WO2020250008A1 - Estaca y sistema para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido - Google Patents

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WO2020250008A1
WO2020250008A1 PCT/IB2019/054866 IB2019054866W WO2020250008A1 WO 2020250008 A1 WO2020250008 A1 WO 2020250008A1 IB 2019054866 W IB2019054866 W IB 2019054866W WO 2020250008 A1 WO2020250008 A1 WO 2020250008A1
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sensor
tubular
processor
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Ricardo Alberto FINGER CAMUS
Christopher Eduardo MUÑOZ PARDO
Camilo Eduardo AVILÉS QUINTANILLA
Leonardo Jaime BRONFMAN AGUILO
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Universidad De Chile
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    • G01N33/24—Earth materials

Definitions

  • the present invention relates to the field of metrology and tests, more particularly to the investigation or analysis of materials by determining their physical or chemical properties and specifically provides a stake for the monitoring of an environmental variable in an acidic environment.
  • WO 2004/040415 describes a stake for monitoring and controlling irrigation in land for agricultural purposes.
  • Each of these stakes includes a sensorized mast, which includes one or more sensors, a processor, a battery and an antenna.
  • Said mast is inserted into a casing, which has previously been buried.
  • Said casing for its part, has a plurality of perforations that make it possible to obtain contact between the ground and the sensors present on the sensorized mast.
  • document WO 2017/096489 describes a method for monitoring a body of granular material that comprises installing one or more wireless sensors in said granular body; as well as one or more coaxial sensor cables in communication with said one or more wireless sensors; and characterizing the body of granular material from measurements taken by said one or more wireless sensors.
  • the present invention provides a stake for monitoring an environmental variable in an acidic environment characterized in that it comprises: a tubular casing having a lower end and an upper end; a tip attached to the lower end of said tubular casing, said tip having an interior space; a sensor of said environmental variable, housed in said interior space of said tip; a processor, operatively coupled to said sensor and positioned within said tubular housing; and a source of electrical power operatively coupled to said processor; wherein said processor is configured to control said sensor, and obtain measurements from said sensor, and store said measurements; and wherein said sensor allows the measurement of said environmental variable without being put in direct contact with said acidic medium.
  • the stake is characterized in that it additionally comprises an antenna operatively coupled to said processor and positioned inside said tubular housing; wherein said source of electrical power is operatively coupled to said antenna; and wherein said processor is additionally configured to transmit said measurements through said antenna.
  • the stake is characterized in that said antenna operates in the 433 MHz ISM band.
  • the stake is characterized in that said processor is It is configured to transmit said measurements through said antenna in real time.
  • the stake is characterized in that said tubular casing comprises a plurality of tubular modules arranged consecutively; mechanical coupling means between consecutive tubular modules; and electrical coupling means between consecutive tubular modules.
  • said mechanical coupling means are selected from the group consisting of threaded connections, quick coupling flanges, conical couplings, as well as combinations between them.
  • the stake is characterized in that said plurality of tubular modules are arranged in a telescopic manner and that it comprises means for adjusting the length of said stake.
  • the stake is characterized in that said electrical coupling means comprise a conductor that extends along each of said telescopically arranged tubular modules, said conductor that is positioned inside each one. of said tubular modules.
  • said electrical coupling means between consecutive tubular modules are included in each tubular module of said plurality and comprise a conductive contact that extends along the entirety of said tubular module, said conductive contact that is arranged inside said tubular module.
  • the stake is characterized in that said sensor of said environmental variable is selected from the group formed by temperature sensors and capacitive humidity sensors.
  • said sensor of said environmental variable is a temperature sensor encapsulated inside said tip, said temperature sensor that is thermally coupled with said tip by means of a thermally conductive paste.
  • the stake is characterized in that it additionally comprises an inertial sensor positioned inside said tubular casing.
  • said Inertial sensor is selected from the group consisting of magnetic sensors, gyroscopic speed sensors, and acceleration sensors.
  • the stake is characterized in that said source of electrical energy comprises a battery housed inside said tubular casing and a photovoltaic panel operatively coupled to said battery and positioned at the upper end of said tubular casing.
  • the stake is characterized in that it additionally comprises a receiver of a positioning system positioned inside said tubular casing.
  • the stake is characterized in that said processor is further configured to compare the measurement obtained from said sensor with a threshold value and to generate an alarm if said measurement obtained from said sensor is above said threshold value.
  • Figure 1 shows a schematic view in longitudinal section of a first embodiment of the stake that is the object of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic view in longitudinal section of an intermediate portion of a first embodiment of the tubular casing that forms part of the stake that is the object of the present invention.
  • Figure 3 shows a schematic view in longitudinal section of a first embodiment of the tip that forms part of the stake that is the object of the present invention.
  • Figure 4 shows a schematic view in longitudinal section of an upper portion of a first embodiment of the tubular casing that forms part of the stake that is the object of the present invention.
  • Figure 5 shows a block connection diagram of a first embodiment of the stake that is the object of the present invention.
  • the present invention provides a stake (1) for monitoring an environmental variable in an acidic environment, essentially comprising: a tubular casing (2) having a lower end (21) and an upper end (22); a tip (3) attached to the lower end (21) of said tubular casing (2), said tip having an interior space; a sensor (4) of said environmental variable, housed in said interior space of said tip (3); a processor (5), operatively coupled to said sensor (4) and positioned within said tubular housing (2); and a source of electrical power (7) operatively coupled to said processor (5); wherein said processor (5) is configured to control said sensor (4), obtain measurements from said sensor (4) and store said measurements; and wherein said sensor (4) allows the measurement of said environmental variable without being put in direct contact with said acidic medium.
  • an acidic medium is a medium that has a pH less than 6, more preferably less than 5 and even more preferably equal to or less than 4.
  • acidic media without limiting The scope of the present invention are leaching piles, tailings dams, industrial effluent storage ponds, among others.
  • an environmental variable should be understood as a physical or chemical magnitude of said acidic medium whose value is to be determined and / or monitored.
  • Examples of environmental variables are humidity, temperature, pH, electrical conductivity, among others.
  • relative positions such as up, down, forward, back, upper, lower or other relative positions without limiting the scope of the present invention, shall be understood as referring to the stake (1) is object of the present invention when it is normally in use.
  • said stake (1) may additionally comprise an antenna (6), operatively coupled to said processor (5) and positioned inside said tubular casing ( 2).
  • said source of electrical energy (7) is furthermore operatively coupled to said antenna (6).
  • said processor (5) is coupled to transmit said measurements through said antenna (6).
  • tubular casing (2) With respect to said tubular casing (2), it has a lower end (21) and an upper end (22). It should be understood that said tubular casing (2) has an outer wall that, in turn, defines an interior space in which some of the components that form part of the stake (1) that is the object of the present invention are positioned.
  • tubular casing (2) do not limit the scope of the present invention. Both said outer wall and said inner space of said tubular casing (2) can have a cross section having any shape, without limiting the scope of the present invention. On the other hand, without limiting the scope of the present invention, the lateral dimensions of said tubular casing (2) can be of any length.
  • said tubular casing (2) may have a circular cross section. In another preferred embodiment, without limiting the scope of the present invention, said tubular casing (2) may have a length that is in the range between 60 cm and 170 cm.
  • said tubular casing (2) may have a modular nature.
