WO2023052657A1 - Instrumento de medtción de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo - Google Patents

Instrumento de medtción de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo Download PDF

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Jorge Manuel ZEROLO HERNÁNDEZ
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    • G01F11/28—Apparatus requiring external operation adapted at each repeated and identical operation to measure and separate a predetermined volume of fluid or fluent solid material from a supply or container, without regard to weight, and to deliver it with stationary measuring chambers having constant volume during measurement
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F7/00—Volume-flow measuring devices with two or more measuring ranges; Compound meters

Definitions

  • Drip irrigation is an agricultural technique that allows water to be distributed locally.
  • Hoses with inserted drippers called laterals, are distributed on the ground.
  • the drippers are emitters that, inserted into the hose, release the water into the atmosphere at a very low flow rate, up to a maximum of 4.44 - 10 -6 m 3 /s.
  • a decisive factor to irrigate efficiently is to ensure that all drippers emit a flow that is within the range determined as the objective of the hydraulic design of the installation.
  • Determining the CU S must be done after receipt of a new installation and it is advisable to maintain an annual frequency and even advance it when observing irregularities in the development of the crop.
  • the only way to calculate the CUs is by measuring the flow rates and pressures of the drippers. Attached web links of interest to know the methodology.
  • a manometer with a hollow needle is used.
  • the union of these two elements must be watertight and is achieved thanks to the nut, where the manometer is screwed, which has the opposite end to the sharp part of the needle.
  • manometer and needle we proceed to take pressure readings. This requires manual pressure until the needle completely pierces the thickness of the hose wall. The reading can be done thanks to the fact that the water enters through the hole of the needle until it reaches the manometer that will give us the value of the pressure at the point of the perforation. When removing the needle, a hole remains that needs to be plugged.
  • the other pressure measurement alternative is to place a manometric tap at the point where we want to take the reading. This element is punctured in the hose and remains permanently in place.
  • we force the opening of an elastic closure which allows the passage of the body of the needle to the inside of the hose.
  • the needle is withdrawn and the elastic closure returns to its rest position, preventing the water from escaping through the orifice of the manometric connection.
  • a stopwatch is simultaneously activated and a container is placed under the dripper. It must be supervised that all the water falls inside it. Frequently the drop runs through the hose and ends up outside the container, forcing the test to be restarted. To avoid this, hold the hose with both hands, forming a valley so that the drop comes off the hose at the lowest point, where we will place the container. To end the recording, simultaneously stop the timer and remove the glass. The volume of water is measured using a graduated cylinder or by weight, having previously tared the container. The flow is derived from the volume ratio collected/elapsed time.
  • the invention consists of an instrument made up of two elements, a manometric clamp and a graduated measuring cup.
  • the manometric clamp makes it possible to generate a sealed chamber on the drip hose into which a dripper pours water. In this chamber there is a connection for a manometer and an opening to the atmosphere that admits the insertion of a flexible microtube that is coupled to the graduated measuring cup.
  • the microtube is clamped by hand to pressurize the sealed chamber and to be able to read the manometer when it is stabilized.
  • the microtube is opened and we attach it to the measuring cup with one hand while we activate the stopwatch with the other.
