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Sensores de Temperatura de hoja
La temperatura de la hoja (TLeaf) es un buen indicador del coeficiente de estrés hídrico de la planta ya que la temperatura está directamente relacionada con el agua disponible por esta. Cuando la disponibilidad de agua es limitada se cierran algunos estomas de las hojas y como resultado la temperatura de estas es más alta que la temperatura del aire. En cambio, cuando están abiertos todos los estomas, porque la disponibilidad de agua es adecuada, se observa que la temperatura de la hoja es menor que la del aire. Lo que nos interesa medir, como vemos, es la diferencia entre la temperatura del ambiente y la de la hoja, la temperatura diferencial (DTleaf-to-air), que en condiciones buenas se suele mantener estable, de 1 a 4ºC, dependiendo del cultivo, y se igualan o aumenta la de la hoja en relación con la del ambiente cuando hay estrés hídrico, pudiendo llegar hasta 5ºC más caliente que la del ambiente. Por otro lado la temperatura afecta a la fotosíntesis, a las actividades fisiológicas de las plantas, por lo que afectara a la tasa de crecimiento.
← Fig: Ejemplo de la fuerte correlación entre la temperatura diferencial DTleaf-to-air (eje X) y el potencial hídrico de la hoja (eje Y) en almendras (Fuente de la imagen: Gonzalez-Dugo et al, 2012). Por lo tanto, el sensor de temperatura de hoja o dosel se puede utilizar para medir el estado del agua de las plantas
Fig: Ejemplo de cómo la temperatura del dosel/hoja está relacionada con la temperatura ambiente del aire ambiente durante un ciclo de 24 horas. La temperatura del dosel aumenta y disminuye a lo largo del día con la temperatura del aire ambiente. Un dosel saludable, con acceso a abundante humedad del suelo, tendrá una alta tasa de transpiración que actúa como un efecto refrescante. Una planta sana y bien irrigada mostrará una gran diferencia de temperatura en comparación con la temperatura del aire ambiente. Esto también se conoce como la diferencia de temperatura de hoja a aire o de dosel a aire (también comúnmente expresada como DTleaf-to-air , “Leaf to Air Temperature Difference” o DTcanopy-to-air , “Canopy to Air Temperature Difference”) →
Existen diferentes sensores que permiten medir la temperatura de forma continua en tiempo real y hay que elegirlos adecuadamente para las características de la planta y requisitos de medición. Los podemos clasificar en sensores que miden por contacto (de resistencia, termopares) y sensores sin contacto con las hojas (termómetros de infrarrojos, cámaras térmicas infrarrojas).
Las ventajas de estos sensores que nos ayudan a obtener el estado hídrico de la planta a partir de la medición de la temperatura de la hoja, debido a la fuerte correlación existente es su bajo costo, bajo mantenimiento y fáciles de instalar. Es una alternativa a la medición del potencial hídrico de la hoja.
La temperatura del dosel de una planta proporciona información vital sobre el estrés hídrico y la salud de la planta.
Sensor de Tleaf por contacto
El sensor hace contacto con la hoja, y se supone que la temperatura que mide el sensor es la de la hoja, por eso se diseñan con una inercia térmica muy pequeña. Además, no deben afectar a la radiación, ni al intercambio gaseoso de la hoja, y por eso se diseñan muy delgados en relación con la envergadura de esta. Los valores que suelen medir estos sensores normalmente incluyen la temperatura absoluta de la superficie de la hoja (Tleaf), la temperatura del aire ambiente que rodea a la hoja (Tair), y la diferencia de temperatura de la hoja y el aire ambiente (ΔTleaf-to-air).
De resistencia: Se basan en la variación conocida de la resistencia con la temperatura de un conductor (PT100, PT1000, etc.) o un semiconductor (Termistores). Se suelen utilizar termistores NTC, por ser precisos en el rango de temperatura de la hoja, y el equipo suele llevar dos termistores, uno para medir la Tleaf y otro para la Tair.
