para activar el receptor.

En algunos ejemplos que no forman parte de la presente invención, la carcasa no comprende un inserto comprimible. Cuando el agua penetra en la carcasa [101], el volumen del VCM [100] aumenta, aumentando de este modo la presión de turgencia dentro de la carcasa. Cuando el VCM está completamente inflamado o alcanza un umbral predeterminado, la fuerza se aplica al diafragma [102], que, a su vez, aplica la fuerza al receptor [103]. Como alternativa, no hay diafragma y la fuerza se aplica directamente al receptor.

Entre el 5 y el 35 % del espacio interior de la carcasa es VCM. En algunas realizaciones, el resto del volumen lo ocupa el inserto. En algunas realizaciones, el espacio interior está sustancialmente libre de espacio vacío.

El VCM es un hidrogel. En algunas realizaciones, el VCM comprende un biocida. En algunas realizaciones, el biocida es un plaguicida. En algunas realizaciones, el biocida es un antibiótico. En algunas realizaciones, el biocida mata al menos uno de los mohos, bacterias, esporas y hongos. En algunas realizaciones, el hidrogel es el biocida.

En ejemplos que no forman parte de la presente invención, el hidrogel está hecho de homopolímeros o copolímeros de ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido 2-bromoacrílico, ácido 2-(bromometil)acrílico, ácido 2-etilacrílico, ácido metacrílico, ácido 2-propilacrílico, acrilato de sodio, metacrilato de sodio y sus derivados, o hidróxido de sodio o hidróxido similar mezclado con los monómeros. La concentración inicial de monómero del 5 al 70 % en una solución acuosa, se polimeriza con un reticulante de diacrilato o diacrilamida, o, en ejemplos que no forman parte de la presente invención, con divinilo. En una realización, la concentración de reticulante está dentro del intervalo del 0 % peso/peso al 20 % peso/peso. En ejemplos que no forman parte de la presente invención, el polímero formado es un polímero de ácido poliacrílico. En otro ejemplo que no forma parte de la presente invención, el polímero formado es un polímero de sal sódica de ácido poliacrílico.

En otras realizaciones de la invención, el hidrogel está hecho de homopolímeros o copolímeros de alquilacrilamida, hidrocloruro de N-(3-aminopropil)metacrilamida, N-ferc-butilacrilamida, diacetona acrilamida, N,N-Dietilacrilamida, N,N-Dietilmetacrilamida, N,N-Dimetilacrilamida, N-[3-(Dimetilamino)propil]metacrilamida, N-etilacrilamida, N,N'-hexametilenbis (metacrilamida), N-hidroxietilacrilamida, N-(hidroximetil)acrilamida, (4-hidroxifenil)metacrilamida, 2-hidroxipropilmetacrilamida, N-(isobutoximetil)acrilamida, N-isopropilacrilamida, N-isopropilacrilamida, Nisopropilmetacrilamida, Metacrilamida y sus derivados.

En una realización, copolímeros de ácido acrílico, acrilamida, copolímero de anhídrido maleico, copolímeros de alcohol polivinílico, óxido de polietileno reticulado, carboximetilcelulosa reticulada y copolímero injertado de almidón se utilizan para controlar las propiedades mecánicas del hidrogel y su deshinchamiento del hinchamiento dentro de la carcasa limitante.

En otra realización más, para el inicio en seco se utilizan los derivados salinos del ácido acrílico. En otra realización, el hidrogel comprende además sal fertilizante, predisuelta dentro del hidrogel. La adición de fertilizante aumenta la presión osmótica y provoca un aumento de al menos un 80 % en el hinchamiento desde el estado seco. La rápida respuesta de los derivados de acrilamida es evidente en suelos ricos en sal debido al aumento de la presión osmótica.

En una realización, el hidrogel está configurado para mantener su estabilidad térmica. En una realización, la molécula de agua conjugada está presente en el polímero. El agua conjugada en el polímero actúa como anticongelante, reduciendo la temperatura de congelación del gel a -5 °C y manteniendo el hidrogel no quebradizo. Esta temperatura es relevante para cualquier suelo que contenga plantas viables.

