Sistema y método de riego utilizando el agua atmosférica.

Un método para operar un sistema (100) para administrar agua a una o más plantas (118) en donde cadaplanta reside al menos parcialmente en una cantidad de suelo (218) y está próxima al aire (110,

412) que contienevapor de agua, comprendiendo dicho método las etapas de:

- operar una unidad condensadora (108) a intervalos de condensación para convertir cantidades del vaporde agua en agua en forma líquida, en donde los intervalos de condensación se computan a partir deparámetros (214) que comprenden datos de temperatura de aire y datos de punto de rocío previstos para unperíodo de tiempo específico y datos que indican la eficiencia de energía de la unidad de condensación (108)para una temperatura de aire dada (122);

- almacenar dicha agua en forma líquida en un depósito (112, 422), en donde el depósito (112, 422) estáconectado a un sistema de irrigación (116) configurado para administrar de manera selectiva agua deldepósito (112, 422) a cada una de las plantas (118);

- acceder a una base de datos de información hortícola para una cantidad de agua necesaria para un tipo deplanta de la o las plantas (118);

- generar una o más estimaciones del contenido de humedad de dicha cantidad de suelo (218) durante unprimer período de tiempo especificado;

- computar uno o más intervalos de riego durante el primer período de tiempo especificado, en donde cadaintervalo de riego se computa, al menos en parte, en función de valores contenidos en la base de datoshortícola y también en función de las estimaciones de contenido de humedad; y

- operar el sistema de irrigación (116) para administrar agua a cada una de las plantas (118) durante cadauno de los intervalos de riego.

Sistema y método de riego utilizando el agua atmosférica La presente solicitud se relaciona con la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de serie 12/427.043 pendiente de titularidad compartida (Expediente del representante No. 18641-US) titulada "Sistema y método para la gestión del uso de recursos"; la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No de serie 12/427.059 (Expediente del representante No. 18643-US) titulada "Base de datos hortícola para la gestión de patios y jardines"; la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de serie 12/427.076 (Expediente del representante No. 18955-US) titulada "Gestión del uso de recursos"; la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de serie 12/427.065 (Expediente del representante No. 18419-US) titulada "Unidad robótica de riego".

La invención divulgada y reivindicada en la presente se refiere generalmente a irrigar o suministrar agua a plantas, en donde el agua se obtiene mediante la condensación de vapor de agua del aire en la atmósfera. Más particularmente, la invención se refiere a un sistema y método del tipo anterior, en donde las actividades de irrigación y condensación de agua ocurren a intervalos de tiempo óptimos predeterminados.

El creciente consumo de agua por parte de comunidades humanas y actividades agrícolas requiere el desarrollo de nuevas fuentes de agua dulce y sistemas para irrigar el agua de manera eficiente. Una fuente de agua dulce sin explotar es el agua que existe en el aire, en forma de vapor de agua. Esta agua puede condensarse del aire llevando la temperatura de una superficie sólida por debajo de la temperatura de punto de rocío actual, es decir, la temperatura a la cual la humedad alcanza 100 por ciento y el aire se satura con vapor de agua.

Una cantidad de empresas están actualmente ofreciendo sistemas para condensar agua del aire para el consumo e irrigación. Estas incluyen, por ejemplo, Element Four Technologies Inc. y Air Water International Corporation. En un sistema ejemplar, el aire es forzado a través de un tubo de condensación por medio de un ventilador. En un arreglo convencional, el tubo podría estar rodeado por serpentines de refrigeración. El sistema puede activarse para recoger agua cuando las temperaturas de sub-punto de rocío pueden alcanzarse de manera eficiente, lo cual ocurre típicamente en la mañana, poco antes del amanecer.

El documento US-A-5 601 236 describe un aparato que comprende un módulo condensador solar para condensar la humedad de la atmósfera. El módulo condensador consiste en una unidad Peltier o un sistema refrigerante y se opera en base a la temperatura del condensador o refrigerante, así como el punto de rocío y otros parámetros climáticos.

