Para evaluar el rendimiento de cualquier sensor de contenido de agua, primero hay que entender su tecnología. Para ello, es necesario comprender cómo se mide el contenido volumétrico de agua (VWC). El contenido volumétrico de agua es el volumen de agua dividido por el volumen de suelo (ecuación 1), lo que da el porcentaje de agua en una muestra de suelo.
Así, por ejemplo, si un volumen de suelo (Figura 1) estuviera formado por los siguientes constituyentes 50% de minerales del suelo, 35% de agua y 15% de aire, ese suelo tendría un contenido volumétrico de agua del 35%.
El porcentaje de agua en masa(wm) puede medirse directamente mediante el método gravimétrico, que consiste en restar la masa del suelo seca al horno(md) de la masa de suelo húmedo (lo que da la masa de agua, mw) y dividiendo por md (ecuación 2).
El contenido gravimétrico de agua resultante puede convertirse en volumétrico multiplicándolo por la densidad aparente seca del suelo(⍴b) (ecuación 3).
El contenido volumétrico de agua también puede medirse indirectamente: es decir, se mide un parámetro relacionado con el VWC y se utiliza una calibración para convertir esa cantidad en VWC. Todos los sensores de humedad del suelo METER utilizan un método indirecto denominado tecnología de capacitancia. En términos sencillos, la tecnología de capacitancia utiliza dos electrodos metálicos (sondas o agujas) para medir la capacidad de almacenamiento de carga (o permitividad dieléctrica aparente) de lo que haya entre ellos.
La tabla 1 ilustra que cada componente común del suelo tiene una capacidad de almacenamiento de carga diferente. En el suelo, el volumen de la mayoría de estos constituyentes permanecerá constante a lo largo del tiempo, pero el volumen de aire y agua fluctuará.
| Material | Permitancia dieléctrica aparente |
|---|---|
| Aire | 1 |
| Minerales del suelo | 3 - 16 |
| Materia orgánica | 2 - 5 |
| Hielo | 5 |
| Agua | 80 |
Dado que el aire casi no almacena carga y el agua almacena una gran carga, es posible medir el cambio en la capacidad de almacenamiento de carga de un suelo y relacionarlo con la cantidad de agua (o VWC) en ese suelo. (Para una explicación más detallada de la tecnología de la capacitancia, véase Humedad del suelo 201).
Cuando se utilizó por primera vez la tecnología de la capacitancia para medir la humedad del suelo en la década de 1970, los científicos pronto se dieron cuenta de que la rapidez con la que se cargaba y descargaba el campo electromagnético era fundamental para el éxito. Las bajas frecuencias provocaban grandes efectos de la salinidad del suelo en las lecturas. Con el tiempo, estos nuevos conocimientos, combinados con los avances en la velocidad de la electrónica, permitieron ajustar con éxito el enfoque original de la capacitancia. Los sensores de capacitancia modernos, como los sensores METER, utilizan altas frecuencias (70 MHz) para minimizar los efectos de la salinidad del suelo en las lecturas.
Los circuitos de los sensores de capacitancia pueden diseñarse para resolver cambios extremadamente pequeños en el contenido volumétrico de agua, hasta el punto de que la NASA utilizó la tecnología de capacitancia de METER para medir el contenido de agua en Marte. Los sensores capacitivos de humedad del suelo son fáciles de instalar y suelen requerir poca energía. Pueden durar años en el campo alimentados por una pequeña batería en un registrador de datos.
Tanto TEROS como los sensores de humedad del suelo ECH2Outilizan la misma tecnología fiable de capacitancia de alta frecuencia (70 MHz) publicada en miles de artículos revisados por expertos. La figura 3 muestra los datos de calibración de ECH2O5TE y TEROS 12.
Sin embargo, la nueva líneaTEROS aprovecha los avances en técnicas de calibración, una herramienta de instalación y mejores materias primas para producir sensores más duraderos, precisos, fáciles y rápidos de instalar, más consistentes y vinculados a un potente e intuitivo sistema de registro y visualización de datos en tiempo casi real (Figura 4).
Estos son algunos de los cambios que verá en la nueva línea de sensores de contenido de agua TEROS :
Variabilidad mínima de sensor a sensor: los sensoresTEROS 11/12 utilizan un procedimiento de calibración completamente nuevo que maximiza la precisión y minimiza la variabilidad de sensor a sensor, al tiempo que mantiene un coste razonable del sensor. Así que puede estar seguro de que cada sensor que instale va a leer exactamente igual que el siguiente.
