Evaluar las recomendaciones para la viabilidad de un sensor de humedad del suelo requiere considerar buenas prácticas de manejo e instalación para proporcionar información correcta, así como datos de calibración e información sobre variabilidad entre sensores. Todos los sensores son sensibles a cambios de temperatura y conductividad eléctrica, y su volumen de influencia depende del tipo de sensor.
Curso = Metodos Tecnicas y Modelos de Enseñanza.pdf
Qué debo saber antes de comprar un sensor de contenido de humedad del suelo
1. ¿QUÉ
DEBO SABER
ANTES DE COMPRAR
UN SENSOR DE
CONTENIDO DE
HUMEDAD DEL SUELO?
Gema Rodrigo
Villar
Dr Ingeniero
Agrónomo
www.lab‐ferrer.com
www.lab‐ferrer.com
Seminario virtual
27/02/2014
Área de Humedad
del Suelo LabFerrer
2. Sensores d H
S
de Humedad d l S l
d d del Suelo
Los sensores de humedad del suelo son
un componente muy importante en los de
sistemas de control y programación de
riegos,
riegos proporcionan información crítica
para la gestión eficaz y eficiente del agua
•
•
•
•
•
•
Informan de la Humedad del suelo
Eficiencia del riego // Control del drenaje
Evaluar la demanda de agua en los cultivos
Detectar la lixiviación de nutrientes
ó
Evaluar la efectividad de la lluvia
On/Off el controlador de riego
…
www.lab‐ferrer.com
3. ¿Cuál
¿C ál es el sensor más adec ado?
adecuado?
Respuesta: DEPENDE DE LO QUE QUIERAS
Todos tienen ventajas e inconvenientes
Todos proporcionan información sobre el contenido
volumétrico de agua en el suelo (Volumetric Water
Content - VWC)
www.lab‐ferrer.com
4. ¿Qué debo tener en cuenta?
¿Q é d b t
t ?
¿Para qué quiero medir el VWC? Seguimiento del agua
VWC?,
en el suelo, Evaluar drenaje, Programación de riegos …
Factores económicos de manejo y laborales ¿En
económicos,
laborales,
cuántos puntos voy a medir? ¿Cuántos sensores/punto
de medida?, Oferta comercial de sensores, ¿Cuánto
¿
dinero puedo gastar para conocer el VWC?, ¿Qué
precisión necesito?, Personal disponible para el trabajo
¿FACTORES TÉCNICOS, ¿SÓN TODOS
¿CÚ ELIJO? Y ¿CÓ O LO ELIJO?
CÚAL
O
CÓMO O
O
www.lab‐ferrer.com
LOS SENSORES IGUALES?
5. Lo q e damos por hecho
que
¿Conocemos?
• El principio de funcionamiento
del sensor
• Errores de los sensores
• Los Inherentes
• Los Evitables
• Criterio de validez aceptación
validez-aceptación
www.lab‐ferrer.com
6. Los S
L
Sensores miden I di t
id
Indirectamete
t
Los métodos de medida de la humedad del suelo in situ
miden el contenido de humedad de forma INDIRECTA
Para medir de forma DIRECTA el VWC, hay que recoger una
muestra de suelo de volumen conocido, pesarla, secarla y
pesar de nuevo. Método GRAVIMÉTRICO
www.lab‐ferrer.com
7. ¿Qué id
¿Q é miden l
los S
Sensores?
?
Los sensores de humedad del
suelo ECH2O de Decagon Devices
Inc. miden la Permitividad
Dieléctrica del Suelo, , la habilidad
del suelo para soportar una carga
eléctrica
lé t i
La cambia de forma predecible
www.lab‐ferrer.com
8. Teoría Di lé t i
T
í Dieléctrica: Có
Cómo f
funciona
i
En un medio heterogéneo:
–
–
–
La fracción de volumen de
cualquier componente está
q
p
relacionada con la total
Cambiando el volumen de
cualquier componente cambia
el valor de
A causa de su elevada , los
cambio en el volumen de agua
tienen un efecto significativo
sobre el total
www.lab‐ferrer.com
Material
Aire
Ai
1
Suelos Minerales
3-7
Materia O á i
M
i Orgánica
2-5
Hielo
5
Agua
A
80
9. de materiales
1
5
20
40
80
Intervalo en suelos minerales
SUELO
www.lab‐ferrer.com
Material
Aire
1
Suelos Minerales 3-7
Materia orgánica 2-5
Hielo
5
Agua
80
10. Dielectric Mi i
Di l t i Mixing M d l
Model
La total de un suelo está formada por la de cada
componente individual
Las fracciones de volumen, Vx, son factores que constituyen
la unidad
V V V V
b
t
b
m m
b
a a
b
w
b
om om
b
i i
es la permitividad dieléctrica, b es una constante de valor
proximo a 0 5 y los subíndices m a om i y w representan
0,5,
m, a, om, i,
representan,
suelo mineral, aire, materia orgánica, hielo y agua.
www.lab‐ferrer.com
11. VWC y
Si reorganizamos la ecuación y despejamos el VWC (θ)
1
0.5
0.5
w
0
0
0.
