Sistema de riego mediante sensor de humedad del suelo

Optimización del riego agrícola con sensores de humedad del suelo : Lograr la conservación del agua y una agricultura eficiente 

 Introducción

El riego siempre ha sido un componente fundamental de la producción agrícola y el mantenimiento de los jardines. Sin embargo, los métodos de riego tradicionales presentan varias desventajas que no satisfacen las demandas de la sociedad moderna. 

El riego tradicional se basa en gran medida en la experiencia manual, y el momento y el volumen de agua se determinan mediante observación visual y juicio subjetivo. Los agricultores o paisajistas necesitan verificar con frecuencia la humedad del suelo y el estado de crecimiento de las plantas, lo que consume mucho tiempo y esfuerzo, y es difícil garantizar la precisión. El riego excesivo es frecuente, lo que provoca el desperdicio de grandes cantidades de agua y posibles encharcamientos, privando así de oxígeno a las raíces de las plantas y pudiendo causar enfermedades. Por otro lado, el riego insuficiente también es un problema común, que resulta en un crecimiento lento de las plantas, un desarrollo deficiente y una reducción del rendimiento de los cultivos, además de perjudicar la estética del paisaje. 

Además, el riego tradicional es ineficiente y difícil de escalar. En campos o jardines extensos, la operación manual de los equipos de riego es lenta y no garantiza una distribución uniforme del agua. El crecimiento de las plantas puede variar según la zona debido al riego desigual, lo que afecta la eficiencia general de la producción y la estética del paisaje. 

El sistema de riego inteligente, basado en sensores de humedad del suelo , ofrece una solución eficiente y ecológica para la agricultura moderna. Este artículo presentará el principio de funcionamiento, las ventajas y los modelos recomendados de sensores de humedad del suelo en sistemas de riego, ofreciendo una guía práctica para los profesionales de la agricultura.

 Principio de funcionamiento de los sistemas de riego  con sensores de humedad del suelo

Un sistema de riego inteligente consta de tres componentes principales: 

1. Sensores: Los sensores de humedad del suelo miden el contenido de agua a diferentes profundidades y proporcionan datos precisos sobre la humedad. Además, los sensores meteorológicos recopilan información ambiental como la temperatura, la humedad, la pluviosidad, la luz y la velocidad del viento, lo que proporciona información crucial para la toma de decisiones de riego.

2. Controlador: Como el "cerebro" del sistema, el controlador analiza los datos de los sensores y calcula las necesidades hídricas de los cultivos en función de factores como la etapa de crecimiento, el tipo de suelo y las condiciones climáticas. Cuando la humedad del suelo desciende por debajo de un umbral establecido, el controlador activa automáticamente el sistema de riego.

3. Actuadores: Incluyen bombas de agua, válvulas solenoides y aspersores, que ejecutan el plan de riego. El agua se suministra con precisión mediante riego por goteo, microaspersión o riego subterráneo para garantizar una distribución uniforme de la humedad.

Este sistema de circuito cerrado reduce eficazmente el desperdicio de agua, minimiza el trabajo manual y se adapta a las condiciones ambientales cambiantes, lo que lo hace muy adecuado para las necesidades agrícolas modernas.

 Componentes principales

1. Capa de detección de datos:

   - Monitoreo del suelo: sensores de humedad del suelo (monitoreo en capas a profundidades como 10 cm/30 cm/60 cm).

   - Sensores de Conductividad del Suelo (CE): Evaluación de riesgos de acumulación de sal.

   - Monitoreo Meteorológico y Ambiental: Pequeñas estaciones meteorológicas (precipitación, evaporación, temperatura, humedad, velocidad del viento).

   - Sensores fisiológicos de plantas: Medidores de flujo de tallo, sensores de humedad de hojas.

2. Capa de análisis de decisiones:

   - Modelo de requerimientos de agua de los cultivos: basado en el tipo de cultivo, la etapa de crecimiento y la profundidad de la raíz para calcular los requerimientos de agua, combinado con pronósticos meteorológicos para futuras necesidades de agua (por ejemplo, alertas de sequía).

3. Capa de control de ejecución:

   - Equipos de Riego: Cintas de goteo/microaspersores (ahorro de agua, precisión en la zona radicular).

   - Válvulas Inteligentes: Control de zonas para ajustar la distribución del agua según las diferentes necesidades del terreno.

   - Máquinas de integración de agua y fertilizantes: Ajuste la concentración del líquido nutritivo según sea necesario.

