MX2008011604A - Dispositivo de irrigacion. - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a sistemas de irrigación para irrigar un medio de crecimiento. Los sistemas de irrigación de la invención comprenden una membrana hidrófila tubular helicoidal o una membrana hidrófila tubular corrugada. La invención además se refiere a los métodos para irrigar un medio de crecimiento y a membranas hidrófilas tubulares helicoidales para utilizar en un sistema de irrigación.
Description
DISPOSITIVO DE IRRIGACION DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere, en general, a dispositivos de irrigación para enterrar en un medio de crecimiento a ser irrigado. Se conoce la utilización de una membrana hidrófila para proporcionar humedad al medio de crecimiento y/o para la irrigación de plantas. WO-A-99/40031, por ejemplo, describe un método para proporcionar humedad a un medio de crecimiento en el que el vapor de agua pasa a través de una membrana hidrófila no porosa mediante el proceso de pervaporación . La membrana hidrófila está hecha con un polímero hidrófilo como por ejemplo, un elastómero de éster de copoliéter, poliéter-poliamida en bloque, poliéter uretano o alcohol de polivinilo. En una realización descrita en este documento, la membrana forma un recipiente que se entierra en el medio de crecimiento. El recipiente está provisto con agua que luego pasa a través de la membrana y penetra al medio de crecimiento como vapor de agua mediante el proceso de pervaporación. Se puede utilizar agua contaminada en los métodos descritos en este documento ya que la membrana hidrófila limita el pasaje de contaminantes hacia el medio de crecimiento . De manera similar, en WO-A-01/10192 , se describe un dispositivo de irrigación que comprende un recipiente para Ref. 196336
agua en el que el recipiente comprende una membrana hidrófila y una superficie que es impermeable al agua en todas sus formas. El recipiente puede estar completamente enterrado en un medio de crecimiento. En O-A-01/10193, se describe un método para modificar el crecimiento de la raíz de una planta en el que las raices de las plantas se desarrollan muy próximas a una membrana hidrófila que libera agua mientras las raices se van desarrollando. La membrana puede tener la forma de un cilindro sellado que se entierra en el medio de crecimiento y estar conectada a la fuente de agua. En todos los sistemas mencionados anteriormente, el recipiente formado por la membrana hidrófila se sella para impedir la pérdida de contaminantes dentro del medio de crecimiento y/o para permitir un control minucioso de la provisión de agua al medio de crecimiento. Si la membrana tuviera algún orificio o, si la membrana se rompiera durante el uso, los contaminantes podrían filtrarse al medio de crecimiento y el agua podría filtrarse fuera del recipiente e inundar el medio de crecimiento. El solicitante ha observado que, cuando las membranas hidrófilas toman contacto con el agua, la absorben y pueden expandirse. Cuando se hidrata, un tubo hecho con, por ejemplo, un elastómero de éster de copoliéter, puede expandirse en -al menos- tanto como un 10% a lo largo de su longitud. En casos como el de los métodos mencionados, esto
puede causar problemas si la membrana se entierra en un medio de crecimiento como sucede cuando el aumento en el tamaño de la membrana no puede acomodarse dentro del espacio encerrado en el medio de crecimiento. Por ejemplo, para un tubo de 30 metros de longitud, puede ser necesario acomodar 3 metros extra cuando se hidrata el tubo. Si no se puede acomodar la expansión, la membrana puede quedar comprimida o deformada y, por lo tanto, puede producirse la rotura o agrietamiento y la consiguiente penetración del agua contaminada dentro del medio de crecimiento. También puede suceder que el tubo se doble sobre si mismo dentro del espacio encerrado del medio de crecimiento y de este modo, impida el paso o flujo de agua y la consiguiente reducción de su eficacia. Es un objetivo de la invención proporcionar un aparato de irrigación que mejore, al menos parcialmente, los inconvenientes arriba mencionados. Considerando un primer aspecto de la presente invención, se provee una membrana hidrófila tubular para enterrar en un medio de crecimiento, el tubo tiene forma de hélice. De acuerdo con un segundo aspecto, la invención provee un sistema de irrigación que comprende una membrana hidrófila tubular helicoidal enterrada en un medio de crecimiento . Cuando una membrana tubular helicoidal del tipo
