CAMPO TECNOLÓGICO La presente invención se relaciona con un sistema o dispositivo de medición de lluvia y de nieve que consiste en un módulo de captación de agua o de nivel, un módulo de medición de nivel y volumen de fluido, un módulo de procesamiento de información, un módulo de calefacción para captación de nieve, un bastidor, y un módulo de energía fotovoltaica.

El dispositivo de medición de lluvia y de nieve permite, determinar los niveles de agua lluvia o de nieve en una determinada zona geográfica, adaptándose a las condiciones particulares del lugar en el cual se realiza dicha medición, como es la presión atmosférica y la temperatura, esto se realiza gracias al módulo de procesamiento de información, el cual haciendo uso de la inteligencia artificial es capaz de adaptar el funcionamiento del dispositivo de medición de lluvia y de nieve a las condiciones propias de la zona. Desde vista energética el dispositivo es autónomo, debido a que utiliza energía solar fotovoltaica para su funcionamiento.

El dispositivo de la presente invención puede ser utilizado para mediciones de distintos niveles desde aplicaciones ambientales hasta aplicaciones aeronáuticas, debido a la presión que proporciona basado en su principio de operación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, la mayoría de dispositivos de medición de lluvia o pluvímetros utilizan como principio de operación la medida acumulativa de la cantidad de agua que cae en un balancín, y con base en la cantidad de veces que bascula el balancín, se calcula la cantidad de agua que ha ingresado al sistema, aun así este tipo de aplicaciones no tiene en cuenta fenómenos como la evaporación, los cambios de temperatura y presión que pueden afectar la medida instantánea y el registro histórico de la información de la precipitación.

Por ejemplo la patente descrita en el documento US3229519, se relaciona con un pluviómetro que comprende un recipiente abierto para la recolección de precipitación y que tiene líquido al interior, principalmente conectado con dicho recipiente para censar el volumen del líquido allí contenido, un cuerpo generalmente horizontal de dicho recipiente esta principalmente inmerso en dicho líquido, para su rotación sobre un eje sustancialmente horizontal, de esta forma se puede comunicar la precipitación con el interior de dicho recipiente, el cuerpo interno del líquido y el nivel superficial del mismo. El anterior sistema, únicamente es válido para la medición de la cantidad sustanciales de lluvia, dicha medición se realiza mediante el conteo del número de vueltas que produce la caída de líquido en el dispositivo, al realizar la medición de esta forma la precisión no es alta debido a que la medida mínima corresponde a la cantidad de agua que el cilindro logra ingresar dentro del aceite, limitando el rango inferior y superior de la medición en término de la cantidad de lluvia.

Adicionalmente, el dispositivo se fundamenta en considerar que, primero la temperatura de evaporación del aceite y segundo la tensión superficial del aceite, son características constantes del mismo, sin embargo, es conocido en el estado de la técnica que dichas características cambian en función de la temperatura y la presión, a partir de eso se puede inferir que la medición cambiaría en función a la ubicación de dicho dispositivo. Por otra parte, la invención US4665743 menciona un pluviómetro que comprende un primer receptor para recibir la caída seca, un segundo receptor para recibir la caída húmeda, provisto con un primer sensor capaz de emitir una señal cuando se ha recolectado un cierto volumen de muestra de caída húmeda, un dispositivo de cierre que permite la clausura alterna de los dos receptores como una función de una señal emitida por un detector de precipitación, un dispositivo de medición ubicado en la salida del segundo receptor y utilizado para llevar a cabo las mediciones de las cantidades fisicoquímicas en la muestra, un dispositivo de muestra ubicado en una salida del dispositivo de medición y que se usa para disponer y mantener una fracción de cada muestra a una temperatura por debajo de 0 ^e , y un sistema de chequeo que controla automáticamente los componentes anteriores como una función de las señales emitidas por los sensores.

