Sensores de contenido volumétrico de agua

Importancia del agua en las plantas

La mayoría de las plantas cultivadas en la industria de invernaderos y viveros contienen más de 90 % de agua. El agua es vital para las plantas, ya que disuelve los fertilizantes y transporta minerales a través de la planta, mantiene la turgencia de la células de las plantas, está involucrada en el proceso de fotosíntesis (las plantas sintetizan azúcares a partir del dióxido de carbono y el agua) y sirve como un radiador para enfriar las hojas mediante los estomas de la planta. De hecho, la planta utiliza más del 90 % del agua que absorbe para enfriarse a través de la transpiración, mientras que el resto se usa para las reacciones químicas. El riego adecuado es fundamental, no solo para la transpiración y las reacciones químicas, sino que además es importante ya que el riego en exceso puede provocar problemas de enfermedades de las raíces y se puede perder una enorme cantidad de agua con fertilizante que puede contaminar ríos, lagos o el nivel freático.

Importancia del manejo adecuado del riego

La programación y la duración adecuadas del riego no son solamente fundamentales para la producción de cultivos de buena calidad; además, pueden ahorrar agua, fertilizantes y energía. En algunos casos, los cultivos crecen y se desarrollan más rápido que en condiciones de riego inadecuadas. Por lo general, el horticultor decide cuándo regar según la experiencia y considera los siguientes elementos: el método de riego, el tipo de planta, la etapa de desarrollo de la planta, y las condiciones medioambientales y del sustrato. Además, juzgará la planta visualmente. El lado negativo de este tipo de administración de riego es que podría ser excesivo o insuficiente y, en el peor de los casos, las plantas podrían sufrir estrés hídrico o morir si los riegos están demasiado separados durante la semana.

Sensores de contenido volumétrico de agua

Con el fin de superar estas complicaciones, se pueden usar sensores de contenido volumétrico de agua (VWC, por sus siglas en inglés) para determinar cuándo se debe regar. El software para controlar la salida de los sensores de contenido volumétrico de agua ha evolucionado y es posible obtener el contenido volumétrico del agua de manera ininterrumpida durante toda la vida del cultivo. Estos datos se pueden usar para el programa y la duración del riego. Los sensores de contenido volumétrico de agua son económicos, de bajo mantenimiento, vienen listos para usar (“conectar y usar”) y los datos son fáciles de interpretar. En casos avanzados, se pueden obtener los datos y la administración del riego se puede realizar desde cualquier parte en el mundo por Internet. La salida se puede mostrar como gráficos o numéricamente. Según el tipo de sensor, los datos se pueden recopilar cada un segundo y el promedio se puede registrar cada 1, 5, 15 o 60 minutos. Es mejor tener una estación meteorológica cerca del cultivo para ver cómo influye la cantidad de agua que se aplica, el agua que toma la planta, la temperatura, las precipitaciones, la radiación solar y la humedad relativa influyen en el contenido volumétrico de agua del medio de cultivo.

Sensores de contenido de agua para producción de invernadero y vivero

El contenido volumétrico de agua es simplemente la proporción del volumen de agua en el sustrato dividido por el volumen total del recipiente. Los sensores de contenido volumétrico de agua se insertan en el sustrato y miden el contenido volumétrico de agua del sustrato que está en contacto con los sensores; la zona de detección de los sensores abarca entre 2,5 y 10,2 cm (1 y 4 pulgadas) de largo (según el modelo y el tipo de sensor). Existen dos tipos principales de sensores que miden el contenido volumétrico de agua en los sustratos: Reflectómetro de dominio de tiempo (TDR, por sus siglas en inglés) y sensor de capacitancia. Ambos tipos de sensores miden la constante dieléctrica del sustrato. La constante dieléctrica es 1 para el aire, 3 a 5 para tierras minerales y 80 para el agua; por lo tanto, cualquier cambio en cualquiera de los tres parámetros cambiaría la constante dieléctrica del sustrato.

El sensor TDR consta de dos o tres varillas paralelas (sondas), un generador de impulsos, un analizador de señal y un cable conectado al registrador de datos. Se aplica un impulso eléctrico a las varillas, el que se desplaza hacia el extremo de esta y vuelve al instrumento. El tiempo que tarda el impulso eléctrico en desplazarse esta distancia dependerá de la constante dieléctrica del sustrato. Cuando la constante dieléctrica es alta, el tiempo de desplazamiento del impulso será prolongado; por lo tanto, el sustrato está húmedo.

• Ventajas del sensor TDR: Gran precisión y resolución, no es necesario calibrarlo, las lecturas no se ven afectadas por la temperatura o la salinidad del sustrato y dura por varios años.
• Desventajas del sensor TDR: Tiene un alto costo y una zona de detección limitada (2,5 cm [1 pulgada]).

El sensor de capacitancia consta de un par de varillas (capacitores) separados por un material que no conduce la electricidad o un material dieléctrico (en este caso, el sustrato), un oscilador, un analizador de señal y un cable conectado al registrador de datos. El oscilador aplica una frecuencia a las varillas; el contenido volumétrico de agua del sustrato influirá en la constante dieléctrica del sustrato, lo que afectará la capacitancia. Finalmente, la magnitud de la frecuencia que obtiene el oscilador se correlaciona con el contenido volumétrico de agua en el sustrato. Mientras más grande sea la magnitud de la frecuencia, menor será el contenido volumétrico de agua.

• Ventajas del sensor de capacitancia: Es muy sensible a los pequeños cambios en la humedad, tiene buena resolución y una zona de detección más grande en comparación con el sensor TDR. 
• Desventajas del sensor de capacitancia: Necesita calibración y tiene una vida útil corta.

Orientación de la varilla en el sustrato

Existen dos maneras de instalar estos sensores: vertical u horizontal. Cuando el sensor se inserta en el sustrato de manera vertical, realiza un promedio del contenido volumétrico de agua del sustrato desde arriba hasta abajo del sensor. Como se vio en boletines informativos anteriores, el contenido de agua del sustrato depende enormemente del tamaño de las partículas y la altura del recipiente. Si la maceta es alta y contiene un sustrato grueso, el contenido de agua cambiará drásticamente desde la parte superior hasta la parte inferior de la maceta.

Cuando el sensor se coloca horizontalmente, se medirá el contenido de agua del sustrato solo para la altura donde se coloquen las varillas. En otras palabras, si el sensor se coloca a 10,2 cm (4 pulgadas) de la parte inferior de la maceta, dará el contenido volumétrico de agua del sustrato en la altura entre 5,1 y 15,2 cm (2 y 6 pulgada) (según el tamaño del área de detección en el sensor). Otro problema con colocar los sensores de manera horizontal es que se verán afectados por el movimiento descendente del agua. Si las varillas son planas, se recomienda colocar la parte plana perpendicular a la base de la maceta; esto se debe a que el agua puede permanecer en la superficie de las varillas planas, lo que producirá mediciones poco confiables.

Ambos tipos de sensores requieren que las varillas tengan contacto íntimo con el sustrato, por lo que no debe haber espacios con aire o grandes partículas de sustrato alrededor del sensor; además, las varillas del sensor deben estar completamente enterradas en el sustrato para producir lecturas precisas.

Cuando seleccione un sensor, es importante saber si el sensor está calibrado para sustratos, si funcionará en su sustrato (tamaño de partícula y contenido mínimo y máximo de agua) y si es lo suficientemente preciso para sus estrategias de riego. Otros puntos importantes que se deben considerar son las capacidades del sensor, el mantenimiento, los requisitos de agua de las plantas en diferentes etapas, las características físicas del sustrato y cómo se interpretan los datos.