¿Qué tan precisos son los pluviómetros IoT para la agricultura y el monitoreo del clima?

Los datos precisos sobre precipitaciones pueden ayudar a tomar muchas decisiones prácticas. Estas incluyen la optimización de la programación del riego y la gestión del drenaje, el monitoreo de inundaciones, el análisis de eventos meteorológicos locales y el registro ambiental. Las empresas agrícolas, las estaciones meteorológicas, los proyectos de gestión del agua y las ciudades inteligentes utilizan pluviómetros IoT para la recopilación de datos y su transferencia remota a plataformas IoT.

Pero, ¿qué tan preciso es un pluviómetro IoT?

Un sensor de lluvia adecuado, instalado correctamente y con mantenimiento regular, puede proporcionar datos precisos para la toma de decisiones agrícolas, la observación meteorológica rutinaria, el registro ambiental y las aplicaciones hidrológicas. La precisión total depende de muchos factores, no solo de la tecnología IoT. Entre ellos se incluyen el principio de medición, la resolución, la intensidad de la lluvia, el entorno de instalación, la rutina de calibración, los procedimientos de mantenimiento y el procesamiento de datos.

Básicamente, aplicar la conectividad IoT al monitoreo de la lluvia facilita el acceso a los datos, pero no aumenta automáticamente la precisión del sensor de lluvia.

¿Qué es un pluviómetro IoT?

Un pluviómetro IoT No se trata de un sistema de medición de lluvia en sí mismo. Las capacidades de IoT implican que el pluviómetro se conecta a componentes adicionales. Un sensor de lluvia de cubeta basculante, de pesaje, óptico o piezoeléctrico puede conectarse normalmente a un registrador de datos, un dispositivo de comunicación y una plataforma de IoT.

Un sistema completo para monitorear las precipitaciones con capacidades de IoT podría incluir:

* Sensor de lluvia

* Unidad de adquisición de datos (RTU)

* RS485, salida de pulsos, SDI-12, LoRaWAN, NB-IoT, 4G u otra interfaz de comunicación

* Suministro de energía solar o de corriente alterna

* Almacenamiento de datos a bordo

* Plataforma de monitorización basada en la nube

* Capacidades de alarma e informes

Estas funciones permiten a los usuarios monitorizar las precipitaciones de forma remota, comparar eventos de lluvia en múltiples ubicaciones, recibir alarmas y exportar registros históricos de precipitaciones sin tener que desplazarse a cada punto de monitorización.

Sin embargo, la precisión de la medición comienza con el propio sensor de lluvia.

La precisión no es lo mismo que la resolución.

Un error común al elegir un pluviómetro es suponer que la precisión y la resolución son especificaciones intercambiables.

Resolución

La resolución indica la cantidad de lluvia que el sensor puede detectar y registrar en una sola medición. Por ejemplo, un pluviómetro de cubeta basculante podría configurarse para generar un pulso por cada 0,1 mm, 0,2 mm o 0,5 mm de lluvia recolectada. La resolución se refiere al tamaño de cada incremento de medición, no al error de medición total.

Exactitud

La precisión del registro de lluvia se refiere a la proximidad del valor medido al valor real en las condiciones indicadas. El hecho de que un pluviómetro tenga una resolución de 0,2 mm no significa que su precisión sea de más o menos 0,2 mm. La precisión del pluviómetro puede variar según la intensidad de la lluvia, las condiciones mecánicas, la configuración de calibración, los obstáculos cercanos, el viento y el mantenimiento adecuado.

Repetibilidad

Otro aspecto a tener en cuenta en la medición es la consistencia del pluviómetro cuando se somete a las mismas condiciones en repetidas ocasiones.

Disponibilidad de datos

En los sistemas de IoT, la disponibilidad de datos también es fundamental. Si el sensor es muy preciso, pero existen problemas de comunicación que provocan la pérdida de datos de lluvia, ¿de qué sirve el pluviómetro? El almacenamiento de datos local con funciones de retransmisión automática puede ser útil para redes de recolección de datos con problemas de comunicación.

¿Qué factores influyen en la precisión de los pluviómetros IoT?

tipo de pluviómetro

La tecnología utilizada para medir la precipitación es la primera gran diferencia entre los pluviómetros. A continuación, se explican cuatro principios comunes de detección de lluvia.

1.Pluviómetros de cubeta basculante

Los pluviómetros de cubeta basculante funcionan recogiendo la precipitación mediante un embudo. El agua de lluvia se acumula en un lado de una pequeña cubeta interna. Cuando se recoge suficiente agua para que el mecanismo se incline, se vacía y envía un pulso de información al registrador. La precipitación total se calcula multiplicando el número de veces que se ha inclinado el mecanismo por la cantidad de lluvia necesaria para cada vez que se ha inclinado.

Los pluviómetros de cubeta basculante son populares porque son sencillos, asequibles, fáciles de conectar a registradores de datos y funcionan bien en redes con múltiples puntos de monitoreo.

Los posibles problemas con este método incluyen:

* Menor precisión en caso de lluvia de alta intensidad

* Retraso en la notificación durante lluvias de baja intensidad

* Problemas de desgaste y equilibrio con el mecanismo basculante

* Obstrucción del embudo o desagüe pluvial

* Pérdida de agua durante la acción de la punta

Dado que existe un desfase temporal entre la entrada de agua en el embudo y el registro de la inclinación, el sensor debe calibrarse dinámicamente para obtener resultados óptimos. Los estudios realizados con pluviómetros de cubeta basculante han demostrado cómo la incertidumbre de la medición está relacionada con la intensidad de la lluvia, los métodos de calibración, las propiedades mecánicas de la cubeta y las técnicas de corrección de errores.

