Analysis of the Variability in Soil Moisture Measurements by Capacitance Sensors in a Drip-Irrigated Orchard

Among the diverse techniques for monitoring soil moisture, capacitance-type soil moisture sensors are popular because of their low cost, low maintenance requirements, and acceptable performance. However, although in laboratory conditions the accuracy of these sensors is good, when installed in the field they tend to show large sensor-to-sensor differences, especially under drip irrigation. It makes difficult to decide in which positions the sensors are installed and the interpretation of the recorded data. The aim of this paper is to study the variability involved in the measurement of soil moisture by capacitance sensors in a drip-irrigated orchard and, using this information, find ways to optimize their usage to manage irrigation. For this purpose, the study examines the uncertainties in the measurement process plus the natural variability in the actual soil water dynamics. Measurements were collected by 57 sensors, located at 10 combinations of depth and position relative to the dripper. Our results showed large sensor-to-sensor differences, even when installed at equivalent depth and coordinates relative to the drippers. In contrast, differences among virtual sensors simulated using a HYDRUS-3D model at those soil locations were one order of magnitude smaller. Our results highlight, as a possible cause for the sensor-to-sensor differences in the measurements by capacitance sensors, the natural variability in size, shape, and centering of the wet area below the drippers, combined with the sharply defined variation in water content at the soil scale perceived by the sensors.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Effluent particle removal by microirrigation system filters

La distribución del número y del volumen de partículas, y la eficiencia de eliminación de las partículas y los sólidos en suspensión de diferentes efluentes y sus filtrados, fueron analizadas para estudiar si los filtros más usuales en los sistemas de riego localizado eliminan las partículas que pueden obturar los goteros. En la mayoría de los efluentes y filtrados fue mínimo el número de partículas con diámetros superiores a 20 μm. Sin embargo, al analizar la distribución del volumen de las partículas, en los filtrados aparecieron partículas de dimensiones superiores a la luz de los filtros de anillas y malla, siendo el filtro de arena el que retuvo las partículas de mayor diámetro. La eficiencia de los filtros para retener partículas se debió más al tipo de efluente que al filtro. Se verificó también que la distribución del número de partículas sigue una relación de tipo potencial. Analizando el exponente β de la ley potencial, se halló que los filtros no modificaron significativamente la distribución del número de partículas de los efluentes.The aim of this work was to determine whether the filters used in microirrigation systems can remove potentially emitter-clogging particles. The particle size and volume distributions of different effluents and their filtrates were established, and the efficiency of the removal of these particles and total suspended solids by screen, disc and sand filters determined. In most of the effluents and filtrates, the number of particles with a diameter > 20 μm was minimal. By analysing the particle volume distribution it was found that particles larger than the disc and screen filter pores appeared in the filtrates. However, the sand filter was able to retain particles larger than the pore size. The filtration efficiency depended more on the type of effluent than on the filter. It was also found that the particle size distribution followed a potential law. Analysis of the β exponents showed that the filters did not significantly modify the particle size distribution of the effluents

Parameterization of Soil Hydraulic Parameters for HYDRUS-3D Simulation of Soil Water Dynamics in a Drip-Irrigated Orchard

Although surface drip irrigation allows an efficient use of water in agriculture, the heterogeneous distribution of soil water complicates its optimal usage. Mathematical models can be used to simulate the dynamics of water in the soil below a dripper and promote: a better understanding, and optimization, of the design of drip irrigation systems, their improved management and their monitoring with soil moisture sensors. The aim of this paper was to find the most appropriate configuration of HYDRUS-3D for simulating the soil water dynamics in a drip-irrigated orchard. Special emphasis was placed on the source of the soil hydraulic parameters. Simulations parameterized using the Rosetta approach were therefore compared with others parameterized using that of HYPROP + WP4C. The simulations were validated on a seasonal scale, against measurements made using a neutron probe, and on the time course of several days, against tensiometers. The results showed that the best agreement with soil moisture measurements was achieved with simulations parameterized from HYPROP + WP4C. It further improved when the shape parameter n was empirically calibrated from a subset of neutron probe measurements. The fit of the simulations with measurements was best at positions near the dripper and worsened at positions outside its wetting pattern and at depths of 80 cm or more.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Comparison between two different pretreatment technologies of rice straw fibers prior to fiberboard manufacturing: Twin-screw extrusion and digestion plus defibration

