Interpretación de los datos de humedad del suelo

¿Cómo interpretar los datos de humedad medidos por sondas?

La interpretación de los datos de humedad medidos por sondas de humedad del suelo suele ser una tarea fácil, pero a veces las peculiaridades de ciertos suelos, condiciones ambientales y parcelas pueden complicar su interpretación.

En este post, se presenta la grabación de un webinar impartido por Colin Campbell. En él se describe cómo hay que hacer una interpretación de los datos de humedad medidos por sondas de humedad del suelo correctamente en distintos suelos, condiciones ambientales y localización. El webinar se titula «How to Interpret Soil Moisture Data«, está en inglés y tiene una duración de unos 30 minutos. A continuación se especifican los puntos que se trata:

  • Respuesta de la sonda de humedad en distintos suelos.
  • Factores que pueden causar saltos en los datos registrados.
  • ¿Qué pasa con las sondas dieléctricas cuando el suelo se congela?
  • Problemas que pueden afectar el movimiento del agua en el suelo y el Agua Disponible de las Plantas.
  • ¿Por qué las sondas de un mismo perfil no miden el mismo valor de humedad del suelo?
  • Posibles problemas con las sondas instaladas superficialmente.

Esperemos que el webinar sea de vuestro interés.

Tensiómetro TEROS 32 de METER Group

Medir el potencial hídrico con el tensiómetro TEROS 32

tensiómetro TEROS 32

Los tensiómetros son unos sensores muy precisos para medir el potencial hídrico del suelo en el intervalo húmedo. Utilizar un tensiómetro no es fácil ya que a menudo requieren de una programación del datalogger compleja. Además, su mantenimiento requiere atención y tiempo por parte del usuario. El tensiómetro TEROS 32 de METER Group quiere solucionar estos inconvenientes, facilitando y simplificando su uso.

El tensiómetro TEROS 32 se conecta al datalogger ZL6 de METER Group mediante el sistema de «plug-and-play«. El datalogger ZL6 no requiere de ninguna programación. De este modo, la puesta a punto del sistema es fácil y rápida sin tener que programar el datalogger. Además con el software Zentra Cloud se puede controlar des de la oficina si el tensiómetro ha cavitado y de si requiere de ser rellenado otra vez. Combinando los datos del tensiómetro TEROS 32 con los datos de la sonda TEROS 12 se puede conocer en qué umbral de humedad del suelo el tensiómetro TEROS 32 cavita. También con los datos de humedad de suelo de la sonda TEROS 12 y de potencial hídrico del tensiómetro TEROS 32 se puede determinar la Curva de Retención de Humedad del suelo.

El tensiómetro TEROS 32 ha sido diseñado para que tenga una alta resistencia. Su cerámica porosa está pensada para que tenga una durabilidad de unos 10 años sin que los datos se vean afectados. Por tanto, el tensiómetro TEROS 32 está pensada para utilizarlo en ensayos con periodos largos de motorización.

datos del tensiómetro TEROS 32

Si queréis saber más sobre el tensiómetro TEROS 32 podéis encontrar más información en este enlace.

Nuevo datalogger ZL6 Basic de METER Group

Datalogger simple y funcional

El datalogger ZL6 Basic es un registrador de datos de la familia de dataloggers ZL6 de METER Group. Es un datalogger autónomo, sencillo y económico. Está diseñado para alimentar, leer y registrar datos de seis sensores tipo «plug and play» de METER Group. Esto permite que no sea necesaria una programación previa. Con el datalogger ZL6 Basic, los datos se pueden descargar mediante Bluetooth. Para ellos solamente hay que descargarse una aplicación móvil en el smartphone. También permite descargar los datos con un cable USB que viene incluido. El datalogger ZL6 Basic, es una buena opción para aquellos puntos de monitorización donde no hay cobertura móvil y que por tanto no sea posible enviar los datos a la nube. También está indicado para aplicaciones que no es necesario visualizar los datos a tiempo real. 

El datalogger ZL6 Basic ha sido diseñado para ser extremadamente robusto y para tener bajo mantenimiento. Está alimentado por seis baterías alcalinas que pueden durar hasta dos años (dependiendo de su configuración). Su caja IP56 está diseñada para evitar que el agua de la lluvia entre en su interior y dañe el datalogger. Además, los cierres de la caja son completamente redondos para que no se rompan. 