  • said tubular casing (2) comprises a plurality of tubular modules consecutively arranged means of mechanical coupling between consecutive tubular modules; and electrical coupling means between consecutive tubular modules.
  • said tubular casing (2) can have a variable length, which can be adjusted depending on the characteristics of the acidic medium in which it is desired to monitor the environmental condition.
  • said acidic medium can be a mining tailings dam, the level of which is modified with time due to material deposit.
  • said acidic medium can be a mining tailings dam, the level of which is modified with time due to material deposit.
  • each tubular module of said plurality can comprise a corresponding sensor of said environmental variable (which are not illustrated in the figures).
  • the processor (5) for its part, is operatively coupled to each of said corresponding sensors of the plurality of tubular modules.
  • the processor (5) furthermore, is configured to control each of said corresponding sensors; and obtaining measurements from said corresponding sensors.
  • said stake (1) also comprises an antenna (6)
  • said processor (5) may be configured to transmit said measurements through said antenna (6).
  • each of said corresponding sensors allows the measurement of said environmental variable without being put in direct contact with said acidic medium.
  • each tubular module has a portion that allows the coupling between said corresponding sensor and the acid medium in order to measure said environmental variable. It will be understood, without limiting the scope of the present invention, that any way that allows coupling the sensor (4) with said acid medium through the tip (3) can be used to couple the corresponding sensor with said acid medium to through said portion of the tubular module.
  • tubular casing (2) comprises a plurality of tubular modules
  • shape and dimensions of each individual tubular module do not limit the scope of the present invention.
  • tubular modules that are part of the plurality can all be identical or have some distinguishing characteristic without limiting the scope of the present invention.
  • said tubular modules that are part of said plurality of tubular modules can be arranged in a telescopic manner, such that a tubular module is housed, at least partially, in the inside the anterior tubular module and can slide with respect to said anterior tubular module.
  • said tubular casing (2) comprises means for adjusting the length of said stake (1), such as, for example and without being limited to, mechanisms of Threaded locks, quick-action locking mechanisms, among others, that allow blocking relative movement between consecutive tubular modules.
  • said mechanical coupling means may be different.
  • Said mechanical coupling means can be selected from the group consisting of threaded connections, quick coupling flanges, conical couplings, as well as combinations between them.
  • a person with average knowledge in the technical field will understand that the chosen mechanical coupling means will depend, among other aspects, on the nature and shape of the corresponding tubular modules that said mechanical coupling means couple.
  • said electrical coupling means may comprise a conductor that extends along each of said tubular modules arranged in a telescopic manner , said conductor that is positioned inside each of said tubular modules.
  • said electrical coupling means may be of a different nature.
  • said electrical coupling means may be included in each tubular module of said plurality and may comprise a conductive contact extending along the length of said tubular module, such that said conductive contact meets arranged inside said tubular module. In this way, by mechanically coupling two consecutive tubular modules by means of the mechanical coupling means, an electrical coupling is further obtained by electrical contact of the conductive contacts of two consecutive tubular modules.
  • tubular casing (2) is constructed, whether it is manufactured in a single piece or comprises a plurality of tubular modules, does not limit the scope of the present invention.
  • Said material is required to be resistant to corrosion and the action of said acidic medium, and can be chosen, for example and without limiting the scope of the present invention, from the group consisting of PVC, PTFE, polyethylene, plastic resins, as well as combinations between them.
  • the stake (1) that is the object of the present invention further comprises a tip (3) attached to the lower end (21) of said tubular casing (2).
  • Said tip has an interior space in which the sensor (4) of the environmental variable to be monitored is housed.
  • the shape and dimensions of said tip (3) do not limit the scope of the present invention, as long as it possesses said interior space and allows the penetration of said stake (1) in the acidic environment to be monitored.
  • the advantage of providing a tip (3) that has an interior space in which said sensor (4) can be housed is that it allows to be certain of the level of said acidic medium that is being monitored, while protecting said sensor (4) of the action of said acid medium.
  • Said tip (3) also allows the coupling between said acid medium and said sensor (4), in such a way that said sensor (4) does not need to be in direct contact with said acid medium to measure said environmental variable.
  • said material with which said tip (3) is constructed does not limit the scope of the present invention, as long as it allows satisfying the previously stated requirements. Said material can be chosen, for example and without limiting the scope of the present invention, from the group consisting of aluminum, stainless steel, plastic resins, as well as combinations between them.
  • the means by which said tip (3) is attached to the lower end (21) of said tubular casing (2) does not limit the scope of the present invention.
  • said stake (1) comprises mechanical coupling means between said tip (3) and the lower end (21) of said tubular casing (2).
  • said tip (3) can be attached to said lower end (21) of said tubular casing (2) by means of a suitable glue or adhesive.
  • the stake (1) that is the object of the present invention furthermore, comprises a sensor (4) of the environmental variable to be monitored in the acidic environment.
  • said sensor (4) is housed in the interior space of the tip (3).
  • Said sensor (4) moreover, must allow the measurement of said environmental variable without being put in direct contact with said acidic medium.
  • the coupling between said sensor (4) and said acid medium is obtained through said tip (3). Consequently, a person with average knowledge in the technical field will understand that the nature of the coupling between said sensor (4) and said tip (3) will depend, among other things and without limiting the scope of the present invention, in the way that allows the sensor (4) to measure said environmental variable without being put in contact with said acidic medium.
  • said environmental variable is the temperature of said acidic medium.
  • said sensor (4) can be a temperature sensor (4a) that can be chosen from the group formed by thermocouples, platinum resistance sensors, thermistors, among others.
  • Said temperature sensor (4a) may be, for example and without limiting the scope of the present invention, encapsulated in said tip (3).
  • said tip (3) comprises at least one thermally conductive portion, which is coupled to said temperature sensor (4a).
  • Said sensor (4) in turn and without limiting the scope of the present invention, may additionally be encapsulated in a corrosion resistant resin.
  • said environmental variable is the humidity of said acidic medium.
  • said sensor (4) can be a capacitive humidity sensor (4b).
  • the tip (3) comprises at least one electrically conductive portion, which is coupled to said capacitive humidity sensor (4b) and which allows coupling said capacitive humidity sensor (4b) to said acidic medium.
  • said stake (1) may comprise additional sensors that are not positioned at the tip (3) of said stake (1).
  • said stake (1) may comprise an inertial sensor (8) that is positioned inside said tubular casing (2).
  • said inertial sensor (8) can be selected from the group consisting of magnetic sensors, gyroscopic speed sensors and acceleration sensors.
  • said stake (1) also allows monitoring variables such as the stability of the soil of the acidic medium in which said stake is installed.
  • a magnetic sensor can measure the earth's magnetic field in the position in which the stake is used; a gyroscopic speed sensor can measure the angular speed, if any, at which said stake rotates; and an acceleration sensor can measure the acceleration of gravity in the position in which said stake is used.
  • said stake (1) can additionally comprise a receiver of a positioning system that is positioned inside said tubular casing (2).
  • said tubular casing (2) can additionally comprise a receiver of a positioning system that is positioned inside said tubular casing (2).
  • the stake (1) that is the object of the present invention, furthermore, comprises a processor (5), operatively coupled to said sensor (4) and positioned inside said tubular casing (2). Said processor (5) is configured to control said sensor (4), obtain measurements from said sensor (4) and store said measurements.
  • said stake (1) comprises an antenna (6)
  • said processor additionally and without limiting the scope of the present invention, is configured to transmit said measurements through said antenna (6).
