sensores cercanos
Sensores de Flujo de savia
La medida de la velocidad o del Flujo de Savia en el tronco o las ramas o raíces puede proporcionar una buena estimación indirecta de la transpiración.
Si se asume razonablemente que toda el agua que la planta transpira por el dosel debe primero pasar a través del tallo, entonces es posible estimar la transpiración a partir del flujo de savia por el tallo. Dado que se trata de una media fisiológica de la planta, permite no sólo analizar el consumo hídrico real de la planta in situ, sino además detectar la presencia de estrés fisiológico o hídrico y evaluar las necesidades de riego.
Al determinar la transpiración horaria a partir del medidor de flujo de savia se puede estimar los coeficientes de cultivo (Kc) en las diferentes etapas de desarrollo, y poder determinar así los requerimientos hídricos. El principal inconveniente de este método es la dificultad de su implementación y manejo, hace falta contar con más medidas que influyen en la transpiración como la radiación solar, además de los problemas inherentes a la poca representatividad espacial de la plantación y las derivas de la propia medición al ser un método intrusivo.
El principio de estos sensores de flujo de savia es aplicar una fuente de calor constante en la corriente de savia bruta o en su proximidad, esto se consigue mediante una resistencia eléctrica insertada en una sonda y alimentada con una batería. La temperatura en las proximidades de esta fuente se ve perturbada más o menos, según la importancia del flujo de savia, y la perdida de calor es directamente proporcional a este flujo. Con dos o más sondas insertadas radialmente en el xilema podremos medir las variaciones de temperatura y con la correlación correspondiente obtendremos directamente la transpiración en forma continua y en tiempo casi real. Esta correlación está influida por el tipo de planta y varias variables climáticas (radiación solar, etc), por lo tanto, hay que calibrar la salida del sensor para que la medida sea proporcional al flujo de savia. Investigaciones recientes han demostrado que los sensores de flujo de savia no calibrados tienen un error promedio del 34 %. Una cantidad significativa de error.
← Fig: Vista de la instalación de un sensor de flujo de savia tipo Granier (método balance de calor) en un tronco de un árbol
Los sensores de flujo de savia han tenido un notable desarrollo recientemente y existen algunas variantes metodológicas: Método de calor constante o disipación térmica (Thermal Dissipation Method TDM or Heat Dissipation (HD) method), método del balance de calor (Thermal Heat Balance, THB) y el método de compensación del pulso de calor (Compensation Heat Pulse Method, CHPM).
Algunos métodos son invasivos, ya que los sensores se ubican dentro de la albura; otros no son invasivos, estando los sensores situados fuera, aunque en estrecho contacto con el órgano conductor. Algunos métodos son adecuados para tallos de diámetros pequeños, mientras que otros pueden usarse en árboles grandes. La calibración es conveniente en todos los casos, sobre todos en los métodos invasivos, ya que la inserción de las sondas altera las características del xilema funcional.
De todas las variante metodológicas, la más utilizado es el método del pulso de calor, y mas concretamente una variante de esta, desarrollado por la Universidad Occidental de Australia (University of Western Australia) junto a organizaciones asociadas como el ICRAF y CSIRO, el método del Cociente Calórico (Heat Ratio Method, HRM). El HRM es el que mejor se adapta a las condiciones mediterráneas, ya que permite detectar velocidades bajas e incluso nulas, así como velocidad reversa del flujo de savia, lo que lo convierte en el sistema óptimo para ecosistemas áridos y en situaciones de sequía.
Método del pulso de calor
También llamado Método de Compensación por Pulso de Calor (Compensation Heat Pulse Method ,CHPM) o de velocidad del pulso de calor (Pulse Heat Velocity)
En esta técnica, se mide el tiempo que le lleva recorrer a un pulso de calor desde su fuente hasta un punto fijo siguiendo la dirección de la corriente de savia. El flujo de savia se calcula teniendo en cuenta la geometría y velocidad del flujo, y el área de la sección de xilema activo.
Fig: Esquema del montaje del pulso del calor para la medición de flujo de savia en el tronco de un árbol →
Principios de funcionamiento y descripción del equipo
Esta técnica utiliza una sonda de calor, inserta en el tronco de la planta, que inyecta un pulso de calor por un corto período de tiempo (normalmente menor a 2 segundos) en el tejido conductor de la planta.