Cuando ya se han instalado los sensores que van conectados al datalogger, hacer la configuración del ZL6 Basic es muy fácil e instantáneo. Solamente hay que descargarse el software Zentra Utility y configurar el datalogger ZL6 Basic con los sensores que hay conectados en cada canal. Seguidamente los promedios horarios de las lecturas se empezarán a registrar y almacenar. Mediante la conexión Bluetooth se puede verificar fácilmente que la configuración del datalogger ZL6 Basic es la correcta.  El datalogger ZL6 Basic permite conectar hasta 6 sensores METER Group, por lo que puede monitorear diferentes parámetros. Estos pueden ser parámetros ambientales, de suelo o cultivo, proporcionando una visión completa del sistema.

Especificaciones basicas

Intervalo de medida60 minutos
Comunicación ordenadorCable USB
Comunicación móvilBluetooth 5.2 
TamañoAlto: 14,9 cm
Ancho: 6,3 cm
Alto: 25 cm
Memoria interna2 MB (20.000 – 30.000 registros)
Baterías6 pilas alcalinas 6AA

Cómo medir la Transpiración

Cálculo de la transpiración

Con mucha frecuencia nos preguntan si para calcular la transpiración es suficiente con medir la conductancia estomática. Y la respuesta es no. En esta entrada se argumenta esta respuesta y también qué es necesario para estimar la conductancia total y, por lo tanto, la evaporación de las hojas. Para calcular la transpiración (E) se emplea la siguiente ecuación,

donde gv es la conductancia total del vapor de agua desde el interior de la hoja hacia el exterior, Cvs es la concentración de vapor de agua en el interior de la hoja y Cva es la concentración de vapor de agua en el aire.

El término de conductancia (gv), necesario para resolver la ecuación de la transpiración, es el resultado de la combinación de dos variables. Ya que para mover el vapor de agua desde el interior de la hoja a la atmósfera, es necesario mover el agua a través de los estomas y la cutícula, y también a través del propio aire (Figura 1).

Figura 1. Diagrama ampliado del un estoma de una hoja.

El vapor de agua se representa en color azul. Las células del parénquima en empalizada y las células esponjosas del mesófilo están en color verde. El vapor de agua del interior de la hoja se puede mover hacia el exterior a través de los estomas y también a través de la cutícula cerosa. La mayoría de las veces, cuando los estomas están abiertos, el agua se mueve a través de ellos hacia la atmósfera. Este proceso se denomina conductancia estomática al vapor de agua (gvs).

Los estomas y la cutícula no son las únicas barreras para mover el vapor de agua desde el interior de la hoja hacia la atmósfera. El aire exterior de la hoja también opone resistencia al vapor de agua. Y este proceso se llama conductancia del aire al vapor de agua, o conductancia de la capa límite (gva). Tanto gvs como gva actúan como resistencias de un circuito eléctrico, oponiendo resistencia al movimiento del vapor de agua. Y actúan en combinación (como las resistencias en serie) para limitar el movimiento del agua del interior de la hoja hacia el aire de la atmósfera.

Como medir la transpiración, la conductancia estomática

Para medir la transpiración es necesario conocer la conocer las conductancias gvs y gva. Para obtener la conductancia estomática gvs, se puede usar un porómetro, como el Porómetro SC-1 de METER Group. Ya que, no hay muchas opciones para medir la conductancia estomática. No se puede calcular. Y su estimación, aunque es posible, no es un buen método. Por lo que la mejor opción es medirla con la ayuda de un porómetro.

Medida de la conductancia estomática con el Porómetro SC-1

La conductancia de la capa límite

Para obtener el siguiente valor de conductancia, gva, se puede usar esta ecuación simplificada (Ecuación 2).

En la Ecuación 2, la conductancia al vapor del aire (gva) es igual a una constante (0,135) por la raíz cuadrada de la velocidad del viento sobre la hoja (u) dividida por la dimensión característica de la hoja (d).

u = velocidad del viento en una hoja
d = dimensión característica de la hoja (0,72 w), siendo w la anchura de la hoja

Para obtener estos valores, primero es necesario medir la velocidad del viento a través de la hoja con un anemómetro, que proporciona el valor de u. En este caso, tendría que ser un anemómetro de pequeño tamaño. Y también es necesario obtener la dimensión característica de la hoja (Figura 2). Para esto basta con medir el ancho de la hoja en la dirección del viento y multiplicarlo por la constante 0,72.

