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Sensores de Humedad

 

En esta publicación se presentan algunos conceptos básicos sobre la capacidad de almacenamiento del agua en el suelo, se describen los sensores seleccionados para monitorear el agua del suelo (incluyendo sondas de capacitancia, bloques de yeso y tensiómetros), se enlistan las ventajas y desventajas de utilizar estos sensores y se presentan los conceptos básicos para la instalación de los mismos. El mejorar el manejo del agua en sus cultivos, le permitirá conservar agua y aumentar la rentabilidad en sus tierras agrícolas.

 

Medición del agua del suelo Los métodos utilizados para medir el agua en el suelo se clasifican como directos e indirectos.

 

El método directo se refiere al método gravimétrico en el cual se recolecta una muestra del suelo, se pesa, se seca en el horno y se pesa nuevamente  para determinar el contenido de agua de la muestra. Para obtener el  contenido volumétrico se multiplica por la densidad aparente.

 

El método gravimétrico es el estándar contra el cual se calibran los métodos indirectos.

Esta sección describe algunos métodos indirectos utilizados para medir la humedad del suelo.

 

Sensores granulares de la matriz y bloques de yeso Los bloques de yeso responden a los cambios de humedad del suelo de acuerdo a la profundidad en que éstos son colocados en el suelo al medir la resistencia eléctrica entre dos círculos de malla de alambre que están conectados por un material poroso.

 

El sensor Watermark®

 

 Funciona similarmente al sensor de bloques  de yeso, sin embargo difiere de éste porque es más duradero en el suelo y puede responder mejor a los cambios de humedad del mismo. Este sensor mide la tensión de la humedad del suelo en un rango de 0 a 199 centibars.

 

La tensión debe ser interpretada cuidadosamente de acuerdo a las propiedades del suelo. Por ejemplo una lectura de 10 cb puede corresponder a la capacidad de campo en suelos de textura gruesa (arena), mientras que 30 cb pueden corresponder a la capacidad de campo en suelos de textura más fina (limosos, arcillosos). Las lecturas altas en el medidor indican que el suelo se está secando. Por lo tanto una lectura de 75 cb puede corresponder a un déficit de 90 por ciento para suelos de textura gruesa, pero solamente de 30 por ciento para suelos de textura fina. Por esta razón es recomendable calibrar los sensores Watermark® a cada tipo específico de suelo. Estos sensores se ven afectados ligeramente por la temperatura y la salinidad.

 

Instalacion y lectura

Para obtener una lectura mas precisa de la humedad de suelo, es importante instalar varias estaciones de sensores Watermark® por terreno, especialmente si el terreno tiene varios tipos de suelos. Una estación debe consistir en la instalación de varios sensores enterrados a diferentes profundidades, según el tipo de cultivo (a la profundidad efectiva de la raíz), con el fin de evaluar el movimiento y la extracción de la humedad a lo largo de la temporada del cultivo. La colocación de los sensores variará ligeramente de acuerdo al método de riego. Además, los sensores deben de colocarse en un área representativa, tal como dentro de una hilera de plantas para cultivos que se siembran en hileras, o en la cama para cultivos hortícolas o bien en áreas mojadas bajo riego por goteo. La profundidad a la que se colocará el sensor también debe ser representativa de la zona efectiva de la raíz.

 

Sensores que miden la constante dieléctrica del suelo

Estos sensores miden los cambios en la constante dieléctrica del suelo con un capacitor que consta de dos placas de un material conductor que están separadas por una distancia corta (menos de 3 ⁄8 de pulgada).

Cuando el material entre las placas es aire, el capacitor mide 1 (la constante dieléctrica del aire).

La mayoría de los materiales del suelo, tales como la arena, arcilla y material orgánico poseen una constante dieléctrica de 2 a 4. El agua tiene la constante dieléctrica más alta, que es de 78. Por lo tanto, los contenidos más altos de agua en un sensor de capacitancia serían indicados por constantes dieléctricas con medidas más altas. Como consecuencia, al medir los cambios en una constante dieléctrica, el contenido de agua se mide indirectamente.

Algunos de los sensores disponibles basados en la capacitancia incluyen los sensores.

 

Estos sensores proporcionan las lecturas de los contenidos volumétricos de agua en el suelo a la profundidad a la que se colocan (m3 de agua/m3 de suelo). Típicamente la humedad del suelo oscila de 0 a 0.4 m3 de agua por m3 de suelo. Estos sensores ya están precalibrados para usarse en una amplia gama de tipos de suelo. Sin embargo, para suelos con altos contenidos de arena (texturas gruesas) y suelos con altos contenidos de sal, la calibración estándar no será exacta. Por lo tanto, se deberán realizar algunas calibraciones. Un valor de 0 a 0.1 m3 /m3 indica el rango de un suelo seco o cercas del punto de marchitamiento permanente y un valor de 0.3 a 0.4 m3 /m3 representa el rango de humedad de un suelo de capacidad de campo a saturado.

 

Instalación y lectura

Los sensores se deben colocar a diferentes profundidades en áreas representativas del terreno con el fin de dar seguimiento al movimiento del agua del suelo y a su agotamiento dentro de la zona radicular. Esto permitirá monitorear la humedad y determinar el uso del agua por el cultivo a través del tiempo. Ya que los sensores miden el contenido de agua cerca de su superficie, es importante evitar las bolsas de aire y la compactación excesiva del suelo alrededor de los sensores para obtener lecturas más representativas del suelo natural.

