Caracterización de un sistema de medida de humedad del suelo

Abstract

Water use efficiency in agriculture is a crucial challenge in the face of water scarcity and climate change. In this context, the present work focuses on the experimental characterization of dielectric probes for soil moisture measurement, aiming to evaluate their actual behavior under controlled laboratory conditions and to provide technical criteria for their application in irrigation systems. The study is part of the HYDROSOIL project, which assesses radar-based tools for soil moisture detection using field sensors. The main objectives of the work are to compare the response of three moisture probes (EC-5, Teros 12, and HydraProbe II) in different soil types and to analyze the effect of temperature on their readings. The experimental work was carried out through three tests: a) progressive saturation in sandy and loam-clay textured soils, b) analysis of the non-linear behavior of the HydraProbe sensor, and c) evaluation of thermal influence on the readings. Sensors were connected to a data acquisition system based on Arduino and MATLAB, along with auxiliary tools such as a laboratory oven and various irrigation systems. The results revealed significant differences between probes in terms of sensitivity, accuracy, and response to environmental conditions. The EC-5 showed high surface sensitivity but tended to overestimate water content, while the HydraProbe underestimated values when the soil volume was not fully wetted. The Teros 12 offered intermediate performance. Regarding temperature increase, opposite responses were observed: EC-5 showed an apparent increase in moisture, while Teros 12 showed a decrease. HydraProbe remained stable thanks to its integrated thermal compensation. It is concluded that the choice of sensor should consider not only its technical specifications but also its suitability to soil type and environmental conditions. Specific calibration and knowledge of each probe's influence volume are essential for reliable data interpretation.

L'eficiència en l'ús de l'aigua en l'agricultura és un repte crucial davant l'escassetat hídrica i el canvi climàtic. En aquest context, el present treball se centra en la caracterització experimental de sondes dielèctriques per a la mesura de la humitat del sòl, amb l'objectiu d'avaluar-ne el comportament real en condicions controlades de laboratori i aportar criteris tècnics per a la seva aplicació en sistemes de reg. L'estudi s'emmarca dins el projecte HYDROSOIL, que avalua eines basades en tecnologia radar per a la detecció d'humitat del sòl amb sensors de camp. Els objectius principals del treball són comparar la resposta de tres sondes d'humitat (EC-5, Teros 12 i HydraProbe II) en diferents tipus de sòl i analitzar l'efecte de la temperatura en les seves mesures. El treball experimental es va dur a terme mitjançant tres assaigs: a) saturació progressiva en sòls de textura sorrenca i franca-argilosa, b) anàlisi del comportament no lineal de la sonda HydraProbe, i c) avaluació de la influència tèrmica en les lectures. Es van utilitzar sensors connectats a un sistema d'adquisició basat en Arduino i MATLAB, juntament amb eines auxiliars com un forn de laboratori i diversos sistemes de reg. Els resultats van revelar diferències importants entre sondes pel que fa a sensibilitat, precisió i resposta davant les condicions ambientals. La EC-5 va mostrar una alta sensibilitat superficial, però va tendir a sobreestimar el contingut d'aigua, mentre que la HydraProbe el subestimava si el volum de sòl no estava completament humitejat. La Teros 12 va oferir un rendiment intermedi. Davant l'increment de temperatura, es van observar respostes oposades entre la EC-5 (augment aparent d'humitat) i la Teros 12 (disminució), mentre que la HydraProbe va mostrar una gran estabilitat gràcies a la seva compensació tèrmica integrada. Es conclou que l'elecció del sensor ha de tenir en compte no només les seves especificacions tècniques, sinó també la seva adequació al tipus de sòl i a les condicions ambientals. La calibració específica i el coneixement del volum d'influència de cada sonda són essencials per a una interpretació fiable de les dades.

La eficiencia en el uso del agua en agricultura es un reto crucial ante la escasez hídrica y el cambio climático. En este contexto, el presente trabajo se centra en la caracterización experimental de sondas dieléctricas para la medición de humedad del suelo, con el objetivo de evaluar su comportamiento real en condiciones controladas de laboratorio, y aportar criterios técnicos para su aplicación en sistemas de riego. El estudio se enmarca dentro del proyecto HYDROSOIL, que evalúa herramientas basadas en tecnología radar para la detección de humedad del suelo con sensores de campo. Los objetivos principales del trabajo son comparar la respuesta de tres sondas de humedad (EC-5, Teros 12 y HydraProbe II) en distintos tipos de suelo y analizar el efecto de la temperatura sobre sus mediciones. El trabajo experimental se desarrolló mediante tres ensayos: a) saturación progresiva en suelos de textura arenosa y franco-arcillosa, b) análisis del comportamiento no lineal de la sonda HydraProbe, y c) evaluación de la influencia térmica en las lecturas. Se emplearon sensores conectados a un sistema de adquisición basado en Arduino y MATLAB, junto a herramientas auxiliares como horno de laboratorio y diferentes sistemas de riego. Los resultados revelaron diferencias importantes entre sondas en cuanto a sensibilidad, precisión y respuesta ante condiciones ambientales. La EC-5 mostró una alta sensibilidad superficial, pero tendió a sobrestimar el contenido de agua, mientras que la HydraProbe subestimó los valores si el volumen de suelo no estaba completamente humedecido. La Teros 12 ofreció un rendimiento intermedio. Frente al aumento de temperatura, se evidenciaron respuestas opuestas entre EC-5 (aumento aparente de humedad) y Teros 12 (disminución), mientras que la HydraProbe mostró gran estabilidad gracias a su compensación térmica integrada. Se concluye que la elección del sensor debe considerar no solo sus especificaciones técnicas, sino también su adecuación al tipo de suelo y condiciones ambientales. La calibración específica y el conocimiento del volumen de influencia de cada sonda resultan esenciales para una interpretación fiable de los datos.

Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura

Objectius de Desenvolupament Sostenible::12 - Producció i Consum Responsables