Get documents about "M�todos para determinar Humedad de Suelos
Shared by: HC120218094950
-
Stats
- views:
- 323
- posted:
- 2/18/2012
- language:
- Spanish
- pages:
- 39
Document Sample
Métodos para
determinar Humedad
de Suelos
http://www.ianr.unl.edu/pubs/irrigation/graphics/g690-06.jpg
John Selker
Universidad del Estado de Oregon
(OSU)
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
febrero de 2012 2
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
febrero de 2012 3
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
febrero de 2012
para determinar cuando necesita regar. 4
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. http://www.civag.unimelb.edu.au/~jwalker/
data/nerrigundah/connector.jpg
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.
http://www.unidata-starlog.de/
produkte/5513c.jpg
Si necesita alta precisión y tiene mucho
tiempo, considere el uso de neutrómetro.
http://www.wateright.org/
febrero de 2012 5
site2/images/neutron.jpg
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
febrero de 2012
tecnología que es la mejor! 6
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”
febrero de 2012 7
Unidades de
Medición
•Tensión v/s Humedad (1) (5)
Muchas veces los
equipos entregan la
(6)
tensión como indicador
primary sc
de humedad de suelo (8) ma i
n
se
drai
co
ning
nd
curv
ar
e
ann
y
Recuerden que la T
sc
i ng
an
(4)
ni
ha
ng
cu
rv
curve
relación entre humedad
e
(2) (7)
y tensión no está bien hw ma in wett ing
curve
definida (3)
0
0 r su
¡Cuidado!
febrero de 2012
Humedad posible
8
Presión con elevación:
Potencial total
• Es importante entender la relación entre
presión (tensión) y potencial. Observen
este vaso de agua:
H=z+h z
h=0
z=0 Elevation h
(0,0)
Potential
febrero de 2012 9
Presión con elevación: depósito
un ejemplo
Supongamos que tenemos un
tensiómetro de 1 m de altura, que
indica -10 cbar. ¿Cuál es la Indicador
tensión del agua dentro del
suelo? Recordemos las unidades: Cuerpo
1 cbar = 0.01bar = 0.1m columna de agua
Separable
La tensión dentro del suelo es:
P = -10cbar + 10cbar = 0
Vaso
febrero de 2012 10
Humedad de Suelo
• Podemos expresar
la humedad del Gas
suelo en términos
de masa o volumen Liquid Solid
VOLUME MASS
• Recuerde que Vg Gas Mg
estos sistemas V Vl Liquid Ml
M
son distintos Vs
Solid
Ms
febrero de 2012 11
Unidades de Medición
Formas de expresar humedad
Vw
=
Contenidos volumétricos - Vt
Mw
Contenidos en masa - w= M
s
Grado de saturación - - o
S=
s - o
Ninguno de éstos es correcto o falso; hay
aplicaciones donde cada uno es apropiado
febrero de 2012 12
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 13
febrero de 2012
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
febrero de 2012 14
Métodos: Directos
•Gravemétrico
Sacar suelo, pesarlo cuando está
húmedo, pesarlo cuando está seco
•Volumétrico www.geog.plym.ac.uk/
labskills/bdpg.htm
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
febrero de 2012
- Lento: 2 días mínimo 15
Métodos: Indirecto con tensión
• Tensiómetros
• Sicrómetros
• Indirectos2: Medir
humedad dentro de otro
medio bloques de yeso
(incluyendo
WaterMark etc.)
febrero de 2012 16
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.
febrero de 2012 17
Para medir presión: el deposito
tensiómetro
Puede fabricar en muchas
formas y tamaños Indicador
Mantenimiento es requisito
cada semana, por lo menos Cuerpo
Útil hasta -0.8 bar
En uso desde 1940
Necesita más de uno por Separable
seguridad (>4)
Vaso
febrero de 2012 18
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
febrero de 2012 19
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 Porous Ceramic Cup
Humedad relativo
Constante Temperatura
de gas
Pg
_
Pd = R T ln
P
febrero de 2012 Thermocouple 20
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.