El sistema de medición de dicha invención está relacionado a la saturación del contenedor, lo cual limita considerablemente la precisión del sistema, de la misma forma está relacionado con el almacenamiento de las muestras, lo cual resulta inútil para el objetivo de la aplicación. Así mismo, el sistema carece de comunicaciones, y de un sistema que le permita el procesamiento de la información de forma inteligente.

Otro desarrollo fue descrito en la patente CN101813793, la cual divulga un pluviómetro del tipo de control digital que comprende un receptor de agua, un cilindro de prueba comunicado con el receptor de agua y un sensor dispuesto en el cilindro de prueba y que se utiliza para medir la información de nivel de agua, en donde el extremo superior del sensor se conecta con una varilla de prueba de referencia y está en conexión con una polea de una cuerda de arrastre.

El sistema propuesto en dicha invención carece de una medición exacta de la cantidad de lluvia, debido a que la medición depende de elementos mecánicos rígidos y fijos, limitando el rango de operación y medición. De la misma forma, el sistema no considera el calentamiento de la muestra, para lograr la temperatura adecuada para la medición. La invención WO2013098437 se refiere a un pluviómetro que proporciona una medida de las precipitaciones, donde los componentes o piezas del pluviómetro han sido diseñados de manera que se reduzcan al máximo los errores producidos por factores meteorológicos, esencialmente el viento y los errores producidos por factores instrumentales o de funcionamiento, en donde el pluviómetro comprende un colector superior de lluvia, medios receptores del agua de lluvia recogida en el colector y activar en cada vertido un dispositivo registrador de datos sobre la intensidad y cantidad de agua caída, un dispositivo calefactor, una probeta inferior de medición sobre la que vierten los medios receptores, un envase inferior de almacenamiento para el agua recogida, y una estructura soporte con nivel de posicionamiento.

Debido al principio de funcionamiento de dicho sistema, requiere de un operario para que tome la medida en función del nivel señalado en una probeta. Así mismo, el sistema no es automático, no es inteligente y no tiene posibilidades de calibración, por lo cual no es preciso.

En este sentido, es claro que es necesario el desarrollo de nuevos dispositivos que logren solucionar los problemas técnicos relacionados con la forma en la cual se recolecta la muestra de lluvia o nieve, el tratamiento que se le da a la muestra para asegurar la precisión de la medida y la utilización de diferentes tipos de sensores que permitan validar la información obtenida; por otra parte, estos instrumentos son de gran ayuda en aplicaciones aeronáuticas, debido a que permiten obtener información sobre las condiciones de lluvia en aeropuertos, para lo cual es necesario contar con dispositivos que permitan obtener información en tiempo real, sin necesidad de hacer presencia en el sitio donde se toma la medida.

Además, es evidente que existe en el estado de la técnica la necesidad de diseñar e implementar un sistema o dispositivo de medición de lluvia que permita ser calibrado de acuerdo a las condiciones particulares del sitio de operación y que esté dotado de inteligencia artificial para optimizar el funcionamiento del dispositivo y la calidad de la medida.

En este sentido, una de las ventajas de la presente solicitud radica en que el dispositivo en mención es capaz de medir cualquier cantidad de precipitación de lluvia o nieve, debido a que no utiliza medidas acumulativas como lo hacen la mayoría de sensores convencionales de este tipo. Otra ventaja de la presente invención radica en el uso de un sensor de distancia y un sensor de caudal para calcular el volumen de fluido capturado. Esta medida es almacenada en el tiempo para constituir un registro digital del comportamiento de la precipitación. Además, el dispositivo de la presente invención utiliza los principios de la mecánica de fluidos para optimizar el proceso de medición.

Así mismo, uno de los aportes novedosos que posee el sistema o dispositivo de acuerdo con la presente invención, es que cuenta con un módulo de control adaptativo que mantiene la temperatura de la muestra a un nivel adecuado de acuerdo al sitio de operación para asegurar la calidad de la medida.

