EL USO DE TENSIOMETROS EN COLOMBIA PARA EL CONTROL DEL RIEGO

Por: Ricardo Ambrosio Carrillo, I.A.
Dr. Calderón Laboratorios Ltda., Agosto de 2002
www.drcalderonlabs.com
Avda. 13 No. 87-81
Bogotá D.C., Colombia S.A.
ricardoambrosio@hotmail.com

INTRODUCCIÓN

Uno de los factores determinantes, sino el más importante dentro de un cultivo, es el riego. Casi siempre el Ingeniero Agrónomo se ve enfrentado a preguntas como: ¿Cuándo regar ?, ¿Cuánto regar?, ¿Con qué frecuencia?.Para tratar de responder estas preguntas nos hemos visto en la necesidad de utilizar diferentes metodologías e instrumentos. Dentro de los instrumentos, el más utilizado ha sido el tensiómetro.

Sin embargo, el uso de los tensiómetros en nuestro medio, no ha sido suficientemente difundido y entendido. Esto se debe en gran parte a que se trata de instrumentos importados. Al ser artículos importados se debe pagar un precio alto y no se conoce del todo el principio de funcionamiento.

Dr Calderón Laboratorios Ltda durante su labor diaria de asesoría en fertilización y fertirrigación en empresas productoras de flores ha detectado los siguientes vacíos relacionados con los tensiómetros:

1. A causa de los elevados costos de estos instrumentos, se tiene un único tensiómetro representando un área demasiado grande.

2. No existe en el país una representación de las dos marcas de tensiómetros importados. Es muy frecuente observar en un rincón del almacén de la finca: tensiómetros con manómetros dañados, cerámicas rotas y columnas de mercurio quebradas, debido a que no se consiguen los repuestos y no existe un servicio técnico de mantenimiento y reparación. Dr Calderón Laboratorios Ltda. ofrece el servicio de mantenimiento y reparación de tensiómetros de manómetro importados.

3. Los Ingenieros Agrónomos no están lo suficientemente informados en cuanto a los principios físicos que rigen el funcionamiento de los tensiómetros, y que es necesario entender para poder explicar algunos fenómenos.

Dr Calderón Laboratorios Ltda. después de varios años de investigación aplicada, ha diseñado, desarrollado y comercializado los siguientes tensiómetros: tensiómetro de manómetro, tensiómetro de mercurio y tensiómetro electrónico. Estos instrumentos cuestan aproximadamente el 50% de lo que valen los importados, se les realiza un estricto control de calidad, tienen garantía de un año y cuentan con repuestos y servicio técnico de mantenimiento y reparación.

A continuación se explicarán los principios básicos de funcionamiento, las diferencias entre los tres tipos de tensiómetros, sus ventajas y desventajas.

COMO FUNCIONA UN TENSIOMETRO

Principio Básico

El principio básico de funcionamiento de un tensiómetro es en términos generales bastante sencillo. Para entenderlo, debemos remontarnos a 1643 cuando el físico italiano Evangelista Torricelli realizó su más famoso experimento. (Figura 1)

En pocas palabras, Torricelli llenó un tubo de vidrio de 1 metro de largo y una cubeta con mercurio metálico (Hg). Tapó la boca del tubo de vidrio (cuidando de que no entrara aire dentro del tubo), lo invirtió y lo introdujo dentro del mercurio de la cubeta. Una vez dentro destapó la boca del tubo. Torricelli observó que la columna de mercurio dentro del tubo bajó, pero el tubo no se desocupó. La razón por la que no se desocupó es por que la presión atmosférica del aire sobre el mercurio de la cubeta no lo permite.

Se puede hacer un parangón entre la atmósfera de la tierra y una piscina. Entre más profundo se va en ambas, más presión se siente. Esta es la razón por la cual la presión atmosférica es mayor en Cartagena (nivel del mar) que en Bogotá (2600 metros sobre el nivel del mar).

Cuando Torricelli realizó el experimento, lo hizo a nivel del mar. Torricelli midió la distancia entre el nivel de mercurio de la cubeta y el nivel de mercurio del tubo de vidrio, y encontró que era de 76cm ó 760mm. Por esto se habla que la presión atmosférica al nivel del mar es de 760mm de Hg. Si este experimento se realiza en Bogotá, la distancia entre los dos niveles de mercurio será de aproximadamente 540mm de Hg.

Este sistema ideado por Torricelli es lo que se conoce como barómetro.

FUNCIONAMIENTO

Cuando el tensiómetro es instalado en un suelo seco, la tensión de humedad que ejerce el suelo se transmite a través de los poros de la cerámica (el suelo "trata" de "quitarle" agua al tensiómetro) y se produce un vacío dentro del cuerpo del instrumento. Entre más seco esté el suelo, más vacío se produce dentro del tensiómetro. Cuando se aplica un riego, ocurre el fenómeno contrario y el vacío dentro del cuerpo del instrumento disminuye.