Este pulso de calor puede luego ser utilizado para inferir la tasa de ascenso de agua mediante el uso de sondas de monitoreo de temperatura, insertadas de forma asimétrica en el tronco, una ubicada 5 mm por encima y la otra 10 mm por debajo de la sonda de calor.
Esta distribución espacial de las sondas de monitoreo compensa por los procesos de difusión de calor y permite que la convección sea aislada y medida. Por esta razón a veces se refiere al método como “método de compensación”.
Consideraciones del método
Se considera el medio homogéneo, isotrópico en cuanto a conducción y convección de calor para hacer el estudio más fácil y en el balance energético se considera que no se pierde energía al exterior
La solución analítica de la ecuación de variación de la temperatura en el tiempo tiene en cuenta las densidades de la madera fresca y la savia, el calor específico de ambas, la conductividad térmica en las direcciones axial y tangencial, el área de la sección del xilema ocupada por cursos de savia y la cantidad de calor interno liberada por la sonda de calor.
También se ha desarrollado un método alterativo en el cual se mide el tiempo que trascurre para el aumento máximo de temperatura registrado por un solo sensor ubicado a 40 mm aguas abajo (más arriba en el tronco) de la sonda que emite el calor. En estos métodos se asume que no hay efecto de las sondas en la medida de flujo de calor. En realidad, hay interferencia en la convección de calor por la presencia de la sonda de emisión de calor y de las que miden temperatura, y por la ruptura del tejido xilemático, produciendo una subestimación de la velocidad del flujo de calor Estos métodos miden la velocidad del pulso de calor, V. Para relacionar esta medida con el flujo de savia, se utiliza la siguiente ecuación:
Js = (k FM + FL) V
donde: Js = densidad del flujo de savia; FM es la fracción ocupada por madera; FL es la fracción ocupada por agua. El factor k = 0,441 está relacionado a las propiedades térmicas de la matriz de la madera con respecto al agua.
Instalación
Para instalar correctamente este equipo se deben tomar una serie de precauciones: determinar la profundidad del tejido de conducción para instalarlo en el xilema y no en la corteza, alinear bien las sondas, antes de insertarlas cubrirlas con fungicida, cambiarlas de lugar periódicamente por el efecto que puedan causar las heridas provocadas en las mediciones. No ubicarlas en madera muerta o nudos. Se deben instalar a primera hora, con flujo débil, para evitar embolias. Previo a la instalación testear las sondas de calor en un tronco seco (sin flujo de savia) y desechar las que dan resultados con diferencia mayor a 1,5 % del promedio.
← Fig: Fotografías de los sensores de temperatura y resistencia insertados en el tronco de un árbol . Sistema de pulso de calor.
Método del calor constante
También llamado de la disipación constante de calor (MDC) o de Método la disipación térmica (Thermal Dissipation method (TDM) or Heat Dissipation (HD) method ) y está basado en el diseño de André Granier (1985,1987). Consiste en un par de agujas-sondas las cuales se insertan en el tejido conductivo de la planta a monitorizar, a una distancia de unos 10-15 cm, alineados con el flujo de savia (verticalmente).
La sonda que se inserta en la parte superior consta de un sensor de temperatura y una resistencia calefactora, se la llama sonda calentadora (SC). La sonda que se inserta en la parte inferior consta solo de un termómetro y se le llama sonda de referencia (SR). La resistencia incluida en la SC se mantiene, generalmente, consumiendo una potencia constante de 0,2 W, lo cual se consigue regulando la intensidad que consume. Cuanto menor es la diferencia de temperatura entre ambas sondas insertadas verticalmente en un tallo, mayor es el flujo de savia y la diferencia de temperatura será máxima cuando no existe flujo.
↑ Fig: Agujas-sondas del sensor de flujo de savia que utiliza el método del calor constante. La longitud de estas es variable según modelos comerciales y necesidades.