En algunas realizaciones, el aparato está vinculado operativamente a un sistema de riego. En algunas realizaciones, el receptor envía señales al sistema de riego. En algunas realizaciones, el sistema de riego es activado o apagado por el aparato. En algunas realizaciones, el sistema de riego se activa o se apaga en respuesta a la señal transducida. En algunas realizaciones, la señal apaga el sistema de riego. En algunas realizaciones, la falta de señal activa el sistema de riego. En algunas realizaciones, cuando el receptor no está activado, indica que se active el sistema de riego, y cuando el receptor está activado, indica que se apague el sistema de riego. En algunas realizaciones, se describe un dispositivo que comprende un sistema de medición del potencial hídrico del suelo y el aparato.

En algunas realizaciones, el aparato está vinculado a una memoria o dispositivo de almacenamiento. En algunas realizaciones, el aparato está vinculado a un dispositivo de lectura o pantalla sobre el suelo.

En ejemplos que no forman parte de la presente invención, el aparato es para su uso en la detección de humedad. Según la invención, el aparato es para su uso en la medición del potencial hídrico. En algunas realizaciones, el aparato se utiliza para efectuar el potencial hídrico en medios que contienen agua. En algunas realizaciones, el aparato se inserta en el medio que contiene agua. En algunas realizaciones, el medio que contiene agua está próximo al aparato. En algunas realizaciones, el medio que contiene agua está dentro de 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 o 50 metros del aparato. Cada posibilidad representa una realización separada de la invención.

En el contexto de la invención, el aparato efector del potencial hídrico ilustrado en las figuras 2A-B, 3A-B y 4A-B; tiene ciertas ventajas atribuidas al inserto compresible [201,301,401]. Las ventajas son, sin limitación, durabilidad mejorada; mayor capacidad sensorial; resistencia a condiciones de temperatura extremas, tal como suelo congelado. Por ejemplo, el inserto compresible permite controlar la presión dentro de la carcasa y resistir un fuerte aumento del volumen de VCM debido a la congelación del suelo, evitando así la explosión de la carcasa. Por tanto, el aparato de la invención puede insertarse en el suelo durante todo el año y conservar su funcionalidad en diversas condiciones climáticas sin requisitos de mantenimiento. Una ventaja adicional atribuida al inserto comprimible es acortar el tiempo requerido para que el VCM llegue al transductor y, por lo tanto, comience a generar la salida deseada. La terminología utilizada en el presente documento tiene el propósito de describir realizaciones particulares únicamente y no pretende limitar la invención. Como se emplea en esta memoria, las formas singulares "un", "una" y "el" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos "comprende" o "que comprende", cuando se emplea en la presente memoria descriptiva, especifican la presencia de características declaradas, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos componentes y/o grupos o combinaciones de los mismos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características adicionales, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos o combinaciones de los mismos. Como se emplea en esta memoria los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "que tiene" y sus conjugados significan "que incluye, entre otros". La expresión "que consiste en" significa "que incluye y se limita a".

Como se emplea en esta memoria, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones posibles de uno o más de los elementos enumerados asociados, así como la falta de combinaciones cuando se interpreta en forma alternativa ("o").

A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluidos los términos técnicos y científicos) utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica a la que pertenece esta invención. Se entenderá además que los términos, tales como los definidos en diccionarios de uso común, deben interpretarse con un significado que sea consistente con su significado en el contexto de la memoria descriptiva y las reivindicaciones y no debe interpretarse en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que se defina expresamente de ese modo en la presente memoria. Es posible que las funciones o construcciones conocidas no se describan en detalle por motivos de brevedad y/o claridad.

Se entenderá que cuando se hace referencia a un elemento como "encendido", "unido" a, "operativamente acoplado" a, "operativamente activado" con, "conectado" a, "acoplado" con, "en contacto", etc., otro elemento, puede estar directamente encendido, unido a, conectado a, acoplado operativamente a, activado operativamente con, acoplado con y/o en contacto con el otro elemento o pueden estar también presentes elementos intermedios. En cambio, cuando se dice que un elemento está "en contacto directo" con otro elemento, no hay elementos intermedios presentes.