descrito arriba se entierra en un medio de crecimiento y se provee agua, la expansión de la membrana hidrófila y, por lo tanto, la expansión del tubo a lo largo de su longitud, puede acomodarse con mayor facilidad por tener una forma helicoidal ya que la presión ejercida por la expansión del tubo sobre el medio circundante, luego se distribuye a lo largo de su longitud en lugar de permanecer confinada a los dos extremos. En otras palabras, se reduce la expansión lineal absoluta a lo largo del eje de la membrana. Como se demuestra en la Figura 1, cuando se provee agua al tubo deshidratado "recto" (1), éste se puede expandir a lo largo de su longitud. Por ejemplo, el tubo hidratado (2) puede ser un 10% más largo que el tubo deshidratado (1). Sin embargo, como se ilustra en la figura 2, cuando el tubo deshidratado se enrolla en forma de hélice (3), el aumento en longitud del tubo luego de la hidratación se acomoda mediante la expansión en las tres dimensiones. En especial, el aumento en la longitud del tubo provoca el aumento tanto del diámetro como de la hélice hidratada (4) . Esto significa que se minimiza la expansión en cualquiera de las direcciones y, por lo tanto, se acomoda con mayor facilidad. Es decir, es menor probable que la membrana se rompa o doble. Por lo tanto, se reducen las desventajas descritas anteriormente. La forma helicoidal también proporciona un área de superficie variable controlada para la pervaporación al
aumentar o disminuir el área de superficie de la membrana hidrófila utilizada en cualquier espacio cerrado particular. Esto significa que se puede obtener, si se desea, una mayor o menor densidad de irrigación. En un tercer aspecto, la invención provee un método para irrigar un medio de crecimiento, el método comprende hacer pasar agua a través de una membrana hidrófila helicoidal enterrada en un medio de crecimiento de manera tal que, el agua pase a través de la membrana hidrófila y entre en el medio de crecimiento mediante el proceso de pervaporación . En un cuarto aspecto, la presente invención provee un sistema de irrigación que comprende una membrana hidrófila tubular corrugada enterrada en un medio de crecimiento. Cuando se entierra en un medio de crecimiento una membrana tubular corrugada del tipo descrito arriba y se provee agua, se puede acomodar la expansión de la membrana hidrófila y, por lo tanto, la expansión del tubo a lo largo de su longitud con ayuda de la naturaleza corrugada de la tubería. En particular, se puede acortar la distancia entre los pliegues y surcos de la tubería corrugada para acomodar el material adicional de membrana. En otras palabras, los pliegues y surcos de la pared del tubo pueden comprimirse de manera similar a la compresión de un acordeón. De esta manera, se puede minimizar la expansión de la longitud total
de la tubería. De acuerdo con un quinto aspecto, la invención provee un método para irrigar un medio de crecimiento, el método comprende hacer pasar agua a través de una membrana hidrófila tubular corrugada enterrada en un medio de crecimiento, de manera tal que el agua pase a través de la membrana hidrófila y penetre en el medio de crecimiento mediante un proceso de pervaporación . En una realización particularmente preferida de la invención, la membrana hidrófila tubular se corruga y el tubo corrugado toma la forma de una hélice. De acuerdo con esta realización, la expansión de la membrana puede acomodarse por compresión de los pliegues y surcos de la tubería corrugada y por expansión de la membrana en las tres dimensiones. De esta forma, se puede acomodar la expansión de la membrana. Además, la tubería corrugada posee una flexibilidad aumentada comparada con una tubería no corrugada y, por lo tanto, puede tomar con mayor facilidad, la forma helicoidal. Las membranas tubulares de la invención podrían, como en la técnica anterior, utilizarse como recipientes de agua estática que se repone cuando se consume. Se prefiere que los extremos de las membranas tubulares no estén sellados para permitir que el agua fluya a través del tubo sin la necesidad de quitar el tubo del medio de crecimiento. De acuerdo con una realización preferida, la fuente
