qué debo saber antes de comprar un sensor de contenido de humedad del suelo

¿QUÉ DEBO SABERANTES DE COMPRAR

UN SENSOR DEUN SENSOR DECONTENIDO DE

HUMEDAD DEL SUELO?Gema Rodrigo VillarDr Ingeniero Área de HumedadDr IngenieroAgrónomo

Área de Humedaddel Suelo LabFerrer

www.lab‐ferrer.comwww.lab‐ferrer.com

Seminario virtual27/02/2014

S d H d d d l S lSensores de Humedad del SueloLos sensores de humedad del suelo son un componente muy importante en los de sistemas de control y programación de riegos proporcionan información crítica riegos, proporcionan información crítica para la gestión eficaz y eficiente del agua

• Informan de la Humedad del suelo • Informan de la Humedad del suelo • Eficiencia del riego // Control del drenaje • Evaluar la demanda de agua en los cultivos

ó• Detectar la lixiviación de nutrientes • Evaluar la efectividad de la lluvia • On/Off el controlador de riego• On/Off el controlador de riego…

www.lab‐ferrer.com

¿C ál es el sensor más adec ado?Respuesta: DEPENDE DE LO QUE QUIERAS

¿Cuál es el sensor más adecuado?Respuesta: DEPENDE DE LO QUE QUIERAS

Todos tienen ventajas e inconvenientes

Todos proporcionan información sobre el contenidovolumétrico de agua en el suelo (Volumetric Watervolumétrico de agua en el suelo (Volumetric WaterContent - VWC)


¿Q é d b t t ?¿Qué debo tener en cuenta?¿Para qué quiero medir el VWC? Seguimiento del agua¿Para qué quiero medir el VWC?, Seguimiento del aguaen el suelo, Evaluar drenaje, Programación de riegos …Factores económicos de manejo y laborales ¿EnFactores económicos, de manejo y laborales, ¿Encuántos puntos voy a medir? ¿Cuántos sensores/puntode medida?, Oferta comercial de sensores, ¿Cuánto¿dinero puedo gastar para conocer el VWC?, ¿Quéprecisión necesito?, Personal disponible para el trabajo

¿FACTORES TÉCNICOS, ¿SÓN TODOS LOS SENSORES IGUALES?CÚ O? CÓ O O O?¿CÚAL ELIJO? Y ¿CÓMO LO ELIJO?


Lo q e damos por hecho¿Conocemos?

Lo que damos por hecho¿Conocemos?

• El principio de funcionamiento del sensor• Errores de los sensores

• Los Inherentes• Los Evitables

• Criterio de validez aceptación • Criterio de validez-aceptación


L S id I di t tLos métodos de medida de la humedad del suelo in situ

Los Sensores miden IndirectameteLos métodos de medida de la humedad del suelo in situmiden el contenido de humedad de forma INDIRECTAPara medir de forma DIRECTA el VWC, hay que recoger unaPara medir de forma DIRECTA el VWC, hay que recoger unamuestra de suelo de volumen conocido, pesarla, secarla ypesar de nuevo. Método GRAVIMÉTRICO


¿Q é id l S ?Los sensores de humedad del

¿Qué miden los Sensores?Los sensores de humedad del suelo ECH2O de Decagon Devices Inc. miden la PermitividadDieléctrica del Suelo, , la habilidaddel suelo para soportar una cargalé t ieléctrica

La cambia de forma predecibleLa cambia de forma predecible


T í Di lé t i Có f iTeoría Dieléctrica: Cómo funcionaEn un medio heterogéneo: En un medio heterogéneo: – La fracción de volumen de

cualquier componente estáMaterial

Ai 1q p

relacionada con la total– Cambiando el volumen de

cualquier componente cambia

Aire 1Suelos Minerales 3 - 7M i O á i 2 5cualquier componente cambia

el valor de – A causa de su elevada , los

Materia Orgánica 2 - 5Hielo 5 A 80cambio en el volumen de agua

tienen un efecto significativosobre el total

Agua 80

sobre el total


de materiales1 5 20 40 80

de materiales1 5 20 40 80

Intervalo en suelos minerales

SUELO

Material Aire 1SUELO Suelos Minerales 3-7Materia orgánica 2-5Hielo 5Hielo 5Agua 80


Di l t i Mi i M d lDielectric Mixing ModelLa total de un suelo está formada por la de cadaLa total de un suelo está formada por la de cadacomponente individual

Las fracciones de volumen, Vx, son factores que constituyenla unidad

ibiom

bom

bwa

bam

bm

b VVVVt

es la permitividad dieléctrica, b es una constante de valor proximo a 0 5 y los subíndices m a om i y w representan proximo a 0,5, y los subíndices m, a, om, i, y w representan, suelo mineral, aire, materia orgánica, hielo y agua.