Las unidades que se utilizan en tensiometría son los centibares (cB), es decir la centésima parte de un Bar. 760mm de Hg son equivalentes a 1 Atmósfera (Atm) y a 1.013 Bares (B). 1cB es equivalente a 7.5002 mm de Hg. La presión atmosférica a nivel del mar es de 101.3 cB. Esto quiere decir que el agua que está dentro del cuerpo del tensiómetro antes que empiece a hacer vacío está a una presión positiva de 101.3 cB. A medida que comienza a producirse vacío dentro del tensiómetro la presión positiva va disminuyendo, tal como se ve en el ejemplo de la Tabla 1.

Tabla 1

De lo anterior se deduce que la máxima lectura que puede dar un tensiómetro a nivel del mar es de 101.3 cB. Sin embargo, esta lectura nunca se alcanza por dos razones: 1) la escala de los tensiómetros solamente va hasta 100cB, y 2) no se puede lograr el vacío absoluto dentro del cuerpo de un tensiómetro.

Haciendo el mismo ejercicio a nivel de Bogotá, cuya presión atmosférica es de 540mm de Hg , se deduce que el máximo valor teórico de vacío que se puede lograr es de 72 cB. Sin embargo, el máximo valor real que se obtiene es de alrededor de 65 cB.

EL CUERPO DEL TENSIOMETRO

Un tensiómetro es en pocas palabras un tubo con un bulbo cerámico microporoso en un extremo y un tapón en el otro. La diferencia que existen entre un tensiómetro y otro, es la manera como se mide el vacío. El cuerpo del tensiómetro va completamente lleno de agua desgasificada. El tubo debe ser de un espesor capaz de resistir el vacío producido sin colapsarse.

El agua se desgasifica hirviéndola hasta ebullición. Se deja enfriar y se llena el tensiómetro con ella. Se recomienda adicionarle alguna sustancia alguicida, para evitar que las partes transparentes se manchen con el paso del tiempo.

El bulbo cerámico es un elemento microporoso inerte. La diferencia de porosidad entre cerámicas, no altera el resultado de la tensión de humedad del suelo.

Entre más alto el porcentaje de porosidad, mayor es la velocidad de respuesta del instrumento. La porosidad de una cerámica se mide indirectamente mediante la técnica de presión de burbujeo. El tema de las cerámicas será abordado en profundidad en un artículo futuro, en el cual se tratará el tema de sondas de succión.

TENSIOMETRO DE MERCURIO

El vacío producido dentro de este tensiómetro se mide con ayuda de una columna de mercurio. La columna de mercurio es simplemente una idea un poco más avanzada del barómetro de Torricelli. Los dos cuerpos, cubeta y tubo de vidrio se fusionan en uno solo: un capilar de vidrio doblado en forma de U. Esta "u" tiene el extremo de uno de sus brazos cerrado y el extremo del otro brazo abierto. El diseño en forma de U hace que la escala del instrumento tenga la mitad del largo normal, lo que ayuda a que los tensiómetros no sean tan largos.

El extremo cerrado se puede equiparar con el tubo de vidrio y el extremo abierto se compara con la cubeta (donde el mercurio está bajo la influencia de la presión atmosférica. Ver Figura 2.

NO es cierto que los tensiómetros de mercurio deban calibrarse de acuerdo a la presión atmosférica del sitio donde van a ser instalados. Una vez que el capilar de vidrio está dentro del cuerpo del tensiómetro, este deja de ser un barómetro, ya que para leer el vacío del tensiómetro únicamente se utiliza el nivel de mercurio del brazo largo de la "u" y el otro brazo queda escondido.

Existen tensiómetros de mercurio cuyo capilar de vidrio no está doblado en "u". Este diseño implica que los cuerpos de estos instrumentos sean demasiado largos y que el mercurio esté contenido en un tanque que está sujeto a frecuentes derrames involuntarios a causa de pequeños descuidos.

La calibración de un tensiómetro de mercurio es muy sencilla. Una vez que el cuerpo del tensiómetro está completamente lleno con agua desgasificada, se debe introducir el instrumento en un recipiente que contenga una lámina de agua que apenas cubra la cerámica. El tensiómetro debe estar completamente vertical. Se espera a que la columna de mercurio se estabilice y se hace coincidir el cero de la escala, en el caso de los tensiómetros Calderón, con el comienzo de la columna.

En los tensiómetros importados se espera a que la columna de mercurio se estabilice y se toma como cero el número en el cual se detiene. La inmersión de la cerámica en agua simula un suelo sobresaturado de agua.

TENSIOMETRO DE MANOMETRO

En este tipo de tensiómetro el vacío producido se mide con ayuda de un manómetro de vacío o vacuómetro. La pieza fundamental del vacuómetro se denomina burdon (ver figura 3). La principal debilidad del burdon consiste en que es incapaz de leer los primeros 4 cB, razón por la cual este tipo de tensiómetro no sirve para ser utilizado en hidroponía.

