ES2386133A1 - Baliza de monitorizacion de la calidad de agua - Google Patents
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Abstract
Baliza de monitorización de la calidad de agua.Baliza para monitorizar la calidad del agua y alertar de la presencia de componentes no deseados, supervisar el comportamiento medioambiental de forma remota y autónoma. Cuenta con un módulo de comunicaciones y un módulo de toma y análisis de muestras.
Description
- BALIZA DE MONITORIZACIÓN DE LA CALIDAD DE AGUA
- SECTOR DE LA TÉCNICA
- 5
- La presente invención pertenece a los sistemas de de control y de análisis de aguas, con recogida y gestión de información.
- ESTADO DE LA TÉCNICA
- 1O 15
- En el estado de la técnica existen sistemas de análisis microbiológicos fijos, que requieren un gran espacio para su instalación y un gran coste energético. Además de estar ubicados en una localización determinada sin flexibilidad para su empleo en zonas alejadas de la costa o en lugares donde se interese medir la calidad del agua sólo eventualmente. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
- 20
- Se han identificado diversas carencias en los dispositivos conocidos del estado de la técnica. Entre otros problemas, la necesidad de embarcación, los múltiples equipos de trabajo, los datos puntuales y discontinuos y la restricción espacial.
- La presente invención, mediante las características reivindicaciones, supera las desventajas mencionadas.
- enumeradas en las
- 25 30
- Para ello, dispone de un sistema autónomo con comunicación remota continua. Es de gran importancia que el sistema sea flexible en la integración de nuevos equipos, para ser capaz de ampliar la oferta de parámetros medibles. Esto hace que se tengan que usar varios protocolos de comunicación internos para implementar las comunicaciones desde el sistema central a cada uno de los equipos. Otro punto importante en un sistema autónomo es la gestión de energía, por lo que en el sistema se ha implementado una gestión de conexión y desconexión de equipos para que únicamente estén funcionando cuando realmente estén trabajando.
- 35
- La implantación de un sistema telecontrol aumenta la eficiencia y la fiabilidad resultados. Además permite gran velocidad de reacción y una reducción de costes. de
- BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
- FIG. 1 muestra una realización de la invención según una vista inferior donde se
- pueden apreciar:
- Un sensor de oleaje (3), una batería (4 ), un recipiente o bidón residual (1) para
- 5
- albergar residuos generados por un sensor microbiológico (5) no mostrado en esta
- figura 1. Un tubo Salida FQ (2) que permite el contacto con el agua por su interior. Se
- usa para situar sensores en aguas continentales, costeras y de transición capaces de
- analizar parámetros fisicoquímicos del agua. Como el extremo superior está por
- encima de la línea de flotación de la boya, el agua no es capaz de acceder al cilindro
- 1 O
- donde se ubican los dispositivos.
- FIG. 2 muestra una realización de la invención con una vista a media altura donde se
- pueden apreciar:
- El sensor microbiológico (5), unas botellas (6) con los productos químicos y el sistema
- 15
- de control (7).
- FIG. 3 muestra un ejemplo de esquema de circuito hidráulico donde aparecen: unos
- filtros (1 O, 24,25, 26,27, 28) para la toma de aire y de diversos compuestos químicos
- que son bombeados por una bomba peristáltica (22) y mezclados selectivamente
- 20
- gracias a una válvula múltiple (21) con varias entradas y una salida en una cubeta
- (14). En dicha cubeta (14) se analiza la muestra (23) de agua extraída gracias a la
- bomba (22) y a la actuación de su válvula (23) asociada. En caso de exceso de líquido
- en la cubeta hay prevista una segunda bomba (12) diseñada para evacuar los
- desechos a un bidón residual (13).
- 25
- FIG. 4 ilustra un ejemplo de carcasa donde se muestran la ubicación para los paneles
- solares (9).
- DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN
- 30
- Preferentemente, la baliza está formada por P.R.F.V. (Poliéster Reforzado en Fibra de
- Vidrio). Es un material compuesto, constituido por una estructura resistente de fibra de
- vidrio. El refuerzo de fibra de vidrio, provee al compuesto de resistencia mecánica,
- estabilidad dimensional, y resistencia al calor. Los tratamientos de pintura a los que se
- 35
- somete la carcasa aportan resistencia química, dieléctrica y a la intemperie.