  • the physical foundation of the invention consists of canceling the velocity of the water outlet through the dripper and thereby canceling the head loss between the water inlet to the dripper and its outlet.
  • the tight closure generates an increase in pressure in the chamber as it fills with the water that comes out of the dripper until it reaches the internal pressure of the hose.
  • the graduated measuring cup is designed to facilitate flow measurement. After reading the pressure, the flexible microtube is opened, and with it the outlet of the chamber to the atmosphere.
  • the water is led through a microtube to the measuring cup.
  • the glass is designed to be able to operate with one hand, since it is necessary to simultaneously use a stopwatch. For this, it has a quick coupling to hold the microtube to the glass and a spike to drive it into the ground and thus avoid accidental spills.
  • the instrument is made up of two elements, a manometric clamp (figures 1, 2, 3, 4" and 4b) and a graduated measuring cup (figures 5. 5 a ).
  • the manometric clamp is formed by two pieces (1) and (2), each one with a hollow, displaced towards one of the ends in the shape of a half cylinder (3) developed in the transverse direction to its longitudinal axis.
  • the two pieces are placed one on top of the other to generate a volume of a hollow elliptical cylinder (4) that allows the hose (5) to be embraced. These two pieces are joined together by a pin (7) that is inserted into the axis of rotation (8).
  • the upper part houses the chamber (9) that connects the discharge point of the dripper (6) with the nut (10) prepared for the connection of the manometer and with the connection of the flexible microtube (11) as a free outlet at atmospheric pressure that we can block at will.
  • the microtube is opened and hooked into the slit (19) of the graduated measuring cup (18).
  • the converging groove facilitates the attachment of the microtube to the vessel. Its placement and removal with one hand allows simultaneous activation and stop of the stopwatch.
  • the cup has a thread centered on the lower external face of its base (20) where the end of a spike (21) can be screwed, which allows it to be driven into the ground to gain stability against tipping.
  • the graduation of the measuring cup every 0.00005 m 3 , allows stopping the stopwatch at the desired volume and thus being able to calculate the flow rate of the emitter as the relationship between volume/time.
  • Figure 1 Shows a perspective view of the manometric clamp.
  • Figure 2. Shows a plan view of the manometric clamp.
  • Figure 3. Shows a side view of the manometric clamp.
  • Figure 4 a Shows a centered longitudinal section of the manometric clamp.
  • Figure 4 b - Shows a cross section centered with respect to the O-ring of the manometric clamp.
  • Figure 5. Shows a side view of the graduated measuring cup.
  • Figure 5 a - Shows a top view of the graduated measuring cup.
  • the manometric clamp is made up of a chamber that, by means of actuation of two arms as a pincer, presses the irrigation hose against an O-ring that surrounds the orifice of a dropper.
  • the chamber ends in a pressure gauge that allows us to know the pressure in the hose once the pressure has stabilized.
  • the chamber has another outlet that connects with a flexible microtube to the graduated measuring cup.
  • a converging groove in the upper part of the graduated measuring cup solves the fixation of the microtube to guarantee the emptying inside the glass.
  • the volume of the vessel is marked inside with increments of 0.00005 m 3 up to 0.0002 m 3 .
  • the non-destructive drip hose pressure and flow measurement instrument will be manufactured with appropriate materials for its elements and components, in plastic, PETG or metallic material.
  • the pin (7) is a galvanized screw, closed by means of a security nut.
  • the O-ring (13) is made of rubber, having good results with a thickness of 0.0026 ⁇ m and an outer diameter of 0.016 ⁇ m.
  • the microtube (12) is made of flexible PVC with an internal diameter of 0.007 m and an external diameter of 0.01 m, a length of 1 m being sufficient.