   - Métodos de control: Modo automático (riego activado por sensor), intervención manual remota (a través de aplicación móvil o plataforma web).

4. Gestión de fuentes de agua y tuberías:

   - Sistema de recolección de agua de lluvia, filtros de calidad de agua (para evitar la obstrucción de goteros).

   - Sensores de presión + bombas de frecuencia variable (para mantener estable la presión de la tubería).

 Tipos de tecnología

1. Sistema de riego por goteo/microrriego: adecuado para árboles frutales, hortalizas y otros cultivos comerciales, logrando una tasa de ahorro de agua del 30-60%.

2. Sistema de riego por aspersión: Para cultivos de campo (como trigo, maíz), utilizando máquinas aspersoras móviles o aspersores fijos para cobertura.

3. Riego Subterráneo: Tuberías enterradas bajo tierra que mojan directamente las zonas radiculares, reduciendo las pérdidas por evaporación.

4. Riego de tasa variable inteligente (VRI): combina mapas SIG y diferencias de humedad del suelo para regular la distribución del agua dentro del mismo campo.

 Ventajas de los sistemas de riego con sensores de humedad del suelo 

1. Conservación del agua: En comparación con el riego tradicional, los sistemas de riego inteligente pueden mejorar la eficiencia del uso del agua entre un 20 y un 30 %. Al monitorear la humedad del suelo en tiempo real, el sistema garantiza que los cultivos reciban la cantidad óptima de agua, evitando el riego excesivo y el desperdicio por escorrentía. Esto es especialmente importante en regiones con escasez de agua. 

2. Mejora de la salud del suelo: El riego excesivo puede provocar salinización o compactación del suelo, mientras que el riego insuficiente puede causar estrés hídrico. Los sistemas de riego inteligentes mantienen estable la humedad del suelo, promueven la actividad microbiana y la absorción de nutrientes, mejoran la fertilidad del suelo y garantizan la productividad a largo plazo. 

3. Reducción de la contaminación ambiental: El riego tradicional suele provocar la contaminación de los cuerpos de agua por escorrentía debido al uso excesivo de fertilizantes y pesticidas. El riego inteligente reduce la escorrentía química al proporcionar una aplicación precisa de agua y fertilizantes, protegiendo así los cuerpos de agua circundantes y el ecosistema. 

4. Reducción del consumo de energía: El sistema inteligente optimiza el tiempo de funcionamiento de la bomba y la potencia según las necesidades reales, reduciendo el desperdicio de energía. La automatización también reduce los costos de mano de obra y aumenta la eficiencia del riego. 

5. Flexibilidad y escalabilidad: Ya sea para pequeñas explotaciones familiares o grandes explotaciones comerciales, el sistema de riego inteligente se adapta a diferentes cultivos y terrenos. El sistema se integra con sistemas de riego por goteo, aspersión o subterráneo, lo que lo hace ideal para huertos, viñedos, cultivos de cereales y paisajismo urbano. 

Los sistemas de riego de precisión son soluciones modernas para la gestión del agua agrícola basadas en datos ambientales en tiempo real, las necesidades hídricas de los cultivos y tecnologías de control inteligente. Al ajustar dinámicamente los volúmenes, la sincronización y los métodos de riego, estos sistemas logran un uso eficiente del agua y maximizan el rendimiento de los cultivos. El objetivo principal es reducir el desperdicio, evitar el riego excesivo (p. ej., la salinización del suelo) y adaptarse al cambio climático, lo que los convierte en una práctica clave para la agricultura inteligente y el desarrollo sostenible.

 Sensores de humedad del suelo recomendados: Productos Niubol 

Para satisfacer las necesidades de riego de precisión, Niubol ofrece dos sensores de humedad del suelo de alto rendimiento , que combinan confiabilidad y durabilidad: 

Sensor de temperatura y humedad del suelo Niubol NBL-S-TM

- Características:

  - Mide simultáneamente la humedad y la temperatura del suelo.

  - Electrodos de aleación resistentes a la corrosión, resistentes a los golpes, adecuados para uso a largo plazo.

  - Diseño sellado IP68, se puede enterrar en el suelo o en el agua para monitoreo dinámico.

  - Utiliza tecnología FDR (Reflectometría del Dominio de Frecuencia), respuesta rápida, alta precisión.

  - Admite protocolos RS485 y Modbus para una fácil integración del sistema.

