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Métodos para determinar Humedad de Suelos. John Selker Universidad del Estado de Oregon (OSU). http://www.ianr.unl.edu/pubs/irrigation/graphics/g690-06.jpg. Resumen. Cuales son los objetivos de conocer la humedad del suelo Formas de expresar humedad del suelo Indicadores físicos

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Presentation Transcript
m todos para determinar humedad de suelos

Métodos para determinar Humedad de Suelos

John Selker

Universidad del Estado de Oregon (OSU)

http://www.ianr.unl.edu/pubs/irrigation/graphics/g690-06.jpg

resumen
Resumen
  • Cuales son los objetivos de conocer la humedad del suelo
  • Formas de expresar humedad del suelo
  • Indicadores físicos
  • Métodos: directos
  • Métodos: Indirectos con tensión y dieléctrico
  • Métodos:Indirectos2; reemplazar suelo con materiales que se comporten en forma similar
  • ¿Qué cambios obtendremos en el futuro?
  • Comparación de métodos
objetivos de la medici n
Objetivos de la medición
  • Programación de riego
    • Variación de humedad en tiempo (para computar Kc)
    • Indicadores de necesidad de riego (agr. gnal.)
  • Determinar condiciones mecánicas de suelos (proyectos de ingeniería civil)
  • Cálculos de balance hídrico (ciencia)

Existen diversas herramientas aplicables de acuerdo a las necesidades

objetivos de las mediciones de la humedad
Objetivos de las mediciones de la humedad
  • Compre lo que es realmente necesario para su trabajo:hay una variedad de instrumentos desde US$100 hasta US$10.000
  • Evalúe su necesidades con respecto a las posibilidades que existen

Ejemplo: Supongamos una situación puntual de suelo uniforme en contenidos de materia orgánica y textura

      • Considere el método simple de capacitancia. Los costos son bajos 200 mil pesos, es consistente en el tiempo, confiable y suficiente para determinar cuando necesita regar.
objetivos de las mediciones de humedad mas ejemplos
Objetivos de las mediciones de humedad: mas ejemplos
  • Si necesita medir en distintas condiciones de suelo…
    • Necesita un método que no requiere una calibración, como el TDR.
    • Si el terreno no se expande con agua, pero tiene gran variabilidad en materia orgánica, y solo queremos saber si regar o no.
    • Considere el uso de bloques de yeso.
  • Si necesita alta precisión y tiene mucho tiempo, considere el uso de neutrómetro.

http://www.civag.unimelb.edu.au/~jwalker/

data/nerrigundah/connector.jpg

http://www.unidata-starlog.de/

produkte/5513c.jpg

http://www.wateright.org/

site2/images/neutron.jpg

objetivos de las mediciones de humedad
Objetivos de las mediciones de humedad

Puntos Importantes:

  • El precio no es un buen indicador de calidad ni aplicabilidad
  • Se requiere hacer una buena selección de método teniendo en cuenta:
      • Las características del suelo (materia orgánica, textura, variabilidad, suelos que se expanden)
      • Sus objetivos
      • La gente que va a usar el equipo
      • Presupuesto disponible

¡Cuidado con pensar que hay una tecnología que es la mejor!

unidades de medici n no es una pregunta de metros o pulgadas
Unidades de Medición: ¡no es una pregunta de metros o pulgadas!

Punto Importante:

  • Cultivos se preocupan de lo difícil que es extraer agua del suelo (la tensión).
  • Los agricultores se preocupan de cuándo y cuánta agua deben aplicar (contenido de humedad)

Distintos equipos miden cantidades distintas, aunque los folletos digan “sistema para medir humedad”

unidades de medici n
Unidades de Medición
  • Tensión v/s Humedad
    • Muchas veces los equipos entregan la tensión como indicador de humedad de suelo
    • Recuerden que la relación entre humedad y tensión no está bien definida

¡Cuidado!

