SISTEMA DE RIEGO AUTONOMO CON AUTOCALIBRACION EN DIFERENTES TIPOS DE SUELOS EN FUNCION DEL GRADO DE HUMEDAD EN SUELO.

Sistema de riego autónomo con autocalibración en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo.

Dispositivo compacto sin la necesidad de alimentación externa que integra todos los elementos necesarios para automatizar sistema de riego autónomo, y que actúa sobre unas electroválvulas, en función del grado de humedad de diferentes tipos de suelo y los requerimientos de riego establecidos, referenciados a partir de medidas de campo previas. El propio dispositivo tiene almacenado los diferentes rangos de grado de humedad en suelo, por lo tanto el dispositivo está autocalibrado. Además está dotado de un sistema de alimentación autónomo mediante un panel fotovoltaico. Constituye una alternativa a los actuales sistemas de riego que carecen de un criterio de selección de riego en función del contenido de agua del suelo y permite optimizar los recursos hídricos y es aplicable en el sector agrícola especialmente en los cultivos intensivos

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200703043.

Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: ROS TORRECILLAS,SALVADOR, BACARIZO SIMON,LUIS, ROS MUÑOZ,MARGARITA MATIL.

Fecha de Solicitud: 16 de Noviembre de 2007.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 31 de Enero de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A01G25/16D
  • B05B12/12 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B05 PULVERIZACION O ATOMIZACION EN GENERAL; APLICACION DE LIQUIDOS U OTRAS MATERIAS FLUIDAS A SUPERFICIES, EN GENERAL.B05B APARATOS DE PULVERIZACION; APARATOS DE ATOMIZACION; TOBERAS O BOQUILLAS (mezcladores de pulverización con toberas B01F 5/20; procedimientos para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a superficies por pulverización B05D). › B05B 12/00 Instalaciones o adaptaciones particulares de medios de control de la distribución en los sistemas de pulverización. › sensibles al estado del medio ambiente o del blanco, p. ej. a la humedad, a la temperatura.
  • G05D22/02 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05D SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES NO ELECTRICAS (para la colada continua de metales B22D 11/16; dispositivos obturadores en sí F16K; evaluación de variables no eléctricas, ver las subclases apropiadas de G01; para la regulación de variables eléctricas o magnéticas G05F). › G05D 22/00 Control de la humedad. › caracterizado por la utilización de medios eléctricos.

Clasificación PCT:

  • A01G25/16 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A01 AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA.A01G HORTICULTURA; CULTIVO DE LEGUMBRES, FLORES, ARROZ, FRUTOS, VID, LUPULO O ALGAS; SILVICULTURA; RIEGO (recolección de frutas, verduras, lúpulo o productos similares A01D 46/00; reproducción de plantas por técnicas de cultivo de tejidos A01H 4/00; dispositivos para desmochar o pelar las cebollas o bulbos de flor A23N 15/08; crecimiento de algas unicelulares C12N 1/12; cultivo de células vegetales C12N 5/00). › A01G 25/00 Riego de jardines, campos, terrenos de deporte o similares (aparatos y adaptaciones especiales para líquidos fertilizantes A01C 23/00; boquillas o rosetones, aparellajes para pulverización B05B; chorreo por gravedad, sistemas de riego mediante canal abierto E02B 13/00). › Control del riego (mando de los dispositivos de pulverización B05B).
  • B05B12/12 B05B 12/00 […] › sensibles al estado del medio ambiente o del blanco, p. ej. a la humedad, a la temperatura.
  • G05D22/02 G05D 22/00 […] › caracterizado por la utilización de medios eléctricos.
SISTEMA DE RIEGO AUTONOMO CON AUTOCALIBRACION EN DIFERENTES TIPOS DE SUELOS EN FUNCION DEL GRADO DE HUMEDAD EN SUELO.

Fragmento de la descripción:

Sistema de riego autónomo con autocalibración en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo.

Sector de la técnica

Empresas de riego, sistemas de control de riegos, instrumentación riego Potencial hídrico, Estrés hídrico, TDR, sector agrícola, cultivos intensivos, riego deficitarios.

Estado de la técnica

Respecto a los sistemas actuales de riego se distinguen principalmente entre los que suministran el riego según la frecuencia en función del número de aplicaciones diarias y entre aquellos sistemas de mayor complejidad constituidos por varios equipos interconexionados entre sí mediante datalogger. En función de la alimentación podemos encontrar sistemas autónomos alimentados por una pila de 9 V habitualmente o mediante fuente de alimentación externa.

Para obtener una medida de humedad en tierra se utilizan diferentes técnicas basadas en la medición de la constante dieléctrica del suelo, siendo los más habituales:

• Sensores capacitivos.

• Sondas TDR.

Los primeros consisten en un oscilador controlado por la capacidad equivalente que presentan los electrodos introducidos en el medio a medir. La frecuencia del oscilador será proporcional al contenido de agua del suelo. El principal inconveniente que puede presentar este tipo de dispositivos es la estabilidad del oscilador frente a cambios de temperatura y el efecto parásito de la conductividad del suelo sobre la frecuencia de oscilación. La principal ventaja de este tipo de sensores es su precio moderado.

El funcionamiento de las sondas TDR se basa en la relación que hay entre la velocidad de propagación de una onda electromagnética y la constante dieléctrica del medio. Para ello se excita la sonda mediante un pulso de corta duración y se mide el tiempo transcurrido hasta que se recibe el eco de la onda reflejada en el extremo final de la sonda. Conociendo la longitud real de la sonda podremos calcular la velocidad de propagación. El principal inconveniente de esta técnica es la necesidad de resolver tiempos extremadamente cortos lo cual encarece la electrónica del dispositivo. Los sistemas de riego basados en sondas TDR, además de un mayor coste presentan la desventaja de un mayor consumo.