  • said stake (1) may comprise removable storage means (not illustrated in the figures) of said measurements, in such a way that a user can obtain said measurements by reading said removable storage media.
  • Such coupling may be wired or wireless without limiting the scope of the present invention.
  • a wired coupling is provided, without limiting the scope of the present invention, the number, material, gauge or arrangement of the cables that provide such coupling does not limit the scope of the present invention.
  • said coupling can be obtained, for example and without limiting the scope of the present invention, by means of an LED or laser specially configured for this purpose, operatively coupled to the sensor ( 4), as well as a photoreceptor optically coupled to said LED or laser, operatively coupled to said processor (5).
  • said processor (5) can control said sensor (4) to measure said environmental variable essentially continuously or at discontinuous intervals of time, without this limiting the scope of the present invention.
  • said intervals may or may not be regular without this limiting the scope of the present invention.
  • said processor (5) can be configured to control said sensor (4) to perform measurements at regular time intervals, but, additionally, have the possibility of performing measurements of essentially continuously if required.
  • Said processor (5) is configured to receive said measurements from said sensor (4). It should be understood that said processor (5) can receive said measurements and process them without limiting the scope of the present invention. In a preferred embodiment, without limiting the scope of the present invention, said processor can be configured to perform mathematical operations on individual measurements or on a set of measurements obtained from said sensor (4). For example, and without limiting the scope of the present invention, said processor (5) can compare two consecutive measurements and determine the variation of the environmental variable between said two consecutive measurements. In another example, without limiting the scope of the present invention, said processor can obtain statistical values, such as average, standard deviation or mean, from a set of measurements of said environmental variable.
  • said processor (5) can be configured to compare a measurement obtained from said sensor (4) with a threshold value.
  • said processor (5) can be additionally configured to generate an alarm if said measurement obtained from said sensor (4) is above said threshold value.
  • said stake (1) includes additional components, for example, an inertial sensor (8) or a receiver of a positioning system
  • additional components for example, an inertial sensor (8) or a receiver of a positioning system
  • Said processor (5) can be configured to control said additional components, for example, an inertial sensor (8) or a receiver of a positioning system and receive measurements or information from said additional components, without limiting the scope of the present invention.
  • said processor can be configured to perform mathematical operations on individual measurements or on a set of measurements obtained from said additional components. For example, and without limiting the scope of the present invention, said processor (5) can compare two consecutive measurements and determine a variation of the measured variable between said two consecutive measurements. In another example, without limiting the scope of the present invention, said processor can obtain statistical values, such as average, standard deviation or mean, from a set of measurements of said measured variable. In another example, without limiting the scope of the present invention, said processor (5) can be configured to compare a measurement obtained from said additional components with a threshold value. In this last example of embodiment, without limiting the scope of the present invention, said processor (5) can be additionally configured to generate an alarm if said measurement obtained from said additional components is above said threshold value.
  • the stake (1) that is the object of the present invention may further comprise an antenna (6), operatively connected to said processor (5) and positioned inside said tubular casing (2).
  • said processor (5) can be additionally configured to transmit the measurements obtained from the sensor (4) through said antenna (6).
  • said processor (5) may additionally be configured to transmit the measurements or information obtained from said additional components through said antenna (6).
  • said antenna (6) can operate in the 433 MHz ISM band.
  • said antenna (6) can be used, additionally, to send information to said processor (5).
  • said processor (5) is configured to receive said information through said antenna (6), process said information and execute one or more operations whose instructions are included. in said information received through said antenna (6).
  • the foregoing can be used, for example and without limiting the scope of the present invention, to obtain measurements on demand or in real time of the environmental variable to be monitored.
  • the stake (1) that is the object of the present invention further comprises a source of electrical energy (7) operatively coupled to said processor (5).
  • said source of electrical energy is furthermore operatively coupled to said antenna (6).
  • Said source of electrical energy (7) can be continuous or alternating without limiting the scope of the present invention.
  • said source of electrical energy (7) may have a single output voltage or a plurality of output voltages without limiting the scope of the present invention.
  • said source of electrical energy (7) comprises a battery (71) housed inside the tubular casing (2) that is part of said stake (1) and a solar panel (72) operatively coupled to said battery (71) and positioned at the upper end (22) of said tubular housing (2).
  • Example 1 Obtaining a stake for the monitoring of an environmental variable
  • FIGS 1 to 4 show different views in longitudinal section of a first embodiment of the stake (1) that is the object of the present invention.
  • Said stake (1) has a tubular casing (2) made of PVC and formed by two tubular modules.
  • An upper tubular module houses the antenna (6), the battery (72) and a plate Printed electronics on which the processor (5), a plurality of inertial sensors (8) and other electronic components are mounted.
  • a lower tubular module houses a temperature sensor (4a), encapsulated in a corrosion resistant resin and thermally coupled to the tip (3) by means of a thermally conductive paste.
  • the tip (3) is made of aluminum and is attached to the lower end of the tubular casing (2).
  • the tip houses a capacitive humidity sensor (4b) and, as previously mentioned, is in thermal contact with the temperature sensor (4a) through a thermally conductive paste.
  • a photovoltaic panel (72) is positioned at the upper end of the tubular casing (2), and coupled to the battery (71).
  • FIG. 5 shows a block connection diagram of the stake (1) from the previous example.
  • the stake (1) is made up of three main blocks: a power supply block (1 1), which corresponds to the electrical power source (7); a communication block (12) corresponding to the antenna (6); and a measurement block (13) that corresponds to the set formed by the processor (5) and the different sensors (4a, 4b, 8) present in the stake (1) ⁇
  • the power supply block (1 1) is formed by the solar panel (72), which, in turn, is connected to the battery (72) for charging. As previously mentioned, said power supply block (1 1) supplies both the communication block (12) and the measurement block (13).
  • the communication block (12) is made up of the antenna (6) and a radio block (9), which is the physical component that is configured to transmit and receive information through the antenna ( 6).
  • the measurement block (13) is made up of the processor (5) and the different sensors (4a, 4b, 8) present in the stake (1).
  • the processor (5) is operatively connected to the radio block (9), providing the operative coupling with the antenna (6).
  • a sub-block of the measurement block (13) corresponds to the tip (3), in which the temperature sensor (4a) and the capacitive humidity sensor (4b) are housed.
  • the other remaining sub-block of the measurement block (13) corresponds to an inertial sensor (8), which is housed in the tubular casing (2), but which is also operatively connected to the processor (5).

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Abstract

La presente invención se relaciona al campo de la metrología y los ensayos, más particularmente a la investigación o análisis de materiales por determinación de sus propiedades físicas o químicas y en específico proporciona una estaca para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido que se caracteriza porque comprende: una carcasa tubular que posee un extremo inferior y un extremo superior; una punta unida al extremo inferior de dicha carcasa tubular, dicha punta que posee un espacio interior; un sensor de dicha variable ambiental, alojado en dicho espacio interior de dicha punta; un procesador, acoplado operativamente a dicho sensor y posicionado en el interior de dicha carcasa tubular; y una fuente de energía eléctrica acoplada operativamente a dicho procesador; en donde dicho procesador se encuentra configurado para controlar dicho sensor, y obtener mediciones desde dicho sensor, y almacenar dichas mediciones; y en donde dicho sensor permite la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido. De acuerdo con la descripción previa, es posible obtener una estaca que permite la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido, superando las deficiencias del estado de la técnica.