febrero de 2012 21
http://www.decagon.com/wp4/
Tensión indirecta: bloques de yeso
Usan un materiales con relación dentro
Thermocouple
presión y humedad conocido
Heater
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, W
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
febrero de 2012 http://www.dynamax.com/gypsum.jpg 22
Ejemplo: Watermark
US$260 metro
US$27 bloque
http://www.irrometer.com/images/watsensor.JPG
Indirecto Presión: bloque de yeso
Concepto:
Medición indirecta de la tensión
Bloque Suelo
Humedad Humedad
Medimos humedad de Queremos la humedad del
bloque
febrero de 2012 suelo 24
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
febrero de 2012 25
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.
febrero de 2012 26
Indirecto eléctrico: Capacitancia
de baja frecuencia (dieléctrico,)
Insertar un capacitor sin
protección en suelo, US$70
medir la capacitancia
La capacitancia es más
alta si hay mucha agua
por volumen
Necesita calibración para US$500
cada suelo porque
frecuencia es baja
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 cálculos de TDR
• Obtenga el dieléctrico con el tiempo de
tránsito en el cable en suelo y tránsito en
aire
2
t suelo
K a
t
aire
Obtenga la humedad volumétrica con la
ecuación de Topp, u otras calibraciones
2 2 4 6
v 5.03x10 2.92x10 Ka 5.5x10 Ka 4.3x10 Ka
2 3
febrero de 2012 29
Ejemplos de Sistemas de TDR
3m
febrero de 2012 30
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)
febrero dePreciso (+/- 2% o mejor)
2012 31
Capatancia de Alta Frecuencia
(Dieléctrico)
• 80 mHz
• $250 metro
• $250 sensor
• $20 tubo
• Calibración
universal
febrero de 2012 32
Indirecto con radiación:
interacciones entre suelo & radiación
• Cuando radiación pasa a través de
suelo, puede:
absorber
cambiar energía
pasa sin obstáculo http://www.pnl.gov/flowcells/images/satunsat2.jpg
• Lo que pasa depende de la energía de la
radiación
• Cada una de estas posibilidades son útiles
para determinar la humedad del suelo
febrero de 2012 33
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
http://www.wateright.org/
Necesita solamente un site2/images/neutron.jpg
hoyo
buena precisión
Muchos componentes
del suelo efectúan
la calibración
Indirecto con radiación:
Neutrómetro (termalización)
Ventajas Desventajas
Potencialmente Necesita calibración por
suelo (mucho trabajo)
preciso si la
Trabajar con radiación
calibración es buena
Su compra es de alto
Disponible costo
Uso de bajo costo Caro para desechar
Lento para usar
Flexible (p.e., puede
No se puede usar en
usar en profundidad)
forma automática
Indirecto con radiación:
Sonda de Gamma
Atenuación de radiación
Fuente & detector son separado
muestra
por suelo.
La humedad determina la
absorción de energía de rayo.
Necesita calibrar este método
en cada suelo.
Fuente Detector
Puede usar el mismo método
con absorción neutrón y
radiografía
Se puede usar frecuencias diversas
para determinar contenidos de
líquidos (p.e., aceites)
No se usa en agricultura comercial
febrero de 2012 36
http://www.pnl.gov/flowcells/images/satunsat2.jpg
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
http://www.ianr.unl.edu/pubs/
las condiciones del agua y suelo irrigation/graphics/g690-06.jpg
• Posiblemente la estrategia más efectiva para
controlar el agua en el campo
Tendencia futura
• TDR con costos bajos
• Sistemas mas flexibles
radio telemetría barato http://www.historyoftheuniverse.com/
images/future.gif
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
febrero de 2012 38
Comparación de métodos
Sistema Bloques Tensi- Capaci- Neutrón TDR
Criterio de yeso ometro tancia
Costo 400 400 500 5,000 50-
(US$) 5,000+
Flexibilidad Regular Regular Rango Regular Bueno
Facilidad Fácil Regular Fácil Mal Fácil
Precisión Mal Regular Rango Bueno Bueno
Seguridad Mal Regular Bueno Excel. Excel.
Aprovéchelos: hay más opciones y métodos
ahora con características muy útiles
febrero de 2012 39
