REGULABLE

DESCRIPCIÓN

Aspersor rotativo con velocidad de giro regulable

OBJETO DE LA INVENCION

La presente memoria descriptiva define un aspersor rotativo constituido por un conjunto de piezas que permiten que la velocidad de giro que sea regulable, para lo cual se destaca que dicho conjunto dispone de un depósito rellenable con polímero regulador de velocidad y un eje de giro con una pluralidad de aspas con los que se puede producir mayor o menor fricción y con ello elevar o disminuir la velocidad de giro, sin que ello afecte al alcance efectivo de riego ni el caudal de riego.

El campo de aplicación de la invención es el del sector del riego por aspersión, tanto para campos de cultivo como para campos recreativos o deportivos, y la multitud de tipologías de aspersores preferentemente los rotativos.

ANTECEDENTES

Un aspersor es un dispositivo mecánico con el que se consigue expulsar o lanzar agua en forma de rocío o agua pulverizada a cierta distancia. Dependiendo de la boquilla, el ángulo de disparo y la presión de salida, se define la eficiencia del aspersor en cuestión. Dentro de los diferentes tipos de aspersores nos encontramos a los aspersores rotativos o giratorios, con los que se consigue ampliar el área de riego, que basan el giro de su cabezal en tomar la energía de la presión del líquido previo a ser expulsado al exterior. Todos estos dispositivos son ampliamente conocidos por el público en general y se pueden ver en jardines, áreas deportivas y recreativas, y en zonas de cultivo, y al ser un dispositivo muy extendido por todo el mundo, ha sufrido sensibles mejoras a lo largo de los últimos años. A parte de las mejoras en los materiales y diseños iniciales de este tipo de dispositivos, las innovaciones en este campo han ido dirigidas al intento de regular los parámetros que definen la expulsión del chorro de agua.

Cara a regular la expulsión del agua se destaca que hay diferentes registros que presentan una serie de elementos internos cuya función es la de retardador o interruptor de la corriente del agua. En este sentido se destaca el registro US5372307 de Nelson Irrigation Corporation que define un aspersor con una pluralidad de elementos que encajan en forma de engranaje y que dependiendo del ajuste que se agua en ese engranaje permiten un mayor o menor flujo de agua; el registro EP1849526 también de Nelson Irrigation Corporation que define un aspersor giratorio con un interruptor de corriente o retardador compuesto por una pluralidad de levas y lóbulos que encajan entre sí e interrumpen el flujo de agua, que dependiendo de dicho encaje, el cual puede ser aleatorio o fijado, genera patrones de expulsión; o el registro EP1227893 de Hunter Industries que define un aspersor rotativo que regula el caudal de expulsión por medio de piezas ajustables en su eje, las cuales pueden ser manipuladas, de tal manera que encajan entre sí a modo también de engranaje y permite regular el flujo de expulsión. La presente invención que en esta memoria se describe no tiene como objeto el regular la expulsión del chorro alterando el flujo interior del agua dentro del aspersor, sino que el objetivo es regular la velocidad de giro del aspersor para lo cual se utiliza el flujo interior del agua, y por tanto los componentes de esta tipología de aspersores difiere de aspersor objeto de esta patente.

En la búsqueda de generar una solución que permita regular la expulsión final del chorro del agua se puede destacar una solución consistente en canalizar el agua previo a la expulsión mediante diferentes conductos, canales o salidas. En este sentido destacamos los registros US4932590 de Edwin Hunter que define un aspersor giratorio con una pluralidad de conductos y aros que generan múltiples corrientes de agua con las que se regula el chorro de expulsión, debiendo ubicar en el eje interno del dispositivo un elemento elástico de amortiguación para contrarrestar las tensiones internas generadas por dichas corrientes; el registro US 8282022 de Hunter Industries en el que se mejora este dispositivo mediante un elemento de múltiples boquillas con sus múltiples canales diseñado que optimiza hidráulicamente la salida del chorro del agua y a su vez limita las tensiones; el registro CN100448549 que define un aspersor con múltiples canales con un disco de fricción interior y almohadillas; los registros US8925837 o US8672242 de Rain Bird que definen aspersores que basándose en este concepto y métodos de control asociados a esos aspersores en concreto; o diferentes modalidades de aspersores de la tipología de mariposa basados en este concepto y comercializados por las casas Agrodrip o Naandanjain. La presente invención descrita en esta memoria no tiene como objetivo el utilizar el flujo interno del agua para generar el movimiento del cabezal con un sistema de múltiples canales y diversas boquillas, sino que el objetivo es regular la velocidad de giro del aspersor independientemente del número de boquillas y el medio de unión entre el eje y la boquilla, y por tanto los componentes de esta tipología de aspersores difiere de aspersor objeto de esta patente.