A pesar de los méritos de sistemas de la técnica anterior del tipo mencionado, dichos sistemas tienden a ser deficientes en ciertos sentidos, especialmente cuando se utilizan para la irrigación de plantas. Por ejemplo, al programar la operación de un sistema de condensación de la técnica anterior para producir agua para plantas específicas, el proceso de programación típicamente no toma en cuenta la eficiencia de la energía del sistema de condensación o el hecho de que una planta dada puede tener diferentes necesidades de agua en momentos diferentes, en etapas diferentes del crecimiento de la planta. El proceso de programación también puede ignorar la disponibilidad de agua que se condensó previamente y se colocó en almacenamiento, ni considera la humedad del suelo actual o el uso de previsiones que se refieren al clima o evapotranspiración de la planta. Más aun, los sistemas de la técnica anterior típicamente no hacen uso eficiente de la energía disponible y pueden no considerar el nivel de carga de la batería o la disponibilidad de la energía de recarga de la batería al programar operaciones de condensación de agua.

A partir del documento EP-A-2 243 353 se conoce un método y sistema implementados por ordenador para determinar las necesidades individuales de agua para plantas. El sistema incluye una unidad condensadora solar, un sistema de sensor para identificar las condiciones actuales, bases de datos que incluyen información sobre plantas individuales así como del ambiente operativo y un vehículo para aplicar agua a las plantas. El agua se aplica a las plantas de acuerdo con reglas de riego calculadas en base a las necesidades de agua y las condiciones actuales.

Otro método automatizado para operar un sistema que administra agua a las plantas se describe en el documento US-A-2005/0187665. De acuerdo con este método, los intervalos de riego de las plantas individuales se calculan en base a información hortícola proporcionada por una base de datos e información de humedad del suelo obtenida de un sensor.

Como resultado de estas desventajas, la eficiencia en la operación de los sistemas de condensación de la técnica anterior para la irrigación de plantas puede verse significativamente reducida.

Las realizaciones de la invención proporcionan un sistema y método para condensar agua del aire atmosférico que es adecuado para la horticultura y cultivos de alto valor. Estas realizaciones mejoran significativamente la eficiencia al producir agua de vapor de agua mediante operaciones de condensación teniendo en cuenta las necesidades de agua de una planta particular y también teniendo en cuenta la disponibilidad de agua anticipada. Las realizaciones pueden utilizarse con plantas individuales o agrupamientos locales de plantas de alto valor, tales como uvas para vinificación, fruta de carozo o almendras y también pueden utilizarse con robots de irrigación y sistemas de irrigación pasivos o de riego por goteo, como se describe más adelante. Sin embargo, la invención no se limita a las mismas.

Una realización de la invención se dirige a un método para administrar agua a una o más plantas de un tipo especificado, en donde cada planta reside al menos parcialmente en una cantidad de suelo y está próxima al aire que contiene vapor de agua. El método comprende operar una unidad condensadora a intervalos óptimos, para condensar cantidades de vapor de agua en forma líquida. El método comprende además almacenar el agua condensada en un depósito, en donde el depósito está conectado a un sistema de irrigación configurado para administrar de manera selectiva agua desde el depósito a cada una de las plantas. El método establece una base de datos que contiene información hortícola, en donde la información hortícola comprende un conjunto de valores que representan la cantidad de agua necesaria para una planta del tipo especificado en diferentes etapas del crecimiento de la planta. El método también incluye generar una o más estimaciones del contenido de humedad de la cantidad de suelo durante un primer período de tiempo especificado. Uno o más intervalos de riego óptimos se computan durante el primer período de tiempo especificado, en donde cada intervalo de riego óptimo se computa, al menos en parte, en función del conjunto de valores contenidos en la base de datos hortícola y también en función de las estimaciones de contenido de humedad. El sistema de irrigación se opera para administrar agua a cada una de las plantas durante cada uno de los intervalos de riego óptimos.