En efecto, la presente invención resulta ser de gran importancia, debido a que permite mejorar sustancialmente la medida de la precipitación de agua o nieve, medida que es de alta importancia en aplicaciones aeronáuticas para mejorar la seguridad en operaciones de despegue y aterrizaje de aeronaves.

Sumado a lo anterior, la presente invención hace un aporte significativo al estado del arte dado que, gracias a que cuenta con un dispositivo capaz de adaptarse a las condiciones particulares de la zona, garantiza la calidad de la medición.

La función del sistema de acuerdo con la presente invención tiene como fin medir y registrar la cantidad de precipitación de lluvia o nieve de forma adaptativa e inteligente. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La invención puede ser entendida de una mejor forma por medio de las figuras, donde se muestran cada uno de los elementos que componen el Dispositivo de medición de precipitación y nieve que se desea proteger. Además, las figuras señalan los números de referencia asignados a los elementos que conforman dicho sistema.

La Figura 1 corresponde a la configuración externa del sistema de medición de lluvia y de nieve de acuerdo a la presente invención en la cual se detalla una conformación de los módulos que comprenden el sistema, los cuales son: un módulo de captación de agua o de nieve (1 ) y el bastidor (5).

La Figura 2 corresponde a una vista en corte que muestra la configuración interna del sistema o dispositivo de medición de lluvia y de nieve, en la cual se detalla un bastidor (5), módulo de Energía fotovoltaica (6) que comprende un panel (61 ), un regulador (62), una batería (63), y una caja (64). El bastidor (5) tiene un embudo (1 1 ), un filtro de impurezas (12), un sensor láser (21 ), sensores láser (23), una botella en "u" (25), sensor de caudal (27), sistema embebido (31 ), pantalla táctil de cristal líquido o led (32), un soporte cónico para la resistencia (42).

La Figura 3 corresponde a una vista de los componentes que están dentro del bastidor (5) del módulo de captación de agua o de nieve (1 ) en donde se aprecia un módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2), un módulo de calefacción para captación de nieve (4) y la base del bastidor (5).

La Figura 4 corresponde a una vista explosionada del módulo de captación de agua o de nieve (1 ), un módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2), un módulo de calefacción para captación de nieve (4), un bastidor (5). La Figura 5 corresponde a una vista explosionada del módulo de captación de agua o de nieve (1 ), el cual está compuesto por: un embudo (1 1 ), un filtro de impurezas (12) y un empaque (13). La figura 6A corresponde a una vista explosionada del módulo de calefacción para captación de nieve (4), en donde se detallan los elementos: una resistencia cónica (41 ), un soporte cónico para la resistencia (42), un sensor de temperatura termopar (43). La figura 6B corresponde a una vista isométrica en corte del módulo de calefacción para captación de nieve (4), en donde se detallan los elementos: una resistencia cónica (41 ), un soporte cónico para la resistencia (42), un sensor de temperatura termopar (43). La figura 7 corresponde a una vista explosionada de un módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2), el cual está compuesto por: un sensor láser (21 ), una base para sensor láser (22), tres soportes para el sensor láser (23), tres anillos de fijación para soportes (24), una botella en "u" (25), un acople para sensor de caudal (26), un sensor de caudal (27), un codo de salida de sensor de caudal (28), un tubo de desagüe (29), un filtro de protección para el desagüe (30).

La figura 8 corresponde a una vista en corte en donde se detallan el orificio de la botella en "u" (25), del módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2).

La Figura 9 corresponde a una vista frontal y superior de la base para sensor láser (22).

La Figura 10 corresponde a una vista explosionada del bastidor (5) que consta de una cubierta (51 ), una puerta (52), un pasador (53) para la puerta (52), una cerradura (54), dos conectores militares (55) y una base (56). La Figura 11A corresponde a una vista en detalle de la base (56), del bastidor (5).

La Figura 11 B corresponde a una vista en corte longitudinal y en detalle de la base (56) del bastidor (5).