T

Humedad posible

presi n con elevaci n potencial total
Presión con elevación: Potencial total
  • Es importante entender la relación entre presión (tensión) y potencial. Observen este vaso de agua:
presi n con elevaci n un ejemplo
Presión con elevación: un ejemplo

depósito

Supongamos que tenemos un tensiómetro de 1 m de altura, que indica -10 cbar. ¿Cuál es la tensión del agua dentro del suelo? Recordemos las unidades:

1 cbar = 0.01bar = 0.1m columna de agua

La tensión dentro del suelo es:P = -10cbar + 10cbar = 0

Indicador

Cuerpo

Separable

Vaso

humedad de suelo
Humedad de Suelo
  • Podemos expresar la humedad del suelo en términos de masa o volumen
  • Recuerde que estos sistemas son distintos
unidades de medici n12
Unidades de Medición

Formas de expresar humedad

  • Contenidos volumétricos -
  • Contenidos en masa -
  • Grado de saturación -

Ninguno de éstos es correcto o falso; hay aplicaciones donde cada uno es apropiado

indicadores f sicos de humedad
Indicadores físicos de humedad

Todos los métodos usan una propiedad física que cambia con la humedad. ¿Que podría medir?

  • El peso de suelo
  • La tensión del agua dentro del suelo
  • La humedad del aire dentro del suelo
  • La dispersión de la radiación que entra al suelo
  • La atenuación de la radiación que entra al suelo
  • El dieléctrico del suelo
  • La resistencia eléctrica del suelo
  • La textura del suelo
  • La energía para cambiar la temperatura del suelo
m todos directos versus indirectos
Métodos: Directos versus indirectos
  • Métodos directos miden la cantidad de agua que hay en el suelo
  • Métodos indirecto calculan la humedad mediante una calibración entre humedad y una propiedad que es mas fácil de medir (p.ej. tensión)
  • La gran mayoría de los métodos son indirectos

La clave para evaluar un método indirecto es con respecto a calidad/estabilidad/consistencia de la calibración

m todos directos
Métodos: Directos
  • Gravemétrico
      • Sacar suelo, pesarlo cuando está húmedo, pesarlo cuando está seco
  • Volumétrico
      • Obtenga un cilindro de suelo sin modificación (densidad original); pesar, secar, pesar otra vez

Ventajas Desventajas

- Preciso (+/- 1%) - No puede repetir en el

- Barato mismo lugar

equipo - gratis - Consume mucho tiempo

por muestra - gratis - Lento: 2 días mínimo

www.geog.plym.ac.uk/

labskills/bdpg.htm

m todos indirecto con tensi n
Métodos: Indirectocon tensión
  • Tensiómetros
  • Sicrómetros
  • Indirectos2: Medir humedad dentro de otro medio bloques de yeso (incluyendo WaterMark etc.)
comunicaci n con suelo s lidos porosos
Comunicación con suelo: sólidos porosos
  • El tensiómetro usa un vaso rígido y poroso para medir la presión del agua dentro del suelo.
  • El agua puede pasar sin obstáculo de un lado a otro, entonces la presión dentro del vaso es igual a la que hay en el suelo.
para medir presi n el tensi metro

deposito

Indicador

Cuerpo

Separable

Vaso

Para medir presión: el tensiómetro
  • Puede fabricar en muchas formas y tamaños
  • Mantenimiento es requisito cada semana, por lo menos
  • Útil hasta -0.8 bar
  • En uso desde 1940
  • Necesita más de uno por seguridad (>4)
para medir presi n el tensi metro19
Para medir presión: el tensiómetro

http://www.ci.eagan.mn.us/Forestry/6_1_01_tensiometer.jpg

Cuidado con:

  • Suelos expansivos
    • Le va a pedir contacto con suelo, y no función
  • ¡Usarías instrumento incompetente!
    • Malo para lugares donde se usará con destrezas bajas
    • Fácil para obtener datos de basura sin mucho cuidado
  • Suelos con textura fina (no puede medir <-0.8 bar)
  • Necesita características del suelo para interpretar la humedad
potencial total el sicr metros
Potencial Total: El Sicrómetros