Gran volumen de influencia: Los sensores TEROS 11/12 ofrecen un volumen de influencia de un litro (frente a los 200 ml típicos de la mayoría de los sensores).
Rendimiento fiable y duradero del sensor: Las agujas de acero inoxidable de alta calidad y mejor afiladas se deslizan fácilmente incluso en suelos endurecidos, y un relleno de epoxi duradero hace que el sensor dure hasta 10 años en el campo. En el TEROS 12, hemos colocado un sensor de temperatura perfectamente dentro de la aguja central para que las agujas sean robustas, aunque extremadamente sensibles a los cambios de temperatura del suelo.
Reducción de los errores de instalación: El nuevo TEROS Borehole Installation Tool evita errores de instalación y proporciona una inserción uniforme y perfecta en cualquier tipo de suelo (incluso en arcilla dura), al tiempo que minimiza las molestias en el emplazamiento. Los sensores se instalan perfectamente perpendiculares a la pared lateral con una presión uniforme y luego se sueltan suavemente para evitar espacios de aire.
Estándar de verificación: TEROS la repetibilidad del sensor puede comprobarse con un estándar de verificación de precisión. Ningún otro sensor de humedad del suelo tiene esta capacidad. Basta con deslizar el clip de verificación en un sensor y conectarlo a un registrador. Si la lectura está dentro del rango correcto, el sensor está listo para funcionar.
Recogida de datos sin fisuras: Para una recogida de datos sencilla y fiable, combine los sensores de TEROS con el nuevo ZL6en el que todos los datos se transmiten casi en tiempo real a través del cloud.
Hemos creado la nueva línea de sensores TEROS para eliminar las barreras que impiden una buena precisión, como la inconsistencia de la instalación, la variabilidad entre sensores y la verificación de los sensores. Los sensores de humedad del sueloTEROS utilizan la misma tecnología fiable ECH2O, pero van más allá de la línea ECH2Opara optimizar la precisión de todo el conjunto de datos. Combinan una instalación consistente e impecable, una construcción extremadamente robusta, una variabilidad mínima entre sensores, un gran volumen de influencia y un registro de datos avanzado para ofrecer el mejor rendimiento, precisión, facilidad de uso y fiabilidad a un precio asequible.
¿Quiere más detalles? En el siguiente vídeo, el experto en humedad del suelo Leo Rivera explica por qué hemos dedicado 20 años a crear la nueva línea de sensores TEROS .
Vea cómo la tecnología de capacitancia y los sensores METER han mejorado y avanzado con el tiempo.
| Año | Sensor | Historia del desarrollo |
|---|---|---|
| 2000 | ECH2O20 | En 1999, los sistemas de medición de la humedad del suelo eran caros. Un estudiante de la WSU imaginó un sensor conectado de bajo coste y bajo consumo que los agricultores pudieran utilizar para gestionar el riego. Pidió al Dr. Gaylon S. Campbell que desarrollara la tecnología, y el sensor resultante midió la capacitancia del suelo a 6 MHz, iniciando una clase completamente nueva de tecnología asequible de detección de la humedad del suelo. Los circuitos moldeados de la sonda ECH2Oy los electrodos sellados en una placa de circuito impreso hicieron que su fabricación fuera barata y permitieron enterrarla en el suelo. La experiencia demostró que el sensor funcionaba bien en suelos naturales de baja salinidad, pero perdía precisión con niveles de salinidad medios y altos. |
| 2002 | ECH2O10 | Recibimos muchas peticiones para acortar el ECH2O, especialmente de los cultivadores de invernaderos, que querían un sensor lo suficientemente corto para introducirlo en sus macetas. El nuevo ECH2O10 resultó útil en estas nuevas aplicaciones, aunque los problemas que plantea el agua de riego rica en nutrientes que se utiliza en invernaderos y viveros empujaron a nuestros científicos a buscar formas de minimizar la influencia de la conductividad eléctrica. |
| 2005 | EC-5 | En 2003, empezamos a experimentar con frecuencias de medición más altas, hasta que finalmente nos decidimos por la de 70 MHz, que minimizaba la sensibilidad a la salinidad y mejoraba el rendimiento general del sensor, haciendo que el nuevo EC-5 fuera preciso en casi cualquier suelo o medio sin suelo. Las clavijas facilitaban mucho su instalación, y la combinación del bajo coste del sensor y el mínimo consumo de energía lo hacían ideal para su uso en grandes redes. Se convirtió en uno de nuestros sensores de contenido de agua más populares. |