• Pesaje de pluviómetros

Peso pluviómetros automáticos Registran cuánto aumenta o disminuye el peso de la precipitación recolectada. Estos instrumentos proporcionan un registro continuo de la precipitación acumulada. No dependen de la medición de la cantidad de lluvia en los cubos.

Dado que miden el peso total, estos pluviómetros suelen funcionar bien bajo diversas intensidades de precipitación. Los pluviómetros se utilizan habitualmente en meteorología, climatología e investigación. Algunos modelos incluso están diseñados para cuantificar la precipitación mixta o sólida, como la nieve y el granizo.

Las ventajas y desventajas pueden incluir:

* Mayor costo inicial

* La instalación es más compleja.

* Mayor consumo de energía y mantenimiento

* Vulnerable a vibraciones, evaporación, temperatura y deriva del sistema

• sensores ópticos de lluvia

Los sensores ópticos de lluvia detectan la precipitación mediante los cambios de luz causados por las gotas de lluvia. Estos sensores no tienen depósito basculante y suelen ser pequeños y fáciles de integrar en sensores meteorológicos compactos.

Entre sus ventajas destacan los mínimos requisitos de mantenimiento y su tamaño reducido. Como desventajas, se encuentra un rango de medición limitado y que el cálculo de la precipitación acumulada depende totalmente del algoritmo del fabricante.

• sensores de lluvia piezoeléctricos

Los sensores piezoeléctricos miden la energía del impacto de las gotas de lluvia. Estos sensores tienen un tiempo de respuesta muy rápido y su tamaño es diferente al de los cubos convencionales.

Los sensores piezoeléctricos son útiles para la detección de lluvia, el análisis de tendencias de intensidad de precipitación, estaciones meteorológicas compactas y pequeños nodos de monitoreo IoT. La precisión de las cantidades de lluvia calculadas se ve afectada por el tamaño de las gotas, la vibración del sensor, la configuración de montaje, el viento y el algoritmo de procesamiento del fabricante.

Cómo afecta la intensidad de la lluvia al rendimiento de las mediciones

La intensidad de la lluvia también puede influir en la precisión con la que un pluviómetro registra las precipitaciones. La lluvia de baja intensidad, la lluvia intensa y los cambios rápidos en las condiciones de lluvia afectan a los pluviómetros de manera diferente.

1. Lluvia escasa o nula

Si la lluvia cae muy lentamente, un pluviómetro de cubeta basculante debe recoger primero suficiente agua para que la cubeta se incline. Esto significa que pequeñas cantidades de lluvia podrían quedar en el embudo o dentro del aparato y no registrarse.

• Lluvia Pesada

Si llueve intensamente, mientras el pluviómetro de cubeta basculante se está vaciando, intentará entrar más agua. El pluviómetro registrará una cantidad menor de lluvia a menos que el sistema de medición esté diseñado para tener esto en cuenta.

La relación entre el caudal de agua y el movimiento del depósito es la razón por la que la calibración dinámica resulta útil. Por eso también conviene tener en cuenta otros factores además de la precisión indicada al evaluar los pluviómetros.

Cómo el entorno de instalación afecta la precisión de los datos de precipitación

Un pluviómetro bien fabricado puede proporcionar información deficiente si no se instala correctamente.

1. El pluviómetro debe estar nivelado.

Un pluviómetro de cubeta basculante debe estar perfectamente nivelado durante su instalación. Cualquier inclinación puede alterar el equilibrio del mecanismo de basculación, lo que a su vez puede modificar la cantidad de lluvia necesaria para que se active la medición.

Debe revisarse durante la instalación inicial y periódicamente como parte del mantenimiento rutinario. Es especialmente importante revisarlo con detenimiento después de fuertes vientos, movimientos del terreno o al realizar tareas de mantenimiento cerca del pluviómetro.

• Objetos cercanos

La precisión de la predicción de precipitaciones puede verse afectada por objetos cercanos como árboles, muros, edificios, vallas, torres u otras estructuras que pueden bloquear la lluvia o crear turbulencias.

Idealmente, el pluviómetro debería estar lo suficientemente alejado de estos obstáculos para no afectar significativamente las mediciones de lluvia. Las instrucciones de instalación también deben cumplir con las normas meteorológicas o hidrológicas que se utilicen para el proyecto.

• Condiciones del viento

El viento también puede provocar una captación insuficiente al dispersar las gotas de lluvia alrededor del embudo de recolección. El diseño de la instalación debe limitar al máximo los efectos del viento. Los proyectos que requieran datos de referencia de alta calidad deberían considerar el uso de una pantalla cortavientos o la selección de una ubicación de instalación más protegida.

• Lluvia de salpicaduras

Las gotas de lluvia pueden entrar o salir del pluviómetro. Para minimizar estos efectos, es fundamental instalarlo a la altura correcta y utilizar superficies adecuadas debajo del pluviómetro.

• El colector y el embudo deben mantenerse limpios.

Insectos, excrementos de aves, hojas, polvo, arena y otros materiales pueden acumularse en el pluviómetro e influir en su capacidad para recolectar y medir la lluvia. Si los residuos obstruyen parcialmente el embudo, la lluvia podría retrasarse antes de que el mecanismo de vuelco registre la precipitación.

• La calibración y el mantenimiento son importantes.

La forma en que se calibra un pluviómetro y la frecuencia con la que se le da mantenimiento influyen en su precisión.

Las capacidades de IoT no eliminan la necesidad de una instalación, mantenimiento y calibración adecuados. Estos factores ayudan a garantizar que el pluviómetro proporcione información precisa y consistente sobre las precipitaciones en su sitio de monitoreo.