de agua comprende impurezas como las disueltas o suspendidas, especialmente sales, contaminantes o materiales biológicos, por ejemplo, bacterias o virus. En una realización particularmente preferida, la fuente de agua comprende agua salada tal como agua de mar o agua salobre. Cuando un agua que comprende impurezas se utiliza como fuente de agua, las impurezas están contenidas dentro de la membrana tubular y no pasan al medio de crecimiento. Se prefiere que los extremos de la membrana tubular sean accesibles de manera tal que, se pueda proporcionar agua a la membrana sin modificar el medio de crecimiento. El significado del término "helicoidal" no debe dar a entender que la forma del conducto es una hélice matemática estricta. Por ejemplo, no es necesario que las curvas de la hélice tengan todas el mismo tamaño o la misma separación. "Tubo corrugado" se refiere a un tubo formado a partir de anillos discretos separados o una hélice o espiral donde el material entre los anillos o las curvas de la hélice o espiral son flexibles, de manera tal que puedan moverse acercándose y alejándose entre si. El tubo a veces es denominado "tubo tipo acordeón". No obstante, no es necesario en absoluto que los anillos o curvas tengan el mismo tamaño y/o la misma separación. Los anillos, hélice o espiral podrían ser de diferente material que el tubo y estar conectados, pero se - prefiere que esté o estén hechos del
mismo material que el tubo, por ejemplo, dándose un perfil ondulado o aserrado a su superficie. Las membranas tubulares de la invención pueden tener cualquier tipo de sección transversal, por ejemplo, circular, ovalada, cuadrada, etc. Por pervaporación se entiende el proceso mediante el cual, un solvente dado penetra en una membrana o recubrimiento no poroso y se transporta a través de ella; subsiguientemente, sale por la cara opuesta de la membrana o recubrimiento en forma de vapor. La pervaporación, por lo tanto, es un proceso diferente del de filtración, destilación u osmosis inversa conocido ya que el producto es un vapor y no un liquido. Si el solvente es agua, las membranas hidrófilas no porosas son adecuadas para la pervaporación debido a que el agua es rápida absorbida por, transportada a través de y liberada de la membrana. "Membrana hidrófila" significa que la membrana no porosa absorbe agua, es decir, que permite que el agua pase a través de ella. Si existe un gradiente de humedad a través de la membrana hidrófila, el agua absorbida puede diseminarse a través del espesor de la membrana y emitirse desde su cara opuesta. Las membranas o recubrimientos hidrófilos, de ahora en adelante referidos como membranas en esta descripción, exhiben velocidades de transmisión de vapor de agua suficientes elevadas -tal como se describe más adelante- como
para que el agua que pasa a través de las membranas pueda usarse directamente para irrigar plantas y elementos similares. Las membranas pueden comprender una o más capas individuales hechas de materiales que incluyen, pero no están limitados a los mismos polímeros hidrófilos o polímeros diferentes. En tanto la velocidad de penetración de vapor de agua de la membrana en total sea lo suficientemente elevada, se puede suministrar agua a una velocidad concordante con su utilización en una aplicación práctica dada como la descrita. La naturaleza no porosa de las membranas descritas aquí, sirve para impedir que cualquier impureza en partículas pase a través de la membrana, incluso los microbios como las bacterias o virus. Además, se ha descubierto que las membranas hechas de polímeros hidrófilos descritas en la presente invención, reducen o impiden significativamente el paso de las sales disueltas. Por lo tanto, la posibilidad de utilizar no sólo agua fresca sino también agua que contenga impurezas suspendidas o disueltas para producir las cantidades deseadas de agua purificada por pervaporación, permite la utilización de agua salada -incluso pero sin limitarse a agua de mar o salobre- después del procesamiento mediante el aparato comprendido por la presente invención, para irrigar la tierra y sustentar el crecimiento de la planta y/o para la liberación controlada de vapor de agua al entorno.