Permite la determinación de humedad relativa en la atmósfera del suelo midiendo la temperatura en el punto de rocío

nevada.usgs.gov/adrs/ pg_hydro.html

Presión

Humedad relativo

Constante

de gas

Temperatura

potencial total el sicr metro
Potencial Total: El Sicrómetro

Excelente donde las condiciones son muy seco. A veces más seco de lo que el cultivo requiere, pero en uva puede ser útil.

  • Baja precisión en el rango de humedad entre 0-1 bar
  • Para determinar humedad, necesita curvas entre presión y humedad - problemático en suelos variable.
  • Útil en proyectos de investigaciones en regiones de secano.

http://www.decagon.com/wp4/

tensi n indirecta bloques de yeso

W

Tensión indirecta: bloques de yeso
  • Usan un materiales con relación dentro presión y humedad conocido
  • Energía de calentamiento es una función de humedad - o -
  • Resistencia eléctrica es una función de humedad
  • Primero, medir la energía de calentamiento o resistencia, luego deducir la humedad de bloque, después deducir presión de bloque, entonces deducir presión de suelo, finalmente deducir humedad del suelo.

Problemas:

  • Los propiedades cambiar en tiempo
  • Difícil para fabricar con suficiente consistencia (necesita calibrar cada uno)

http://www.unidata-starlog.de/

produkte/5513c.jpg

http://www.dynamax.com/gypsum.jpg

ejemplo watermark
Ejemplo: Watermark

US$260 metro

US$27 bloque

http://www.irrometer.com/images/watsensor.JPG

indirecto presi n bloque de yeso
Indirecto Presión: bloque de yeso

Concepto:

Medición indirecta de la tensión

Bloque

Suelo

Presión

Presión

Humedad

Humedad

Queremos la humedad del

suelo

Medimos humedad de

bloque

indirecto presi n bloques de yeso
Indirecto Presión: bloques de yeso

Resumen:

  • Generalmente la opción de bajo costo
  • Calibración problemática en tiempo y entre unidades
  • Malo en suelos expansivos
  • Malo en suelos de alta variabilidad
  • A veces es muy útil para decidir si o no regar
indirecto el ctrico la naturaleza del diel ctrico de suelos
Indirecto eléctrico: La naturaleza del dieléctrico de suelos
  • Generalmente los suelos tienen dieléctrico entre 2 y 4 en las frecuencias altas (> 200 mHz)
  • Agua tiene dieléctrico de 80
  • Si podemos medir dieléctrico del suelo, nos muestra la humedad

Cuidado: El dieléctrico del suelos es mas grande y variable si la frecuencia es menos de 200 mHz.

indirecto el ctrico capacitancia de baja frecuencia diel ctrico
Indirecto eléctrico: Capacitancia de baja frecuencia (dieléctrico,)
  • Insertar un capacitor sin protección en suelo, medir la capacitancia
  • La capacitancia es más alta si hay mucha agua por volumen
  • Necesita calibración para cada suelo porque frecuencia es baja