Por otro lado, en la búsqueda de regulación de otros parámetros de expulsión se destaca el registro EP1818104 de Hunter Industries que define un aspersor en el que la combinación de boquilla y deflector del chorro crea un patrón de expulsión y una regulación del caudal interior; el registro US7597273 de Rain Bird que define un aspersor en el que se controla la velocidad mediante la regulación del golpe del chorro contra las paletas que hacen que gire el cabezal; el registro WO2008/04734 de Metafim que define un aspersor giratorio con ejes intercambiables y ensamblables en diferentes posiciones con los que se consigue regular el caudal interior y el grado de expulsión del chorro; el registro EP1741492 de Rain Bird que define un aspersor cuyo eje está configurado por un miembro desplazable con válvulas de derivación que desplaza el agua hacia las salidas, requiriendo de respiradores que controlen la presión; o el registro US6244521 de Nelson Irrigation Corporation en el que se incluye un elemento de rotación en el interior del eje a modo de rotor o engranaje, que si bien su función no es la de retardar, si consigue que se altere el flujo de agua y se regule el radio de descarga. Estas soluciones definen un tipo de aspersores que con los que se consiguen regular dos aspectos importantes de la expulsión, que son el patrón y el caudal de expulsión, pero con los que no se consigue la regulación de la velocidad de giro, lo cual es el objeto del aspersor objeto de esta memoria, y por tanto los componentes de esta tipología de aspersores difiere de aspersor objeto de esta patente. Finalmente se destaca una solución cuyo objetivo es regular la salida del chorro expulsado, en el que destacamos el registro US7322533 de Glendale Grizzle que define un tipo de aspersor de flujo giratorio que tiene un anillo deflector regulable que permite modificar el número de ranuras de salida de agua y por tanto regular la expulsión; el registro WO2011/002928 de Rain Bird que define un anillo deflector con un mecanismo de ajuste diferente del anterior; o el registro US8297533 de Hunter Industries en el que dicha anillo dispone de una placa ajustable manualmente. Tal como se ha adelantado, el objetivo es regular la salida del chorro por medio del ajuste del número de puntos de salida, lo cual afecta a la velocidad de giro de rotación, pero esto no hace que se regule dicho giro, sino que es un efecto de la regulación del número de puntos de salida. En la presente memoria descriptiva se define un aspersor con el que se regula dicha velocidad, y para ello no es preciso variar el número de puntos de salida, por tanto los componentes de esta tipología de aspersores difiere de aspersor objeto de la presente memoria descriptiva. Pues bien, no cabe duda que todos los anteriores registros y ese tipo de aspersores asociados a esos registros generan una serie de ventajas y mejoras, pero no se ha desarrollado un aspersor rotativo en el que se regule la velocidad de giro, y en ningún caso se ha desarrollado una solución en la que se incluya en el interior del cuerpo del aspersor un depósito rellenable con polímero o elemento viscoso regulador de velocidad y un eje de giro con una pluralidad de aspas con los que se puede producir mayor o menor fricción y con ello elevar o disminuir la velocidad de giro. Esta solución implica un menor número de componentes dentro del aspersor, con las mejoras económicas de producción que ello conlleva. Es por todo ello, que la presente invención constituye en dispositivo que se diferencia de cualquier aspersor registrado y comercializado, introduciendo en el sector una solución innovadora y totalmente diferenciada de las existentes.

DESCRIPCIÓN DEL INVENTO

La presente invención define un tipo de aspersor rotativo, preferentemente del tipo mariposa, y que pueden ser utilizado para cualquier tipología de riego. Está constituido por un conjunto de piezas que permiten que la velocidad de giro sea regulable sin que ello afecte al alcance efectivo de riego ni el caudal de riego. En este sentido, el aspersor objeto de esta memoria descriptiva está pensado para tener un alcance efectivo de riego de entre 10 y 25 metros y un caudal de riego de entre 350 y 3000 litros/hora.