Description

ESTACA Y SISTEMA PARA LA MONITORIZACIÓN DE UNA VARIABLE AMBIENTAL EN UN MEDIO ÁCIDO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona al campo de la metrología y los ensayos, más particularmente a la investigación o análisis de materiales por determinación de sus propiedades físicas o químicas y en específico proporciona una estaca para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el campo de la metrología y los ensayos, un aspecto relevante es la monitorización de condiciones ambientales en diferentes campos de aplicación. En este sentido, en el último tiempo se han desarrollado aparatos y sistemas para monitorizar diferentes condiciones ambientales en espacios extendidos.
Por ejemplo, el documento WO 2004/040415 describe una estaca para la monitorización y control de la irrigación en terrenos con fines agrícolas. Cada una de dichas estacas incluye un mástil sensorizado, que incluye uno o más sensores, un procesador, una batería y una antena. Dicho mástil, a su vez, se inserta en una carcasa, la cual previamente ha sido enterrada. Dicha carcasa, por su parte, presenta una pluralidad de perforaciones que permite obtener un contacto entre el terreno y los sensores presentes en el mástil sensorizado.
Por otra parte, el documento WO 2017/096489 describe un método para monitorizar un cuerpo de material granular que comprende instalar uno o más sensores inalámbricos en dicho cuerpo granular; así como uno o más cables sensores coaxiales en comunicación con dichos uno o más sensores inalámbricos; y caracterizar el cuerpo de material granular a partir de las mediciones tomadas por dichos uno o más sensores inalámbricos.
Sin embargo, los antecedentes del estado de la técnica presentan deficiencias para monitorizar condiciones ambientales en medios ácidos. Por una parte, la estaca descrita en el documento WO 2004/040415, al requerir el contacto entre el sensor y el terreno, no es aplicable en medios ácidos pues se dañaría la electrónica del aparato. Por otra parte, el sistema descrito en WO 2017/096489 requiere de la instalación de cables coaxiales, lo cual aumenta considerablemente la complejidad en el despliegue del sistema. Adicionalmente, dichos sistemas no permiten tener certeza del nivel al cual se están realizando las mediciones, lo cual afecta la corrección de las conclusiones o decisiones que se tomen a partir de dichas mediciones.
En consecuencia, se requiere de una estaca que permita la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido, a fin de superar las deficiencias del estado de la técnica.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una estaca para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido que se caracteriza porque comprende: una carcasa tubular que posee un extremo inferior y un extremo superior; una punta unida al extremo inferior de dicha carcasa tubular, dicha punta que posee un espacio interior; un sensor de dicha variable ambiental, alojado en dicho espacio interior de dicha punta; un procesador, acoplado operativamente a dicho sensor y posicionado en el interior de dicha carcasa tubular; y una fuente de energía eléctrica acoplada operativamente a dicho procesador; en donde dicho procesador se encuentra configurado para controlar dicho sensor, y obtener mediciones desde dicho sensor, y almacenar dichas mediciones; y en donde dicho sensor permite la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido.
En una realización preferida, la estaca se caracteriza porque comprende, adicionalmente, una antena acoplada operativamente a dicho procesador y posicionada en el interior de dicha carcasa tubular; en donde dicha fuente de energía eléctrica se encuentra acoplada operativamente a dicha antena; y en donde dicho procesador se encuentra adicionalmente configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena. En una realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dicha antena funciona en la banda ISM de 433 MHz. En otra realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dicho procesador se encuentra configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena en tiempo real.
En una realización preferida, la estaca se caracteriza porque dicha carcasa tubular comprende una pluralidad de módulos tubulares dispuestos de manera consecutiva; medios de acoplamiento mecánico entre módulos tubulares consecutivos; y medios de acoplamiento eléctrico entre módulos tubulares consecutivos. En una realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dichos medios de acoplamiento mecánico se seleccionan del grupo formado por conexiones roscadas, bridas de acoplamiento rápido, acoplamientos cónicos, así como combinaciones entre los mismos. En otra realización preferida, la estaca se caracteriza porque dicha pluralidad de módulos tubulares se dispone de manera telescópica y porque comprende medios de ajuste de la longitud de dicha estaca. En una realización aun más preferida, la estaca se caracteriza porque dichos medios de acoplamiento eléctrico comprenden un conductor que se extiende a lo largo de cada uno de dichos módulos tubulares dispuestos de manera telescópica, dicho conductor que se encuentra posicionado en el interior de cada una de dichos módulos tubulares. En otra realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dichos medios de acoplamiento eléctrico entre módulos tubulares consecutivos se encuentran incluidos en cada módulo tubular de dicha pluralidad y comprenden un contacto conductor que se extiende a lo largo de la totalidad de dicho módulo tubular, dicho contacto conductor que se encuentra dispuesto en el interior de dicho módulo tubular.
En una realización preferida adicional, la estaca se caracteriza porque dicho sensor de dicha variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensores de temperatura y sensores de humedad capacitivos. En una realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dicho sensor de dicha variable ambiental es un sensor de temperatura encapsulado en el interior de dicha punta, dicho sensor de temperatura que se encuentra acoplado térmicamente con dicha punta mediante una pasta conductora térmica.
En otra realización preferida, la estaca se caracteriza porque comprende, adicionalmente, un sensor inercial posicionado en el interior de dicha carcasa tubular. En una realización más preferida, la estaca se caracteriza porque dicho sensor inercial se selecciona del grupo formado por sensores magnéticos, sensores de velocidad giroscópicos y sensores de aceleración.
En una realización preferida adicional, la estaca se caracteriza porque dicha fuente de energía eléctrica comprende una batería alojada en el interior de dicha carcasa tubular y un panel fotovoltaico acoplado operativamente a dicha batería y posicionado en el extremo superior de dicha carcasa tubular.
En otra realización preferida, la estaca se caracteriza porque comprende, adicionalmente, un receptor de un sistema de posicionamiento posicionado en el interior de dicha carcasa tubular.
En una realización preferida, la estaca se caracteriza porque dicho procesador se encuentra configurado, adicionalmente, para comparar la medición obtenida desde dicho sensor con un valor umbral y para generar una alarma si dicha medición obtenida desde dicho sensor se encuentra por sobre dicho valor umbral.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra una vista esquemática en corte longitudinal de una primera realización de la estaca que es objeto de la presente invención.
La Figura 2 muestra una vista esquemática en corte longitudinal de una porción intermedia de una primera realización de la carcasa tubular que forma parte de la estaca que es objeto de la presente invención.
La Figura 3 muestra una vista esquemática en corte longitudinal de una primera realización de la punta que forma parte de la estaca que es objeto de la presente invención.
La Figura 4 muestra una vista esquemática en corte longitudinal de una porción superior de una primera realización de la carcasa tubular que forma parte de la estaca que es objeto de la presente invención.
La Figura 5 muestra un diagrama de conexión de bloques de una primera realización de la estaca que es objeto de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una estaca (1 ) para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido que comprende, de manera esencial: una carcasa tubular (2) que posee un extremo inferior (21 ) y un extremo superior (22); una punta (3) unida al extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2), dicha punta que posee un espacio interior; un sensor (4) de dicha variable ambiental, alojado en dicho espacio interior de dicha punta (3); un procesador (5), acoplado operativamente a dicho sensor (4) y posicionado en el interior de dicha carcasa tubular (2); y una fuente de energía eléctrica (7) acoplada operativamente a dicho procesador (5); en donde dicho procesador (5) se encuentra configurado para controlar dicho sensor (4), obtener mediciones desde dicho sensor (4) y almacenar dichas mediciones; y en donde dicho sensor (4) permite la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido.