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Abstract

Instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo caracterizado porque presenta una pinza manométrica que permite abrazar la manguera y conectar el orificio de salida del gotero con el manómetro formando una cámara estanca gracias a la presión ejercida sobre los des brazos de la pinza a modo tenaza: y un vaso de medición graduado, que posibilita la determinación del caudal con una sola mano.

Description

D E S C R I P C I Ó N
INSTRUMENTO DE MEDICIÓN DE PRESIÓN Y CAUDAL EN MANGUERA PORTAGOTEROS NO DESTRUCTIVO
SECTOR DE LA TÉCNICA
El riego por goteo es una técnica agrícola que permite distribuir el agua de forma localizada. Sobre el terreno se distribuyen mangueras con goteros insertados, denominadas laterales. Los goteros son emisores que insertados en la manguera liberan el agua a la atmósfera a muy bajo caudal, hasta un máximo de 4,44 - 10-6 m3/s.
Un factor decisivo para regar de forma eficiente es lograr que todos los goteros emitan un caudal que esté dentro del rango determinado como objetivo del diseño hidráulico de la instalación.
Este concepto viene reflejado por el coeficiente de uniformidad del sistema (CUS) siendo el valor ideal 100% (todos los goteros emiten el mismo caudal).
Determinar el CUS se debe hacer tras la recepción de una nueva instalación y es recomendable mantener una frecuencia anual e incluso adelantarla ante observaciones de irregularidad en el desarrollo del cultivo.
La única manera de calcular el CUs es midiendo los caudales y presiones de los goteros. Adjunto enlaces web de interés para conocer la metodología.
• https://www.portalfruticola.com/noticias/2016/03/04/como-medir-la-uniformidad- de-riego-en-los-cultivos/
• http://scielo.sld.cu/pdf/rcta/v20n1/rcta07111.pdf
La medida de caudal y presión es muy laboriosa ya que se debe hacer en lodos los goteros que riegan a 16 plantas de cada unidad de riego. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Si bien no he encontrado dispositivos similares en los distintos buscadores de patentes, en la actualidad si existen dos dispositivos que se utilizan para determinar la presión. En lo referente a la medición del caudal de un gotero se utiliza únicamente un recipiente, una probeta y un cronómetro
Para determinar la presión se utiliza un manómetro con aguja hueca, La unión de estos dos elementos debe ser estanca y se logra gracias a la tuerca, donde enrosca el manómetro, que tiene el extremo opuesto a la parte punzante de la aguja. Unidos estos dos elementos, manómetro y aguja, se procede a tomar lecturas de presión. Para ello es necesario presionar manualmente hasta que la aguja perfore completamente el espesor de la pared de la manguera. La lectura se puede hacer gracias a que el agua entra por el hueco de la aguja hasta llegar al manómetro que nos dará el valor de la presión en el punto de la perforación. Al sacar la aguja queda un orificio que es necesario taponar.
La otra alternativa de medida de presión, es colocar una toma manométrica en el punto donde queremos hacer la lectura. Este elemento se pincha en la manguera y queda permanentemente colocado. Al insertar la aguja del manómetro por el orificio que tiene la toma manométrica forzamos la apertura de un cierre elástico, que permite el paso del cuerpo de la aguja hasta el interior de la manguera. Finalizada la lectura, se retira la aguja y el cierre elástico retorna a su posición de reposo, impidiendo la salida del agua por el orificio de la toma manométrica.
Para determinar el caudal, de forma simultánea se activa un cronómetro y se coloca un recipiente bajo el gotero. Se debe supervisar que toda el agua cae dentro del mismo. Frecuentemente la gota discurra por la manguera y acaba fuera del recipiente, lo que obliga a reiniciar el ensayo. Para evitarlo, se debe mantener la manguera cogida con ambas manos formando un valle para que la gota se desprenda de la manguera en el punto más bajo, donde pondremos el recipiente. Para finalizar el registro, simultáneamente se interrumpe el cronómetro y se retira el vaso. Se mide el volumen de agua mediante una probeta graduada o por peso, habiendo tarado previamente el recipiente. El caudal se desprende de la relación volumen recogido/tiempo transcurrido.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en un instrumento formado por dos elementos, una pinza manométrica y un vaso de medición graduado. La pinza manométrica permite generar una cámara estanca sobre la manguera portagoteros en la que vierte agua un gotero. En esta cámara existe una conexión para un manómetro y una apertura a la atmósfera que admite la inserción de un microtubo flexible que se acopla al vaso de medición graduado. Logramos asi tres objetivos:
1. En un único procedimiento medimos presión del lateral y caudal del gotero.
■ Para medir la presión del lateral se pinza con la mano el microtubo para presurizar la cámara estanca y poder hacer la lectura del manómetro cuando esté estabilizado.
• Para determinar el caudal se abre el microtubo y lo acoplamos en el vaso de medición con una mano mientras con la otra accionamos el cronómetro.
2. Poder hacer las mediciones en cualquier punto de la manguera donde exista un gotero
3. No ser destructiva ya que no hay que perforar la manguera portagoteros.
El fundamento físico del invento consiste en anular la velocidad de salida del agua por el gotero y con ello anular la pérdida de carga entre la entrada del agua al gotero y su salida.
