ES2642617B2 - Abrigo meteorológico para sensores ambientales - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un abrigo meteorológico para sensores ambientales formado por una unidad de extracción de aire (1), que comprende una cubierta transparente (4) incorporada en una carcasa exterior (11) para alimentar a una célula fotovoltaica (5) que activa un ventilador (10), un contenedor central (2), para la ubicación de al menos un sensor (7) ambiental ubicado en un soporte (18) fijado a unos vástagos (17) que atraviesan el contenedor central (2), y un soporte exterior (3), para la fijación del sistema a un elemento externo. El sistema comprende aberturas (8, 9, 10) para la circulación de aire por el interior del abrigo meteorológico.

Description

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ABRIGO METEOROLOGICO PARA SENSORES AMBIENTALES

DESCRIPCION

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention se refiere a un abrigo meteorologico, compacto y autonomo, que optimiza la protection de los sensores ambientales ubicados en entornos exteriores urbanos.

Encuentra especial aplicacion en el ambito de la industria relacionada con la monitorizacion de variables meteorologicas y el control de la calidad del aire, y en concreto a la proteccion de los sensores que realizan dichas funciones.

PROBLEMA TECNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La proteccion de los sensores ambientales no solo es necesaria para evitar un prematuro deterioro de estos aparatos, sino tambien para mejorar su precision y evitar que se registren datos erroneos. Debe garantizarse, ademas, una correcta circulation del aire a traves de esta proteccion para evitar su sobrecalentamiento, con el fin de que las medidas registradas por los sensores sean realmente representativas del ambiente que les rodea. Por lo tanto, para poder proporcionar unas condiciones adecuadas para el registro de mediciones se deben controlar, al menos, tres parametros: la ventilation, la radiation solar, y las precipitaciones.

Las garitas meteorologicas primigenias realizaban esta funcion de una forma sencilla, protegiendo los sensores en el interior de grandes recipientes de paredes opacas y ventiladas de forma natural a traves de aperturas de dimension variable, segun se describe en el documento US2652722. Este sistema, que funciona mejor cuanto mas reflectante sea su acabado exterior, ha contado con gran aceptacion en entornos rurales, donde no existen limitaciones de espacio y donde el viento favorece la ventilacion natural de su interior.

Sin embargo, estos sistemas pierden eficacia en entornos donde la velocidad del aire no es lo suficientemente elevada como para contrarrestar el sobrecalentamiento derivado de la radiacion solar. A esto se le anade la aleatoriedad del viento, tanto en su direction como

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intensidad, por lo que confiar a este fenomeno la fiabilidad de los registros resulta poco adecuado y, en muchos casos, cuestionable.

En este sentido, los primeros esfuerzos realizados para superar esta problematica se orientaron hacia el diseno de protecciones que, por un lado, minimizasen las necesidades de la ventilacion y, por otro, redujeran la dependencia de la ventilation respecto al viento. Estas medidas podrlan encuadrarse en las consideradas como pasivas.

En el documento US2837916A se propone un diseno en el que un sistema de lamas horizontales circulares, y dispuestas de forma troncoconica, favorecen la reflexion de la radiation solar y evitan que la radiation reflejada por otras superficies pueda acceder al interior del sistema. Mejora asl el diseno de las pantallas Stevenson, empleadas en las garitas meteorologicas tradicionales, e incrementa notablemente la precision del sistema.

En el documento US2900821A se describe otro importante avance al proponerse un sistema que aprovecha la menor densidad del aire caliente para forzar la ventilacion del interior del dispositivo. La ventilacion por convection se logra al exponer la parte superior del sistema a la radiacion solar y al proteger la inferior de esta, logrando una diferencia de presion significativa que sera mas intensa cuanto mayor radiacion solar exista. Ademas, para poder encauzar adecuadamente el circuito de aire, y con el fin de mejorar la durabilidad del sistema, este abandona el sistema de lamas y opta por una superficie lisa reflectante.

Habiendose encontrado otros mecanismos para favorecer la ventilacion del interior de estos sistemas, los siguientes avances se enfocan en mejorar su envolvente. El documento US2900821A describe un dispositivo compuesto por una doble pared, reduciendo la re- emision de radiacion hacia el interior del sistema. El documento US3933037A describe un sistema de proteccion de sensores para globos meteorologicos con un encapsulado cillndrico de doble pared, trasladando la filosofla del primero a un diseno mas universal.

