Pais: Brasil

Fecha: 30 de Noviembre del 2020

El equipo innovador hace la medición digital del agua que se infiltra en el suelo por Embrapa, Brasil 

- Un equipo innovador es capaz de medir digitalmente el agua absorbida en el suelo.

- La tecnología reduce el tiempo y los costos del proceso, que antes dependía de un técnico capacitado en recolección de datos.

- La medición del agua infiltrada en el suelo es fundamental para el riego y la construcción de carreteras y presas, por ejemplo.

- El nuevo permeómetro digital es el resultado de una asociación entre Embrapa y el Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF).

- El equipo está listo y esperando que un socio lo produzca a gran escala para el mercado.

- Otros desafíos relacionados con la agricultura 4.0 ya están en la mira de las instituciones.

Una asociación entre  Embrapa Solos  (RJ) y el también Centro Brasileño de Investigaciones Físicas ( CBPF ) de Río de Janeiro desarrolló una solución innovadora para la automatización de la recolección de datos en el campo, más específicamente la infiltración y flujo de agua en el suelo. Se trata de un nuevo permeómetro, el equipo más utilizado en el mundo para evaluar la conducción del agua en los suelos, capaz de realizar esta colección de forma digital, utilizando una microcomputadora de bajo costo. Esto reduce el tiempo y los costos de evaluar los parámetros hidráulicos, lo que le permite conocer el proceso de absorción de agua por la tierra. Las instituciones ahora están buscando un socio para producir el equipo a gran escala y colocarlo en el mercado.

La medición del agua infiltrada en el suelo es fundamental para optimizar el riego, reduciendo el desperdicio de agua y la erosión; y estimar el derrumbe de taludes, asistiendo en la prevención y desarrollo de alarmas más efectivas y en la evaluación del comportamiento del terreno para la construcción de carreteras o presas.

Sin embargo, la evaluación de los parámetros hidráulicos del suelo siempre ha sido un desafío para los investigadores, básicamente por dos razones: la necesidad de un técnico capacitado en la recolección de datos y la evaluación, que requiere mucho tiempo y es costosa en recursos financieros y tiempo. Así, una de las ventajas de abordar el problema de manera interdisciplinaria fue articular la pericia y experiencia de quienes comprenden el problema del suelo (Embrapa Solos) con la aplicación de sensores inteligentes, herramientas de control digital y acondicionamiento de señales (CBPF).

El nuevo permemetro: digitalización en la medición del agua del suelo

Los equipos más utilizados en el mundo para evaluar la conducción de agua en suelos saturados son los permeámetros de pozo y, entre estos, uno de los más populares es el Permómetro de Guelph. Necesita un profesional para realizar la recopilación manual de datos de flujo de agua, lo que permite calcular la conductividad hidráulica del suelo. “La asociación entre Embrapa y CBPF ha desarrollado un nuevo permemetro que automatiza esta recolección. Con este dispositivo, el técnico, que pasó horas registrando los valores de los flujos, se libera para realizar otras evaluaciones y cobros, aumentando el rendimiento y la eficiencia del trabajo en las zonas rurales. Además, el equipo tiene una precisión de lectura de milímetros y un registro de tiempo de décimas de segundo, lo que aumenta la precisión de los datos recolectados ”, dice el investigador de Embrapa Solos. Wenceslau Teixeira .

El Guelph es un dispositivo analógico y complejo de operar. Los datos se obtienen mediante la lectura visual de la variación del nivel de una columna de agua, utilizando una escala milimétrica y un cronómetro. Los datos se registran manualmente en una libreta de ahorros. Esta operación se realiza en el campo, bajo el sol, y puede llevar bastante tiempo. El operador es un profesional caro que necesita cualificación para adquirir las medidas y los resultados se analizan posteriormente mediante hojas de cálculo. El avance del nuevo dispositivo proviene del hecho de que las medidas se obtienen digitalmente, mediante un microordenador de bajo costo.

“Además de medir la variación en volumen y tiempo con mayor precisión, grabar en una tarjeta de memoria y transmitir estos datos a un teléfono celular o tableta (vía Bluetooth), el sistema calcula la cantidad inmediatamente. Si existe alguna inconsistencia en las mediciones, es posible identificarlas en el lugar y volver a realizarlas, sin necesidad de un nuevo y costoso desplazamiento. El dispositivo simplifica la operación de medición, permitiendo su uso por operadores con menos capacitación, además de alertar de ciertos errores por variaciones bruscas de temperatura que no estaban contempladas en el método tradicional ”, revela Geraldo Cernicchiaro, de CBPF.

Cabe recordar que CBPF tiene una gran experiencia en la creación de sensores de medición, especialmente aquellos que aún no están disponibles en el mercado.

Un enfoque innovador

El desafío de digitalizar este proceso fue precisamente identificar cómo automatizar la recolección de datos. La metodología de Guelph se basa en cavar un pequeño pozo en el suelo y volcar verticalmente un cilindro largo cerrado de poliuretano transparente con agua en su interior. La tendencia del agua es fluir del tubo, debido a la gravedad, y llenar el pozo hasta que el nivel cubra la boca del tubo. Esto provoca un cierto vacío en el interior del tubo, cuyo nombre técnico es depósito de Mariotte. En cierto momento, la presión atmosférica es igual a la resultante de la altura de la columna de agua y el vacío dentro del depósito, por lo que el agua deja de fluir. Debido a la penetración del agua en el suelo, el nivel del agua en el pozo cambia. Pequeñas burbujas de aire entran en el depósito cambiando la presión y el líquido desciende. Incluso restablecer el equilibrio. En el método manual,

“Nuestro enfoque fue incluir un medidor de presión y temperatura, con la precisión necesaria para monitorear la variación de vacío en el yacimiento de Mariotte. Este enfoque permitió la automatización del proceso y nuestras pruebas de campo y laboratorio demostraron su precisión. A partir de los datos digitalizados, tenemos acceso a una amplia gama de recursos tecnológicos. Un pequeño microcontrolador recibe esta información, un reloj interno registra las variaciones entre las medidas y el tiempo de lectura, y un programa nos permite procesar, calcular, registrar y presentar el resultado en un display ”, dice Cernicchiaro, detallando el proceso. 

Las pruebas de campo entusiasman a los científicos

Después de algunas pruebas con prototipos en los laboratorios y terrenos de CBPF y Embrapa, se llevó a cabo una validación del dispositivo en diseño en campo en dos ubicaciones: São Luís (MA) y Lençóis Paulista (SP). "Los resultados fueron excelentes, lo que nos motivó a publicar un artículo en el  Journal of Hydrology  informando sobre este logro", destaca Teixeira.

Se eligieron las ubicaciones porque tienen diferentes tipos de suelo, lo que afecta la absorción de agua. Por ejemplo, en suelo arenoso, se absorbe rápidamente. En un suelo arcilloso, la absorción es más lenta e incluso puede formar charcos. Hablando de manera simplificada, esto significa que diferentes suelos presentan diferentes comportamientos con respecto al proceso de absorción de líquidos, y que estos comportamientos se pueden cuantificar.

Uno de los parámetros asociados a este comportamiento es la conductividad hidráulica saturada. Este parámetro, característico de cada suelo, es la relación entre el volumen de agua absorbido por unidad de tiempo, cuando el suelo está húmedo o, en términos técnicos, saturado.

Traducido del portugués.

Ver nota