El cierre estanco genera un incremento de presión en la cámara a medida que esta se llena con el agua que sale del gotero hasta alcanzar la presión intema de la manguera.
En ese equilibrio de presiones el agua deja de circular, su velocidad es cero, y con ello la pérdida de carga se anula. La lectura de presión que refleje el manómetro será igual al del agua que circula por la manguera en ese punto.
El vaso de medición graduado se concibe para facilitar la medición del caudal. Tras la lectura de la presión se abre el microtubo flexible, y con ello la salida de la cámara a la atmósfera.
El agua se conduce mediante un microtubo al vaso de medición. El vaso está diseñado para poder operar con una sola mano, ya que es necesario utilizar simultáneamente un cronómetro. Para ello tiene un enganche rápido para sujetar el microtubo al vaso y una pica para hincarlo en el suelo y asi evitar derrames accidentales.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
El instrumento se compone de dos elementos, una pinza manométrica (figurasl, 2, 3, 4" y 4b) y un vaso de medición graduado (figuras 5. 5a).
La pinza manométrica está formada por dos piezas (1 ) y (2), cada una de ellas con un vaciado, desplazado hacia uno de los extremos con forma de medio cilindro (3) desarrollado en el sentido transversal a su eje longitudinal.
Las dos pezas se colocan una sobre la otra para generar un volumen de un cilindro elíptico hueco (4) que permite abrazar la manguera (5). Estas dos piezas quedan unidas entre si por un pasador (7) que se inserta en el eje de rotación (8).
La pieza superior alberga la cámara (9) que comunica ei punto de descarga del gotero (6) con la tuerca (10) preparada para la conexión del manómetro y con la conexión del microtubo flexibe (11 ) como salida libre a presión atmosférica que podemos bloquear a voluntad.
Para sellar la referida cámara (9) con la pared exterior de la manguera (5) haremos un ranurado (14) que permite insertar una junta tórica (13). Para hacer la lectura el orificio del gotero (6) se centra con respecto a la junta tórica (13). El cierre de la cámara se logra gracias a ia fuerza que se ejerce al presionar las dos piezas a modo de brazos de una tenaza. Con la finalidad de mantener la presión ejercida por la mano se incorpora un tonillo loco (16) en uno de los brazos que permite atornillarlo en una tuerca (17) en el brazo contrario manteniendo asi la presión. De esta manera quedan liberadas las dos manos del operario.
Una vez hecha la lectura de presión se abre el microtubo y se engancha en la hendidura (19) del vaso de medición graduado (18). La hendidura convergente facilita la sujeción del microtubo al vaso. Su colocación y retirada con una sola mano permite simultanear la activación y parada del cronómetro. El vaso dispone de una rosca centrada en la cara extema inferior de su base (20) donde poder enroscar el extremo de una pica (21 ) lo que permite hincarlo en el suelo para ganar estabilidad frente al vuelco. La graduación del vaso de medición, cada 0,00005 m3, permite parar el cronómetro en el volumen deseado y asi poder calcular el caudal del emisor como la relación entre volumen/tiempo.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 Muestra una vista en perspectiva de la pinza manométrica.
Figura 2.- Muestra una vista en planta de ia pinza manométrica.
Figura 3.- Muestra una vista lateral de la pinza manométrica.
Figura 4 a.- Muestra una sección longitudinal centrada de la pinza manométrica.
Figura 4 b - Muestra una sección transversal centrada respecto a la junta tórica de la pinza manométrica.
Figura 5.- Muestra una vista lateral del vaso de medición graduado.
Figura 5 a - Muestra una vista superior del vaso de medición graduado.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A titulo de ejemplo, se representa un caso de realización práctica del instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo, objeto del presente Modelo de Utilidad. Los dos elementos que lo componen son la pinza manométrica y el vaso de medición graduado.
La pinza manométrica está constituida por una cámara que mediante accionamiento de dos brazos a modo de tenaza que oprime la manguera de riego contra una junta tórica que rodea el orificio de un gotero. La cámara desemboca en un manómetro que nos permite conocer la presión de la manguera una vez se estabilice la presión. La cámara tiene otra salida que conecta con un microtubo flexible hasta el vaso de medición graduado. Una hendidura convergente en la parte superior del vaso de medición graduado resuelve la sujeción del microtubo para garantizar el vaciado dentro del vaso.
Adicionalmente tiene una pica en la base del vaso de medición graduado para garantizar que se pueda hincar en el suelo. El volumen del vaso se marca en su interior con incrementos de 0,00005 m3 hasta de 0.0002 m3.
APLICACIÓN INDUSTRIAL
Se fabricará el instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo con materiales apropiados a sus elementos y componentes, en material de plástico, PETG o metálico. El pasador (7) es un tomillo cincado, con cierre mediante tuerca de seguridad. La junta tórica (13) es de goma, teniendo buenos resultados con un espesor de 0,0026 m y un diámetro exterior de 0,016 m. Ei microtubo (12) es de PVC flexible de 0,007 m de diámetro interior y 0,01 m diámetro exterior, siendo suficiente una longitud de 1 m.