El documento GB2175693 implementa un gran avance en el sector al incorporar a la proteccion de sensores la ventilacion mecanica, pasandose a trabajar con sistemas de protection activa. En este caso un ventilador alimentado por energla electrica fuerza la ventilacion del sistema, permitiendo ajustar el flujo del aire a las necesidades especlficas de los sensores. Incorpora, ademas, diversas mejoras propuestas por sus antecesores, como

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una cubierta con voladizo para proteger de la lluvia y reducir el impacto de la radiacion solar, o una doble pared para reducir la re-emision de energia al interior.

Incorporar un ventilador electrico supone una mejora considerable en cuanto a la precision del sistema, pero tambien implica una dependencia continua respecto a la red de suministro electrica, y por ello su ubicacion se ve condicionada a la proximidad a dicha red. El desarrollo de las energias alternativas, y en concreto de la tecnologia fotovoltaica, ha permitido que se sustituya el suministro electrico desde la red electrica convencional por otras fuentes alternativas. En este sentido, el documento US6247360B1 divulga un sistema que incorpora una celula fotovoltaica inclinada y una bateria que acumula energia. Este dispositivo recupera las lamas horizontales para reducir el efecto de la radiacion solar reflejada. El documento CN102200590 lo utiliza como base para describir un dispositivo en el que se mejora la conduction del aire hacia su interior.

Estos ultimos avances, orientados hacia la autonomia y eficiencia del sistema, se encuentran con una importante limitation cuando se ubican en entornos urbanos. Por un lado, el regimen turbulento de las rachas de viento y la predominancia de calmas descartan el empleo de cualquier elemento pasivo. Por otro lado, la presencia de obstaculos tales como la edification, la vegetation, o el mobiliario urbano, hacen muy complicada la tarea de orientar adecuadamente el panel fotovoltaico, siendo en muchos casos imposible captar radiacion solar directa o procediendo esta de angulos opuestos. Por ultimo, emplear la red electrica convencional tampoco resulta lo mas apropiado, pues hacerlo requiere de una instalacion mas compleja y va en contra de la autonomia del sistema.

En este contexto, y dado el creciente interes por conocer la realidad ambiental de los entornos urbanos, resulta de interes desarrollar un sistema de protection autonomo y compacto para sensores ambientales, que sea operativo en condiciones de baja intensidad de viento, y con capacidad para alimentarse de la radiacion solar, independientemente de que esta sea directa o reflejada o de su angulo de incidencia.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invention describe un abrigo meteorologico para sensores ambientales que comprende, como partes principales, una unidad de extraction de aire, cuya carcasa

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exterior incorpora una cubierta transparente; un contenedor central, para la ubicacion de al menos un sensor ambiental; y un soporte exterior, para la fijacion del sistema a un elemento externo.

La unidad de extraccion de aire incorpora una celula fotovoltaica, para la captacion de energla solar a traves de la cubierta transparente, y un ventilador conectado a la celula fotovoltaica. Funciona a modo de cubierta del contenedor central y se fija sobre el mediante fijaciones mecanicas que son removibles sin necesidad de herramientas. Para mejorar la captacion de energla solar, la cubierta transparente puede ser una lente convergente.

El ventilador, por su parte, puede trabajar a velocidad variable, en funcion de la energla solar captada por la celula fotovoltaica. Ademas, puede estar conectado a la celula fotovoltaica mediante una baterla recargable. De esta forma, la baterla puede activar el ventilador cuando la energla captada por la celula fotovoltaica es menor de un valor predeterminado.

En cualquier caso, el sistema puede estar conectado a una fuente de energla externa, como puede ser la red electrica general, para suministro auxiliar.

Por su parte, el contenedor central comprende unos vastagos que sujetan a un soporte donde estan fijados los sensores ambientales, de forma que se encuentren aislados. Ademas, esta configurado en forma de cuerpo hueco troncoconico que comprende una carcasa exterior con un ala perimetral en uno de los extremos para la fijacion de la unidad de extraccion de aire, una capa intermedia de aislamiento de baja conductividad y una capa interna de aislamiento reflexivo.