La Figura 12 corresponde al módulo de Energía fotovoltaica (6) que comprende un panel (61 ), un regulador (62), una batería (63), y una caja (64). La figura 13 corresponde al módulo de procesamiento de información (3) compuesto por un sistema embebido (31 ), una interface digital para visualización en una pantalla táctil de cristal líquido o led (32), una interface de comunicaciones RS-232 y una interface de comunicaciones Ethernet 10/100/1000 la cual se encuentra internamente en el sistema embebido (31 ).

La figura 14, corresponde a un esquema funcional del dispositivo de medición de precipitación lluvia y de nieve.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

El objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de medición de lluvia y de nieve, el cual consta básicamente de:

• módulo de captación de agua o de nieve (1 ), el módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2), el módulo de procesamiento y manejo de información (3), el módulo de calefacción para captación de nieve (4), bastidor (5) y un módulo de energía fotovoltaica (6).

• Un módulo de captación de agua o nieve (1 ), el cual está compuesto por: un embudo (1 1 ) a través del cual se recolecta la muestra de agua lluvia, un filtro de impurezas (12) y un empaque (13) que evita que se filtre agua al interior del bastidor (5).

• Un módulo de medición de nivel y volumen de fluido (2), el cual está compuesto por: un sensor láser (21 ) el cual mide la altura alcanzada por el líquido, una base para sensor láser (22) en la cual se fija el sensor láser para tal fin ella tiene en su interior una perforación, tres soportes para el sensor láser (23) los cuales sostienen la base y tiene como fin mantener el sensor a la altura del tubo de medición, tres anillos de fijación para soportes (24), una botella en "u" (25) en la cual se recolecta la muestra, un acople para sensor de caudal (26), un sensor de caudal (27), un codo de salida de sensor de caudal (28), un tubo de desagüe (29), un filtro de protección para el desagüe (30).

Un módulo de procesamiento de información (3), compuesto por un sistema embebido (31 ) basado en la arquitectura de procesador de 32 bits, con interface de potencia para controlar el módulo de calefacción para captación de nieve (4), una interface digital par visualización en una pantalla táctil de cristal líquido o led (32), una interface de comunicaciones RS-232, y una interface de comunicaciones Ethernet 10/100/1000.

Un módulo de calefacción para captación de nieve (4), el cual contiene una resistencia cónica (41 ) cuyo fin es el de proporcionar la temperatura adecuada a la muestra para que el líquido se encuentre en el punto triple (el cual es la fase en la que el agua se encuentra en su máxima densidad) , un soporte cónico para la resistencia (42) de material cerámico, un sensor de temperatura termopar (43) el cual se usara para regular la temperatura de la resistencia, para que de esta forma se le transmita a la muestra la temperatura adecuada para la medición.

Un bastidor (5), el cual cuenta con una cubierta (51 ) que servirá para aislar los componentes electrónicos y de control del sistema, una puerta (52) que permitirá el acceso al interior del bastidor, un pasador para la puerta (53), una cerradura (54), dos conectores militares (55) para las conexiones RS-232, Ethernet y entrada de alimentación de voltaje, una base (56) la cual cuenta con las perforaciones suficientes para el soporte de la botella en u (25), los tres anillos de fijación para soportes (24) y los tres soportes para el sensor láser (23), un tubo de desagüe (29) y un filtro de protección para el desagüe (30). • Un módulo de Energía fotovoltaica (6) que comprende un panel (61 ), un regulador (62), una batería (63), y una caja norma NEMA tipo 4x (64).