- En una realización preferente de la invención, el armazón de la boya consta de tres
- piezas bien definidas de P.R.F.V. tal como muestra la Figura 5.
- -Dos mitades semicirculares a modo de carcasa que forman una esfera achatada de
- 250 cm de diámetro y 135 cm de altura aproximadamente.
- 5
- -Un cilindro vertical que atraviesa transversalmente las dos carcasas y en cuyo
- extremo inferior van 4 cadenas de acero inoxidable y que salen de la baliza por la
- parte inferior a modo de patas y es por donde se fondean. En la parte inferior del
- cilindro se mecanizan unos agujeros que actúan como pasacascos y permiten el paso
- de los cables o tubos para los equipos que se ubican en el exterior.
- 1 O
- Una tapa plana de P.R.F.V. , que está agujereada en 20 puntos en los que se acopla a
- los 20 espárragos que salen de la parte superior de la baliza. Dispone de una escotilla
- situada en el centro de la misma.
- Cada baliza lleva 6 paneles solares a lo largo de toda la circunferencia. Van acoplados
- a sus respectivos cajones de medidas iguales a las del panel y conectadas a las
- 15
- baterías por cables internos.
- El sistema dispone de una batería principal, pudiendo disponer de otra auxiliar
- dependiendo de la ubicación donde va a ser usado el sistema analítico.
- Disposición de los equipos en el interior de la baliza
- 20
- Los equipos se disponen en el interior de la baliza en dos alturas. Unos se fijan en el
- suelo y otros se fijan en la pared de la baliza según se muestra en la figura 1.
- En el suelo se fija un bidón residual como recipiente (13) que recoge los residuos
- generados por el sensor microbiológico, un tubo que alberga el sensor fisicoquímico
- (2) en su interior, un sensor de oleaje (3) que se sitúa en el centro de la baliza y una o
- 25
- dos baterías (4) según la instalación.
- A las paredes de la baliza se fija el sensor microbiológico (5), encima de los
- recipientes fijados en el suelo, a su derecha se fijan las botellas (6) con los productos
- químicos necesarios para el funcionamiento del sensor (5) y se fija también en las
- paredes de la baliza el sistema de control.
- 30
- Sistema de control
- Esta compuesto por un conjunto de componentes electrónicos (7) que se encargan de
- controlar la comunicación con los diversos equipos instalados en la baliza.
- Además dispone de un módem que le permite acceder a la red a través de tecnologías
- 35
- inalámbricas como GPRS o UMTS para volcar los datos que consigue en tiempo real.
- Este sistema es configurable remotamente y permite controlar los tiempos de
- adquisición de datos por cada sensor así como apagar y encenderlos.
- Sensor microbiológico
- 5
- El sensor es capaz de cuantificar los organismos Escherichia coli y Enterococos
- intestinales. También clorofila y algas verdeazuladas.
- El método utilizado para la determinación analítica de Escherichia coli y Enterococos
- se basa en la utilización de medios de cultivo que llevan incorporados sustratos
- 1 O
- fluorogénicos. Dichos sustratos son hidrolizados por enzimas altamente específicas
- del grupo enterococos (E. faecium y E. fecales) y de E. coli, liberando al medio
- moléculas fluorescentes.
- La fluorescencia es un proceso de emisión en el cual las moléculas son excitadas por
- la absorción de radiaciones del tipo ultravioleta. Las especies excitadas se relajan al
- 15
- estado fundamental, liberando su exceso de energía en forma de fotones.
- Un ejemplo de sensor microbiológico está representado en el diagrama hidrostático de
- la Figura 3. Se compone de:
- -Dos bombas peristálticas (12,22) con posibilidad de girar en ambos sentidos. Que las
- 20
- bombas sean peristálticas es importante para nuestro sistema, para que el fluido que
- bombea no esté en contacto con la bomba, si no que siempre esté en contacto con el
- tubo. De esta forma se evitará la contaminación y se evitaran problemas relacionados
- con la erosión derivada de la utilización de los productos químicos que manejamos.