Debido a que los manómetros convencionales no tiene ningún mecanismo de "reset" para retornar la aguja a cero, todo tensiómetro de manómetro lleva intrínsecamente consigo un error que depende del largo del cuerpo del instrumento. Esto se debe a que la columna de agua que va dentro del tensiómetro pesa y en consecuencia genera un centibar de tensión por cada 10 cm de columna, que se suma a los centibares de tensión de humedad del suelo. En otras palabras, en un tensiómetro de manómetro de 12 pulgadas el error es de +3 cB. Por lo tanto, los tensiómetros de manómetro convencionales no se pueden calibrar.

TENSIOMETRO ELECTRONICO

En este tensiómetro el vacío se lee con ayuda de un transductor piezoeléctrico (Ver Figura 4). El transductor es un chip que contiene un cristal de germanio que a medida que se ve afectado por la presión negativa genera una diferencia de potencial eléctrico (milivoltios).

Para poder leer los milivoltios del transductor se necesita de una caja lectora (Ver Figura 5). Esta caja lectora se encarga de convertir los milivoltios en centibares. La caja está gobernada por un minúsculo artefacto electrónico denominado microcontrolador. El microcontrolador es un computador en pequeño, que posee CPU, memoria RAM, memoria ROM y puertos (Ver figura 6). El microcontrolador está programado en un lenguaje denominado ASSEMBLER y como dato curioso lleva un seguro de lectura, el cual no permite leer su contenido salvaguardando la propiedad intelectual de este novedoso desarrollo.

Con una caja lectora se pueden leer todos los tensiómetros de la finca, siempre y cuando estos sean de igual longitud.

La calibración se realiza una vez que el cuerpo del tensiómetro está completamente lleno con agua desgasificada. Se debe introducir el instrumento en un recipiente que contenga una lámina de agua que apenas cubra la cerámica. El tensiómetro debe estar completamente vertical. Se presionan los dos botones simultáneamente y se espera a que suene un pito. Después del pito el tensiómetro marca cero cB. Si después de un minuto la lectura continúa en cero, el tensiómetro está calibrado.

COMPARACION ENTRE LOS TRES TENSIOMETROS

COMPARACION ENTRE TENSIOMETROS IMPORTADOS Y TENSIOMETROS CALDERON

Se realizó un ensayo en la finca C.I Flores Las Palmas de Floramérica, ubicada en el Municipio de Tocancipá. Se compararon el tensiómetro de mercurio marca Mottes, el tensiómetro de mercurio Calderón y el tensiómetro electrónico Calderón.

El ensayo se realizó en tres invernaderos: Bloque 4 (rosas), Bloque 17 (alstroemeria) y Bloque 18 (rosas). En una cama de cada uno de estos invernaderos se instalaron 1 tensiómetro Mottes, 1 tensiómetro Calderón de mercurio y 1 tensiómetro electrónico Calderón.

Los bloques tienen riego por goteo. Como medida de precaución se utilizaron mangueras recién lavadas y se instalaron elevadas de forma tal que no tocaran el suelo y se pudiera detectar cualquier taponamiento de goteros.

Los tensiómetros se instalaron en la mitad de la cama, tanto a lo largo como a lo ancho, a una distancia de 30 cm entre instrumentos. En el caso específico del Bloque 4, se instaló además un tensiómetro Mottes extra, con el fin de comparar los datos arrojados entre ambos tensiómetros Mottes.

Las conclusiones del ensayo fueron las siguientes:

No hubo diferencias importantes en el comportamiento de cada uno de los tensiómetros utilizados para medir la humedad del suelo en los cultivos de rosas y alstroemeria, determinado a través de la alta correlación presentada en todas las pruebas efectuadas con todos los aparatos, teniendo la capacidad para detectar pequeños cambios en la humedad del mismo.

A lo largo de las diferentes determinaciones el tensiómetro cuyas lecturas fueron más dependientes de la lámina de riego aplicada fue el electrónico, mientras que los demás tensiómetros presentaron una relación de dependencia con el riego aplicado con similares parámetros estadísticos. Es de tener en cuenta que con bajas tensiones matriciales existe mayor probabilidad de leer equivocadamente la lectura en la columna de mercurio que el dato que reporta directamente el electrónico, por ello las diferencias entre ambos sistemas pueden asociarse a esta problema.

Cuando las tensiones matriciales presentaron valores muy bajos, es decir con altas humedades en el suelo, se encontraron mejores mediciones con el tensiómetro electrónico, sin embargo, los tensiómetros de mercurio también fueron sensibles a estos rangos de humedad, presentando lecturas muy similares.

El ensayo fue realizado con todo el rigor científico. Si se quiere analizar con más detalle, estudiar las ANAVAS y todas las pruebas estadísticas realizadas, se deben solicitar ea traves de nuestra página web www.drcalderonlabs.com, donde serán publicadas en la sección de investigaciones.

FIN