El sistema puede incorporar un unico sensor o varios, en funcion de las necesidades.

Los brazos del soporte pueden ser extensibles, de forma que sea valido para fijar sensores ambientales de diversos tamanos.

Para crear una circulation de aire en el interior del sistema, la unidad de extraccion de aire incorpora unas primeras aberturas y el contenedor central incorpora, por un lado, unas

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segundas aberturas en la zona de union con la unidad de extraction de aire y una tercera abertura en el extremo libre.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Para completar la description de la invention y con objeto de ayudar a una mejor comprension de sus caracteristicas, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization de la misma, se acompana un conjunto de dibujos en donde, con caracter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:

La figura 1 representa una perspectiva isometrica del abrigo meteorologico mejorado para sensores urbanos, objeto de esta invencion, y donde se puede visualizar el volumen conjunto del sistema.

La figura 2 representa una vista frontal explosionada del dispositivo, pudiendose identificar las tres partes elementales que conforman el conjunto de la invencion.

La figura 3a representa una vista frontal del dispositivo, donde se hace referencia a los distintos elementos que lo componen.

La figura 3b representa una vista en planta del dispositivo, donde se hace referencia a los distintos elementos que lo componen.

La figura 4a representa una section frontal del dispositivo, identificandose los elementos que lo componen.

La figura 4b representa una seccion en planta del dispositivo, identificandose en cada una de ellas los elementos y capas que lo componen.

La figura 5 representa la figura 4a, indicandose los flujos de aire.

A continuation se facilita un listado de las referencias empleadas en las figuras:

1. Unidad de extraccion de aire.

2. Contenedor central.

3. Soporte exterior.

4. Cubierta transparente.

5. Celula fotovoltaica.

6. Ventilador.

7. Sensor.

8. Primeras aberturas.

9. Segundas aberturas.

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10. Tercera abertura.

11. Carcasa exterior.

12. Aislamiento de baja conductividad termica.

13. Aislamiento reflexivo.

14. Primeras fijaciones.

15. Segundas fijaciones.

16. Terceras fijaciones.

17. Vastagos.

18. Soporte.

DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

Las figuras 1 y 2 permiten identificar las partes principales que conforman el sistema de la invencion: la unidad de extraccion de aire (1), situada en la parte superior, el contenedor central (2), donde se ubica el sensor (7) ambiental, y el soporte exterior (3), que es la parte mediante la que el sistema se fija en cualquier elemento externo. Estas tres partes del dispositivo pueden diferenciarse claramente por su funcion, y pueden ser ensambladas y reparadas de forma independiente.

La figura 3a muestra la union de estas tres partes (1, 2, 3) del dispositivo. Asl, unas primeras fijaciones (14) se encargan de unir la unidad de extraccion de aire (1) con el contenedor central (2). Estas primeras fijaciones (14), preferentemente, llevan a cabo una union de tipo mecanica, consistente en el acople de unas pestanas rlgidas, ubicadas en la unidad de extraccion de aire (1), en sendas muescas practicadas en el contenedor central (2). La ubicacion de las pestanas y de las muescas puede encontrarse en posicion inversa. Este tipo de union permite el desmontaje manual de las dos partes (1, 2) sin necesidad de emplear herramientas. Para evitar el desmontaje accidental, las pestanas pueden tener forma de "L”, por ejemplo, de forma que para llevar a cabo la union, sea preciso introducir las pestanas en las muescas y realizar un pequeno giro.

El soporte exterior (3) es la parte mediante la que se separa al sistema del elemento urbano al que se fija, evitando que el sobrecalentamiento de este elemento influya en las mediciones realizadas por el sensor (7).

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Por otro lado, la union del soporte (3) tanto al contenedor central (2) como al elemento urbano en el que se ubica se lleva a cabo mediante unas segundas fijaciones (15) que, preferentemente, tambien son mecanicas formadas, por ejemplo, por tornillos o pernos con arandelas y tuercas.

En cualquier caso, estas segundas fijaciones (15) pueden consistir en abrazaderas, tornillerla, clavos o similares, sin que esta prevision suponga una limitation al uso de otros elementos de union.