The present work compares two different pretreatment technologies, i.e. twin-screw extrusion, and steaming digestion plus defibration, for producing a thermo-mechanical pulp from rice straw for fiberboard manufacturing. Five liquid/solid ratios from 0.43 to 1.02 were tested for twin-screw extrusion pretreatment, while liquid/solid ratios from 4 to 6 were used for digestion pretreatment. Energy consumption, and characteristics of the extrudates (twin-screw extrusion) and pulps (digestion) (including fiber morphology, chemical composition, thermal properties, apparent and tapped densities, as well as color) were the analyzed parameters for the resulting lignocellulosic fibers. The results showed that liquid/solid ratio had influence on energy consumption of the equipment for both defibrating methods For the twin-screw extrusion method, a lower liquid/solid ratio required more energy while for the digestion plus defibration the effect was the opposite. The corresponding total specific energy consumption ranged from 0.668 kW h/kg to 0.946 kW h/kg dry matter for twin-screw extrusion, and from 6.176 kW h/kg to 8.52 kW h/kg dry matter for digestion plus defibration. Thus, the pulping method consumed about nine times more energy than that of the twin-screw extrusion. In addition, for twin-screw extrusion, the liquid/solid ratio did not have a substantial effect on fiber characteristics with similar chemical compositions and thermal properties. For twin-screw extrusion, the energy consumption was 37% reduced when the liquid/solid ratio was increased from 0.43 to 1.02. Instead, for digestion plus defibration, the energy increase was 38% when the liquid/solid ratio increased from 4 to 6

Irrigation performance and gross water productivity in furrow-irrigated ornamental tree production

In the ornamental plant production region of Girona (Spain), which is one of the largest of its kind in southern Europe, most of the surface is irrigated using wide blocked-end furrows. The objectives of this paper were: (1) to evaluate the irrigation scheduling methods used by ornamental plant producers; (2) to analyse different scenarios in order to assess how they affect irrigation performance; (3) to evaluate the risk of deep percolation; and (4) to calculate gross water productivity. A two-year study in a representative commercial field, planted with Prunus cerasifera ‘Nigra’, was carried out. The irrigation dose applied by the farmers was slightly smaller than the required water dose estimated by the use of two different methods: the first based on soil water content, and the second based on evapotranspiration. Distribution uniformity and application eff iciency were high, with mean values above 87%. Soil water content measurements revealed that even at the end of the furrow, where the infiltrated water depth was greatest, more than 90% of the infiltrated water was retained in the shallowest 40 cm of the soil; accordingly, the risk of water loss due to deep percolation was minimal. Gross water productivity for ornamental tree production was € 11.70 m–3, approximately 20 times higher than that obtained with maize in the same region.En la zona de producción de planta ornamental de Girona (España), que es una de las mayores del sur de Europa, la mayor parte de la superficie es regada por surcos. Los objetivos del presente artículo son: (1) evaluar la programación de riegos que realizan los productores de planta ornamental; (2) analizar diferentes escenarios para ver como afectan la calidad del riego; (3) evaluar el riesgo de percolación profunda; (4) calcular la productividad bruta del agua. Se realizó un estudio de dos años en un campo comercial de Prunus cerasifera ‘Nigra’. La dosis de agua aplicada por los agricultores fue ligeramente inferior a la dosis de riego requerida estimada por dos métodos distintos: el primero basado en el contenido de agua en el suelo y el segundo en la evapotranspiración. La uniformidad de distribución y eficiencia de aplicación fueron altos, con valores medios por encima del 87%. Las medidas de contenido de agua en el suelo revelaron que al final del surco, donde la lámina de agua infiltrada fue mayor, más del 90% del agua infiltrada se retuvo en los primeros 40 cm del suelo; en consecuencia, el riesgo de pérdidas de aguas debido a la percolación profunda fue mínimo. La productividad bruta del agua en la producción de árboles ornamentales fue de 11,70 € m–3, aproximadamente 20 veces mayor que la obtenida en maíz en la misma región

Production of fiberboard from rice straw thermomechanical extrudates by thermopressing : influence of fiber morphology, water and lignin content