Claims

7 REIVINDICACIONES
1. Instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo caracterizado porque presenta:
- una pinza manométrica que permite abrazar la manguera y conectar el orificio de salida del gotero con el manómetro formando una cámara estanca gracias a la presión ejercida sobre los dos brazos de la pinza a modo tenaza.
- un vaso de medición graduado, que posibilita la determinación del caudal con una sola mano.
2. Instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo según reivindicación 1 en el que la pinza manométrica consiste en dos piezas rígidas (1) y (2), que disponen de una oquedad a modo de medio cilindro (3) de tal manera que dispuestas una sobre la otra generan un hueco con forma de cilindro elíptico (4). Este cilindro permite abrazar firmemente un tramo de manguera (5) en ei que se encuentra centrado un gotero con su orificio (6) orientado hacia arriba. Estas dos piezas quedan unidas entre si por un pasador (7) que se inserta en un eje de rotación (8) de tal manera que permite la apertura de las piezas (1) y (2) para poder introducir la manguera.
La pieza superior (1 ) alberga una cámara (9) que conecta tres elementos:
• el orificio de salida del agua del gotero (6) en la base de la cámara.
■ una rosca (10) para conexión de un manómetro, en la parte superior de ia cámara.
• una toma (11) en el lateral de la cámara para conectarla con el microtubo (12) con el vaso de medición graduado.
La estanqueidad de la cámara con la pared de la manguera se logra gracias a una junta tórica (13) que alberga la peza superior (1) en una ranura (14).
La pieza superior (1) tiene un orificio (15) por donde no pasa la cabeza del tomillo (16) pero si su vástago, de tal manera.que al atornillarlo en la rosca (17) de la pieza inferior (2) mantiene la presión ejercida sobre la manguera de forma estable. Esto permite liberar las manos al operario.
3. Instrumento de medición de presión y caudal en manguera portagoteros no destructivo según reivindicación 1 en el que el vaso de medición graduado consiste en un recipiente (18) con una hendidura convergente (19) abierta en la pared de la parte superior del mismo.
El extremo libre del microtubo flexible (12) que procede de la toma (11) se introduce en la hendidura (19) garantizando que quede aprisionado contra las paredes del recipiente. El vaso dispone de una rosca centrada en la cara externa inferior de su base (20) donde poder enroscar el extremo de una pica (21 ) lo que permite hincarlo en el suelo para ganar estabilidad frente al vuelco.
La hendidura y la pica son los elementos que permiten liberar una mano del operario para controlar el cronómetro.
El volumen útil del recipiente debe ser tal que permita recoger al menos el volumen emitido por el gotero durante un intervalo de 120 segundos. El interior del recipiente está graduado en proporciones de su volumen útil.
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