En el contexto de la presente invención, debe entenderse que un medio ácido a un medio que posee un pH menor a 6, más preferentemente menor a 5 y aun más preferentemente igual o menor a 4. Algunos ejemplos de medios ácidos, sin que esto limite el alcance de la presente invención, son pilas de lixiviación, tranques de relaves, estanques de almacenamiento de efluentes industriales, entre otros.
Por otra parte, en el contexto de la presente invención, debe entenderse como una variable ambiental a una magnitud física o química de dicho medio ácido cuyo valor se quiere determinar y/o monitorizar. Ejemplos de variables ambientales, sin que esto limite el alcance de la presente invención, son humedad, temperatura, pH, conductividad eléctrica, entre otros.
En el contexto de la presente invención, las posiciones relativas tales como arriba, abajo, adelante, atrás, superior, inferior u otras posiciones relativas sin que esto limite el alcance de la presente invención, se entenderán como referidas a la estaca (1 ) es objeto de la presente invención cuando la misma se encuentra normalmente en uso.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) puede comprender, adicionalmente, una antena (6), acoplada operativamente a dicho procesador (5) y posicionada en el interior de dicha carcasa tubular (2). En esta realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha fuente de energía eléctrica (7) se encuentra, adicionalmente, acoplada operativamente a dicha antena (6). Adicionalmente, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) se encuentra acoplado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena (6).
Con respecto a dicha carcasa tubular (2), la misma presenta un extremo inferior (21 ) y un extremo superior (22). Debe entenderse que dicha carcasa tubular (2), posee una pared exterior que, a su vez, define un espacio interior en el cual se posicionan algunos de los componentes que forman parte de la estaca (1 ) que es objeto de la presente invención.
La forma, sección transversal y longitud de dicha carcasa tubular (2) no limita el alcance de la presente invención. Tanto dicha pared exterior como dicho espacio interior de dicha carcasa tubular (2) pueden poseer una sección transversal que posea cualquier forma, sin que esto limite el alcance de la presente invención. Por otra parte, sin que esto limite el alcance de la presente invención, las dimensiones laterales de dicha carcasa tubular (2) pueden poseer cualquier longitud.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha carcasa tubular (2) puede poseer una sección transversal de forma circular. En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha carcasa tubular (2) puede poseer una longitud que se encuentra en el rango entre 60 cm y 170 cm.
En otros ejemplos de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha carcasa tubular (2) puede poseer una naturaleza modular. En esta realización preferida, dicha carcasa tubular (2) comprende una pluralidad de módulos tubulares dispuestos de manera consecutiva medios de acoplamiento mecánico entre módulos tubulares consecutivos; y medios de acoplamiento eléctrico entre módulos tubulares consecutivos. En dicha realización preferida, de manera ventajosa y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha carcasa tubular (2) puede poseer una longitud variable, la cual puede ajustarse en función de las características del medio ácido en el cual se quiera monitorizar la condición ambiental.
Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho medio ácido puede ser un tranque de relaves mineros, cuyo nivel se va modificando con el tiempo debido al depósito de material. En este ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede ser deseable que el extremo superior (22) de dicha carcasa tubular (2) se encuentre siempre expuesto. Sin embargo, debido a la modificación de la altura del nivel de dicho tranque de relaves, puede ser necesario añadir o retirar módulos tubulares para mantener dicho extremo superior (22) siempre expuesto.
En una realización más preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede ser deseable medir dicha variable ambiental a diferentes profundidades de dicho medio ácido, por ejemplo, un tranque de relaves. Para esto, sin que esto limite el alcance de la presente invención, cada módulo tubular de dicha pluralidad puede comprender un sensor correspondiente de dicha variable ambiental (que no se ilustran en las figuras). En esta realización preferida, el procesador (5), por su parte, se encuentra acoplado operativamente a cada uno de dichos sensores correspondientes de la pluralidad de módulos tubulares. El procesador (5), además, se encuentra configurado para controlar cada uno de dichos sensores correspondientes; y obtener mediciones desde dichos sensores correspondientes. En el caso en que dicha estaca (1 ), además, comprende una antena (6), dicho procesador (5) puede estar configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena (6).
En esta realización preferida, además, cada uno de dichos sensores correspondientes, a su vez, permite la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido. Para esto, cada módulo tubular posee una porción que permite el acoplamiento entre dicho sensor correspondiente y el medio ácido a fin de medir dicha variable ambiental. Se entenderá, sin que esto limite el alcance de la presente invención, que cualquier modo que permita acoplar el sensor (4) con dicho medio ácido a través de la punta (3) puede ser utilizado para acoplar el sensor correspondiente con dicho medio ácido a través de dicha porción del módulo tubular.
En el caso en que dicha carcasa tubular (2) comprende una pluralidad de módulos tubulares, la forma y dimensiones de cada módulo tubular individual no limita el alcance de la presente invención. Por otra parte, dichos módulos tubulares que forman parte de la pluralidad pueden ser todas idénticas o poseer alguna característica que las distinga sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dichos módulos tubulares que forman parte de dicha pluralidad de módulos tubulares pueden disponerse de manera telescópica, de forma tal que un módulo tubular se aloja, al menos parcialmente, en el interior del módulo tubular anterior y puede deslizar con respecto a dicho módulo tubular anterior. En esta realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha carcasa tubular (2) comprende medios de ajuste de la longitud de dicha estaca (1 ), como pueden ser, por ejemplo y sin limitarse a estos, mecanismos de bloqueo roscados, mecanismos de bloqueo de accionamiento rápido, entre otros, que permiten bloquear el movimiento relativo entre módulos tubulares consecutivos.
Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dichos medios de acoplamiento mecánico pueden ser diferentes. Dichos medios de acoplamiento mecánico pueden seleccionarse del grupo formado por conexiones roscadas, bridas de acoplamiento rápido, acoplamientos cónicos, así como combinaciones entre los mismos. Una persona con conocimientos medios en el campo técnico entenderá que los medios de acoplamiento mecánico escogidos dependerán, entre otros aspectos, de la naturaleza y forma de los módulos tubulares correspondientes que dichos medios de acoplamiento mecánico acoplan.
Por otra parte, con respecto a los medios de acoplamiento eléctrico entre módulos tubulares consecutivos, los mismos no limitan el alcance de la presente invención y dependerán de la forma y naturaleza de los módulos tubulares consecutivos que los mismos acoplen. En el caso en que dicha carcasa tubular (2) está formada por una pluralidad de módulos tubulares dispuestos de manera telescópica, dichos medios de acoplamiento eléctrico pueden comprender un conductor que se extiende a lo largo de cada una de dichos módulos tubulares dispuestas de manera telescópica, dicho conductor que se encuentra posicionado en el interior de cada uno de dichos módulos tubulares.
Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, dichos medios de acoplamiento eléctrico pueden tener diferente naturaleza. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dichos medios de acoplamiento eléctrico pueden estar incluidos en cada módulo tubular de dicha pluralidad y pueden comprender un contacto conductor que se extiende a lo largo de la longitud de dicho módulo tubular, de forma tal que dicho contacto conductor se encuentra dispuesto en el interior de dicho módulo tubular. De esta manera, al acoplar mecánicamente dos módulos tubulares consecutivos mediante los medios de acoplamiento mecánico, se obtiene, además, un acoplamiento eléctrico mediante el contacto eléctrico de los contactos conductores de dos módulos tubulares consecutivos.
El material con el cual se construya la carcasa tubular (2), bien sea que se fabrique de una única pieza o comprenda una pluralidad de módulos tubulares, no limita el alcance de la presente invención. Se requiere que dicho material sea resistente a la corrosión y a la acción de dicho medio ácido, y puede escogerse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del grupo formado por PVC, PTFE, polietileno, resinas plásticas, así como combinaciones entre los mismos.
La estaca (1 ) que es objeto de la presente invención comprende, además, una punta (3) unida al extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2). Dicha punta posee un espacio interior en el cual se encuentra alojado el sensor (4) de la variable ambiental que se quiere monitorizar. La forma y dimensiones de dicha punta (3) no limitan el alcance de la presente invención, en tanto posea dicho espacio interior y permita la penetración de dicha estaca (1 ) en el medio ácido que se quiere monitorizar. La ventaja de proporcionar una punta (3) que posee un espacio interior en el cual se puede alojar dicho sensor (4), es que permite tener certeza del nivel de dicho medio ácido que se está monitorizando, a la vez que protege a dicho sensor (4) de la acción de dicho medio ácido. Dicha punta (3), además, permite el acoplamiento entre dicho medio ácido y dicho sensor (4), de manera tal que dicho sensor (4) no requiere estar en contacto directo con dicho medio ácido para medir dicha variable ambiental.
El material con el que se construya dicha punta (3) no limita el alcance de la presente invención, en tanto permita satisfacer los requerimientos previamente expuestos. Dicho material puede escogerse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del grupo formado por aluminio, acero inoxidable, resinas plásticas, así como combinaciones entre los mismos. Los medios por los cuales dicha punta (3) se una al extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) comprende medios de acoplamiento mecánico entre dicha punta (3) y el extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2). En otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha punta (3) se puede unir a dicho extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2) mediante un pegamento o adhesivo adecuado. Una persona con conocimientos medios en el campo técnico entenderá que los medios por los cuales dicha punta (3) se una al extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2) dependerán, entre otros y sin que esto limite el alcance de la presente invención, de la forma y material de dicha carcasa tubular (2) y de la forma y material de dicha punta (3).
La estaca (1 ) que es objeto de la presente invención, además, comprende un sensor (4) de la variable ambiental que se quiere monitorizar en el medio ácido. Como se mencionó previamente, dicho sensor (4) se encuentra alojado en el espacio interior de la punta (3). Dicho sensor (4), además, debe permitir la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido. Para esto, el acoplamiento entre dicho sensor (4) y dicho medio ácido se obtiene a través de dicha punta (3). En consecuencia, una persona con conocimientos medios en el campo técnico entenderá que la naturaleza del acoplamiento entre dicho sensor (4) y dicha punta (3) dependerá, entre otras cosas y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del modo que le permita al sensor (4) medir dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto con dicho medio ácido.
La naturaleza de dicho sensor (4), así como la variable ambiental que dicho sensor (4) pueda medir no limitan el alcance de la presente invención y dependerán, entre otros y sin que esto limite el alcance de la presente invención, del objetivo con el cual quiera monitorizarse dicha variable ambiental. Por otra parte, el rango y precisión con el cual dicho sensor (4) puede medir dicha variable ambiental tampoco limita el alcance de la presente invención.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha variable ambiental es la temperatura de dicho medio ácido. En este caso, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho sensor (4) puede ser un sensor de temperatura (4a) que se puede escoger del grupo formado por termopares, sensores de resistencia de platino, termistores, entre otros. Dicho sensor de temperatura (4a) puede encontrarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, encapsulado en dicha punta (3). Para esto, dicha punta (3) comprende al menos una porción conductora térmica, que se acopla a dicho sensor de temperatura (4a). Adicionalmente, sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible proporcionar una pasta conductora térmica que une dicho sensor (4) con dicha punta (3), de manera que se obtiene un acoplamiento térmico entre dicho sensor (4) y dicha punta. Dicho sensor (4), a su vez y sin que esto limite el alcance de la presente invención, puede encontrarse, adicionalmente, encapsulado en una resina resistente a la corrosión.
En otra realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha variable ambiental es la humedad de dicho medio ácido. En este caso, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho sensor (4) puede ser un sensor de humedad capacitivo (4b). Para esto, la punta (3) comprende al menos una porción conductora de la electricidad, que se acopla a dicho sensor de humedad capacitivo (4b) y que permite acoplar dicho sensor de humedad capacitivo (4b) a dicho medio ácido.
Por otra parte, en otras realizaciones preferidas y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) puede comprender sensores adicionales que no se posicionan en la punta (3) de dicha estaca (1 ). De esta manera, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible monitorizar variables operacionales asociadas a la estaca (1 ), que pueden correlacionarse con la condición del medio ácido que se quiere monitorizar. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) puede comprender un sensor inercial (8) que se posiciona en el interior de dicha carcasa tubular (2). En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho sensor inercial (8) puede seleccionarse del grupo formado por sensores magnéticos, sensores de velocidad giroscópicos y sensores de aceleración. De esta manera, dicha estaca (1 ) permite monitorizar, además, variables como la estabilidad del suelo del medio ácido en el cual se instala dicha estaca (1 ). De manera general, sin que esto limite el alcance de la presente invención, un sensor magnético puede medir el campo magnético terrestre en la posición en la cual se utiliza la estaca; un sensor de velocidad giroscópico puede medir la velocidad angular, si es que existe, a la cual rota dicha estaca; y un sensor de aceleración puede medir la aceleración de gravedad en la posición en la cual se utiliza dicha estaca.
En otro ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) puede comprender, adicionalmente, un receptor de un sistema de posicionamiento que se posiciona en el interior de dicha carcasa tubular (2). De esta manera, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, es posible obtener mediciones geolocalizadas. Lo anterior permite, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, monitorizar una variable ambiental en un medio ácido cuya extensión requiere de más de una estaca (1 ) para una correcta caracterización, por ejemplo, en un tranque de relaves mineros.
La estaca (1 ) que es objeto de la presente invención, además, comprende un procesador (5), acoplado operativamente a dicho sensor (4) y posicionado en el interior de dicha carcasa tubular (2). Dicho procesador (5) se encuentra configurado para controlar dicho sensor (4), obtener mediciones desde dicho sensor (4) y almacenar dichas mediciones. En caso en que dicha estaca (1 ) comprende una antena (6), dicho procesador, adicionalmente y sin que esto limite el alcance de la presente invención, se encuentra configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena (6). Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha estaca (1 ) puede comprender medios extraíbles de almacenamiento (que no se ilustran en las figuras) de dichas mediciones, de manera tal que un usuario puede obtener dichas mediciones mediante la lectura de dichos medios extraíbles de almacenamiento.