- Parámetros técnicos:

  - Rango de medición de humedad: 0-100 % HR, precisión: ±5 %

  - Rango de medición de temperatura: -40 °C a 80 °C, precisión: ±0,5 °C

  - Fuente de alimentación: DC 5V-24V

  - Dimensiones: 45 x 15 x 135 mm, longitud del electrodo: 50 mm

- Escenarios de aplicación: Adecuado para invernaderos, huertos, pastos y experimentos de investigación.

Sensor de temperatura y humedad del suelo Niubol NBL-S-THR

- Características:

  - Utiliza tecnología de pulso de onda electromagnética para medir la humedad y la temperatura del suelo con datos estables.

  - No se ve afectado por fertilizantes ni iones metálicos en el suelo, proporcionando datos fiables.

  - Admite múltiples métodos de salida (RS485, 4-20 mA, 0-5 V), lo que ofrece una gran flexibilidad.

  - Nivel de protección IP68, adecuado para entornos de campo hostiles.

  - Bajo consumo de energía (0,3W), ahorro de energía y respetuoso con el medio ambiente.

- Parámetros técnicos:

  - Rango de medición de humedad: 0-100 % HR, precisión: ±3 %

  - Rango de medición de temperatura: -50 °C a 100 °C, precisión: ±0,5 °C

  - Alimentación: DC 12-24V

  - Entorno de funcionamiento: -40°C a 80°C

- Escenarios de aplicación: Adecuado para el cultivo de hortalizas, riego con ahorro de agua, gestión de invernaderos y pruebas rápidas de suelo.

 Escenarios de aplicación

1. Regiones áridas y semiáridas: Control preciso del agua para abordar la escasez de agua (por ejemplo, agricultura en el desierto en Israel).

2. Agricultura de instalaciones: Control ambiental vinculado dentro de invernaderos o túneles (por ejemplo, ventilación automática después del riego).

3. Terrenos en pendiente y campos en terrazas: Emisores de goteo compensadores de presión adaptados a las diferencias de elevación del terreno, asegurando una distribución uniforme del agua.

4. Mejoramiento de suelos salino-alcalinos: Lixiviación dinámica de sales en función de los valores de CE del suelo para prevenir daños por salinidad.

5. Paisajismo y Jardines Urbanos: Riego por aspersión inteligente, segmentado por especies vegetales, reduciendo la presión del agua municipal.

 Casos de aplicación en el mundo real 

A nivel mundial, los sistemas de riego con sensores de humedad del suelo están transformando los métodos de producción agrícola. En regiones áridas como Australia y California, los sistemas de riego inteligentes han incrementado la eficiencia del uso del agua hasta en un 40%, ayudando a los agricultores a mantener altos rendimientos con recursos hídricos limitados. En la agricultura de invernadero, la combinación de sensores con el riego por goteo ha mejorado la calidad de cultivos de alto valor (como tomates y fresas). Los proyectos de paisajismo urbano también se han beneficiado del riego automatizado, reduciendo los costos del agua y preservando la belleza de los espacios verdes públicos.

Precauciones en la aplicación 

Aunque los sistemas de riego inteligentes ofrecen ventajas significativas, los agricultores deben prestar atención a los siguientes puntos durante su implementación: 

Calibración del sensor: Los diferentes tipos de suelo (por ejemplo, suelos arcillosos y arenosos) pueden afectar la precisión de los sensores, y es necesaria una calibración regular.

Inversión inicial: Los sensores y sistemas de alta calidad requieren una inversión inicial, pero el ahorro de agua a largo plazo y la reducción de mano de obra pueden compensar el costo.

Garantía de suministro de energía: En áreas remotas, los sensores alimentados con energía solar pueden garantizar un funcionamiento continuo, pero se deben proporcionar baterías de respaldo para hacer frente al clima lluvioso.

Mantenimiento del dispositivo: La limpieza e inspección periódicas de los sensores son necesarias para evitar discrepancias en los datos y garantizar la estabilidad del sistema a largo plazo.

Conclusión

La función principal de las estaciones de monitoreo de humedad del suelo es la detección precisa y la toma de decisiones inteligente. El equipo está equipado con sensores de alta precisión que pueden monitorear la humedad del suelo a diferentes profundidades (como 10 cm, 30 cm y 50 cm) y registrar simultáneamente la temperatura, la conductividad eléctrica y otros datos. Por ejemplo, en el cultivo de maíz, cuando el contenido de humedad en la zona radicular cae por debajo del umbral, el sistema activa un recordatorio de riego. En el cultivo de árboles frutales, los cambios de temperatura pueden predecir el riesgo de daños por heladas, lo que permite tomar medidas preventivas con antelación. Todos los datos se transmiten de forma inalámbrica a la nube, y los agricultores pueden consultar las curvas históricas y el estado en tiempo real en cualquier momento a través de una aplicación móvil. 