Por otro lado, las figuras 4a y 4b permiten identificar los distintos elementos que componen las partes principales (1, 2, 3) del sistema de la invention. Una carcasa exterior (11), presente en dos de las partes principales (1, 2, 3), estructura y protege al conjunto de la invencion. Esta carcasa exterior (11) tiene un elevado coeficiente de reflexion y es opaca, impidiendo que la radiation solar penetre hacia el interior del sistema.

La unidad de extraction de aire (1) proporciona una protection activa al sistema, garantizando una ventilation suficiente del interior del contenedor para evitar su sobrecalentamiento. Para ello, la unidad de extraccion (1) incorpora una cubierta transparente (4) montada directamente sobre una parte superior conformada por una carcasa exterior (11), de forma que permite la entrada de radiacion solar para activar una celula fotovoltaica (5) ubicada sobre el chasis interior de la unidad de extraccion de aire (1). En una forma de realization, la cubierta transparente (4) es una lente convergente y, gracias a las propiedades opticas de esta lente, la luz se concentra en la celula fotovoltaica (5). Sobre este mismo chasis y conectada directamente a la celula fotovoltaica (5) se encuentra un ventilador (6), el cual se alimenta de la energla electrica proporcionada por la celula fotovoltaica (5). Una forma de realizacion alternativa incorpora una baterla, situada entre la celula fotovoltaica (5) y el ventilador (6), con la mision de almacenar el excedente de energla captada por la celula fotovoltaica (5), y con el fin de extender el uso del ventilador (6) al horario nocturno.

Esta parte superior de la unidad de extraccion de aire (1) se fija a una parte inferior, conformada tambien por una carcasa exterior (11) mediante unas terceras fijaciones (16). La razon de que la unidad de extraccion de aire (1) no este implementada en una unica pieza es que entre la parte superior y la parte inferior existen unas primeras aberturas (8) por las

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que puede circular el aire dirigido por el ventilador (6), creando una ventilacion activa del sistema.

El contendor central (2) proporciona una protection pasiva al sistema, potenciando el aislamiento de las paredes exteriores, mejorando la proteccion frente a la radiation solar. Esta proteccion se compone de tres capas: la propia carcasa exterior (11) reflectante, un aislamiento de baja conductividad termica (12), variable en espesor en funcion del clima, y un aislamiento reflexivo (13), cuyo cometido es reflejar la radiacion que ha atravesado al aislamiento (12) hacia el interior. Las dos capas de aislamiento (12, 13) se encuentran adheridas entre si mediante un adhesivo qulmico, mientras que la union de estas dos a la carcasa exterior (11) no precisa de ningun elemento gracias a su forma troncoconica, que permite una fijacion mecanica por rozamiento. La carcasa exterior (11) se extiende a modo de ala perimetral que termina en un reborde que contiene las muescas en las que se fija la unidad de extraction de aire (1). El ala perimetral incorpora unas segundas aberturas (9) para la circulation del aire del interior del sistema, provocando una ventilacion pasiva del sistema.

En el interior del contenedor central (2) se situa el sensor (7), para lo que se ha provisto al sistema de una serie de elementos para su sujecion. La figura 4b muestra unos vastagos

(17) que mantienen suspendido al sensor (7) en el centro del contendor central (2). Cada uno de los vastagos (17) atraviesa al contenedor central (2) por dos puntos, quedando fijado a el mediante fijaciones mecanicas. La fijacion del sensor (7) se realiza mediante un soporte

(18) que se fija a los vastagos (17). Ademas, para permitir que cualquier sensor (7) pueda ser empleado en este sistema, el soporte (18) incorpora brazos extensibles.

El contenedor central (2) incorpora una tercera abertura (10) por la zona mas inferior. Esta tercera abertura (10) permite la entrada de aire para crear una circulacion que se cierra por las primeras aberturas (8) y por las segundas aberturas (9).