 

Tensiómetro

El tensiómetro mide la tensión o la succión del agua del suelo. Este instrumento consiste de un tubo de plástico lleno de agua y herméticamente cerrado, equipado con un manómetro de vacío en la parte superior y una capsula de cerámica porosa en el extremo inferior.

 

Funcionamiento

El agua se mueve desde el tubo del tensiómetro a través de la cápsula de cerámica hacia el suelo en respuesta a la succión del agua del suelo (cuando el agua se evapora del suelo o cuando la planta extrae agua del suelo). El agua también se puede mover desde el suelo al tensiómetro durante el riego. A medida que el tensiómetro pierde agua, se genera un vacío en el tubo y éste es registrado por el manómetro. La mayoría de los tensiómetros tienen un manómetro graduado de 0 a 100 (centibars, cb, o kilopascales, kPa). Una lectura de 0 indica un suelo saturado. Conforme el suelo se seca, la lectura en el medidor aumenta. El límite funcional del tensiómetro es de aproximadamente 80 cb. Más allá de esta tensión, el aire entra a través de la cápsula de cerámica y provoca la falla del instrumento. Por lo tanto, estos instrumentos son más prácticos en suelos arenosos y con cultivos sensibles a la sequía, ya que éstos tienen un rango de manejo de la humedad del suelo menos amplio. Durante el riego, el agua retorna al tensiómetro y la lectura del manómetro se aproxima a 0. Algunos tensiómetros están equipados con pequeñas reservas de agua para reemplazar esta agua y reducir el mantenimiento requerido.

 

Sensor higrometro

Un higrómetro de suelo es un sensor que mide la humedad del suelo. Son ampliamente empleados en sistemas automáticos de riego para detectar cuando es necesario activar el sistema de bombeo.

Es un sensor sencillo que mide la humedad del suelo por la variación de su conductividad. No tiene la precisión suficiente para realizar una medición absoluta de la humedad del suelo, pero tampoco es necesario para controlar un sistema de riego.

El sensor se distribuye con una placa de medición estándar que permite obtener la medición como valor analógico o como una salida digital, activada cuando la humedad supera un cierto umbral.

Algunos sensores utilizan in post procesado para eliminar la lectura falsa que podria indicar debido a la salinidad, por eso la adicion de un electrodo por lo que utilizan tres electrodos, estos son muchos mas fiables y pueden medidir condicutivad

 

 

Ventajas y desventajas de los sensores seleccionados para medir la humedad del suelo

La Tabla 4 describe algunas de las ventajas y desventajas del método gravimétrico, los sensores Watermark®, los sensores ECH2O, los tensiómetros y el dispersor de neutrones.

 

Gravimetrico

Ventaja

• Muy Preciso

Desventaja

• Destructivo

• Requiere de mano de obra.

•  Consume mucho tiempo

 

Sensores Watermark

Ventajas

• Buena precisión en suelos de textura media a fina debido a sus partículas de tamaño fino similares a la matriz granular del sensor.

• Accesible (aproximadamente 70 Eur por sensor).

•  Rango amplio de lecturas de la humedad del suelo (de 0 a 200cb, o kPa).

• Útil durante varias temporadas con un cuidado apropiado.

• Medidas continúas en la misma ubicación

Desventajas

• Respuesta lenta a cambios en el contenido de agua en el suelo después de una lluvia o un riego.

• Falta de precisión en suelos arenosos debido a sus partículas grandes.

•  Requiere de tiempo para determinar cuál lectura del sensor es la más apropiada para el riego.

•  Requiere de mano de obra intensa para recolectar la información regularmente (sin embargo, es posible conectar los sensores         Watermark® a un registro de datos; por lo tanto, las lecturas se recopilan automáticamente y pueden ser descargadas mediante un     programa a una computadora personal).

•  Requiere de calibración para utilizarse en cada tipo de suelo

 

 

 

Sensor de Capacitancia

Ventajas

• Capacidad de leer directamente el contenido volumétrico del agua en el suelo.

• No requiere de mantenimiento especial.

•  Alta precisión cuando los sensores están instalados apropiadamente y tienen buen contacto con el suelo.

• Amplio rango de operación (de 0 hasta suelo saturado).

• Medidas continúas en el mismo sitio.

 

Desventajas

• Requiere buen contacto con la tierra.

 

Sensor higrometro

Ventajas

• Muy bajo costo

• Lectura directa de la tensión del agua del suelo para programar el riego.

•  Medidas continúas en el mismo lugar

• Amplio rango de operación (de 0 hasta suelo saturado.

 

Desventajas

• La medida se puede ver distorcinada por la salinidad

• Requiere de un sistema especial para evitar la corrocion de los electrodos

 

Tensiómetros

Ventajas

• Bajo costo.

•  Lectura directa de la tensión del agua del suelo para programar el riego.

•  Medidas continúas en el mismo lugar.

 

Desventajas

• Requiere chequeo periódico.

•  Opera solamente para succión de la humedad del suelo menores a 80 cb (no es útil para suelos más secos).

 

 

Conclusiones

Existen varios métodos para monitorear la humedad del suelo y programar el riego. Mientras cada método presenta sus ventajas y desventajas, su correcta instalación y calibración puede convertirlos en herramientas muy eficaces para manejar el riego. El monitorear la humedad del suelo involucra tener conocimientos básicos sobre el uso de agua del cultivo, la capacidad de almacenamiento de agua del suelo, la profundidad y las características de la zona radicular y permite hacer un mejor manejo del riego. La optimización del riego implica aplicar el riego oportunamente y en cantidades adecuadas – pero no excesivas – para conservar agua y aumentar la rentabilidad.