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

¿QUÉ

DEBO SABER

ANTES DE COMPRAR
UN SENSOR DE
CONTENIDO DE

HUMEDAD DEL SUELO?
Gema Rodrigo
Villar
Dr Ingeniero
Agrónomo

www.lab‐ferrer.com

Seminario virtual
27/02/2014

Área de Humedad
del Suelo LabFerrer

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
…


¿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)


¿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


LOS SENSORES IGUALES?

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


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


¿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


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


Material



Aire
Ai

1

Suelos Minerales

3-7

Materia O á i
M
i Orgánica

2-5

Hielo

5

Agua
A

80

 de materiales
1

5

20

40

80

Intervalo en suelos minerales

SUELO


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

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.


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


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)


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


¿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


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


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


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


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 …)


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


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)


Pedir al
fabricante

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?


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


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

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%


¿Con el suelo congelado?
C
l
l
l d ?
Material



Aire

1

Suelos Minerales

3-7

Materia Orgánica

2-5

Hielo

5

Agua

80


Cuando el suelo se congela
parece (por los datos de los
sensores) que el VWC tiende a 0

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)


Variación Día Noche
V i ió Dí - N h
www.decagon.com/appnotes/soil_moisture


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


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


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


PARA
DE

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)


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


¿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


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


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


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


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.


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


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


Video de instalación: www.decagon.com/videos

2

3

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


Interpretación d d t
I t
t ió de datos en continuo
ti
Curva típica de evolución de la humedad del suelo


Estrategia–Programación d Ri
E t t i P
ió de Riego


Muchas gracias por vuestra atención
g
p

LabFerrer
info@lab-ferrer.com
973532110

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