← Fig: Sensor de temperatura de hoja por contacto de fácil instalación, mediante un clip. Se diseñan para que tengan un tamaño pequeño y no perturben a la temperatura natural de la hoja. El termistor generalmente se coloca en el enves de la hoja, donde se equilibra con la temperatura de la hoja y su precisión suele ser alta, del orden de 0,1ºC
De termopar
Se basan en colocar una cadena de termopares, unos en contacto con la superficie de la hoja y otros con el aire ambiente realizando mediciones continuas de diferencias de temperatura entre la superficie de la hoja y del aire ambiente, proporcionando así una diferencia de temperatura media al tener múltiples puntos de medición. Un termistor adicional mide la temperatura absoluta del aire ambiente circudante a las hojas (Tair). La temperatura absoluta Tleaf se puede deducir de los dos valores medidos.
← Fig: Sensor de temperatura por contacto formado por una cadena de termopares. Sensor para hojas anchas extremadamente ligero de fácil instalación mediante un clip. Este sensor mide la temperatura diferencial de ambiente-hoja por contacto. Se diseñan para que tengan un tamaño pequeño y no perturben a la temperatura natural de la hoja. La salida del sensor son mV.
Su diseño produce una carga mínima a la planta, pues pesan del orden de dos gramos y además son resistentes al viento, a la lluvia y de una gran precisión al medir la temperatura diferencial por lo que son muy utilizados. La salida de la termopila son mV, y la del termistor una salida analógica entre 0 V y la tensión de suministro, por lo que son registrables en la mayoría de los nodos electrónicos existentes en el mercado.
Ventajas sensor de contacto:
- Medida directa, continua y precisa de Tleaf, Tair y ΔTleaf-to-air
- Fácil instalación
- Estabilidad frente a condiciones ambientales adversas
- Bajo consumo para aplicaciones IoT
Sensor de Tleaf sin contacto
Si las hojas tienen movimiento diurnos (“diarios”) pueden impedir que los sensores mantengan el contacto constante requerido para una medición precisa de la TLeaf . Además, el número de estomas utilizados por las hojas para la transpiración y la absorción de CO2, pueden diferir en la apertura de una posición en la hoja a otra causando pequeñas variaciones locales en la TLeaf y necesitando entonces muchos sensores de contacto para medir con precisión la temperatura de la superficie de la hoja. En estos casos habría que utilizar sensores sin contacto.
Por otro lado, son menos invasivos y muy confiables sobre todo por no influir en el objetivo.
Por infrarrojos
De los que miden a distancia los termómetros de infrarrojos son los más comunes por su menor precio y porque pueden medir un área grande de la hoja o de doseles de las plantas, con precisión y confiabilidad. Estos se basan en detectar la radiación infrarroja emitida la cual como se sabe está relacionada con la temperatura. Estos también miden la temperatura ambiente.
← Fig: Sensores de TLEAF de infrarrojo. La óptica del instrumento recoge la muestra de radiación infrarroja desde la hoja a ser medida (o dorsel del árbol), la focaliza en el pequeño sensor interior de radiación infrarroja que la convierte en una señal eléctrica proporcional análoga a la radiación infrarroja entrante (por lo tanto de la temperatura del objeto).
Hay que tener especial cuidado en la instalación de estos sensores, es lo más complicado, por muchos motivos: Muchos no están preparados para el exterior por lo que hay que protegerlos para evitar daños en el mismo, la distancia a la planta es importante pues el sensor mide la temperatura promedio de todos los objetos en el campo de visión del sensor, la temperatura ambiental y la absorción atmosférica les afecta en su medida etc…
Por cámaras térmicas infrarrojas
Son sensores parecidos a las cámaras digitales que usamos para tomar fotos o videos, la diferencia es que estos sensores en vez de captar la luz visible que vemos los humanos, puede captar la luz infrarroja que no vemos los humanos y procesarla para tener información de la temperatura que tiene un objeto. Esto es posible, gracias a que todo objeto que tiene calor emite luz infrarroja (Ley deStefan-Boltzmann).
Las cámaras térmicas, no solo recopilan datos de la temperatura, obtienen imágenes térmicas e imágenes visuales en tiempo real, pero su análisis tiene un costo elevado en software.
El recibir periódicamente imágenes del cultivo, de manera automática y sin intervención humana, en una plataforma web personalizada, permite el seguimiento continuo del desarrollo del cultivo siguiendo incidencias y estimando la producción
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Sensor de temperatura de hoja