Su funcionamiento de giro se fundamenta en los momentos de giro producidos por boquilla y el caudal de agua que circula por su interior, que viene determinado por la presión de entrada de agua y por el diámetro de salida de la pieza base soporte del aspersor. Para conseguir regular la velocidad de giro se ha implementado un eje de giro con una determinada geometría que procedemos a describir a continuación y que mediante la introducción del mismo en una pieza de regulación de velocidad y el empleo de un polímero o resina reguladora de velocidad conseguimos la velocidad de giro adecuada. A su vez, accionando la pieza de regulación de velocidad se consigue aumentar o disminuir la velocidad de giro al provocar que las aspas del eje de giro tengan mayor o menor contacto con la resina reguladora de giro.

Para ello, previamente se ha llevado a cabo una labor de investigación y estudio, en la que se analizó las diferentes posibilidades y diseños del eje para que el aspersor rotativo tuviera una velocidad de giro regulable, siendo la velocidad de partida o marcada como referencia, entorno a 40s. /vuelta. Tomando como dato de partida esta velocidad de 40s. /vuelta, y la posibilidad de regular la velocidad, se planteó la idea de introducir un elemento móvil dentro de una superficie viscosa, por lo que se pensó en un depósito que pudiera contener un polímero o resina con una determinada densidad, y una parte móvil que girara en el interior del depósito cuya configuración generara un rozamiento. Por ello se llegó a la conclusión de un eje óptimo compuesto por varios niveles de aspas, que sobresalen radialmente del eje vertical, y que dependiendo de la altura del nivel de la resina, genera un mayor o menor rozamiento sobre las aspas y permite regular la velocidad de giro. Precisamente, el eje posee varios niveles de aspas para poder realizar diferentes variaciones de velocidad. Los estudios a su vez demostraron que la variación de la velocidad de giro a velocidades menores aporta mayor cantidad de agua en menos tiempo para el riego de cultivos, por tanto, se estudiaron las diferentes configuraciones y formas de aspas en los distintos niveles para buscar reducir la velocidad de giro del aspersor y por tanto poder modificar y regular la cantidad de agua aportada al cultivo por unidad de tiempo. Los resultados del estudio plantearon que podía haber entre 1 y 4 niveles, siendo la solución óptima dos niveles de aspas. Se ha analizado que las aspas deben tener sus caras en ángulos planos, dado que crear ángulo a dichas caras no aumentaba la fricción, sino que se ha estudiado que la fricción aumenta dependiendo del número de niveles de aspas que estén en contacto con la resina. El contacto de las aspas con la resina crea un movimiento de la resina irregular y genera por tanto un rozamiento mayor cuando queremos disminuir la velocidad al máximo. En concreto se han obtenido rozamientos que hace variar la velocidad entre un 10-20% de la marcada velocidad de partida de 40s. /vuelta. Teniendo en cuenta estos aspectos técnicos, procedemos a definir las diferentes partes del aspersor rotativo.