Conviene senalar que, para aumentar la ligereza del sistema y su durabilidad en ambientes exteriores, tanto la carcasa exterior (11) como el chasis interior se conciben en un material termoplastico, como polipropileno o similar. Por otro lado, todas las fijaciones mecanicas y elementos de tornillerla se conciben conjuntamente con elementos autoblocantes que impiden que puedan liberarse. No obstante, debe entenderse que los diversos elementos

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aqul descritos pueden fabricarse de diferentes formas y empleando variados materiales, sin que esto repercuta en la utilidad o eficacia de la invention.

El soporte exterior (3) proporciona al sistema, ademas, una leve inclination que facilita la limpieza por agua de lluvia, evitando que la cubierta transparente (4) acumule suciedad y pueda reducir la eficiencia del sistema.

De esta forma, el sistema de la invencion cuenta con las siguientes ventajas:

1. El sistema es autonomo y no requiere acceso a un cuadro electrico o caja de registro para su instalacion, lo que reduce tiempos de instalacion y mantenimiento, ademas de costes electricos.

2. El sistema mejora la captation de energla solar, mediante el posicionamiento de la celula fotovoltaica (5) en la parte superior del sistema, en position horizontal y protegida del exterior mediante una cubierta transparente en forma de lente convergente que tiende a concentrar en la celula fotovoltaica (5) la radiation solar incidente, ya sea directa o reflejada e independientemente de su procedencia, facilitando que el sistema de ventilacion se active, optimizando el funcionamiento del proceso de extraccion y aumentando la precision de los registros de los sensores.

3. El sistema integra en una sola pieza todo el mecanismo de ventilation, reduciendo sus dimensiones y compactandolo de forma que es resistente a golpes y a las inclemencias meteorologicas, por lo que requiere de muy poco mantenimiento y facilita su instalacion.

En definitiva, la presente invencion no debe verse limitada a la forma de realization aqul descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente description. En consecuencia, el ambito de la invencion queda definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

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   REIVINDICACIONES

   1. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales que comprende una unidad de extraction de aire (1), que incorpora una carcasa exterior (11) que se extiende a modo de ala perimetral, un contenedor central (2), para la ubicacion de al menos un sensor (7) ambiental, y un soporte exterior (3), para la fijacion del sistema a un elemento externo, estando el abrigo meteorologico caracterizado por que:

   - la unidad de extraccion de aire (1) comprende:

   - una cubierta transparente (4) incorporada en la carcasa exterior (11),

   - una celula fotovoltaica (5) para la captation de energla solar a traves de la cubierta transparente (4),

   - un ventilador (6) conectado a la celula fotovoltaica (5), y

   - unas primeras aberturas (8),

   - el contenedor central (2) comprende:

   - unos vastagos (17) para la fijacion de un soporte (18) que sujeta a los sensores (7) ambientales,

   - unas segundas aberturas (9), ubicadas en el ala perimetral de la carcasa exterior

   (11), y

   - una tercera abertura (10) ubicada en un extremo libre del contenedor central (2) de forma que:

   se crea una circulation de aire entre la tercera abertura (10) y las primeras y segundas aberturas (8, 9).
2. 2. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun la revindication 1, caracterizado por que el contenedor central (2) esta configurado por un cuerpo hueco troncoconico que comprende una capa intermedia de aislamiento de baja conductividad (12) y una capa interna de aislamiento reflexivo (13).
3. 3. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la cubierta transparente (4) es una lente convergente.
4. 
   4.- Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun cualquiera de las

   reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ventilador (6) esta configurado para regular la velocidad en funcion de la energla solar captada por la celula fotovoltaica (5).

   
   5 5.- Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun cualquiera de las

   reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el ventilador (6) esta conectado a la celula fotovoltaica (5) mediante una baterla recargable.
5. 
   6. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun la reivindicacion 5,

   10 caracterizado por que la baterla esta configurada para activar el ventilador (6) si la energla

   captada por la celula fotovoltaica (5) es menor de un valor predeterminado.
6. 
   7. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun la reivindicacion 1,

   caracterizado por que esta conectado a una fuente de energla externa con capacidad de

   15 suministrar energla al sistema de forma auxiliar.
7. 
   8. - Abrigo meteorologico para sensores ambientales, segun la reivindicacion 1,

   caracterizado por que el soporte (18) incorpora brazos extensibles, de forma que sea valido para fijar sensores (7) ambientales de diversos tamanos.

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