( m.5Vm a .5Va om5Vom i0.5Vi )
0
w.5
t
b
b (1 m ) 1
s
w 1
Remarcar
– Idealmente, el θ es una ecuación de primer orden. Pero por lo
general, suele ser una ecuación de segundo orden
– P
Por este motivo, l
t
ti
los equipos que miden l d l medio se calibran
i
id
la
del
di
lib
para registrar el contenido de humedad
www.lab‐ferrer.com
12. Ejemplo d f
Ej
l de funcionamiento
i
i t
Sensor (vista lateral)
Ca
ampo
Ele
ectromág
gnetico
co
onfinado
Matriz (vista l
M i ( i
lateral)
l)
www.lab‐ferrer.com
13. Errores I h
E
Inherentes
t
Decagon
g
Señal
(mV)
Decagon
ɛa
v ó VWC
Topp
ERROR DEL FABRICANTE (ɛb)
o Señal (RAW ó mV) ɛa (medio homogéneo)
(
)
(
g
)
o Variación inter-sensor
o Efecto de la CEa y Temperatura sobre
la
l señal
l
www.lab‐ferrer.com
14. ¿Qué influye en la exactitud de las medidas
de de los sensores desde fábrica?
á
?
•
La Conductividad
L C d ti id d
Eléctrica (CE)
•
•
La Temperatura
La variabilidad Sensor –
Sensor
www.lab‐ferrer.com
15. Efecto de las sales (CE) en la E
Ef t d l
l
l Exactitud
tit d
• Las sales (C ) afectan a la
(CE)
capacidad del sensor para
separar la del suelo de
su conductancia.
• En suelos salinos es
recomendable emplear
sensores que trabajen a
b j
frecuencias elevadas para
que las lecturas no se
vean afectadas por la CE
www.lab‐ferrer.com
16. Efecto d la T
Ef
de l Temperatura en l E
la Exactitud
i d
• La electrónica de los sensores no está afectada
por la temperatura
• La permitividad del agua (a) depende de la
temperatura
• La CE de la solución del suelo también depende
p
de la temperatura (correlación positiva)
• Imposible compensarla de forma electrónica
• Hacer la corrección durante el análisis
www.lab‐ferrer.com
17. Especificaciones del Sensor de Fábrica
Repetibilidad S
R
ibilid d Sensor - S
Sensor
• Todos los sensores deben proporcionar la misma lectura
• También denominada Interoperabilidad (Interoperability)
o la habilidad de intercambiar sensores sin efecto en la
exactitud del sensor
• En el caso de Decagon, los sensores analógicos EC-5 y
10HS tienen una variación del 1% Los sensores digitales
1%.
(5TE, 5TM, GS3, MPS-2) muestran una variabilidad inferior
www.lab‐ferrer.com
18. Errores E it bl
E
Evitables
ERROR DEL USUARIO (señal ɛa)
MALA INSTALACIÓN hace que el volumen
explorado sea no representativo (Piedras
(Piedras,
mala compactación alrededor del sensor,
,
p
bolsas de aire, densidad aparente …)
www.lab‐ferrer.com
19. Contribución de l
C t ib ió d los E
Errores
Errores en θmedida
E
12,0%
10,0%
E
Error
(% θ)
%
10,0%
10 0%
8,0%
6,0%
4,0%
3,0%
3,0%
2,5%
3,0%
2,0%
0,0%
Precisión
sensor ( )
del
accuracy
sensor
bulk
poor
Densidad mineral permittivity
Mala
ɛm
ɛw
aparente
Instalación
density permittivity of water installation
Factor
www.lab‐ferrer.com
20. Resumen: factores que afectan a
la
l medida d los sensores
did de l
•
La capacidad del sensor
para medir la con
precisión
•
La calidad de la instalación
•
La relación entre la y el
valor de VWC EXACTITUD
(Certificado de Calibración)
www.lab‐ferrer.com
Pedir al
fabricante
21. Preguntas H bit l
P
t
Habituales
– ¿Por qué un sensor puede registrar valores negativos de
¿
q
p
g
g
VWC?
– ¿Por qué no lee 100% cuando está sumergido en agua?
– ¿Por qué no hay lecturas cuando el suelo está
congelado?
– ¿Puede ser la exactitud del 2% en todos los suelos?
¿
– ¿Por qué hay variación entre día y noche?
– ¿Por qué 2 sensores iguales registran un valor de VWC
distinto a la misma profundidad?
www.lab‐ferrer.com
22. Valores negativos cuando el suelo
está muy seco
á
Calibración incorrecta o el sensor está midiendo el aire
Material
Aire
1
Suelos Minerales
3-7
Materia Orgánica
2-5
Hielo
5
Agua
80
www.lab‐ferrer.com
Si el sensor mide el aire
• La del aire es < a la de un
suelo mineral o a la del agua
• En la calibración de fábrica se
asume que el sensor estará
l
t á
rodeado de suelo
• Si se mide una gran cantidad
g
de aire, la lectura del sensor
será artificialmente baja, y el
output de la ecuacion (lineal)
generará un valor negativo
23. El valor en agua no es 100%
l
La l ió
L relación entre l y el VWC
la
l
no es lineal de 0-100%
Aunque en el i
A
l intervalo d VWC
l de
que más nos interesa (0-50%), la
relación si que es lineal
La recta de calibración emplea
suelo en el intervalo de 0-50% y
0 50%
no está calibrada para agua pura
La opción de calibrarla de manera
personal de 0-100%
www.lab‐ferrer.com
24. ¿Con el suelo congelado?
