sensores próximos

← Fig: Vista de instalação de um sensor de fluxo de seiva tipo Granier (método de balanço de calor) em um tronco de árvore

Os sensores de fluxo de seiva tiveram um desenvolvimento notável recentemente e existem algumas variantes metodológicas: método de calor constante ou dissipação térmica (método de dissipação térmica TDM ou método de dissipação de calor (HD)), o método de equilíbrio de calor (Balance de Calor Térmico, THB) e o método de compensação do pulso de calor (Método de Pulso de Calor de Compensação, CHPM).

Alguns métodos são invasivos, pois os sensores estão localizados dentro do alburno; outros são não invasivos, com os sensores localizados fora, embora em contato próximo com o órgão condutor. Alguns métodos são adequados para pequenos diâmetros de caule, enquanto outros podem ser usados ​​em árvores grandes. A calibração é conveniente em todos os casos, principalmente nos métodos invasivos, pois a inserção das sondas altera as características do xilema funcional.

De todas as variantes metodológicas, a mais utilizada é o método de pulso de calor, e mais especificamente uma variante dele, desenvolvida pela Western University of Australia (Universidade da Austrália Ocidental) junto com com organizações parceiras como ICRAF e CSIRO, o Heat Ratio Method (HRM). O HRM é o que melhor se adapta às condições mediterrânicas, pois permite detectar velocidades baixas e até nulas, bem como a velocidade inversa do fluxo de seiva, o que o torna o sistema ideal para ecossistemas áridos e em situações de seca.

Método de Pulso de Calor

Também chamado de Método de Pulso de Calor de Compensação (CHPM) ou Velocidade de Calor de Pulso

Nessa técnica, é medido o tempo que um pulso de calor leva para viajar de sua fonte até um ponto fixo na direção do fluxo de seiva. O fluxo de seiva é calculado levando em consideração a geometria e a velocidade do fluxo e a área da seção ativa do xilema.

Princípios de funcionamento e descrição do equipamento

Esta técnica utiliza uma sonda de calor, inserida no tronco da planta, que injeta um pulso de calor por um curto período de tempo (normalmente menos de 2 segundos) no condutor tecido da planta.

Este pulso de calor pode então ser usado para inferir a taxa de subida da água usando sondas de monitoramento de temperatura, inseridas assimetricamente no tronco, uma localizada 5 mm acima e outra 10 mm abaixo a sonda de calor.

Esta distribuição espacial das sondas de monitoramento compensa os processos de difusão de calor e permite isolar e medir a convecção. Por esse motivo, o método às vezes é chamado de “método de compensação”.

Considerações sobre o método

Considera-se o meio homogêneo, isotrópico em termos de condução de calor e convecção para facilitar o estudo e no balanço de energia considera-se que nenhuma energia é perdida para o exterior.

A solução analítica da equação de variação de temperatura ao longo do tempo leva em consideração as densidades da madeira fresca e da seiva, o calor específico de ambos, a condutividade térmica nas direções axial e tangencial, a área da seção do xilema ocupada pelos cursos de seiva e a quantidade de calor interno liberado pela sonda de calor.

Também foi desenvolvido um método alternativo no qual é medido o tempo decorrido para o aumento máximo de temperatura registrado por um único sensor localizado 40 mm a jusante (mais a montante). da sonda que emite o calor. Nestes métodos assume-se que não há efeito das sondas na medição do fluxo de calor. De fato, há interferência na convecção de calor devido à presença da sonda de emissão de calor e daquelas que medem a temperatura, e pela ruptura do tecido do xilema, produzindo uma subestimação da velocidade do fluxo de calor. pulso de calor. Para relacionar essa medição ao fluxo de seiva, a seguinte equação é usada:

Js = (kFM + FL) V

onde: Js = densidade do fluxo de seiva; FM é a fração ocupada pela madeira; FL é a fração ocupada pela água. O fator k = 0,441 está relacionado às propriedades térmicas da matriz de madeira em relação à água.

↑ Fig: Fotografias de sensores de temperatura e resistência embutidos em um tronco de árvore. Sistema de pulso de calor.