Se define un cuerpo principal, denominado cuerpo aspersor, que es la pieza que hace de carcasa y de soporte del depósito regulador de velocidad que contiene la resina reguladora de giro. La carcasa posee pluralidad pilares de unión entre la parte superior y la parte inferior, y tiene esa pluralidad pilares de sujeción porque tiene que romper el chorro de la salida de la boquilla giratoria, consiguiéndose con esta rotura que el riego mejore en las zonas próximas a la colocación del aspersor rotativo. Se ha estudiado que el número preferente de pilares es de cuatro, y tienen una forma estrecha para que la rotura del chorro sea lo más corta posible. El cuerpo aspersor lleva una rosca en el interior de la zona superior para poder modificar la altura del depósito regulador de velocidad así poder modificar la velocidad de giro del aspersor rotativo. La parte fija es el eje de giro y el depósito regulador de velocidad, siendo el movimiento en sentido vertical (eje Y), mediante la rosca. Al deslizar el depósito sobre la rosca este se deslizará bajando o subiendo su posición. El aspersor dispone de una base soporte, la cual tiene el encaje propio para clipar sobre el cuerpo aspersor. La base soporte tiene un orificio central con entrada cónica que es por donde circula el agua que viene de la tubería. Es de esta manera para que no se rompa el flujo laminar generado en la parte final de la tubería antes de entrar en el aspersor rotativo. La base soporte posee en la parte inferior una rosca para encajar en la tubería, la cual permite la conexión con tuberías de Gl/2" y G3/4". El orificio de salida de la base soporte es el que nos da el caudal y presión de funcionamiento del aspersor. Fijado sobre el soporte, se ubica la boquilla giratoria, que es una pieza muy importante dentro del conjunto de aspersor rotativo, la cual puede ser diseñada para ser una pieza intercambiable dependiendo de especificaciones de velocidad de giro y de presión de entrada en el aspersor. Interiormente, esta boquilla tiene cierta inclinación respecto al plano vertical y es con esta inclinación con la que se consigue mayor o menor velocidad de giro, dado que aumenta o disminuye la fuerza lateral que ejerce el agua en su recorrido. Estas inclinaciones están dentro de un rango de entre 8 y 20°. A su vez, esta boquilla tiene dos salidas de agua, habiendo una boquilla principal y otra secundaria, con las que se consigue que pueda variarse el caudal final de salida. La forma la boquilla en la salida principal es redondeada pero no circular para que se consiga una mayor uniformidad de riego, mientras que la boquilla secundaria si es de forma circular. A su vez se tiene una combinación de salidas con las que se consigue regular la velocidad de giro y el caudal de riego.

Sobre la boquilla nos encontramos con el depósito regulador de velocidad, protegido dentro de la carcasa o cuerpo del aspersor, que contiene en su interior la resina reguladora de giro que hace fricción en contacto con las aspas del eje de giro. Esta pieza lleva una rosca que coincide con la realizada en el cuerpo aspersor. El regulador de velocidad además lleva las juntas y retenes necesarios para evitar que la resina reguladora de giro se derrame al exterior o que el agua se introduzca en el interior y varíe la composición de dicha resina. El retén es de doble labio y de material elastómero para evitar posibles fugas de la resina. La resina reguladora de giro con la que se consigue regular la velocidad de giro del aspersor, que es un polímero, es un fluido sintético de alto peso molecular y alta adherencia, que tiene un rango óptimo de viscosidad dinámica (a 25°) entre 450.000 y 850.000 mPas, y que puede llevar incorporado un espesante, siendo este preferentemente de naturaleza inorgánica. El polímero o resina se inyecta en el depósito mediante una máquina con presión de aire y control de cantidad.

Dentro del depósito regulador de velocidad, y tal como se ha adelantado, nos encontramos el eje de giro. Este eje es una pieza de unión entre la boquilla giratoria y el cuerpo aspersor, y mediante un elemento esférico realiza un movimiento giratorio arrastrado por la boquilla giratoria y unida al cuerpo aspersor. Se ha realizado este tipo de unión para que el movimiento del eje no desgaste la zona de unión y porque no se necesita que se genere un rozamiento excesivo que varíe la velocidad. El eje posee unas aspas que son las partes que hacen resistencia al contacto con la resina mientras el eje está en movimiento. Estas aspas generan un rozamiento que hace variar la velocidad dependiendo del nivel de resina reguladora de giro en el depósito regulador de velocidad. El eje es un cuerpo cilindrico macizo, con disposición vertical, del que sobresalen las citadas aspas en sentido radial y horizontal. Estas aspas se distribuyen radialmente en una pluralidad de niveles, estando dentro del rango entre 1 y 4 niveles, y siendo el número óptimo de niveles de dos. A su vez, el número de aspas dentro de cada nivel puede variar, estando dentro de un rango de entre 2 y 5, siendo el número óptimo de aspas en cada uno de los niveles de 3. Estas aspas son cuerpos paralelepípedos rectangulares con las caras planas. El desplazamiento del depósito regulador de velocidad sobre el cuerpo aspersor hace que el nivel de la resina llegue al primer nivel a una de los niveles de las aspas, produciendo mayor o menor fricción y con ello mayor o menor velocidad de giro.

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de la misma un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: Fig.1.- Representación en perspectiva del conjunto del aspersor rotativo.

Fig.2.- Representación en perspectiva del despiece del conjunto del aspersor.