Los medios mediante los cuales dicho procesador (5) se acople operativamente con dicho sensor (4) no limitan el alcance de la presente invención. Dicho acoplamiento puede ser cableado o inalámbrico sin que esto limite el alcance de la presente invención. En el caso en que se proporcione un acoplamiento cableado, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el número, material, calibre o disposición de los cables que proporcionen dicho acoplamiento no limitan el alcance de la presente invención. Por otra parte, en el caso en que se proporcione un acoplamiento inalámbrico, dicho acoplamiento puede obtenerse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, mediante un LED o láser especialmente configurado para tal efecto, acoplado operativamente al sensor (4), así como un fotorreceptor acoplado ópticamente a dicho LED o láser, acoplado operativamente a dicho procesador (5).
Por otra parte, dicho procesador (5) puede controlar dicho sensor (4) para medir dicha variable ambiental de manera esencialmente continua o a intervalos discontinuos de tiempo, sin que esto limite el alcance de la presente invención. En el caso en que se realicen mediciones a intervalos discontinuos de tiempo, dichos intervalos pueden ser regulares o no sin que esto limite el alcance de la presente invención. Adicionalmente, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede estar configurado para controlar dicho sensor (4) para que realice mediciones a intervalos regulares de tiempo, pero, adicionalmente, tener la posibilidad de realizar mediciones de manera esencialmente continua si es requerido.
Dicho procesador (5), adicionalmente, se encuentra configurado para recibir dichas mediciones desde dicho sensor (4). Debe entenderse que dicho procesador (5) puede recibir dichas mediciones y procesar las mismas sin que esto limite el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede estar configurado para ejecutar operaciones matemáticas sobre mediciones individuales o sobre un conjunto de mediciones obtenidas desde dicho sensor (4). Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede comparar dos mediciones consecutivas y determinar la variación de la variable ambiental entre dichas dos mediciones consecutivas. En otro ejemplo, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede obtener valores estadísticos, tales como promedio, desviación estándar o media, a partir de un conjunto de mediciones de dicha variable ambiental. En otro ejemplo, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede estar configurado para comparar una medición obtenida desde dicho sensor (4) con un valor umbral. En este último ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede estar adicionalmente configurado para generar una alarma si dicha medición obtenida desde dicho sensor (4) se encuentra por sobre dicho valor umbral.
En el caso en que dicha estaca (1 ) incluya componentes adicionales, por ejemplo, un sensor inercial (8) o un receptor de un sistema de posicionamiento, los mismos pueden encontrarse operativamente acoplados a dicho procesador (5). Dicho procesador (5), a su vez, puede estar configurado para controlar dichos componentes adicionales, por ejemplo, un sensor inercial (8) o un receptor de un sistema de posicionamiento y recibir mediciones o información desde dichos componentes adicionales, sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede estar configurado para ejecutar operaciones matemáticas sobre mediciones individuales o sobre un conjunto de mediciones obtenidas desde dichos componentes adicionales. Por ejemplo, y sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede comparar dos mediciones consecutivas y determinar una variación de la variable medida entre dichas dos mediciones consecutivas. En otro ejemplo, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador puede obtener valores estadísticos, tales como promedio, desviación estándar o media, a partir de un conjunto de mediciones de dicha variable medida. En otro ejemplo, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede estar configurado para comparar una medición obtenida desde dichos componentes adicionales con un valor umbral. En este último ejemplo de realización, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) puede estar adicionalmente configurado para generar una alarma si dicha medición obtenida desde dichos componentes adicionales se encuentra por sobre dicho valor umbral.
La estaca (1 ) que es objeto de la presente invención puede comprender, además, una antena (6), conectada operativamente a dicho procesador (5) y posicionada en el interior de dicha carcasa tubular (2). De esta manera, dicho procesador (5) puede estar adicionalmente configurado para transmitir las mediciones obtenidas desde el sensor (4) a través de dicha antena (6). En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, cuando dicha estaca (1 ) comprende componentes adicionales, por ejemplo un sensor inercial (8) o un receptor de un sistema de posicionamiento, dicho procesador (5) puede estar configurado, adicionalmente, para transmitir las mediciones o información obtenidas desde dichos componentes adicionales a través de dicha antena (6).
La forma, direccionalidad y longitud de onda en la cual opere dicha antena (6) no limitan el alcance de la presente invención. La potencia utilizada para la operación de dicha antena (6), así como el protocolo de operación utilizado no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha antena (6) puede operar en la banda ISM de 433 MHz.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha antena (6) puede utilizarse, adicionalmente, para enviar información hacia dicho procesador (5). En esta realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho procesador (5) está configurado para recibir dicha información por medio de dicha antena (6), procesar dicha información y ejecutar una o más operaciones cuyas instrucciones se encuentran incluidas en dicha información recibida a través de dicha antena (6). Lo anterior puede utilizarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, para obtener mediciones a pedido o en tiempo real de la variable ambiental que se quiere monitorizar.
La estaca (1 ) que es objeto de la presente invención comprende, además, una fuente de energía eléctrica (7) acoplada operativamente a dicho procesador (5). En el caso en que dicha estaca (1 ) comprende una antena (6), dicha fuente de energía eléctrica se encuentra, además, acoplada operativamente a dicha antena (6). De esta forma, es posible alimentar los diferentes componentes que forman parte de la estaca (1 ) que es objeto de la presente invención. La naturaleza y capacidad de dicha fuente de energía eléctrica (7) no limitan el alcance de la presente invención. Por otra parte, el voltaje y corriente en los cuales dicha fuente de energía eléctrica (7) funcione, no limitan el alcance de la presente invención. Dicha fuente de energía eléctrica (7) puede ser continua o alterna sin que esto limite el alcance de la presente invención. Por otra parte, dicha fuente de energía eléctrica (7) puede tener un solo voltaje de salida o una pluralidad de voltajes de salida sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicha fuente de energía eléctrica (7) comprende una batería (71 ) alojada en el interior de la carcasa tubular (2) que forma parte de dicha estaca (1 ) y un panel solar (72) acoplado operativamente a dicha batería (71 ) y posicionado en el extremo superior (22) de dicha carcasa tubular (2). De esta forma, es posible proporcionar una autonomía de funcionamiento prácticamente ininterrumpida a la estaca (1 ) que es objeto de la presente invención.
De acuerdo a la descripción previamente detallada, es posible obtener una estaca (1 ) que permite la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido, superando las deficiencias del estado de la técnica.
Debe entenderse que opciones descritas para características técnicas diferentes pueden combinarse entre sí de cualquier manera prevista por una persona con conocimientos medios en el campo técnico sin que esto limite el alcance de la presente invención.
En lo sucesivo, se describirán ejemplos de realización de la presente invención. Debe entenderse que el objetivo de dichos ejemplos es proporcionar un mejor entendimiento de la presente invención, pero en ningún caso limitan el alcance de la misma.
Adicionalmente, características técnicas descritas en ejemplos diferentes pueden combinarse entre sí, o con otras características técnicas previamente descritas, de cualquier manera prevista por una persona con conocimientos medios en el campo técnico sin que esto limite el alcance de la presente invención.