El Dispositivo de medición de precipitación y nieve, que debe estar ubicado a la intemperie, en la zona en la que se desea medir la precipitación, el agua o la nieve cae en el embudo (1 1 ) metálico capaz de conducir la temperatura (de preferencia aluminio, acero inoxidable o un material metálico que no se oxide), el cual tiene un filtro de impurezas (12) que evita que agentes sólidos como contaminantes o insectos ingresen al dispositivo, a su vez el embudo (1 1 ) reposa sobre un empaque (13) de caucho que evita la filtración de agua hacia el interior del bastidor (5). El embudo (1 1 ) reposa sobre la resistencia cónica (41 ) y el soporte cónico para la resistencia (42), los cuales se encargan de mantener la temperatura en el embudo (1 1 ) para asegurar que el fluido que ingrese se encuentre a la temperatura correcta mediante un sistema de control adaptativo que tiene como entrada la medida del sensor de temperatura termopar (43), este sistema de control es implementado dentro del módulo de procesamiento de información (3). La temperatura de trabajo del sistema o dispositivo de la presente invención se encuentra entre temperaturas tan bajas como -80Ό hasta temperaturas de 40Ό. Un rango ade cuado es aquel en donde la temperatura se encuentra igual o superior a 4Ό (grados centígrados), de preferencia entre 4Ό y 30Ό, lo cual es relevan te durante las temporadas de frió para lograr llevar el agua al punto triple, y en el caso de las temporadas de calor, se considera que la temperatura ambiente del lugar es adecuada para medir la cantidad de precipitación.

La botella en "u" (25) cuenta con dos secciones de diámetros diferentes unidas por sus bases, la sección de mayor diámetro se denomina boca de entrada, debido a que es por esta sección que se recibe el fluido; la sección de menor diámetro se denomina boca de salida debido a que, en caso de fuerte lluvia el fluido será evacuado por esta. El fluido es direccionado hacia la botella en "u" (25), debido a la geometría y la paradoja hidrostática, el nivel de líquido tendrá la misma altura en la boca de entrada que en la boca de salida. En la parte superior de la boca de salida se posiciona un sensor láser (21 ) el cual mide la altura alcanzada por el líquido, en el caso particular en el cual la cantidad máxima de líquido contenida en la botella "u" (25) se supere, la medida de la precipitación se realiza considerando únicamente la medición del caudal efectuada mediante el sensor de caudal (27) el cual está ubicado entre la boca de salida y el desagüe. Los sensores láser (21 ) y el sensor de caudal (27), se conectan a un procesamiento de información (3) que calcula el volumen equivalente de agua que sale, logrando que el dispositivo, pueda capturar y medir cualquier nivel de agua por alto que este sea. Este dispositivo cuenta con un módulo de procesamiento de información (3) dotado de inteligencia artificial, compuesto por un sistema embebido (31 ) que calcula y muestra gráficas y datos correspondientes a las medidas de precipitación. Este módulo le permitirá a un usuario, interactuar y configurar el dispositivo de forma local, gracias a la pantalla táctil de cristal líquido o led (32).

El módulo de procesamiento de información (3) cuenta con dos interfaces de comunicaciones, una RS-232 y una Ethernet, que se conecta a los conectores militares (55), lo que permite que los datos medidos puedan ser transmitidos a una ubicación remota haciendo el dispositivo accesible.

El dispositivo de medición de precipitación y de nieve, incorpora un módulo de Energía fotovoltaica (6), por lo cual él puede ser instalado en ubicaciones remotas sin complicaciones de instalación eléctrica. El bastidor (5), de preferencia, es fabricado en un material polimérico compuesto termoestable que lo hace resistente a la corrosión causada por condiciones climáticas cambiantes. A continuación se describen cada uno de los módulos del dispositivo.

La presente invención también hace referencia al uso del sistema o dispositivo para medir cualquier cantidad de precipitación de lluvia o de nieve.

También la presente invención hace referencia al uso del sistema o dispositivo para medir el volumen de fluido capturado a través del tiempo para registrar digitalmente el comportamiento de una precipitación.

Así mismo, la presente invención está dirigida al uso del sistema o dispositivo para medir la precipitación de agua o nieve para aplicaciones aeronáuticas.