Fig.3.- Representación en perspectiva de una sección transversal del aspersor.

Fig.4.- Representación de un alzado del conjunto.

Fig.5.- Representación de una sección longitudinal A-A de la Fig.4. Fig.6.- Representación de una sección transversal B-B de la Fig.4.

Fig.7.- Representación en perspectiva del eje de giro.

Fig.7.1.- Representación de una vista aérea del eje de giro de la Fig.7.

Fig.7.2.- Representación del alzado del eje de giro de la Fig.7. Fig.7.3.- Representación de una sección longitudinal A'- A' de la Fig.7.2. Descripción de los dibujos

Como se puede observar en las Figuras 1 a 4, el aspersor rotativo está compuesto fundamentalmente de una base soporte (1) en su parte inferior, que permite la conexión con las tuberías y conductos de alimentación de agua, una boquilla giratoria (2), y un cuerpo aspersor (3) que alberga el depósito regulador (4) que contiene tanto la resina (5) como el eje de giro (6), protegido y aislado con un retén (7), de tal manera que la unión del conjunto se consigue mediante el encaje o clipación de la base soporte (1) y el cuerpo aspersor (3) que dejan cerrada la boquilla giratoria (2).

En concreto, la base soporte (1), tiene el encaje propio para clipar en el cuerpo aspersor, que como se observa en la Fig.2 es mediante una pluralidad de pestañas (11). Esta base soporte (1) tiene un orificio central (12) con entrada cónica (120) para la conexión con la tubería de alimentación de agua, generalmente de Gl/2" y G3/4"; y a su vez, la base soporte (1) posee en la parte inferior una rosca (13) para encajar dicha tubería de alimentación. En la superficie superior de la base, en la salida del orificio central y para dar continuidad al agua proveniente de la tubería de alimentación, hay un reborde (121) y una zona rebajada (122), a forma de conexión hembra, que facilita el encaje de la boquilla giratoria (2). La boquilla giratoria (2) es una pieza del conjunto que como se acaba de describir, se ubica sobre la base soporte (1). Dicha boquilla giratoria tiene un oficio central (22) o conducto central por donde accede el agua. Dicho orificio central, en su cara inferior tiene a su vez una protuberancia (220) a modo de conexión macho, que facilita el encaje con la zona rebajada (122) de la base soporte (1). La boquilla y el conducto, se observa en las Figuras 3 y 5, tienen cierta inclinación respecto al plano vertical, siendo estas inclinaciones dentro de un rango entre 8 y 20°. La boquilla giratoria (2) tiene dos salidas, siendo una salida la principal (20) y la otra la secundaria (21). Esto implica que el orificio (22) o conducto central que alimenta la salida principal (20), tiene una ramificación (23) que alimenta la salida secundaria (21). Aunque no se puede advertir en la Figura 6, la forma la boquilla en la salida principal (20) es redondeada pero no circular para que se consiga una mayor uniformidad de riego, mientras que la boquilla secundaria (21) si es de forma circular. En la partes superior de la boquilla hay un tetón (24) a modo de conexión macho, que sirve para unir y fijar la boquilla giratoria (2) con el eje de giro (6).

Por otro lado, el cuerpo aspersor (3) como se observa en las Figuras 1 a 5, encaja con la base soporte (1) y fija la boquilla giratoria (2) cerrando el conjunto. En la parte inferior hay una muesca (30) que permite la unión con las pestañas (11) de la base soporte (1), y a su vez los componente interiores del cuerpo aspersor (3), como el eje de giro (6), encajan también con la boquilla giratoria (2). El cuerpo aspersor

(3) en sí viene a ser una carcasa exterior que protege entre otros el depósito regulador de velocidad (4) y el eje de giro (6). El cuerpo aspersor (3) exteriormente tiene una pluralidad de pilares (31) de unión entre la parte superior y la inferior, en el caso de las figuras dicho número es cuatro, cuya función es la de romper el chorro de agua de la salida de la boquilla giratoria (2). La forma de dichos pilares

(31) para que cumplan la función de rotura, es que en su parte central (310) es estrecha, pudiendo llevar ciertas muescas, ensanchándose en sus extremos superior e inferior. Adicionalmente, el cuerpo aspersor (3) cierra con el depósito regulador