Figura 2. Diagrama de una hoja donde w es el ancho de la hoja en la dirección del viento.

Con estas dos variables, se puede estimar la conductancia del vapor al aire (gva).

La conductancia del sistema

Una vez obtenidos gva y gvs, hay que combinar estas conductancias para obtener un valor real para la conductancia del sistema (gv). La ecuación 3 muestra cómo combinar las conductancias anteriores.

Ecuación 3 (simplificada para dos resistencias en serie)

Concentración de vapor en la superficie

Y ahora que conocemos el valor de gv, es necesario calcular las dos concentraciones de vapor que se muestran en la Ecuación 1. La concentración de vapor en la superficie es igual a la presión de vapor de saturación a la temperatura de la hoja dividida por la presión del aire (Ecuación 4).

Ecuación 4

Es fácil calcular ambos valores. La presión del vapor de saturación a la temperatura de la hoja viene dada por la fórmula de Tetens (Ecuación 5).

Ecuación 5

donde b es 17,502 y c es 240,97 ℃ y T es la temperatura de la hoja. En este vídeo, se puede ver con más detalle cómo hacer este cálculo. La Ecuación 6 muestra cómo obtener Pa o la presión del aire.

Ecuación 6

donde A es la altitud de la localización de la hoja.

Concentración de vapor en el aire

El otro valor necesario es Cva (Ecuación 7).

Ecuación 7.

Donde (es) es la presión de vapor de saturación a la temperatura del aire (Ta) calculada con la Ecuación 5 y T que ahora es la temperatura del aire y hr es la humedad relativa. Se debe medir la humedad relativa, la temperatura del aire y la temperatura de la hoja. Una vez que se miden y calculan todos estos parámetros, basta simplemente con incorporarlos a la Ecuación 4 (Cvs) y la Ecuación 7 (Cva).

Al conocer Cvs y Cva, se pueden introducir en la Ecuación 1 y resolver E: la transpiración de la hoja.

Resumen: Cómo medir la transpiración de las hojas

A modo de resumen, para estimar la transpiración es necesario medir bastantes variables. A pesar de que la fórmula (E = gv (Cvs – Cva) es sencilla. Vamos a ncesitar:

Gvs – Conductancia estomática (usar un porómetro como el SC-1)
TL – Temperatura de la hoja (usar un sensor de temperatura por infrarrojo IRT)
Ta – Temperatura del aire (usar una estación meteorológica ATMOS 41)
h – Humedad relativa (usar una estación meteorológica ATMOS 41)
A – Altitud (buscar por ejemplo en internet)
u – velocidad del viento * (m / s) (usar una estación meteorológica ATMOS 41)
w – anchura de la hoja (usar una regla pequeña)

* NOTA: Para la velocidad del viento, puede usar la estación meteorológica ATMOS 41, pero depende de dónde se encuentre la hoja. Si la hoja está próxima al suelo y la estación ATMOS 41 está a 2 m, hay que corregir la altura. Existe una ecuación para estimar la velocidad del viento hasta la localización de medida. Disminuye exponencialmente a medida que nos acercamos a la superficie.

El texto original de esta entrada lo podéis encontrar en este enlace

SONDAS HUMEDAD DEL SUELO: INSTALACIÓN DE SONDAS DE HUMEDAD DEL SUELO

¿Por qué es tan importante instalar correctamente las sondas TEROS?

Para que las sondas de contenido de agua en el suelo midan correctamente, una buena instalación tiene que ser la prioridad número uno. Cuando se mide  el contenido en agua del suelo con las sondas TEROS, la heterogeneidad del suelo (como la densidad) hacen que las lecturas tengan un error entre el 2 y 3 %. La heterogeneidad del suelo así como la densidad, son las responsables de que las lecturas de las sondas de humedad del suelo TEROS tengan un error del 2  – 3 %.

Pero si además la instalación es mala, el error de las medidas puede aumentar hasta el 10 %. Es por este motivo que la instalación de las sondas es la base de los datos obtenidos. Si las sondas no están instaladas correctamente, la interpretación de los datos se complica. En este post, se explicará cómo instalar las sondas correctamente para obtener unas medidas con la máxima precisión posible. Se tratarán los siguientes puntos:

SONDAS DE HUMEDAD DEL SUELO: ¿QUÉ HAY QUE TENER EN CUENTA PARA INSTALARLAS?