El sistema desarrollado tiene como finalidad el dosificar y optimizar de la mejor manera posible los escasos recursos hídricos de aquellas zonas que por su situación climática o geográfica carecen de recursos suficientes y se ven en la obligación de implantar sistemas de riego selectivo con los elevados costes que éstos suponen.

El sistema que se describe basa su funcionamiento en el estudio del contenido de humedad en el suelo a partir del grado de humedad, mediante esta técnica se obtienen unos resultados con suficiente fiabilidad para controlar un sistema de actuadores que activarán unas electroválvulas tantas como bocas de riego se necesiten. La ventaja fundamental que presenta este sistema es la unificación de todos los bloques que se necesitan para un sistema de riego en un solo módulo que integra tanto el propio sensor de humedad en tierra, salidas de potencia para activar las electroválvulas, el controlador basado en un microcontrolador y su propia alimentación procedente de una célula solar que alimenta al sistema.

Descripción de la invención

Descripción general del sistema

El sistema de captación de humedad en suelo basa su funcionamiento en la medida de la conductividad eléctrica que presenta el medio a sensar. Para ello se emplean dos varillas de acero, estas varillas están aisladas entre sí. El diseño del sensor hace posible que no exista un error en la medida causado por diferencias de profundidad o de separación de las varillas, ya que la conductividad presenta fluctuaciones debidas a las deformaciones en el suelo.

El sistema desarrollado incorpora además del sensor descrito, un módulo de control interno, y unas salidas para activar tanto las diversas electroválvulas como la bomba de agua para el llenado del depósito de distribución de agua si lo hubiera.

Breve descripción de las figuras

Figura 1. Dispositivo de medición en campo.

Figura 2. Variación de la conductividad con suelo saturado, con abundante grado de humedad. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 3. Variación de la conductividad con suelo seco, con escaso grado de humedad. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 4. Variación de la conductividad con grado de humedad óptimo. T (mV) representa la tensión de salida en milivoltios, t(min) tiempo en minutos.

Figura 5. Esquema de comportamiento del sistema con el punto óptimo de riego. T (V) representa la tensión de salida en voltios.

Descripción detallada del sistema

Las dos varillas están colocadas a la salida de un divisor resistivo, excitadas mediante un oscilador senoidal, de esta forma obtenemos a la salida una caída de tensión alterna proporcional a la conductividad eléctrica del terreno consiguiendo así la no polarización de los electrodos, la señal es tratada para su procesamiento mediante un sistema de control. Los datos obtenidos son muestreados y comparados con los datos adquiridos en diferentes tipos de suelo, con medidas de campo realizadas con el propio sensor mediante distintas muestras inalteradas.

Con la técnica empleada se obtienen muestras reales de humedad en varios tipos de suelo principalmente en suelos francos, francos arenosos y francos arcillosos.

Para calibrar el sensor se han obtenido datos de la caída de tensión entre las dos varillas y su relación con el grado de humedad del suelo.

Comparando los niveles de tensión procedentes de la caída de tensión entre los electrodos y los datos almacenados en el microcontrolador se establece un umbral crítico para determinar el punto de riego óptimo para un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos disponibles.

También existe la posibilidad de cambiar el punto crítico de riego, ya que el sistema incorpora unos interruptores con opción de seleccionar varios tipos de suelo modificando la referencia de control mediante programa.

Para alimentar al sistema se puede emplear desde una fuente de alimentación hasta una célula fotovoltáica que alimente directamente al sistema o cargue una batería y ésta sea la que suministre energía al sistema. Además existe un control de ahorro de energía con un bajo consumo.

Todo el sistema está integrado en una única caja de control con los siguientes elementos:

• Electrodos para la medición de la conductividad eléctrica del suelo.

• Etapa de adquisición y control

• Etapa de alimentación que incorpora una célula fotovoltáica de 12 V.

• Interruptores de selección de suelo.

• Etapa de potencia para la activación de varias electroválvulas.

El principio básico de funcionamiento del sistema es el control del déficit de humedad del suelo o lo que es lo mismo el punto óptimo de riego. Las medidas de control tomadas se comparan con los datos obtenidos "in situ". El resultado de estas comparaciones es tratado y procesado por un microcontrolador que realizará un seguimiento de las muestras procedentes del sensor obteniendo un valor crítico que se corresponderá con el punto crítico de riego. Los datos establecidos para realizar la comparación se obtienen de muestras inalteradas del suelo y son tratados en laboratorio obteniendo un grado de humedad que será el porcentaje de agua contenida respecto a la muestra seca.

Una vez realizado el estudio de campo, se establece un umbral con unos límites máximo y mínimo los cuales se comparan con los datos que se van obteniendo.

Como se puede comprobar de esta forma se consigue una calibración muy próxima al comportamiento real del suelo.

Considerando que el suelo es un material complejo compuesto por sólidos, líquidos y gases y que su estructura no es constante y cualquier acción...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de riego en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo caracterizado por comprender los siguientes elementos:

Electrodos para la medición de la conductividad eléctrica del suelo.

Etapa de adquisición de datos, autocalibración y control.

Etapa de alimentación a 12 V.

Interruptores de selección de suelo.

Etapa de potencia para la activación de varias electroválvulas.

2. Sistema de riego en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo según la reivindicación 1 caracterizado por suministrar la energía de forma autónoma mediante una célula solar fotovoltáica.

3. Sistema de riego en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado por realizar la comunicación del sistema con otros sensores o a través de un PC de control mediante comunicación serie.

4. Sistema de riego en diferentes tipos de suelos en función del grado de humedad en suelo según las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por determinar el punto óptimo de riego entre 3.375 mV y 3.350 mV


 

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