La membrana hidrófila puede estar presente tanto en la forma de una estructura no soportada, recubierta o adherida a un material de soporte. Los materiales de soporte útiles incluyen, papeles bond, hilados, no hilados, telas y mallas metálicas permeables al vapor de agua, incluso aquellas fabricadas con fibras de polímeros orgánicos e inorgánicos estables a la humedad como el polietileno, polipropileno, fibra de vidrio y materiales similares. El material de soporte no sólo aumenta la resistencia sino que protege la membrana. El material de soporte puede estar dispuesto sólo sobre uno de los lados de la membrana de polímero hidrófilo o en ambos. Cuando está dispuesto sólo sobre un lado, el material de soporte puede tomar contacto con la fuente de agua o estar alejado de ella. Generalmente, el material de soporte está dispuesto sobre el lado externo de los tubos formados por la membrana de polímero hidrófilo para protegerla mejor de la degradación física . La velocidad de pervaporación de agua a través de la membrana hecha de polímero hidrófilo depende, entre otros factores, del contenido de humedad del lado que no tiene contacto con el agua. Por lo tanto, los sistemas de irrigación de la presente invención son auto-regulantes y pueden ser "pasivos" por naturaleza, proporcionando más agua a las plantas en condiciones secas y menos en condiciones de
humedad . En el contexto de esta descripción, las membranas hidrófilas para utilizar con el aparato comprendido por la invención, comprende uno o más polímeros hidrófilos. La frase "polímeros hidrófilos" se refiere a polímeros que absorben agua cuando toman contacto con agua líquida a temperatura ambiente de acuerdo con la especificación de Internacional Standards Organization (Organización Internacional para la Estandarización) ISO 62 (equivalente a la especificación de American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) ASTM D 570). Una membrana hidrófila preferida comprende un polímero hidrófilo que tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua (WVTR, por sus siglas en inglés) de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) de, al menos, 400 gramos/m2/24 hrs, medida usando aire a 23°C y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 mts/seg en una película con un espesor total de 25 micrones. Una capa de membrana hidrófila más preferida comprende un polímero hidrófilo que tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW de, al menos, 3.500 gramos/m2/24 hrs, medida usando aire a 23°C y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 mts/seg en una película con un espesor total de 25 micrones. El polímero hidrófilo puede ser un solo polímero o
una mezcla de varios, por ejemplo, el polímero hidrófilo puede ser un elastómero de éster de copoliéter o mezcla de dos o más elastómeros de éster de copoliéter como describiremos más adelante, por ejemplo, los polímeros comercializados por E. I. du Pont de Nemours and Company con el nombre comercial Hytrel®; o un poliéter poliamida de bloque o mezcla de dos o más poliéteres poliamidas de bloque como los comercializados por El f -Atochem Company of Paris, Francia, con el nombre comercial de PEBAX; o un poliéter uretano o mezcla de poliéter uretanos; u homopo 1 ime ro s o copolímeros de alcohol de polivinilo o mezcla de homopo 1 ime r o s o copolímeros de alcohol de polivinilo . Un polímero particularmente preferido es un elastómero de éster de copoliéter o mezcla de dos o más de els elastómeros que tienen una multiplicidad de unidades éster de cadena larga y unidades éster de cadena corta recurrentes ligadas cabeza con cola mediante enlaces éster donde las unidades éster de cadena larga están representadas por la fórmula 0 O II II -OGO C-R-C (I) y las unidades éster de cadena corta están
representadas por la fórmula: 0 0