Ejemplo 1 : Obtención de una estaca para la monitorización de una variable ambiental
Las Figuras 1 a 4 muestran diferentes vistas en corte longitudinal de una primera realización de la estaca (1 ) que es objeto de la presente invención. Dicha estaca (1 ) posee una carcasa tubular (2) fabricada en PVC y formada por dos módulos tubulares. Un módulo tubular superior aloja la antena (6), la batería (72) y una placa electrónica impresa en la cual se monta el procesador (5), una pluralidad de sensores inerciales (8) y otros componentes electrónicos. Por otra parte, un módulo tubular inferior aloja un sensor de temperatura (4a), encapsulado en una resina resistente a la corrosión y acoplado térmicamente a la punta (3) por medio de una pasta conductora térmica
La punta (3) está fabricada de aluminio y se encuentra unida al extremo inferior de la carcasa tubular (2). La punta, a su vez aloja un sensor de humedad capacitivo (4b) y, como se mencionó previamente, se encuentra en contacto térmico con el sensor de temperatura (4a) a través de una pasta conductora térmica.
Un panel fotovoltaico (72), se encuentra posicionado en el extremo superior de la carcasa tubular (2), y acoplado a la batería (71 ).
Ejemplo 2: Conexiones operativas de la estaca para la monitorización de una variable ambiental
La Figura 5 muestra un diagrama de conexión de bloques de la estaca (1 ) del ejemplo anterior. Desde una perspectiva funcional, la estaca (1 ) está formada por tres bloques principales: un bloque de alimentación (1 1 ), que corresponde a la fuente de energía eléctrica (7); un bloque de comunicación (12) que corresponde a la antena (6); y un bloque de medición (13) que corresponde al conjunto formado por el procesador (5) y los diferentes sensores (4a, 4b, 8) presentes en la estaca (1 )·
El bloque de alimentación (1 1 ) está formado por el panel solar (72), el cual, a su vez, se conecta a la batería (72) para su carga. Como se mencionó previamente, dicho bloque de alimentación (1 1 ) alimenta tanto al bloque de comunicación (12), como al bloque de medición (13).
El bloque de comunicación (12), a su vez, está formado por la antena (6) y por un bloque de radio (9), el cual es el componente físico que se configura para transmitir y recibir información a través de la antena (6).
El bloque de medición (13), por último, está formado por el procesador (5) y por los diferentes sensores (4a, 4b, 8) presentes en la estaca (1 ). El procesador (5), a su vez, se encuentra conectado operativamente al bloque de radio (9), proporcionando el acoplamiento operativo con la antena (6). Un sub-bloque del bloque de medición (13) corresponde a la punta (3), en la cual se alojan el sensor de temperatura (4a) y el sensor de humedad capacitivo (4b). El otro sub-bloque restante del bloque de medición (13) corresponde a un sensor inercial (8), el cual se encuentra alojado en la carcasa tubular (2), pero que también se encuentra conectado operativamente al procesador (5).

Claims

REIVINDICACIONES
1. Una estaca (1 ) para la monitorización de una variable ambiental en un medio ácido, CARACTERIZADA porque comprende:
- una carcasa tubular (2) que posee un extremo inferior (21 ) y un extremo superior (22);
- una punta (3) unida al extremo inferior (21 ) de dicha carcasa tubular (2), dicha punta que posee un espacio interior;
- un sensor (4) de dicha variable ambiental, alojado en dicho espacio interior de dicha punta (3);
- un procesador (5), acoplado operativamente a dicho sensor (4) y posicionado en el interior de dicha carcasa tubular (2);
- una antena (6), acoplada operativamente a dicho procesador (5) y posicionada en el interior de dicha carcasa tubular (2); y
- una fuente de energía eléctrica (7) acoplada operativamente a dicho procesador (5) y a dicha antena (6);
en donde dicho procesador (5) se encuentra configurado para controlar dicho sensor (4), obtener mediciones desde dicho sensor (4) y transmitir dichas mediciones a través de dicha antena (6); y
en donde dicho sensor (4) permite la medición de dicha variable ambiental sin ser puesto en contacto directo con dicho medio ácido.
2. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque comprende, adicionalmente, una antena acoplada operativamente a dicho procesador y posicionada en el interior de dicha carcasa tubular; en donde dicha fuente de energía eléctrica se encuentra acoplada operativamente a dicha antena; y en donde dicho procesador se encuentra adicionalmente configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena.
3. La estaca (1 ) de la reivindicación 2, CARACTERIZADA porque dicha antena (6) funciona en la banda ISM de 433 MHz.
4. La estaca de la reivindicación 2, CARACTERIZADA porque dicho procesador (5) se encuentra configurado para transmitir dichas mediciones a través de dicha antena (6) en tiempo real.
5. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dicha carcasa tubular (2) comprende una pluralidad de módulos tubulares dispuestos de manera consecutiva; medios de acoplamiento mecánico entre módulos tubulares consecutivos; y medios de acoplamiento eléctrico entre módulos tubulares consecutivos.
6. La estaca (1 ) de la reivindicación 5, CARACTERIZADA porque dichos medios de acoplamiento mecánico se seleccionan del grupo formado por conexiones roscadas, bridas de acoplamiento rápido, acoplamientos cónicos, así como combinaciones entre los mismos.
7. La estaca (1 ) de la reivindicación 5, CARACTERIZADA porque dicha pluralidad de módulos tubulares se dispone de manera telescópica y porque comprende medios de ajuste de la longitud de dicha estaca (1 ).
8. La estaca (1 ) de la reivindicación 7, CARACTERIZADA porque dichos medios de acoplamiento eléctrico comprenden un conductor que se extiende a lo largo de cada una de dichos módulos tubulares dispuestas de manera telescópica, dicho conductor que se encuentra posicionado en el interior de cada uno de dichos módulos tubulares.
9. La estaca (1 ) de la reivindicación 5, CARACTERIZADA porque dichos medios de acoplamiento eléctrico se encuentran incluidos en cada módulo tubular de dicha pluralidad y comprenden un contacto conductor que se extiende a lo largo de la totalidad de dicho módulo tubular, dicho contacto conductor que se encuentra dispuesto en el interior de dicho módulo tubular.
10. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dicho sensor (4) de dicha variable ambiental se selecciona del grupo formado por sensores de temperatura (4a) y sensores de humedad capacitivos (4b).
1 1 . La estaca (1 ) de la reivindicación 10, CARACTERIZADA porque dicho sensor (4) de dicha variable ambiental es un sensor de temperatura (4a) encapsulado en el interior de dicha punta (3), dicho sensor de temperatura (4a) que se encuentra acoplado térmicamente con dicha punta mediante una pasta conductora térmica.
12. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque comprende, adicionalmente, un sensor inercial (8) posicionado en el interior de dicha carcasa tubular (2) y acoplado operativamente a dicho procesador (5).
13. La estaca (1 ) de la reivindicación 12, CARACTERIZADA porque dicho sensor inercial (8) se selecciona del grupo formado por sensores magnéticos, sensores de velocidad giroscópicos y sensores de aceleración.
14. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dicha fuente de energía eléctrica (7) comprende una batería (71 ) alojada en el interior de dicha carcasa tubular (2) y un panel solar (72) acoplado operativamente a dicha batería (71 ) y posicionado en el extremo superior (22) de dicha carcasa tubular (2).
15. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque comprende, adicionalmente, un receptor de un sistema de posicionamiento posicionado en el interior de dicha carcasa tubular (2) y acoplado operativamente a dicho procesador (5).
16. La estaca (1 ) de la reivindicación 1 , CARACTERIZADA porque dicho procesador (5) se encuentra configurado, adicionalmente, para comparar una medición obtenida desde dicho sensor (4) con un valor umbral y para generar una alarma si dicha medición obtenida desde dicho sensor (4) se encuentra por sobre dicho valor umbral.
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