US$70

US$500

indirecto el ctrico tdr diel ctrico
Indirecto eléctrico: TDR (dieléctrico)
  • Observar el tiempo de tránsito de una señal en un par de cables en suelo
  • La señal es lenta si el dieléctrico es alto (mucha agua)
  • Calibrar tiempo de tránsito con humedad volumétrica
  • Por ser de alta frecuencia se puede usar una calibración universal
los c lculos de tdr
Los cálculos de TDR
  • Obtenga el dieléctrico con el tiempo de tránsito en el cable en suelo y tránsito en aireObtenga la humedad volumétrica con la ecuación de Topp, u otras calibraciones
indirecto el ctrico tdr diel ctrico31
Indirecto eléctrico: TDR (dieléctrico)
  • Hay mucho entusiasmo por TDR ahora. ¿Porque?
    • No-nuclear
    • calibración universal
    • media de humedad volumétrica
    • Muchas configuraciones posibles
      • Largos (hasta 3 m ahora)
      • Cortos (2 cm)
      • Se puede medir en muchos puntos con un equipo automáticamente
      • Los costos bajan cada día (pronto <US$500)
      • Preciso (+/- 2% o mejor)
capatancia de alta frecuencia diel ctrico
Capatancia de Alta Frecuencia (Dieléctrico)
  • 80 mHz
  • $250 metro
  • $250 sensor
  • $20 tubo
  • Calibraciónuniversal
indirecto con radiaci n interacciones entre suelo radiaci n
Indirecto con radiación: interacciones entre suelo & radiación
  • Cuando radiación pasa a través de suelo, puede:
    • absorber
    • cambiar energía
    • pasa sin obstáculo
  • Lo que pasa depende de la energía de la radiación
  • Cada una de estas posibilidades son útiles para determinar la humedad del suelo

http://www.pnl.gov/flowcells/images/satunsat2.jpg

indirecto con radiaci n neutr metro termalizaci n
Indirecto con radiación: Neutrómetro (termalización)
  • Emite neutrones de alta energía
  • Cuando ellos encuentran cosas con masa de neutrones similar (p.e. hidrógeno) ellos pierden energía
  • La cantidad de neutrones lentos que vuelven al neutrómetro tienen relación de humedad
  • Necesita solamente un hoyo
  • buena precisión
  • Muchos componentes del suelo efectúan la calibración

http://www.wateright.org/

site2/images/neutron.jpg

indirecto con radiaci n neutr metro termalizaci n35
Indirecto con radiación:Neutrómetro (termalización)

Ventajas

  • Potencialmentepreciso si lacalibración es buena
  • Disponible
  • Uso de bajo costo
  • Flexible (p.e., puede usar en profundidad)

Desventajas

  • Necesita calibración por suelo (mucho trabajo)
  • Trabajar con radiación
  • Su compra es de alto costo
  • Caro para desechar
  • Lento para usar
  • No se puede usar en forma automática
indirecto con radiaci n sonda de gamma
Indirecto con radiación:Sonda de Gamma

Atenuación de radiación

  • Fuente & detector son separado por suelo.
  • La humedad determina la absorción de energía de rayo.
  • Necesita calibrar este métodoen cada suelo.
  • Puede usar el mismo métodocon absorción neutrón y radiografía
  • Se puede usar frecuencias diversas para determinar contenidos de líquidos (p.e., aceites)
  • No se usa en agricultura comercial

muestra

Detector

Fuente

http://www.pnl.gov/flowcells/images/satunsat2.jpg

m todo indirecto por tacto conozca su suelo
Método Indirecto por tacto:conozca su suelo
  • Puede determinar humedad del suelo con suficiente precisión usando el tacto.

¿Es posible hacer una cinta de suelo?

¿Pegar el suelo en la mano?

¿Puede pulverizarlo fácilmente?

  • Aunque rústico, la información es inmediata y el agricultor la obtiene en el predio y él piensa sobre las condiciones del agua y suelo
  • Posiblemente la estrategia más efectiva para controlar el agua en el campo

http://www.ianr.unl.edu/pubs/

irrigation/graphics/g690-06.jpg

tendencia futura
Tendencia futura
  • TDR con costos bajos
  • Sistemas mas flexibles
    • radio telemetría barato
    • sistemas que obtienen datos en forma automática
    • Proyección futura por medio de la computación
  • Menos agua para regar
  • Más presión de todos los sectores para usar agua con alta eficiencia

http://www.historyoftheuniverse.com/

images/future.gif

comparaci n de m todos
Comparación de métodos

Aprovéchelos: hay más opciones y métodos ahora con características muy útiles