El impacto del volumen de influencia

El volumen de influencia es el volumen de suelo medido por el campo electromagnético generado por las agujas de las sondas. Cualquier elemento que esté dentro del campo electromagnético afectará la medida de la sonda. sin embargo, el porcentaje de agua que hay en el suelo más próximo a las agujas de la sonda, tiene más importancia que el de las zonas que están más alejadas del volumen de influencia.

Evitar bolsas de aire en la instalación

En todas las sondas de humedad dieléctricas, el suelo que está en contacto con las varillas es el qué tiene una mayor influencia en la señal de salida. Cuando se instalan sondas de humedad del suelo dieléctricas hay que evitar bolsas de aire que dificulten el buen contacto suelo – sonda es esencial para obtener datos de calidad. También es importante alterar lo menos posible el suelo durante la instalación para obtener medidas representativas

Consecuencias de la alteración del suelo:

  • Pérdida de datos al inicio de la monitorización: Cuando el suelo se altera, puede tardar hasta 6 meses para volver a su estado natural. Este tiempo puede variar en función de las precipitaciones (los suelos en climas más húmedos tardan menos tiempo a recuperar su estado inicial), tipo de suelo y densidad. De hecho, es muy común entre los investigadores  despreciar los primeros dos o tres meses de datos, porqué se asume que estos no son representativos por la alteración del suelo.
  • Eliminación de los macroporos: la compactación del suelo no afecta de la misma manera a los microporos y La alteración del suelo provoca que los macroporos en su mayor parte se eliminen, modificando el movimiento de agua en el suelo. Esta modificación hace que el agua se mueva más lentamente en la zona no saturada del suelo.
  • Cambio en la densidad: el proceso contrario a la compactación del suelo es rellenar el agujero con menos suelo de modo que la densidad menor a la inicial. Esto produce canales preferenciales haciendo que haya más agua en la zona alterada que la que habría en el caso de haber compactado el suelo correctamente. La solución es re-compactar el suelo por capas.
  • Mezcla de horizontes de suelo: Mezclar los horizontes del suelo cambia drásticamente las propiedades hidráulicas del suelo. Por ejemplo, si un suelo tiene un horizonte A con textura arenosa y un horizonte B con textura arcillosa, al mezclarlos  variarán las propiedades hidráulicas del suelo. Por este motivo, se recomienda rellenar el agujero por capas.
  • Modificación de la distribución de raíces: excavar un gran agujero para instalar las sondas de humedad de suelo puede modificar el sistema radicular del cultivo. Teniendo en cuenta de que el sistema de raíces es uno de los principales consumidores de agua en el suelo, modificar su estado o distribución puede influir en  los datos de contenido de humedad  en el suelo medidos por las sondas.

SONDAS HUMEDAD DEL SUELO: ¿CÓMO SE TRADUCE UNA MALA INSTALACIÓN EN LOS DATOS?

Bolsas de aire por una mala instalación

En este post queremos presentar dos escenarios distintos en los que se  han instalado sondas,  un suelo húmedo y otro seco. Ambos escenarios representan datos con cierta problemática debido al comportamiento del suelo o a una mala instalación.

Escenario 1: bolsas de aire en un suelo húmedo

La figura siguiente es un ejemplo de cómo se ven los datos una vez se han instalado las sondas. Estos datos pertenecen a una parcela en la que se cultiva  arroz. Se instalaron tres sondas de humedad a una profundidad aproximada de 7,5 cm en tres puntos diferentes (Datos de Daniella Carrijo, Field Crops Research. V 222).

En el eje Y aparece el contenido de agua en el suelo en porcentaje, y en el eje X corresponde al número de días. La línea negra representa la zona de la parcela que estaba continuamente inundada. La línea gris oscuro representa la parte de la parcela en la que  los investigadores secaron el suelo por debajo del 35 % de contenido de agua del suelo. Finalmente, la línea gris claro representa una parte de la parcela en la que el suelo se secó más del 25 % en contenido de agua del suelo. En principio, los datos muestran  una buena instalación de las sondas ya que la diferencia entre medidas  es aproximadamente del 1 %. Esto es lo que se debería observar en las mismas condiciones hidrológicas y tipo de suelo.

