Mtodos para determinar Humedad de Suelos

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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/g
690-06.jpg
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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
• MétodosIndirectos2 reemplazar suelo con
  materiales que se comporten en forma similar
• Qué cambios obtendremos en el futuro?
• Comparación de métodos

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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

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Objetivos de las mediciones de la humedad

• Compre lo que es realmente necesario para su
  trabajo hay una variedad de instrumentos desde
  US100 hasta US10.000
• 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.

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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/ner
rigundah/connector.jpg
http//www.unidata-starlog.de/ produkte/5513c.jpg
http//www.wateright.org/ site2/images/neutron.jpg
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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!

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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

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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
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Presión con elevación Potencial total

• Es importante entender la relación entre presión
  (tensión) y potencial. Observen este vaso de
  agua

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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 esP -10cbar
  10cbar 0

Indicador
Cuerpo
Separable
Vaso
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Humedad de Suelo

• Podemos expresar la humedad del suelo en términos
  de masa o volumen
• Recuerde que estos sistemas son distintos

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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

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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

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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

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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
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Métodos Indirecto con tensión

• Tensiómetros
• Sicrómetros
• Indirectos2 Medir humedad dentro de otro medio
  bloques de yeso (incluyendo WaterMark? etc.)

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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.

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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 (gt4)

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Para medir presión el tensiómetro
http//www.ci.eagan.mn.us/Forestry/6_1_01_tensiom
eter.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 lt-0.8
  bar)
• Necesita características del suelo para
  interpretar la humedad

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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
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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/
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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
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Ejemplo Watermark
US260 metro US27 bloque
http//www.irrometer.com/images/watsensor.JPG
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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
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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

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Indirecto eléctrico La naturaleza del
dieléctrico de suelos

• Generalmente los suelos tienen dieléctrico entre
  2 y 4 en las frecuencias altas (gt 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.

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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

US70
US500
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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

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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

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Ejemplos de Sistemas de TDR
3 m
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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 ltUS500)
• Preciso (/- 2 o mejor)

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Capatancia de Alta Frecuencia (Dieléctrico)

• 80 mHz
• 250 metro
• 250 sensor
• 20 tubo
• Calibraciónuniversal

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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
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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
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Indirecto con radiación Neutrómetro
(termalización)

• 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

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

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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
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Método Indirecto por tactoconozca 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
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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
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Comparación de métodos
Aprovéchelos hay más opciones y métodos
ahora con características muy útiles