¿Cómo elegir el mejor sensor de contenido de agua en el suelo para su aplicación?
Elegir un sensor de contenido de agua en el suelo es un paso crítico para muchas aplicaciones como la agricultura, la gestión de paisajes, la automatización del riego, la investigación o el monitoreo ambiental. Sin embargo, debido a que hay numerosos tipos de sensores en el mercado, elegir el sensor adecuado puede parecer complejo de vez en cuando.
En este artículo, abordaremos detalladamente, basándonos en fundamentos científicos, qué mide realmente un sensor, los principios técnicos que hacen que un buen sensor sea bueno y cómo deben interpretarse las especificaciones técnicas del fabricante.
El objetivo es hacer que su proceso de selección de sensores sea consciente y seguro.
¿Qué miden realmente los sensores de contenido de agua en el suelo?
Muchos usuarios piensan que los sensores de contenido de agua en el suelo miden directamente el agua dentro del suelo. Sin embargo, ninguno de los sensores comerciales separa "físicamente" y mide el agua.
En su lugar, los sensores miden otras propiedades físicas que cambian con la presencia de agua en el suelo. Entre estas propiedades se encuentran principalmente:
- Permitividad dieléctrica
- Conductividad térmica
- Densidad de flujo de neutrones
Este artículo se centra en la medición de la permitividad dieléctrica, que es la técnica más utilizada en el mundo.
¿Qué es la permitividad dieléctrica?
La permitividad dieléctrica (o "constante dieléctrica") es la capacidad de una sustancia para almacenar energía bajo un campo eléctrico.
En el contenido del suelo:
- partículas minerales
- materia orgánica
- aire
- agua
se encuentran presentes y el comportamiento de cada componente bajo un campo eléctrico es diferente.
El agua almacena aproximadamente 10 veces más energía bajo un campo eléctrico en comparación con las materias minerales y orgánicas.
Por lo tanto, cuanta más agua haya en la región de medición, mayor será la constante dieléctrica.
¿Por qué el agua almacena tanta energía?
Porque el agua es una molécula polar. ¿Qué significa esta expresión?
Una molécula de agua (H₂O) tiene centros de carga positiva y negativa debido al ángulo de enlace entre los átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno y la distribución de electrones.
Por esta razón, cuando se aplica un campo eléctrico:
- las moléculas de agua intentan alinearse
- gastan energía para cambiar de dirección
- esta energía se vuelve almacenable eléctricamente
Gracias a este comportamiento, los sensores pueden medir el agua.
¿Cómo funcionan los sensores de permitividad dieléctrica?
El sensor envía un campo eléctrico al suelo y mide la respuesta eléctrica del suelo. A medida que cambia la constante dieléctrica, la respuesta eléctrica cambia. Posteriormente, el sensor realiza la siguiente transformación:
Señal eléctrica → Constante dieléctrica → Contenido volumétrico de agua
Las tecnologías utilizadas en este proceso son diferentes:
Principales tecnologías de sensores dieléctricos
TDR (Reflectometría en el dominio del tiempo)
- Se envía una señal electromagnética
- Se mide el tiempo de reflexión
- Ofrece alta precisión
- Común en investigaciones
FDR (Reflectometría en el dominio de la frecuencia)
- Se envían señales a diferentes frecuencias
- Es de alta sensibilidad
- El consumo de energía es bajo
Sensores capacitivos
- Se mide el cambio de capacitancia entre dos electrodos
- Es económico
- Común en aplicaciones agrícolas
Métodos de exploración coaxial
- Se utiliza en diseños industriales
- Es resistente al ruido
Cada tecnología tiene diferentes ventajas, por lo que la elección debe hacerse según la aplicación.
¿Por qué son importantes la temperatura, la salinidad y la estructura del suelo?
La permitividad dieléctrica no depende solo del agua.
Los siguientes factores pueden afectar la medición:
- cambio de temperatura
- cambio de conductividad (especialmente si la EC es alta)
- proporción de arcilla
- cantidad de materia orgánica
Por esta razón, los valores de precisión de los fabricantes se obtienen en condiciones de laboratorio. En condiciones reales de campo, la precisión suele ser menor. Se debe prestar atención al elegir un sensor.
¿Cómo debe ser un buen sensor de contenido de agua en el suelo?
Las siguientes características son de importancia crítica:
Precisión
- Es importante especialmente en los análisis de capacidad de campo y punto de marchitamiento.
Resolución
- Es el cambio más pequeño que el sensor puede detectar.
Rango
- Capacidad de medición en el rango de suelo seco – saturado.
Durabilidad
- Debe resistir los efectos UV, la humedad, los químicos y el impacto mecánico.
Calibración
- Algunos sensores requieren una calibración específica para el tipo de suelo.
Precio
- Se debe buscar un equilibrio entre precio y rendimiento según el propósito de la aplicación.
¿Cómo interpretar las especificaciones técnicas del fabricante?
La precisión de un sensor se ve afectada por los siguientes elementos:
- precisión de la medición eléctrica
- compensación de temperatura
- funciones de conversión
- adaptación al tipo de suelo
- tolerancia a la salinidad
Por ejemplo:
La expresión "±1% de precisión de agua volumétrica" en el campo real suele subir al nivel de ±3%–±5%.
Además, la mayoría de los sensores realizan mediciones menos precisas en niveles bajos de agua.
¿Qué es la resolución?
Por ejemplo, si un sensor:
tiene una resolución del 0.1%, puede detectar cuando la proporción de agua en el suelo aumenta del 20% al 20.1%. Cuanto mayor sea la resolución, más precisos serán los datos.
Rango de operación
Algunos fabricantes dan un rango del 0% al 100%. Esto es teórico. Otros dicen: 0 – 0.5 m³/m³ (esto equivale a un 0%–50% de agua). Según el tipo de suelo:
- suelo arenoso: 20%–30%
- suelo arcilloso: 40%–60%
- suelo orgánico: 60%–70%
puede alcanzar estos contenidos de agua.
El rango del sensor debe ser obligatoriamente adecuado para el tipo de suelo.
Resumen
No existe el sensor perfecto. Existe el sensor más adecuado para su aplicación. Para poder elegir el sensor más preciso, es necesario conocer:
- la tecnología de medición
- la lógica dieléctrica
- los efectos ambientales
- los valores de precisión
- la resolución
- la calibración
Cuando comprenda esta información, comparar sensores se vuelve más fácil y su inversión se vuelve más segura.
Riegue su suelo midiendo, no adivinando
Cada tipo de suelo retiene el agua de manera diferente. Para tomar decisiones de riego correctas, es necesario medir en tiempo real los valores de capacidad de campo y punto de marchitamiento.
Los sensores de humedad del suelo Esular monitorean continuamente los valores de humedad volumétrica de su suelo, ofreciéndole la oportunidad de regar en el momento adecuado y en la cantidad correcta.
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