-ODO-C-R-C (II) donde : a) G es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos hidroxilo terminales de un poli (óxido alquileno) glicol que tiene un peso molecular promedio en número de alrededor de 400-4.000; b) R es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos carboxilo de un ácido dicarboxilico que tiene un peso molecular interior a 300; c) D es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos hidroxilo de un diol que tiene un peso molecular inferior a alrededor de 250; opcionalmente d) el éster de copoliéter contiene 0-68 por ciento en peso en base al peso total del éster de copoliéter, de grupos óxido de etileno incorporados a las unidades éster de cadena larga de éster de copoliéter; y e) el éster de copoliéter contiene alrededor de
-80 por ciento en peso de unidades éster de cadena corta. Este polímero preferido es adecuado para fabricar membranas, películas y recubrimientos delgados pero fuertes. Se conocen en la técnica el polímero, elastómero de éster de copoliéter y los métodos para prepararlos, como los descritos
en la Patente Estadounidense No. 4.725.481 para un elastómero de éster de copoliéter con una WVTR (por sus siglas en inglés) de 3.500 gramos /m2/24 hrs, o la Patente Estadounidense No. 4.769.273 para un elastómero de éster de copoliéter con una WVTR (por sus siglas en inglés) de 400-2.500 gramos/m2/24 hrs. Ambas, se incorporan aquí como referencia . Se puede preparar un polímero hidrófilo con estabilizadores antioxidantes, estabilizadores de luz ultravioleta, estabilizadores de hidrólisis, tinturas o pigmentos, agentes de relleno, reactivos anti-microbianos y sustancias similares. Es posible el uso de polímeros hidrófilos comercializados y disponibles como membranas en el contexto de la presente invención, sin embargo, se prefiere utilizar elastómeros de éster de copoliéter que tienen una WVTR (por sus siglas en inglés) de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) superiores a 400 gramos/m2/24 horas medida en un espesor de película de 25 micrones usando aire a 23°C y una humedad relativa de 50% a una velocidad de 3 mls/seg. Se prefiere más aún el uso de membranas preparadas con elastómeros de éster de copoliéter disponibles en el mercado que tienen una WVTR (por sus siglas en inglés) de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) superiores a 3.500 gramos/m2/24 horas medida en un espesor de película de 25
micrones usando aire a 23°C y una humedad relativa de 50% a una velocidad de 3 mts/seg. En el contexto de esta descripción, un "medio de crecimiento" es un medio en el que se desarrollan las raices de las plantas. Es decir, el término "medio de crecimiento" incluye los suelos naturales o modificados artificialmente utilizados en, sin limitarse a, agricultura, horticultura e hidropónicos . Estos suelos incluyen cantidades variables de arena, limo, arcilla y humus. El "medio de crecimiento" también incluye pero no está limitado a otros materiales utilizados para cultivar plantas como por ejemplo, la verniculita, perlita, turba, troncos de heléchos arborescentes desmenuzados, corteza de árbol desmenuzada o placa y cáscara de coco desmenuzada. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (18)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. - Un sistema de irrigación, caracterizado porque comprende una membrana hidrófila tubular corrugada enterrada en un medio de crecimiento.
- 2. - Un sistema de irrigación, caracterizado porque comprende una membrana hidrófila tubular helicoidal enterrada en un medio de crecimiento.
- 3. - El sistema de irrigación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la membrana hidrófila tubular corrugada tiene forma de hélice.
- 4. - El sistema de irrigación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la membrana hidrófila está revestida o adherida a un material de soporte.
- 5. - El sistema de irrigación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la membrana hidrófila comprende un polímero hidrófilo que tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua de acuerdo con AST E96-95 (Procedimiento BW) de, al menos, 400 gramos/m2/24 horas, medida usando aire a 23°C y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 mts/seg en una película con un espesor total de 25 micrones.