Se entenderá que, aunque los términos primero, segundo, etc., se pueden usar en el presente documento para describir varios elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y / o secciones no deben estar limitados por estos términos. Más bien, estos términos solo se utilizan para distinguir un elemento, componente, región, capa y/o sección, de otro elemento, componente, región, capa y/o sección.

Ciertas características de la invención, que están, para mayor claridad, descritas en el contexto de realizaciones separadas, también se pueden proporcionar en combinación en una única realización. Por el contrario, diversas características de la invención, que están, por razones de brevedad, descritas en el contexto de una única realización, también se pueden proporcionar por separado o en cualquier subcombinación adecuada o según sea adecuado en cualquier otra realización descrita de la invención. Ciertas características descritas en el contexto de diversas realizaciones no deben considerarse características esenciales de esas realizaciones, a menos que la realización sea inoperante sin esos elementos.

A lo largo de esta solicitud, se pueden presentar diversas realizaciones de esta invención en un formato de intervalo. Debe entenderse que la descripción en formato de intervalo es simplemente por conveniencia y brevedad y no debe interpretarse como una limitación inflexible al alcance de la invención. Por consiguiente, se debe considerar que la descripción de un intervalo ha descrito específicamente todos los subintervalos posibles, así como los valores numéricos individuales dentro de ese intervalo. Por ejemplo, se debe considerar que la descripción de un intervalo tal como de 1 a 6 tiene subintervalos específicamente descritos tales como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, de 3 a 6 etc., así como números individuales dentro de ese intervalo, por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Esto se aplica independientemente de la amplitud del intervalo.

Siempre que en el presente documento se indique un intervalo numérico, está destinado a incluir cualquier número citado (fraccionario o integral) dentro del intervalo indicado. Las expresiones "que varían/varía entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "que varían/varía desde" un primer número indicado "hasta" un segundo número indicado se utilizan indistintamente en la presente memoria y pretenden incluir el primer y segundo número indicado y todos los números fraccionarios e integrales entre ellos.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para medir el potencial hídrico en el suelo, que comprende:

a. una carcasa (101) que comprende al menos una parte que es permeable al agua, en donde dicha parte permeable al agua comprende un material poroso;

b. un material que cambia de volumen VCM (100) adecuado retener agua, en donde dicho VCM aumenta o disminuye su volumen en respuesta al aumento o disminución de la concentración de agua respectivamente, y en donde dicho VCM está en contacto directo con una superficie interna de dicha al menos una parte permeable al agua de dicha carcasa, y en donde el VCM es un hidrogel que tiene la concentración del 5-35 %, en donde el hidrogel está hecho de homopolímeros o copolímeros de acrilamida, en donde la concentración inicial de monómero es del 5-70 % en una solución acuosa, se polimeriza con un reticulante de diacrilato o diacrilamida, y en donde el hidrogel llena entre el 10-90 % del volumen del espacio dentro de dicha carcasa;

c. un inserto comprimible (105) configurado para mantener al menos una presión interna predeterminada dentro de dicho aparato; y

d. un receptor (140) configurado para activar el VCM (100), inserto comprimible (105) o ambos a o por encima de un umbral predeterminado de concentración de agua y configurado para transducir una señal cuando se activa, cuando se desactiva, o ambos; y en donde dicho receptor (140) está configurado para traducir una fuerza aplicada por dicho VCM (100), inserto compresible (105) o ambos en una señal eléctrica.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde dicho receptor (140) comprende un sensor de presión, un sensor de desplazamiento, un sensor de fuerza, una válvula o un manómetro.

3. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde dicho material poroso es una membrana natural, sintética o semisintética.

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el inserto comprimible (105) comprende un volumen interior lleno de gas.

5. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el VCM (100) comprende un biocida.

6. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además un diafragma (125) entre dicho VCM (100), inserto compresible (105) o ambos y dicho receptor (140), en donde dicho diafragma (125) transfiere fuerza desde dicho VCM (100), inserto compresible (105) o ambos a dicho receptor (140).

7. Dispositivo que comprende un sistema de potencial hídrico del suelo y un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.