Los sensores de temperatura que se suelen utilizar son termopares y como lo que nos interesa es la diferencia de temperatura entre los dos sensores, estos se conectan en serie y midiendo la diferencia de potencial en ambos extremos obtendremos la diferencia de temperatura y con esta obtendremos el flujo de savia (kg/hr). Por lo que, existe una relación directa y lineal entre la salida en mV de los sensores y el flujo de savia.
↑ Fig: Esquema del montaje de las sondas del flujo de savia por el método TDM
Instalación:
- Se deben tomar las mismas precauciones que para el método anterior.
- La distancia entre sondas hay que determinarla previamente
Método del balance de calor (Thermal Heat Balance THB, o Stem Heat Balance, SHB)
Este método se basa en que, en un sistema ideal en donde no hay pérdidas de calor, existe una igualdad entre el calor disipado de una sección de tallo por un flujo de savia y la cantidad de calor provista a la misma. Este método fue propuesto para medir el flujo de savia en plantas herbáceas y se conoce como método del balance de calor del tallo (Stem Heat Balance – SHB).
El balance de energía se hace sobre un segmento del tallo al cual se le suministra energía calórica regulada por un calentador anular externo. Éste consiste en un calentador flexible, un termopar que mide la pérdida de calor radial, y dos pares de termopares que miden las diferencias axiales de temperatura.
Se suministra constantemente energía al calefactor desde una fuente. Se mide la energía que entra y la que sale de una sección de tronco para determinar la cantidad de calor transportado por convección por el flujo ascendente de savia.
↑ Fig: Sensor de flujo de savia de tallo con resistencia calefactora exterior. Los sensores y la resistencia calefactora están montados sobre un substrato de corcho y ubicados dentro de un anillo de material aislante de color blanco. Una vez que el sensor es ubicado en la superficie del tallo, tanto el sensor como los sectores del tallo arriba y debajo del sensor se cubren con material aislante para minimizar la interferencia térmica que podría causar el ambiente.
El flujo de savia se calcula en base al transporte de calor radial y convectivo en el xilema y a la temperatura de la savia. Se trata pues, de un método absoluto que proporciona el flujo de savia en el xilema en términos de masa por unidad de tiempo. El sistema se conecta a un equipo electrónico programado que convierte automáticamente las señales de microvoltaje de los termopares en valores de flujo de savia. El equipo debe estar calibrado específicamente para el tipo de tallo, tamaño, resistencia al calentamiento, frecuencia de medición etc…
↑ Fig: Esquema del método de balance de calor
Este método consiste en aplicar una cantidad conocida de calor a un tallo, y ver como se distribuye ésta en función de la savia circulante.
El balance de flujos de calor aplicado al tallo sería el siguiente:
Pin = qu + qd + Qradial + Qflow
Donde: Pin es el calor aplicado al tallo por medio de un calefactor; qu y qd es el calor conducido verticalmente a través de los tejidos del tallo; Qradial es el calor conducido radialmente a través de los tejidos del tallo y Qflow es el calor invertido en aumentar la temperatura de la savia y que nos interesa calcular para poder estimar así la cantidad de savia que pasa y el flujo de agua a través de los tallos vivos. Los valores de qu , qd y Qradial se pueden calcular por diferencias de temperaturas en las vías de pérdida de calor. Se miden gradientes verticales y radiales de temperatura y se obtienen estos dos valores. Pin lo conocemos porque lo aplicamos nosotros. Entonces podemos obtener:
Qflow = Pin – qu – qd – Qradial
Podemos así conocer el flujo de agua y de savia en el tallo. Este método se puede aplicar de forma continua en tiempo real mediante sensores y obtener valores de flujo de agua en unidades de Kg/s.
Ventajas:
- Miden el flujo de savia, es decir el consumo de agua de plantas.
- Los sensores no son intrusivos, ni dañinos pues las plantas solo se calientan de 1 a 5 ºC por encima de la temperatura ambiente.
- El principio de funcionamiento está probado en muchas especies de plantas.
- Existen sensores para una gran cantidad de diámetros de tallo.
Desventajas:
- Deben conocerse los parámetros de la especie vegetal en cuanto a coeficientes de corrección de la velocidad.
Modelos comerciales
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Sensor dendrómetro de flujo de savia.