(4) que posterior definiremos, para lo cual se puede hacer mediante clipación, por medio de elementos complementarios, uno en el cuerpo aspersor (3) y otro complementario en el depósito regulador (4) los cuales encajan mediante presión, o bien mediante el sistema definido en las figuras, que es por roscado. Para ello, el cuerpo aspersor (3) dispone de una rosca (32) en el interior de la zona superior para poder modificar la altura del depósito regulador de velocidad (4), pudiendo elevarlo o descenderlo, y por tanto se regula la velocidad de giro del conjunto. Esta rosca

(32) se advierte en la Figura 3 y en la Figura 5. Con dicha rosca (32), el depósito regulador (4) queda unido al cuerpo aspersor (3).

El depósito regulador (4) de velocidad queda por tanto albergado dentro del cuerpo aspersor (3), como hemos visto o bien por clipación o bien por roscado. Este depósito, como se puede observar en las Figuras es un cuerpo cilindrico hueco, en cuyo interior se encuentra la resina reguladora de giro (5) y el eje de giro (6). Tal como hemos comentado anteriormente, en el caso de las figuras se define la solución por roscado, para lo cual en la zona superior del depósito regulador (4) hay una superficie ranurada (40) complementaria con la rosca (32) del cuerpo aspersor (3). La base del depósito regulador (4) dispone de un orificio central (41) por donde sobresale el eje de giro (6) para que dicho eje de giro (6) se una con la boquilla giratoria (2). Para que la resina (5) no se derrame fuera del depósito, o para que el agua no se introduzca en el depósito, hay un retén (7), junta o elemento de aislamiento, en el punto de contacto entre el orificio central (41) y el eje de giro (6). El retén (7), como se observa en la Fig.2, es de doble labio y de material elastómero.

Finalmente, como se observa en todas las Figuras, pero principalmente en las Figuras 7 a 7.3., el eje de giro (6) es la pieza de unión entre la boquilla giratoria (2) y el cuerpo aspersor (3). Se ubica dentro del depósito regulador (4) y está en contacto con la resina (5). Este eje de giro (6) transmite el movimiento giratoria de la boquilla (2) al cuerpo aspersor (3), para ello en la zona inferior del eje de giro (6) hay una salida (64) hueca que encaja con el tetón (24) de la boquilla giratoria (2), y en la parte superior hay un elemento esférico (63) en contacto con la cara interior de la parte superior del cuerpo aspersor (3), que requiere de un hueco (630) esférico habilitado para tal efecto. Se realiza este tipo de unión para que el movimiento del eje (6) no desgaste las zonas de unión y porque no se necesita que genere un rozamiento excesivo que varíe la velocidad. Como se observa en las Figuras, el eje de giro (6) posee una pluralidad de aspas (61) que son las partes que hacen resistencia al contacto con la resina (5) mientras el eje está en movimiento. Estas aspas (61) son cuerpos paralelepípedos rectangulares con las caras planas. El eje (6), como se observa en la Fig.7.3, es un cuerpo cilindrico macizo (62), con disposición vertical, del que sobresalen las citadas aspas (61) en sentido radial y horizontal, lo cual se observa perfectamente en la Fig.7.1. Estas aspas (61) se distribuyen radialmente en una pluralidad de niveles, estando dentro del rango entre 1 y 4 niveles, y siendo el número óptimo de niveles de dos, que es el representado en todas las Figuras; al igual que el número de aspas (61) dentro de cada nivel puede variar, estando dentro de un rango de entre 2 y 5, siendo el número óptimo de aspas en cada uno de los niveles de 3, lo cual también se ve perfectamente en la Fig.7.1. Dependiendo de la altura del nivel de resina (5) y del contacto con las aspas (61), la fricción será más o menos elevada, y por tanto la velocidad se regulará según convenga. Descrita suficientemente en lo que precede la naturaleza del invento, teniendo en cuenta que los términos que se han redactado en esta memoria descriptiva deberán ser tomados en sentido amplio y no limitativo, así como la descripción del modo de llevarlo a la práctica, y, demostrando que constituye un positivo adelanto técnico, es por lo que se solicita el registro de la patente, siendo lo que constituye la esencia del referido invento, lo que a continuación se especifica en las siguientes reivindicaciones.