Sin embargo, los investigadores observaron que durante el periodo de inundación, el nivel de saturación de los distintos tratamientos era superior del inicial. ¿Por qué? Las sondas se instalaron en un suelo arcilloso. Las arcillas eran expansibles. En este tipo de suelo pueden aparecer grandes fracturas cuando el suelo se seca. En el momento de que el suelo se vuelve a saturar, hay más espacio para que el agua entre en el suelo y el contenido de agua puede ser mayor.

Escenario 2: bolsas de aire en un suelo seco

En la figura siguiente se representa una serie temporal de datos de sondas instaladas a pocos centímetros de la superficie. El suelo tiene una alta porosidad y se encuentra en la región de Nevada donde los suelos son muy secos (Datos de Quinn Campbell, USDA-ARS Newingham lab en Reno, Nevada).

La línea azul oscuro corresponde a una sonda instalada debajo de la planta, mientras que la línea azul claro, muestra los datos de las sondas instaladas donde no hay plantas. La figura representa una serie temporal de un suelo seco en el que los datos no reflejan problemas debidos a una mala instalación.

La figura siguiente, representa de nuevo  el ensayo  anterior pero los datos muestran otro comportamiento. Observar que las sonda  instalada fuera de la influencia de la planta presenta unos valores de contenido de agua en el suelo negativos. Recordar que el aire tiene una constante dieléctrica más baja que el suelo. Esto podría traducirse en que la sonda tiene influencia del aire. Puede que haya una bolsa de aire al lado de las agujas de la sonda, o que la sonda está emitiendo un campo electromagnético fuera del suelo y que se esté  midiendo el aire de la superficie.

SONDAS DE HUMEDAD DEL SUELO: ¿CÓMO INSTALAR SONDAS DE HUMEDAD DEL SUELO CORRECTAMENTE?

Obtener datos de calidad

Obtener datos de alta calidad es un proceso que empieza antes de la instalar sondas de humedad del suelo. A continuación, se comentan errores comunes que se cometen al diseñar un ensayo. Estos errores cuestan tiempo y dinero. Además, provocan que los datos no se puedan aprovechar para el ensayo:

  • Caracterización de la parcela: no solamente hay que conocer en qué parcela se va a realizar la instalación, si no que también hay que conocer su variabilidad u otros factores ambientales que pueden afectar la interpretación de los datos.
  • Punto de instalación: frecuentemente las sondas se instalan en puntos que no responden a las preguntas que plantea el estudio. Por ejemplo, la profundidad del suelo debe ser la correcta para poder desarrollar el estudio.
  • Instalación: las sondas no se instalan correctamente y proporcionan medidas que no son representativas.
  • Registro de datos: las sondas y los dataloggers no están protegidos. Además, los datos no se consultan periódicamente para ver su correcta evolución.
  • Difusión de los datos: los datos no se pueden presentar.

Considerar estos puntos y seguir unas buenas prácticas cuando se está diseñando un experimento de campo es importante para evitar futuros problemas.

Una buena preinstalación puede ahorrar tiempo y dinero

Antes de ir a campo es recomendable que, en la medida de lo posible, probar algunas sondas en el laboratorio con distintos suelos. De este modo, será más fácil interpretar los datos en distintos escenarios. También puede ayudar a decidir cómo hay que instalar sondas de humedad del suelo, cuánto tiempo se necesita y qué herramientas son necesarias. Es recomendable preparar una caja de herramientas con bridas, marcadores, pilas entre otras cosas ya que ahorrará muchos viajes a la parcela de instalación.

En el caso de instalar un datalogger que requiere una programación previa, aprender el lenguaje de programación unas semanas antes para asegurar que se entiende y se escriben correctamente las órdenes. Y en el caso de utilizar un datalogger tipo plug-and-play, como el datalogger ZL6, también se necesita una cierta preparación antes de instalarlo.

Metadatos: la clave para entender qué está pasando en el suelo

Cuantos más datos se puedan registrar de la parcela de estudio, mejor se va a entender lo que está pasando y los datos se podrán interpretar con más facilidad. Esto quiere decir que cuantas más sondas se instalen, más información se tendrá de la parcela. Una forma de tener las sondas ordenadas y localizadas es poner una etiqueta en el cable (cerca del conector) con el tipo de sonda y profundidad de instalación.

