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

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Factores tecnicos a tener en cuenta antes de comprar un sensore de Humeadd del suelo
Certificado de calibración
Certificado de variabilidad entre sensores
Exactitud

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

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 26. Variación Día Noche V i ió Dí - N h www.decagon.com/appnotes/soil_moisture www.lab‐ferrer.com
  27. 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. 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
  29. 29. RESUMEN EVALUAR DE LA LAS RECOMENDACIONES VIABILIDAD DE UN SENSOR HUMEDAD DEL SUELO Buenas prácticas de manejo e instalación de los sensores de humedad, proporcionarán una información correcta y efectiva www.lab‐ferrer.com PARA DE
  30. 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. 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. 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. 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
  34. 34. Extrapolación d l E t l ió de los valores d VWC l de www.lab‐ferrer.com
  35. 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. 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. 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. 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. 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. 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
  41. 41. Estrategia–Programación d Ri E t t i P ió de Riego www.lab‐ferrer.com
  42. 42. Muchas gracias por vuestra atención g p LabFerrer info@lab-ferrer.com 973532110 www.lab‐ferrer.com

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