Las características, funciones y ventajas pueden lograrse independientemente en varias realizaciones de la presente invención o pueden combinarse en otras realizaciones adicionales en las cuales pueden verse más detalles con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

Las características novedosas que se creen características de las realizaciones ilustrativas se establecen en las reivindicaciones adjuntas. Sin embargo, las realizaciones ilustrativas, así como un modo preferido de uso, objetivos adicionales y ventajas del mismo, se comprenderán mejor en referencia a la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa de la presente invención cuando se lee en conjunto con los dibujos adjuntos, en donde:

la Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustran los componentes de un sistema que puede utilizarse para implementar realizaciones de la invención.

La Figura 2 es diagrama esquemático que ilustra la construcción de un Plan de condensación y uso de agua, de acuerdo con realizaciones de la invención.

La Figura 3 ilustra una porción de una gráfica que muestra la temperatura y datos del punto de rocío en el transcurso del tiempo, para su uso al implantar realizaciones de la invención.

La Figura 4 es un diagrama esquemático que muestra un componente de la unidad condensadora para una realización adicional de la invención.

La Figura 5 es un diagrama esquemático que muestra un componente de la unidad condensadora para... [Seguir leyendo]

1. Un método para operar un sistema (100) para administrar agua a una o más plantas (118) en donde cada planta reside al menos parcialmente en una cantidad de suelo (218) y está próxima al aire (110, 412) que contiene vapor de agua, comprendiendo dicho método las etapas de:

-operar una unidad condensadora (108) a intervalos de condensación para convertir cantidades del vapor de agua en agua en forma líquida, en donde los intervalos de condensación se computan a partir de parámetros (214) que comprenden datos de temperatura de aire y datos de punto de rocío previstos para un período de tiempo específico y datos que indican la eficiencia de energía de la unidad de condensación (108) para una temperatura de aire dada (122) ;

-almacenar dicha agua en forma líquida en un depósito (112, 422) , en donde el depósito (112, 422) está conectado a un sistema de irrigación (116) configurado para administrar de manera selectiva agua del depósito (112, 422) a cada una de las plantas (118) ;

-acceder a una base de datos de información hortícola para una cantidad de agua necesaria para un tipo de planta de la o las plantas (118) ;

-generar una o más estimaciones del contenido de humedad de dicha cantidad de suelo (218) durante un primer período de tiempo especificado;

-computar uno o más intervalos de riego durante el primer período de tiempo especificado, en donde cada intervalo de riego se computa, al menos en parte, en función de valores contenidos en la base de datos hortícola y también en función de las estimaciones de contenido de humedad; y

-operar el sistema de irrigación (116) para administrar agua a cada una de las plantas (118) durante cada uno de los intervalos de riego.

2. El método de la reivindicación 1, en donde:

dicho método incluye recabar datos que se refieran a dicho contenido de humedad del suelo, dicha necesidad de agua de la planta y datos previstos de temperatura de aire y punto de rocío (214) , en donde dichos datos recabados se utilizan para determinar en cualquier momento si es necesario operar la unidad condensadora (108) y, si no lo es, prevenir el uso de la unidad condensadora (108) y almacenamiento de agua.

3. El método de la reivindicación 1, en donde:

los datos de temperatura del aire y datos del punto de rocío se prevén durante un segundo período de tiempo especificado y cada uno de los intervalos de condensación se computan para el segundo período de tiempo especificado, al menos en parte, en función de los datos de temperatura del aire previstos (214) y también en función de los datos de punto de rocío previstos (214) .

4. El método de la reivindicación 3, en donde:

cada uno de los intervalos de condensación se computa además en función de los datos (214) que indica la eficiencia de energía de la unidad condensadora (108) para una temperatura de aire dada (122) .

5. El método de la reivindicación 1, en donde:

cada una de las estimaciones de humedad se computa, al menos en parte, a partir de los datos de evapotranspiración (222) asociados con las plantas (118) de dicho tipo especificado, y se computa además a partir de los datos proporcionados por un detector de contenido de humedad (220) insertado en dicha cantidad de suelo (218) .