El datalogger ZL6 registra automáticamente los datos medidos y también la localización GPS, presión barométrica y el número de serie de cada sonda. Además, el software Zentra Cloud, asociado al datalogger ZL6, permite introducir el tipo y densidad del suelo, tipo de cultivo, intervalo de medida, tipo de calibración de las sondas, profundidad de instalación… Toda esta información es importante en el caso de ser compartida y publicada.

El buen contacto suelo – sonda es lo más importante

La siguiente figura muestra unas sondas de humedad del suelo instaladas correctamente y cómo son sus datos. El ejemplo ilustra que el contacto suelo – sonda es correcto.

En el caso de tener que instalar sondas de humedad del suelo a una profundida superior a 0,5 m, se recomienda hacer el agujero con una barrena. Aunque esto solo será posible si el suelo no tiene muchas  piedras. La instalación de las sondas de humedad también puede llevarse a cabo con la ayuda del  instalador de sondas TEROS de METER Group. Pero en el caso de tener que instalar sondas de humedad del suelo a menos profundidad, se recomienda hacer el agujero con una pala y clavar las sondas con la mano. En ambas situaciones es importante asegurar que el contacto suelo – sonda es adecuado.

Protección del cable de la sonda

En la ilustración anterior también se observa que los cables de las sondas están protegidos por un tubo. Este tubo puede ser de PVC y flexible. El tubo protegerá los cables de las sondas de roedores  y otros animales, las prácticas culturales de la parcela,  o de otros elementos que puedan dañar los cables. Es importante que este tubo se fije al mástil que sujeta al datalogger.

Comprobar el funcionamiento de las sondas antes de ser enterradas

Cuando se han instalado las sondas, hay que comprobar que estas funcionan correctamente antes de tapar el agujero. Esto se puede realizar con el minilogger ZSC, que proporciona medidas instantáneas  conectándolo al móvil mediante bluetooth. De este modo, el usuario se asegura de que el sistema funciona correctamente antes de cerrar el agujero.

Ejemplos de cómo instalar sondas de humedad del suelo

A continuación, presentamos distintos ejemplos de cómo instalar las sondas de humedad del suelo.

Instalación de sondas con  una pala.

Instalación de sondas con  el instalador de METER Group.

Guía de mantenimiento ATMOS 41

Recomendaciones de instalación y mantenimiento ATMOS 41 y el sensor PHYTOS 31

La estación meteorológica ATMOS 41 de METER Group incorpora 12 sensores meteorológicos en un solo dispositivo compacto. Es decir, no tiene partes móviles ni cableado excesivo. Por lo que, la instalación y el mantenimiento se han simplificado al máximo.

El sensor de humectación de hoja PHYTOS 31 de METER Group mide tanto el inicio como la duración de la humectación en la superficie foliar. Y es de gran utilidad para elaborar avisos fitosanitarios o por ejemplo para planificar la aplicación de productos fitosanitarios foliares.

La guía de mantenimiento de la estación ATMOS 41 aborda diferentes áreas, desde la garantía y servicio técnico, hasta las recomendaciones para instalar la estación ATMOS 41 y el sensor PHYTOS 31. También se comenta como realizar la ficha de instalación, el registro de los METADATOS y la cualificación in situ de la instalación de la estación meteorológica.

Características técnicas de la estación meteorológica ATMOS 41

ATMOS 41 proporciona medidas de 14 parámetros ambientales en un solo equipo. Y además, se instala de forma rápida y sencilla, y solo tiene un cable. Como se indica en la guía de mantenimiento ATMOS 41, principal requisito es que la estación esté nivelada en la parte superior de un mástil con visión del cielo directa. Los sensores que incorpora y sus caracteríticas son los siguientes:

La guía de mantemiento de la estación meteorológica ATMOS 41 se puede descargar en formato pdf a través de este enlace

MEDIDA DE LA RADIACIÓN SOLAR

La radiación solar en la superficie de la tierra

La RADIACIÓN SOLAR es la cantidad de radiación que llega sobre un plano horizontal en la superficie terrestre. Cuando la radiación atraviesa la atmósfera para llegar a la superficie terrestre, una parte se dispersa; otra se refleja; y otra la absorben los gases, las nubes y el polvo atmosférico. El espectro de la radiación solar engloba la radiación de onda corta, esto es:

  • Radiación Ultravioleta (280 a 400 nm)
  • Radiación Visible (400 a 700 nm)
  • Infrarrojo cercano y medio (700 a 4000 nm)

En un día despejado, la radiación solar constituye aproximadamente el 75% de la radiación extraterrestre que llega al exterior de la atmosfera. Mientras que en un día nublado este valor disminuye debido a que la radiación se dispersa en la atmósfera. Sin embargo, incluso con una nubosidad densa, aproximadamente el 25% de la radiación extraterrestre todavía puede llegar a la superficie terrestre, principalmente como radiación difusa de la atmósfera. 