- -Cinco electroválvulas. En el ejemplo ilustrado, cuatro de ellas (v1, v2, v3, v4) están
- 25
- integradas en forma de cruz en un dispositivo multiválvula (21 ), con 4 entradas y 1
- salida. Cada una de estas cuatro válvulas controla la adquisición de aire (16), sosa
- (25), agua destilada (18) y reactivo (19) respectivamente. Por otro lado tenemos la
- electroválvula v5 (23) que controla la toma de muestra (20). La alimentación para las
- electrovávulas y para bombas es preferentemente de 12Vcc.
- 30
- -Una cubeta (14) donde se realiza el cultivo biológico. La cubeta tiene las siguientes
- entradas y salidas:
- -Dispone de una entrada procedente de de la primera bomba (22), por esta entrada se
- introducen todos los fluidos en la cubeta (14 ). Una salida por donde la segunda bomba
- (12) actúa y evacua el líquido de la cubeta (14) a un bidón residual (13). Y por último
- 35
- tiene una tercera conexión a un recipiente de rebose (15). Se utiliza como línea de
- evacuación en el caso de que la cubeta (14) se llene por encima de su capacidad.
- Esta línea como se puede apreciar en el esquema (Fig.3) se conecta aguas abajo con
- el recipiente de rebose (15) y por la parte superior a la atmósfera, con un filtro previo
- (11 ).
- Sistema de Control y Adquisición
- 5
- El sistema de control está compuesto por dos microcontroladores, los cuales se
- encargan de controlar el circuito hidráulico, el sistema óptico, sistema de
- calentamiento y la adquisición de señales analógicas.
- El primer microcontrolador se encarga de gobernar las cinco electroválvulas, las dos
- 1O
- bombas peristálticas (12,22), sensor de rebose y caudalímetro. De esta manera se
- implementan las diferentes fases que intervienen en el proceso de toma muestra,
- lavado y vaciado. Combinando estos actuadores se logra introducir selectivamente, y
- dosificar líquido en la cubeta (14) de los diferentes líquidos de los que se compone el
- sistema. De la misma forma se vacía la cubeta (14).
- 15
- El segundo microcontrolador se encarga de controlar el sistema óptico, mediante la
- actuación en los leds de medición y comprobación. Por otro lado este controlador
- también se encarga de controlar la temperatura de la cubeta, mediante un lazo de
- control realimentado, el cual tiene como actuador una peltier. Este microcontrolador es
- el responsable de la adquisición de las señales analógicas del sistema óptico:
- 20
- fluorescencia, temperatura y de presión en la cubeta.
- Los diferentes sensores permiten evaluar cualquier funcionamiento anómalo del
- sensor, como puede ser una mala dosificación, una obturación del circuito hidráulico o
- un fallo en el sistema óptico.
- Cada dispositivo dispone de su propio protocolo de comunicación. Por lo tanto es
- 25
- necesario disponer de un sistema de control capaz de comunicar con cada uno de
- ellos y que disponga a su vez conexión con el exterior mediante alguna tecnología sin
- cable.
- En una realización, el sistema de control está formado además por:
- -Una placa embebida con un Sistema Operativo Windows CE 5.0 o Debian
- 30
- GNU/Linux 5.0 (lenny) según las necesidades del sistema.
- -Un sistema electrónico encargado de administrar y transformar los diferentes
- potenciales eléctricos y controlar el apagado y encendido de los dispositivos.
- -Un sistema de comunicación inalámbrico que puede ser mediante Radio, GSM o
- GRPS.
- 35
- Para integrar múltiples dispositivos y automatizar el proceso de toma de muestras para
- análisis, la adquisición de datos y el envío de resultados se definen varias etapas:
- Configuración: El sistema de control se configura para adquirir datos a intervalos
- regulares de tiempo.
- Adquisición: El sistema de control averigua que dispositivos están conectados y
- configurados, se comunica con ellos a través de su protocolo de comunicación y
- 5
- registra los datos obtenidos.
