USO DE TECNOLOGÍA GPR PARA LA MEDICIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO EN VIÑAS DE CHILE

Transcripción

1 USO DE TECNOLOGÍA GPR PARA LA MEDICIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO EN VIÑAS DE CHILE Theodoros Nakos (PhD) Crux Technologies (Chile) Sébastien Lambot (PhD) Sensar Consulting (Bélgica) Seminario sobre Gestión y manejo sustentable del agua en viñedos y bodegas 05 de Diciembre 2014

2 CONTENIDO Crux Technologies Quiénes somos? Radar de penetración terrestre (tecnología GPR) Uso del GPR para estudios de humedad del suelo Mediciones de humedad del suelo en viñas

3 QUIENES SOMOS?

4 QUIENES SOMOS?

5 NUESTRA RED DE EXPERTOS INTERNACIONALES

6 GROUND PENETRATING RADAR (GPR) RADAR DE PENETRACIÓN TERRESTRE

7 Es un radar de pequeñas dimensiones, que envía pulsos electromagnéticos hacia el suelo. El tamaño del equipo depende de la frecuencia central de emisión (100 MHz 2.5 GHz / 3 m 12 cm). Contiene una antena transmisora y una receptora. El transmisor envía una señal al suelo, la cual interactúa con los distintos materiales. Parte de esta señal vuelve a la superficie, y es captada por la antena receptora.

8 Dos de los parámetros que se usan para caracterizar el tipo de suelo son la conductividad eléctrica (σ) y la permitividad eléctrica ( ). Frente a la presencia de una interface entre materiales de distintas características eléctricas, parte de la señal transmitida se refleja hacia la superficie y es captada por el receptor, ubicado en el mismo radar.

9 A partir de la señal recibida, se obtiene información sobre los materiales presentes en el subsuelo (hasta una cierta profundidad). A menor frecuencia de la señal, mayor profundidad de penetración (pero menor resolución). La tecnología GPR es un método indirecto y no destructivo.

10 FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS ESTUDIOS CON GPR Permitividad dieléctrica - velocidad de propagación. Conductividad eléctrica σ amplitud de señal. La composición química del medio. La granulometría. La densidad. La porosidad. El fluido intersticial existente. Cuando la conductividad eléctrica aumenta (humedad, arcilla), la profundidad de penetración disminuye.

11 COMO SE MIDE LA HUMEDAD DEL SUELO? Escala de detalle Escala local Escala regional (nivel de cuenca) Toma de muestras Sensores dieléctricos Radar de penetración terrestre (GPR) Sensores remotos (aeroportados y a bordo de satélites)

12 HUMEDAD DEL SUELO Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS Las mediciones con sensores de campo entregan información puntual que no es representativa de las variaciones de humedad de áreas extensas. Elegir el sensor adecuado es fundamental para la toma de decisiones. El GPR cubre el vacío entre mediciones a escala de detalle y la información entregada por los sensores remotos.

13 COMO MIDE EL GPR LA HUMEDAD DEL SUELO (1)? El suelo se compone de tres fases: Sólida (forma el armazón del suelo) Liquida (en los poros) Gaseosa (en los poros) Cada fase se caracteriza por su propia permitividad dieléctrica: ε (Aire) = 1 ε (Suelo): 4-7 ε (Agua) 81 (!!!) La permitividad dieléctrica total depende fundamentalmente de la presencia de agua. sólido aire agua El tipo de suelo no influye de manera significativa en los resultados obtenidos con el GPR.

14 COMO MIDE EL GPR LA HUMEDAD DEL SUELO (2)? La permitividad dieléctrica tiene un impacto directo en la velocidad de propagación (tiempo transcurrido entre señal emitida y recibida). A partir de esta información es posible calcular la permitividad dieléctrica del suelo, en el momento y el área en donde se toman los datos. La permitividad dieléctrica (ε) se asocia con el contenido volumétrico de agua (θ) a través de: Ecuación empírica Modelos teóricos

15 Ejemplo de toma de datos con GPR en la viña Saint-Émilion (Francia) Capa de arena Capa de arcilla

16 Método desarrollado para medir la humedad de suelo con GPR patente europea. Nueva instrumentación Nuevos algoritmos Nuevo producto Signal inversion

17 Pruebas de terreno en Boloña (Italia) más húmedo más seco

18 Pruebas de terreno en Boloña (Italia) Tabla de agua más superficial Tabla de agua más profunda más húmedo más seco

19 Pruebas de terreno en Boloña (Italia)

20 Mediciones de humedad del suelo en viñas de Chile Tomas de datos efectuadas el Miércoles 12 y Viernes 14 de Noviembre 2014 Viña Tapihuito (Valle de Casablanca), Miguel Torres (Curicó) Toma de datos en distintos suelos (composición química, condiciones de humedad) Aproximadamente 45 minutos en cada sector (distinto tipo de suelo)

21 Antena dipolo Portátil que se comunica con VNA, y toma datos cada cierto tiempo. Nuestro GPR: Analizador Vectorial de Redes (Network Vector Analyzer - VNA)

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23 Una primicia! 25 x 100 metros Profundidad 50 cm

24 Consideraciones prácticas (producto comercial) Tiempo por ha: aproximadamente min (dependiendo de la resolución, condiciones y particularidades del terreno). Estamos examinando distintas posibilidades para la toma de datos, dentro de las cuales esta el uso de drones. Precisión del método: 1 5%, dependiendo del tipo de suelo y condiciones durante la toma de datos (por ejemplo, micro-relieve). Tiempo de procesamiento: 8 minutos por ha Producto final: mapas de humedad, georeferenciados

25 Ventajas del uso del GPR comparado con otros métodos Entrega información más precisa, la cual permite ahorrar agua y/o energía. Un 10% de mejora en la precisión de los valores de humedad del suelo significa un ahorro de 1000 m3 de agua / ha! El GPR entrega información continua en 3 dimensiones (largo, ancho y profundidad) en un corto tiempo. En la etapa de planificación de un nuevo viñedo, los mapas de humedad del suelo permiten optimizar el diseño del sistema de riego. El GPR entrega también información adicional tal como estratigrafía de suelos y profundidad de la tabla de agua, reduciendo la ejecución de perforaciones y calicatas necesarias para la exploración.

26 Agradecimientos A. Lange, R. Gajardo, T. Herrero W. Perez, J. Cano, P. Vidal Dr. J.P. Martínez P. Flores (Fundo Tapihuito) F. Godoy Imperatore (Asociación de empresarios vitivinícolas del valle de Casablanca) J. Díaz Vásquez V. Sanmartín

27 Están listos para ofrecer estos servicios en Chile. Ustedes pueden ser los primeros a nivel mundial. Muchas gracias! tnakos@crux-technologies.com