VWC Si reorganizamos la ecuación y despejamos el VWC (θ)VWC y

5.0

5.05.05.05.05.0

5.0

)(1

w

iiomomaamm

w

VVVVt

1)1(

b

mb

Remarcar1

w

s

Remarcar– Idealmente, el θ es una ecuación de primer orden. Pero por logeneral, suele ser una ecuación de segundo ordenP t ti l i id l d l di lib– Por este motivo, los equipos que miden la del medio se calibranpara registrar el contenido de humedad


Ej l d f i i tM i ( i l l) Sensor (vista lateral)

Ejemplo de funcionamientoMatriz (vista lateral) Sensor (vista lateral)

gnetico

ampo

ectro

mág

onfin

ado

Ca Ele

co


E I h tDecagon

Errores Inherentes

Señal (mV) ɛa v ó VWCToppDecagon

g

ToppDecagon

ERROR DEL FABRICANTE (ɛ )o Señal (RAW ó mV) ɛa (medio homogéneo)

ERROR DEL FABRICANTE (ɛb)( ) a ( g )

o Variación inter-sensoro Efecto de la CEa y Temperatura sobre

l lla señal


¿Qué influye en la exactitud de las medidasá ?de de los sensores desde fábrica?

• L C d ti id d• La ConductividadEléctrica (CE)

• La Temperatura• La variabilidad Sensor –

Sensor


Ef t d l l (CE) l E tit d(C )

Efecto de las sales (CE) en la Exactitud• Las sales (CE) afectan a la

capacidad del sensor paraseparar la del suelo de separar la del suelo de su conductancia.

• En suelos salinos esrecomendable emplear

b j sensores que trabajen a frecuencias elevadas paraque las lecturas no se que las lecturas no se vean afectadas por la CE


Ef d l T l E i d• La electrónica de los sensores no está afectada

Efecto de la Temperatura en la Exactitud• La electrónica de los sensores no está afectada

por la temperatura• La permitividad del agua ( ) depende de laLa permitividad del agua (a) depende de la

temperatura• La CE de la solución del suelo también dependep

de la temperatura (correlación positiva)• Imposible compensarla de forma electrónica• Hacer la corrección durante el análisis


Especificaciones del Sensor de FábricaR ibilid d S S• Todos los sensores deben proporcionar la misma lectura

Repetibilidad Sensor - SensorTodos 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 digitales10HS tienen una variación del 1%. Los sensores digitales(5TE, 5TM, GS3, MPS-2) muestran una variabilidad inferior


E E it blERROR DEL USUARIO (señal ɛ )Errores Evitables

MALA INSTALACIÓN hace que el volumenexplorado sea no representativo (Piedras

ERROR DEL USUARIO (señal ɛa)

explorado sea no representativo (Piedras,mala compactación alrededor del sensor,bolsas de aire, densidad aparente …), p


C t ib ió d l EE θ

Contribución de los Errores

10,0%10 0%

12,0%Errores en θmedida

6,0%

8,0%10,0%

Error

% θ)

3,0% 3,0% 2,5% 3,0%

2,0%

4,0%

E (%

0,0%

sensor (�) accuracy

bulk density

mineral permittivity

permittivity of water

poor installation

Precisión del Densidad

aparenteɛm ɛw Mala

Instalaciónaccuracy density permittivity of water installationFactor

sensor aparente Instalación


Resumen: factores que afectan a l did d l la medida de los sensores

• La capacidad del sensor para medir la con precisión

• La calidad de la instalación• La calidad de la instalación

• La relación entre la y el La relación entre la y el valor de VWC EXACTITUD (Certificado de Calibración)

Pedir al fabricante


P t H bit l– ¿Por qué un sensor puede registrar valores negativos de

Preguntas Habituales¿ q p g gVWC?

– ¿Por qué no lee 100% cuando está sumergido en agua?¿Por qué no hay lecturas cuando el suelo está– ¿Por qué no hay lecturas cuando el suelo estácongelado?

– ¿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?distinto a la misma profundidad?


Valores negativos cuando el sueloá

Calibración incorrecta o el sensor está midiendo el aire

está muy secoCalibración incorrecta o el sensor está midiendo el aire

Si el sensor mide el aire• La del aire es < a la de un Material La del aire es < a la de un

suelo mineral o a la del agua• En la calibración de fábrica se

l t á

Aire 1Suelos Minerales 3 - 7 asume que el sensor estará

rodeado de suelo• Si se mide una gran cantidad

Suelos Minerales 3 7Materia Orgánica 2 - 5Hielo 5 g

de aire, la lectura del sensor será artificialmente baja, y el output de la ecuacion (lineal)

Hielo 5 Agua 80

output de la ecuacion (lineal) generará un valor negativo


El l 100% L l ió l l VWC

El valor en agua no es 100% La relación entre la y el VWC no es lineal de 0-100%

A l i l d VWC Aunque en el intervalo de VWC que más nos interesa (0-50%), la relación si que es lineal relación si que es lineal

La recta de calibración empleasuelo en el intervalo de 0-50% y suelo en el intervalo de 0 50% y no está calibrada para agua pura

La opción de calibrarla de maneraLa opción de calibrarla de manerapersonal de 0-100%