Método de aquecimento constante

Também chamado de Método de Dissipação de Calor Constante (MDC) ou Método de Dissipação Térmica (TDM) ou Método de Dissipação de Calor (HD) e é baseado no projeto de André Granier (1985,1987). Consiste em um par de sondas de agulha que são inseridas no tecido condutor da planta a ser monitorada, a uma distância de cerca de 10-15 cm, alinhadas com o fluxo de seiva (verticalmente).

A sonda inserida na parte superior é composta por um sensor de temperatura e uma resistência de aquecimento, é chamada de sonda de aquecimento (SC). A sonda que é inserida na parte inferior consiste apenas em um termômetro e é chamada de sonda de referência (SR). A resistência incluída no SC é geralmente mantida consumindo uma potência constante de 0,2 W, que é alcançada regulando a intensidade que consome. Quanto menor a diferença de temperatura entre as duas sondas inseridas verticalmente em uma haste, maior será o fluxo de seiva e a diferença de temperatura será máxima quando não houver fluxo.

↑ Fig: Agulhas do sensor de fluxo de seiva usando o método de calor constante. A duração destes é variável de acordo com os modelos de negócios e necessidades.

Os sensores de temperatura que normalmente são usados ​​são termopares e como o que nos interessa é a diferença de temperatura entre os dois sensores, eles são conectados em série e medem a diferença de potencial em ambos Ao final obteremos a diferença de temperatura e com isso obteremos o fluxo de seiva (kg/h). Portanto, existe uma relação direta e linear entre a saída mV dos sensores e o fluxo de seiva.

↑ Fig: Diagrama de montagem das sondas wire flow pelo método TDM

• As mesmas precauções devem ser tomadas como no método anterior.
• A distância entre as sondas deve ser determinada previamente

Método de equilíbrio térmico (Balanço térmico THB ou equilíbrio térmico de aceleração, SHB)

Este método baseia-se no fato de que, em um sistema ideal onde não há perdas de calor, existe uma igualdade entre o calor dissipado de um trecho de tubo por um fluxo de Seivas a quantidade de calor fornecido a ele. Este método foi proposto para medir o fluxo de grama em plantas herbáceas e é conhecido como método de Balanço de Calor do Caule (SHB).

O balanço de energia é feito em um segmento do fluxo ao qual é fornecida energia calórica regulada por um aquecedor anular externo. Consiste em um aquecedor flexível, um termopar que mede a perda de calor radial e dois pares de termopares que medem as diferenças axiais de temperatura.

A energia é constantemente fornecida ao aquecedor a partir de uma fonte. A energia que entra e sai de uma seção do tronco é medida para determinar a quantidade de calor transportado por convecção pelo fluxo ascendente do tronco.

↑ Fig: Sensor de fluxo de seiva da haste com elemento de aquecimento externo. Os sensores e o aquecedor de resistência são montados em um substrato de cortiça e alojados dentro de um anel de material isolante branco. Uma vez que o sensor é colocado na superfície da haste, tanto o sensor quanto os setores da haste acima e abaixo do sensor são cobertos com material isolante para minimizar a interferência térmica do ambiente.

O fluxo de seiva é calculado com base no transporte de calor radial e convectivo no xilema e na temperatura da seiva. É, portanto, um método absoluto que fornece o fluxo de seiva no xilema em termos de massa por unidade de tempo. O sistema é conectado a um equipamento eletrônico programado que converte automaticamente os sinais de microtensão dos termopares em valores de fluxo de seiva. O equipamento deve ser calibrado especificamente para o tipo de haste, tamanho, resistência ao aquecimento, frequência de medição, etc…

Podemos assim conhecer o fluxo de água e seiva no caule. Este método pode ser aplicado continuamente em tempo real usando sensores e obter valores de vazão de água em unidades de Kg/s.

• Os parâmetros das espécies vegetais em termos de coeficientes de correção de velocidade devem ser conhecidos.

Modelos de negócios

• Sensor dendrômetro de fluxo de seiva