| 2007 | ECH2O TE | Una vez que EC-5 salió a la venta, recibimos un aluvión de solicitudes para añadir temperatura y conductividad eléctrica (CE) al sensor por parte de cultivadores que utilizan la CE de su suelo o sustratos sin suelo como sustituto de los nutrientes disponibles para la planta. Construimos el ECH2OTE, que medía la CE con electrodos de oro en la superficie del material de la placa de circuitos. |
| 2007 | ECH2O TM | Poco después de lanzar el ECH2OTE, diseñamos un sensor complementario, el ECH2OTM, que sólo medía el contenido de agua y la temperatura. Se trataba de un sensor importante para muchas aplicaciones de investigación, ya que la temperatura del suelo suele combinarse con el contenido de agua cuando se mide en un perfil de suelo. |
| 2008 | 10HS | A pesar de la popularidad del EC-5, algunos clientes echaban de menos la longitud de los sensores ECH2O10 y 20 ya retirados. El 10HS se introdujo con puntas de 10 cm para aumentar su esfera de influencia e incluir más volumen de suelo en la medición del VWC (1,3 litros frente al EC-5 que medía 0,24 litros). |
| 2009 | 5TE | Aunque el ECH2OTE medía la CE con precisión, unos pequeños orificios en el circuito de medición de oro permitían que el agua llegara al cobre situado debajo y corroyera la superficie. El 5TE cambió la larga superficie de oro por pequeños electrodos de tornillo de acero inoxidable que serían impermeables a la corrosión y podrían durar varios años en el suelo. |
| 2010 | 5TM | El 5TM se introdujo como complemento del 5TE para que ambos pudieran actualizarse al nuevo diseño, más robusto. |
| 2012 | GS3 | En 2013, combinamos agujas de acero con un proceso de sobremoldeo de epoxi, aumentando la vida útil del sensor. Automatizamos el proceso de sobremoldeo de epoxi, lo que hizo que el robusto sensor GS3 fuera extremadamente asequible. Las agujas de acero proporcionaron a este sensor un área de superficie ampliada para optimizar las mediciones de CE, minimizando al mismo tiempo la perturbación del sustrato durante la inserción. La temperatura se midió con un termistor integrado y la conductividad eléctrica, con una guía de electrodos de acero inoxidable. |
| 2014 | GS1 | Nuestros clientes de agricultura comercial querían un sensor de contenido de agua sin florituras, a prueba de balas y con un gran volumen de influencia que pudiera medir en entornos difíciles. Así que, tras realizar avances en el proceso de sobremoldeo con epoxi, diseñamos una carcasa dura y la rellenamos con epoxi, presentando nuestro sensor volumétrico de contenido de agua más resistente. |
| Hoy | TEROS Serie | La nueva línea de sensores de humedad del suelo TEROS combina la reconocida tecnología de capacitancia de alta frecuencia de METER con una forma ultrarresistente, una herramienta de instalación y un nuevo procedimiento de calibración para ofrecer nuestro sensor más preciso y fácil de usar con una excelente relación calidad-precio (véase la figura 4). |
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Seis breves vídeos le enseñarán todo lo que necesita saber sobre el contenido de agua del suelo y el potencial hídrico del suelo, y por qué debe medirlos juntos. Además, domine los conceptos básicos de la conductividad hidráulica del suelo.
Nuestros científicos cuentan con décadas de experiencia ayudando a investigadores y cultivadores a medir el continuo suelo-planta-atmósfera.
La programación del riego en la agricultura y el césped requiere un sensor de humedad del suelo que sea preciso, fiable y de bajo coste. Muchos sensores están limitados porque se quedan cortos en alguna de estas áreas. Hasta ahora.
TEROS son más duraderos, precisos, fáciles y rápidos de instalar, más consistentes y están vinculados a un potente e intuitivo sistema de registro y visualización de datos casi en tiempo real.
Entre las miles de publicaciones revisadas por expertos que utilizan sensores de suelo METER, ningún tipo se perfila como el favorito. Por lo tanto, la elección del sensor debe basarse en sus necesidades y aplicación. Utilice estas consideraciones para identificar el sensor perfecto para su investigación.
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