C l l l d ?Cuando el suelo se congela

¿Con el suelo congelado?Material Cuando el suelo se congela

parece (por los datos de lossensores) que el VWC tiende a 0

Material

Aire 1Suelos Minerales 3 - 7Materia Orgánica 2 - 5Hielo 5 Agua 80


V i ió t l Dí N hCausada por la Temperatura

Variación entre el Día - NocheCausada por la Temperatura• La calibración de fábrica asume una temperatura

constante del agua en el sueloconstante 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 cuentalas otras fuentes de error)las otras fuentes de error)


V i ió Dí N hwww.decagon.com/appnotes/soil_moisture

Variación Día - Noche


¿Por que´ los sensores registran valores de VWC dif l i f did d?VWC diferentes a la misma profundidad?


V i bilid d S SLa pregunta real es ¿Qué muestran los

Variabilidad Sensor - Sensorp g ¿Q

sensores, la variablidad entre ellos o lavariabilidad espacial del suelo?• Para evaluar la variabilidad entre sensores

se puede emplear líquido anticongelante (elanticongelante tiene una parecida a la deanticongelante tiene una parecida a la delos suelos, de manera que la lectura estaráen el intervalo normal)

• Si ambos sensores proporcionan la mismalectura con el anticongelante, pues entoncesl l b l d d d llos sensores registran la variabilidad delsuelo


RESUMEN DE LAS RECOMENDACIONES PARAEVALUAR LA VIABILIDAD DE UN SENSOR DEHUMEDAD DEL SUELO

Buenas prácticas de manejo e instalación de los sensores de humedad, proporcionaránuna información correcta y efectiva


D t d C lib ióIMPRESCINDIBLE

Datos de CalibraciónIMPRESCINDIBLE para cualquier sensor de humedad del suelo

El fabricante debe proporcinarlop p

Asícomo la información sobre la variabilidad sobre la variabilidad entre sensores (expresión de la exactitud del sensor)exactitud del sensor)


Li it iTodos los sensores de humedad son

LimitacionesTodos los sensores de humedad sonsensibles a los cambios en latemperatura del suelo

Todos los sensores de humedad sonsensibles a la Conductividad Eléctricasensibles a la Conductividad Eléctrica(CE) del suelo y del agua de riego


¿Cú t id ?El volumen de influencia de los

¿Cúanto miden?El volumen de influencia de los sensores capacitivos está determinado en su totalidad por pla forma y tamaño de las placas del condensador


Cú tUna forma habitual de programar el riego por goteo con

Cúantos sensoresUna forma habitual de programar el riego por goteo consensores, es instalar sensores a distinta profundidad en lazona del bulbo húmedo


E t l ió d l l d VWCExtrapolación de los valores de VWC


P i ióEn la actualidad ningún sensor de humedad del suelo

PrecisiónEn la actualidad ningún sensor de humedad del suelopuede medir la VWC una precisión inferior al 3%

Las diferencias en la mineralogía la densidad aparente yLas diferencias en la mineralogía, la densidad aparente yel contenido de materia orgánica hacen que una precisión<3% sea completamente inalcanzable incluso si la sepmide con precisión

Una manera de aumentar la precisión de los sensores deUna manera de aumentar la precisión de los sensores dehumedad de suelo es calibrándolos específicamente parasu tipo de suelop


F llLa causa más frecuente de fallos en los sensores de

FallosLa causa más frecuente de fallos en los sensores dehumedad del suelo es la rotura de los cables, ya sea por laactividad humana o daño por roedores.p


I t l ióEl buen contacto entre el sensor y el suelo es el factor

InstalaciónEl buen contacto entre el sensor y el suelo es el factormás importante para obtener medidas exactas consensores dieléctricos de humedad del sueloSuelos duros, Emplearherramientas para conseguirintruducir el sensor

Suelos rocosos, Tamizar las,piedras, cubrir los sensorescon este suelo tamizado


InstalaciónP t Muchas Técnicas para instalar

Permanente Muchas Técnicas para instalar

1. Pared vertical2. Barrenar con cabezal de 5 cm

diámetro3. Barrenar con el cabezal de

10cm de diámetro: pared 321

10cm de diámetro: pared lateral

4. Barrenar con el cabezal de 5 d diá 45º5cm de diámetro y con 45º

Inserción del Sensor VERTICAL NO Horizontal

www.lab‐ferrer.com Video de instalación: www.decagon.com/videos

VWC El efecto del VWC en

VWC vs. El efecto del VWC en las plantas depende de tipo de suelop

El Potencial () es i d di d l i independiente del tipo de suelo


I t t ió d d t tiCurva típica de evolución de la humedad del suelo

Interpretación de datos en continuoCurva típica de evolución de la humedad del suelo


E t t i P ió d RiEstrategia–Programación de Riego


Muchas gracias por vuestra atencióng p

[email protected]

973532110


973532110

qué debo saber antes de comprar un sensor de contenido de humedad del suelo

Education