La Irradiancia o la radiación que recibe un cuerpo situado en la superficie terrestre se clasifica en tres componentes: 

  • RADIACIÓN DIRECTA corresponde a los rayos directos del sol.
  • RADIACIÓN DIFUSA es la que se recibe dispersada por el cielo y las nubes.
  • RADIACIÓN REFLEJADA por los cuerpos terrestres. 

Texto adaptado de Evapotranspiración del Cultivo FAO-56. Allen et al. 2006

Piranómetros SP de Apogee Instruments

Los piranómetros SP de Apogee Instruments miden, sobre una superficie horizontal, la suma de los tres componentes de la radiación solar incidente. Tienen un ángulo de visión de 180º y con corrección direccional de coseno. Miden la densidad del flujo de energía radiativa que se expresa en W m-2.  

Todos los sensores de Apogee Instruments son de calidad científica, Clase C (ISO9060:2018), con calibración trazable y 4 años de garantía. Catálogo de los sensores online

Modelos según el tipo de detector, de Célula de Silício o de Termopila. 

CÉLULA DE SILÍCIO:

Estos sensores tienen un intervalo de calibración espectral de 360 – 1120nm. La respuesta es muy rápida pero su error es superior en condiciones nubladas (del 10 al 15%). Sólo miden la radiación incidente. Es decir, no se pueden utilizar para medir radiación reflejada ni luz artificial. Y además son económicos.

TERMOPILA

Disponen de un intervalo de calibración espectral superior 385 – 2105 nm y menor error. Su respuesta es mejor frente a todo tipo de condiciones ambientales. Por lo que son comparables a los piranómetros de alta gama pero más económicos. Recomendables para medidas en todo tipo de condiciones ambientales, para medidas con luz artificial o natural alterada y para medidas de reflectancia.

Cálculo de la Integral Diaria de radiación solar y de la Evapotranspiración

El modelo de Penman-Monteith calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) a partir de la fórmula del balance de energía sobre un dosel vegetal normalizado. Uno de los componentes principales del modelo es la radiación solar incidente.

Para utilizar la fórmula partiendo de datos diarios, la densidad de flujo de energía de la radiación solar debe expresarse como la Integral Diaria de Radiación Solar, en M J m-2 dia-1.  Es decir, si conectamos el piranómetro a un datalogger y medimos cada 60 minutos, hay que pasar de W m-2 tiempo-1 a  M J m-2 dia-1 y sumar todas las medidas diurnas. En el vídeo se explica este cálculo.

Balance de energía en la superficie terrestre

Componentes del balance de radiación solar y térmica en la superficie terrestre

En medidas satelitales de la Observación Terrestre (EO, Earth Observation) muchas veces es necesario realizar validaciones con sensores in situ. La radiación solar es principal componente del balance de energía, junto con el balance de radiación térmica o de onda larga.

Los sensores SP de Apogee Instruments tienen una corrección de coseno para conseguir una óptima respuesta direccional del sensor cuando la radiación solar incide con una elevación menor.    

Cálculo de eficiencia de instalaciones fotovoltaicas

La optimización de sistemas fotovoltaicos necesita medir la radiación solar. También denominada Global Horizontal Irradiance (GHI) o Plane of Array (PoA) Irradiance. Los piranómetros SP de Apogee Instruments son de Clase C, tienen 4 años de Garantía y disponen de salida analógica, SDI-12, con USB ó 4 – 20 mA.

Fácil integración en estaciones meteorológicas

Si el objetivo es integrar un sensor de radiación solar en una red de estaciones meteorológicas, los piranómetros de Apogee Instruments ofrecen diferentes opciones de salida ANALÓGICA y DIGITAL SDI-12. Y además, el diseño de los sensores está pensado para minimizar y facilitar el mantenimiento para asegurar el mejor procedimiento de varificación. 

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