- 6. - El sistema de irrigación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la membrana hidrófila comprende un elastómero de éster de copoliéter o una mezcla de dos o más elastómeros de éster de copoliéter, un poliéter poliamida de bloque o mezcla de dos o más poliéteres poliamidas de bloque; un poliéter uretano o mezcla de dos o más poliéter uretanos; o un homopolimero o copolimero de alcohol de polivinilo o mezcla de dos o más homopolimeros o copolimeros de alcohol de polivinilo. 7. - El sistema de irrigación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la membrana hidrófila comprende un elastómero de éster de copoliéter o mezcla de dos o más elastómeros de éster de copoliéter que tienen una multiplicidad de unidades de éster de cadena larga y unidades éster de cadena corta unidades recurrentes ligadas cabeza con cola mediante enlaces éster, donde las unidades éster de cadena larga están representadas por la fórmula: 0 0
- -OGO-C-R-C (I) y las unidades éster de cadena corta están representadas por la fórmula:
- O O II II -OGO-C-R-C (II) donde : a) G es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos hidroxilo terminales de un poli (óxido alquileno ) glicol que tiene un peso molecular promedio en número de alrededor de 400-4.000; b) R es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos carboxilo de un ácido dicarboxilico que tiene un peso molecular interior a 300; c) D es un radical divalente remanente después de la remoción de los grupos hidroxilo de un diol que tiene un peso molecular inferior a alrededor de 250; opcionalmente d) el éster de copoliéter contiene 0-68 por ciento en peso en base al peso total del éster de copoliéter, de grupos óxido de etileno incorporados a las unidades éster de cadena larga de éster de copoliéter; y e) el éster de copoliéter contiene alrededor de 25-80 por ciento en peso de unidades éster de cadena corta. 8.- El sistema de irrigación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la membrana hidrófila comprende un elastómero de éster de copoliéter que tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua de acuerdo con ASTM E96-95 (Procedimiento BW) superior a los 400 gramos/m2/24 horas, medida en un espesor de película de 25 micrones, usando aire a 23°C y una humedad relativa del 50% a una velocidad de 3 mts/segs.
- 9.- Un método para irrigar un medio de crecimiento, caracterizado porque comprende hacer pasar el agua desde una fuente de agua a través de una membrana hidrófila tubular corrugada enterrada en un medio de crecimiento, de manera tal que el agua pase a través de la membrana hidrófila y dentro del medio de crecimiento.
- 10.- Un método para irrigar un medio de crecimiento, caracterizado porque comprende hacer pasar el agua desde una fuente de agua a través de una membrana hidrófila tubular helicoidal enterrada en enmedio de crecimiento, de manera tal que el agua pase a través de la membrana hidrófila y dentro del medio de crecimiento.
- 11. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 10, caracterizado porque el agua de la fuente de agua penetra en la membrana hidrófila, se transporta de la membrana y, subsiguientemente, sale desde la cara opuesta de la membrana en forma de vapor de agua.
- 12. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque los extremos de la membrana tubular no están sellados y donde el agua fluye a través del tubo sin tener que quitarlo del medio de crecimiento.
- 13. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque la fuente de agua comprende impurezas seleccionadas entre impurezas disueltas, impurezas suspendidas, contaminantes o materiales biológicos y donde las impurezas están contenidas dentro de la membrana tubular y no penetran al medio de crecimiento.
- 14. - El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la fuente de agua comprende sal.
- 15. - El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque la membrana hidrófila es de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8.
- 16. - Una membrana hidrófila tubular para enterrar en un medio de crecimiento, caracterizada porque le da forma de hélice al tubo.
- 17. - La membrana hidrófila tubular de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque el tubo está corrugado y el tubo corrugado tiene forma de hélice.
- 18. - La membrana hidrófila tubular de conformidad con la reivindicación 16 ó 17, caracterizada porque es de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8.
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