C
l
l
l d ?
Material
Aire
1
Suelos Minerales
3-7
Materia Orgánica
2-5
Hielo
5
Agua
80
www.lab‐ferrer.com
Cuando el suelo se congela
parece (por los datos de los
sensores) que el VWC tiende a 0
25. Variación
V i ió entre el Dí - N h
t
l Día Noche
Causada por la Temperatura
• La calibración de fábrica asume una temperatura
constante del agua en el suelo
• La disminuye con el aumento de temperatura,
,
/
relación 0,5%/ºC
Causada por la Redistribución del agua
• Para un VWC del 20%, un cambio de ±2ºC da lugar a
%
cambio del ±1,2% en el VWC (no tenemos en cuenta
las otras fuentes de error)
www.lab‐ferrer.com
26. Variación Día Noche
V i ió Dí - N h
www.decagon.com/appnotes/soil_moisture
www.lab‐ferrer.com
27. ¿Por que´ los sensores registran valores de
VWC dif
diferentes a l misma profundidad?
la i
f did d?
www.lab‐ferrer.com
28. Variabilidad Sensor - S
V i bilid d S
Sensor
La pregunta real es ¿Qué muestran los
p g
¿Q
sensores, la variablidad entre ellos o la
variabilidad espacial del suelo?
• Para evaluar la variabilidad entre sensores
se puede emplear líquido anticongelante (el
anticongelante tiene una parecida a la de
los suelos, de manera que la lectura estará
en el intervalo normal)
• Si ambos sensores proporcionan la misma
lectura con el anticongelante, pues entonces
los sensores registran l
l
la variabilidad d l
b l d d del
suelo
www.lab‐ferrer.com
30. Datos d C lib ió
D t
de Calibración
IMPRESCINDIBLE para
cualquier sensor de
humedad del suelo
El fabricante debe
p p
proporcinarlo
Asícomo la información
sobre la variabilidad
entre sensores
(expresión de la
exactitud del sensor)
www.lab‐ferrer.com
31. Limitaciones
Li it i
Todos los sensores de humedad son
sensibles a los cambios en la
temperatura del suelo
Todos los sensores de humedad son
sensibles a la Conductividad Eléctrica
(CE) del suelo y del agua de riego
www.lab‐ferrer.com
32. ¿Cúanto id ?
¿Cú t miden?
El volumen de influencia de los
sensores capacitivos está
determinado en su totalidad por
p
la forma y tamaño de las placas
del condensador
www.lab‐ferrer.com
33. Cúantos sensores
Cú t
Una forma habitual de programar el riego por goteo con
sensores, es instalar sensores a distinta profundidad en la
zona del bulbo húmedo
www.lab‐ferrer.com
35. Precisión
P i ió
En la actualidad ningún sensor de humedad del suelo
puede medir la VWC una precisión inferior al 3%
Las diferencias en la mineralogía la densidad aparente y
mineralogía,
el contenido de materia orgánica hacen que una precisión
p
<3% sea completamente inalcanzable incluso si la se
mide con precisión
Una manera de aumentar la precisión de los sensores de
humedad de suelo es calibrándolos específicamente para
p
su tipo de suelo
www.lab‐ferrer.com
36. Fallos
F ll
La causa más frecuente de fallos en los sensores de
humedad del suelo es la rotura de los cables, ya sea por la
p
actividad humana o daño por roedores.
www.lab‐ferrer.com
37. Instalación
I t l ió
El buen contacto entre el sensor y el suelo es el factor
más importante para obtener medidas exactas con
sensores dieléctricos de humedad del suelo
Suelos duros, Emplear
herramientas para conseguir
intruducir el sensor
Suelos rocosos, Tamizar las
,
piedras, cubrir los sensores
con este suelo tamizado
www.lab‐ferrer.com
38. Instalación
Permanente
P
t
Muchas Técnicas para instalar
1.
2.
3.
4.
Pared vertical
Barrenar con cabezal de 5 cm
diámetro
Barrenar con el cabezal de
10cm de diámetro: pared
lateral
Barrenar con el cabezal de
5cm de diá
5
d diámetro y con 45º
1
Inserción del Sensor
VERTICAL NO Horizontal
www.lab‐ferrer.com
Video de instalación: www.decagon.com/videos
2
3
39. VWC vs.
El efecto del VWC en
las plantas depende
de tipo de suelo
p
El Potencial () es
independiente del tipo
i d
di
d l i
de suelo
www.lab‐ferrer.com
40. Interpretación d d t
I t
t ió de datos en continuo
ti
Curva típica de evolución de la humedad del suelo
www.lab‐ferrer.com