- Envío: El sistema de control se puede configurar para que mande los datos adquiridos
- cada cierto tiempo o bien se le puede pedir que los adquiera en cualquier momento
- que se desee.
- 1 O
- Referencias:
- 1 carcasa
- 2 sensor físico-químico
- 3 sensor oleaje
- 4 batería
- 15
- 5 sensor microbiológico
- 6 botellas
- 7 componentes electrónicos
- 8 panel solar
- 9 paneles solares
- 20
- 1 O entrada aire
- 11 filtro
- 12 segunda bomba
- 13 recipiente residual
- 14 cubeta o recipiente de análisis
- 25
- 15 recipiente de rebose
- 16 entrada aire
- 17 recipiente con sosa
- 18 recipiente con agua destilada
- 19 recipiente con reactivo
- 30
- 20 entrada agua de mar
- 21 multiválvula de cuatro entradas y una salida
- 22 primera bomba
- 23 electroválvula de la muestra
- 24 25 26 27 filtro
Claims (5)
- REIVINDICACIONES
- 5 1 O 15
- 1.-Baliza de monitorización de la calidad de agua que comprende una pluralidad de recipientes (14, 17, 18, 19,20), al menos una bomba (22) conectada con dichos recipientes a través de una pluralidad de válvulas (21 ,23) caracterizada por que comprende además: -un sensor microbiológico (5) para analizar mediante uno de los recipientes (14), dicho recipiente denominado cubeta (14) estando diseñada para albergar una muestra de agua (20) y unos componentes químicos a través de la actuación combinada de la bomba (22) y de las válvulas (21 ,23) conectadas con los recipientes (17, 18, 19) que contienen los componentes químicos, -un sensor físico-químico (2) configurado para detectar diferentes parámetros a cierta profundidad con respecto a la superficie de la masa de agua; -unos medios de control y adquisición (7) configurados para controlar selectivamente la actuación de las válvulas (21 ,23) y bomba (22) y de recoger los datos proporcionados por los sensores en un medio de almacenamiento, -los medios de control y adquisición (7) configurados para controlar un módulo de comunicación para comunicar datos.
- 20
- 2.-Baliza de acuerdo con la reivindicación 1, donde el sensor físico-químico (2) está configurado para detectar al menos uno de los siguientes parámetros: temperatura, conductividad, pH, salinidad, oxígeno disuelto, turbidez, clorofila, algas verdeazuladas o una combinación de los anteriores.
- 25
- 3.-Baliza de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, donde el sensor microbiológico (5) está configurado para cuantificar al menos uno de los siguientes organismos: Escherichia Coli, Coliformes y/o Enterococos.
- 30
- 4.-Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de control y adquisición están configurados además para controlar una segunda bomba (12), dicha bomba (12) conectada con la cubeta (14) para extraer su contenido a un recipiente de desecho (13) de acuerdo con la señal de un sensor de rebose.
- 35
- 5.-Baliza de acuerdo con la reivindicación 4, donde los medios de control adquisición están configurados para controlar la primera bomba (22) y electroválvulas (21) para lavar y vaciar la cubeta (14). y la
- 6.-Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de control (7) comprenden un controlador configurado para adquirir señales analógicas de unos sensores de presión, temperatura y fluorescencia.5 7.-Baliza de acuerdo con la reivindicación 6, donde dicho controlador está configurado además para controlar la temperatura mediante un controlador de refrigeración peltier.
- 8.-Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, 1 O caracterizada por que el módulo de comunicación está configurado para implementar un sistema de localización por satélite.
- 9.-Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el módulo de comunicación está configurado para transmitir y15 recibir bajo al menos una de las siguientes tecnologías: -GSM -GPRS -radioo una combinación de las anteriores.20 10.-Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende además un sensor de oleaje (3).
- 11.- Baliza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
25 caracterizada por que comprende además una carcasa (1) y una pluralidad de paneles solares (8) ubicados en la parte no sumergida de dicha carcasa (1) y conectados a unas baterías(4) para suministrar alimentación a los dispositivos eléctricos.
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Cited By (1)
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