6. El método de la reivindicación 1, en donde:

la operación de una unidad condensadora (108) y operación del sistema de irrigación (116) se controla respectivamente mediante un procesador especificado (106) , en donde el procesador (106) está conectado a un sistema de procesamiento de datos (130, 600) por medio de un enlace de comunicación inalámbrico (132) .

7. El método de la reivindicación 6, en donde:

la unidad condensadora (108) es operada en asociación con una de una pluralidad de fuentes de energía (102, 104) seleccionada mediante el proceso de información que se refiere al costo y disponibilidad de cada una de las fuentes de energía (102, 104) durante cada uno de los intervalos de condensación.

8. El método de la reivindicación 7, en donde:

la fuente de energía seleccionada es una batería de almacenamiento (104) y el estado de carga y la condición de la batería de almacenamiento (104) se utilizan al seleccionar la batería de almacenamiento (104) .

9. El método de la reivindicación 7, en donde:

dicha pluralidad de fuentes de energía (102, 104) incluye al menos una fuente de Energía de recolección local.

10. El método de la reivindicación 6, en donde:

la cantidad de agua contenida en el depósito (112, 422) es continuamente monitoreada y dicha cantidad es proporcionada repetidamente al procesador (106) .

11. El método de la reivindicación 1, en donde:

la unidad condensadora (108) tiene un componente (406) que está dispuesto para alineamiento a lo largo de la 10 dirección (426) de un viento disponible, para aumentar la eficiencia operativa de la unidad condensadora (108) .

12. El método de la reivindicación 1, en donde:

la unidad condensadora (108) utiliza un dispositivo electrocalórico (502) para condensar cantidades de vapor de agua en agua en forma líquida.

13. El método de la reivindicación 1, en donde:

las estimaciones de contenido de humedad de suelo se computan al menos a partir de datos de evapotranspiración (222) asociados con plantas (118) del tipo de planta y de datos proporcionados por una previsión de precipitación (216) para el período de tiempo.

14. El método de la reivindicación 13, en donde:

cada una de las estimaciones del contenido de humedad del suelo se computa además a partir de datos 20 proporcionados por un detector de humedad (220) insertado en el suelo (218) .

15. Un sistema para administrar agua a una o más plantas en donde cada planta (118) reside al menos parcialmente en una cantidad de suelo (218) y está próxima al aire atmosférico (110, 412) que contiene vapor de agua, comprendiendo dicho sistema (100) :

! un depósito (112, 422) para almacenar de manera selectiva dicha agua en forma líquida; un medio de procesamiento (106, 130, 600, 132) asociado con una base de datos que contiene información hortícola para una cantidad de agua necesaria por un tipo de planta de la o las plantas (118) y que se programa para computar intervalos de condensación mediante el uso de datos de temperatura (122) y datos de punto de rocío (124) , y para computar intervalos de riego en función, al menos en parte, de valores contenidos en la base de datos hortícola, y también en función de las estimaciones de contenidos de humedad de dicha cantidad de suelo (228) ;

! una unidad condensadora (108) que es operada por dicho medio de procesamiento (106, 130, 600, 132) a dichos intervalos de condensación para convertir cantidades del vapor de agua en agua en forma líquida, en donde la unidad condensadora (108) comprende un condensador (402) contenido en una estructura giratoria (406) que tiene un pasaje de flujo de aire (408) ; y

! un sistema de irrigación (116) operado por dicho medio de procesamiento (106, 130, 600, 132) para administrar agua a cada una de las plantas (118) durante cada uno de dichos intervalos de riego.

16. El sistema de la reivindicación 15, en donde:

el depósito (112, 422) comprende una válvula (114) que es abierta o cerrada de manera selectiva por el medio de procesamiento (106, 130, 600, 132) .

17. El sistema de la reivindicación 16 que comprende:

un sensor (424) para determinar la dirección del viento y un mecanismo (428) para rotar de manera selectiva la estructura (406) dependiendo de la dirección del viento.