En comparación con los métodos de riego tradicionales, la ventaja de las estaciones de monitoreo de humedad del suelo reside en la oferta basada en la demanda y la conservación de recursos. El riego manual a menudo provoca un exceso de riego en la superficie del suelo, mientras que las capas profundas permanecen secas debido a la imposibilidad de monitorear la humedad a mayor profundidad. Sin embargo, el sistema puede localizar con precisión las zonas con deficiencia de agua, evitando el riego por inundación. Por ejemplo, en invernaderos de hortalizas, al combinarse con un sistema de riego por goteo, la estación de monitoreo puede mejorar la eficiencia del ahorro de agua en más de un 40 %. En las regiones agrícolas de secano, los agricultores pueden optimizar el momento del riego monitoreando la dinámica de la humedad del suelo, lo que reduce la evaporación ineficaz. Además, el sistema admite la creación de redes multisitio, lo que permite una gestión diferenciada del riego en diferentes parcelas. 

Desde un punto de vista técnico, el diseño de la estación de monitoreo de humedad del suelo equilibra practicidad y durabilidad. Los sensores utilizan tecnología FDR (Reflectometría en el Dominio de la Frecuencia), que ofrece una alta capacidad antiinterferencias y una tasa de error de datos inferior al 3 %. La carcasa exterior está fabricada con plásticos de ingeniería de alta resistencia, resistentes a la corrosión y la presión, lo que la hace adecuada para entornos de campo complejos. El sistema funciona con energía solar y por batería, lo que garantiza un funcionamiento estable durante más de 30 días, incluso con lluvias continuas. La transmisión de datos utiliza redes LoRa o 4G para garantizar la estabilidad de la señal en zonas remotas. Además, algunos dispositivos cuentan con funciones de alarma de umbral, que envían alertas automáticamente cuando la humedad del suelo es anormal. 

Sin embargo, al seleccionar estaciones de monitoreo de humedad del suelo, los agricultores también deben prestar atención a algunos puntos: Primero, elegir la profundidad de instalación del sensor en función de la profundidad de la raíz del cultivo. Para cultivos de raíces superficiales (como las fresas), se debe monitorear la capa de suelo de 10 a 20 cm, mientras que para cultivos de raíces profundas (como los árboles frutales) se requiere monitoreo a profundidades de 30 a 50 cm. Segundo, se debe prestar atención a la capacidad de interpretación de datos. Algunos dispositivos ofrecen visualizaciones de los niveles de humedad (como seco, adecuado o excesivamente húmedo), lo que reduce el umbral de uso. Finalmente, el servicio posventa también es importante. La calibración regular del sensor y el mantenimiento del dispositivo garantizan la precisión a largo plazo. 

Los sensores Niubol NBL-S-TM y NBL-S-THR ofrecen herramientas fiables a los agricultores, ayudándoles a ahorrar recursos hídricos, mejorar la salud del suelo y aumentar el rendimiento de sus cultivos. Ante la escasez de agua y el creciente cambio climático, los sistemas de riego inteligentes son un paso crucial para lograr la seguridad alimentaria y la protección del medio ambiente. Al adoptar esta tecnología, su explotación agrícola avanzará hacia un futuro más eficiente y sostenible.

Hoja de datos del sensor de humedad del suelo  :

1. Hoja de datos del sensor de humedad y temperatura del suelo NBL-S-THR

Manual de instrucciones de los sensores de temperatura y humedad del suelo NBL-S-THR V4.0.pdf

2. Hoja de datos del sensor de CE de humedad y temperatura del suelo NBL-S-TMC

NBL-S-TMC - Sensor de conductividad de temperatura y humedad del suelo.pdf

3.  Hoja de datos del sensor de humedad y temperatura del suelo NBL-S-TM

Manual de instrucciones del sensor de temperatura y humedad del suelo NBL-S-TM 4.0.pdf

4. Sensor integrado de temperatura, humedad , conductividad y salinidad del suelo NBL-S-TMCS 

Sensor de temperatura, humedad, conductividad y salinidad del suelo NBL-S-TMCS.pdf