The objective of this study was to investigate the influence of fiber morphology and molding parameters on the mechanical and physical properties of fiberboards made from rice straw. The rice straw was thermomechanically treated with a twin-screw extruder. Three parameters were investigated: the amount of water added at molding (0–20%), lignin content (0–25%), and the liquid/solid ratio used for extrudate production (0.33–1.07). A Doehlert experimental design was used to evaluate the effects of these factors on fiberboard properties. A liquid/solid ratio of 0.4 at extrudate production, the addition of 5% water at molding, and a lignin content of 8.9% were found to be optimal for bending properties. The fiberboard produced in these conditions had a density of 1414 kg/m3 (i.e. the densest board). Maximum flexural strength and elastic modulus were 50.3 MPa and 8.6 GPa, respectively. A thickness swelling of 23.6% and 17.6% water absorption were observed. The statistical analysis suggested that a good compromise between density and flexural properties could be obtained with the addition of 0% water, a lignin content of 25% and a liquid/solid ratio of 0.33 at extrudate production. Polynomial models suggested that the fiberboards produced in such conditions would have a maximum flexural strength of 50 MPa, an elastic modulus of 6.0 GPa, a density of 1102 kg/m3, and a thickness swelling of 24%

Efecto de diferentes diseños de drenajes de filtros de arena en la obturación de goteros utilizando aguas residuales regeneradas

Los filtros de arena son los que consiguen una mayor retención de sólidos orgánicos e inorgánicos, por lo que son los habitualmente recomendados cuando se utilizan aguas regeneradas en instalaciones de riego por goteo. Sin embargo, el efecto de distintos diseños de filtros de arena en la obturación de los goteros no ha sido ampliamente estudiado. La principal diferencia de diseño de este tipo de filtros se encuentra en el drenaje de salida del mismo, donde también se localiza buena parte de la caída de presión en estos filtros. Por este motivo, se analizó el efecto de tres filtros de arena con distintos modelos de drenaje (de brazos colectores, de crepinas insertadas y de un drenaje con medio poroso) en la obturación de goteros autocompensantes de 2,3 l/h de caudal nominal dispuestos cada 40 cm en 4 laterales de riego de  87 m de longitud utilizando agua residual regenerada. Los distintos filtros operaron durante 1000 h con alturas de medio filtrante de 20 y 30 cm y velocidades de filtración de 30 y 60 m/h. Al inicio, mitad y final del experimento se determinó el caudal de todos y cada uno de los 225 goteros que había en cada lateral. Mediante un sistema SCADA se registraron cada minuto los volúmenes filtrados, las presiones y algunos parámetros físico-químicos (pH, temperatura, conductividad eléctrica, oxígeno disuelto y turbidez) en los filtros y las presiones y caudales en distintos puntos de los laterales. Los resultados indican que se produjo una reducción estadísticamente significativa (p< 0,05) del caudal medido en los goteros respecto al inicialmente emitido del 8% a las 500 h y del 11% a las 1000 h. Las diferencias de caudal atribuidas al tipo de filtro sólo se observaron a las 1000 h, obteniéndose un caudal significativamente (p< 0.05) superior en los goteros protegidos con el filtro con brazos colectores, si bien no fue este filtro el que redujo más la turbidez del agua de riego. La posición del gotero también tuvo un efecto significativo a partir de las 500 h de operación. Los caudales de los goteros fueron significativamente inferiores (p< 0,05) únicamente en los últimos 5 m de los laterales, hallándose los valores mínimos en los dos últimos goteros. El número de goteros totalmente obturados fue del 1,2% con el filtro de drenaje de medio poroso, del 1,0% con el de crepina insertada y del 0,6% con el filtro de brazos colectores

Efecto de la altura de medio filtrante y la velocidad de filtración en el comportamiento de distintos modelos de filtro de arena en instalaciones de riego por goteo con aguas regeneradas

Los filtros de arena son habitualmente utilizados en las instalaciones de riego por goteo para reducir la obturación de los goteros. Estos filtros están especialmente indicados cuando se utilizan aguas con carga elevada de partículas orgánicas e inorgánicas, como es el caso de las aguas residuales regeneradas. Si bien el uso de estos filtros es común, poco se conoce acerca de cuáles son sus condiciones operativas que permitan garantizar una buena calidad de filtrado y un bajo consumo energético. Por este motivo, en el presente trabajo se analizó el comportamiento de tres modelos de filtro de arena con distintos elementos de drenaje (uno con brazos colectores, otro con crepinas insertadas y el tercero con un drenaje con medio poroso desarrollado y construido por nuestro grupo de investigación) utilizando aguas residuales regeneradas con dos alturas de lecho filtrante (20 y 30 cm) y dos velocidades de filtración (30 y 60 m/h) distintas. Cada una de estas condiciones operativas (combinación de altura de medio filtrante y velocidad) se ensayó durante 250 h. Los experimentos se realizaron utilizando arena silícea con un diámetro efectivo de 0,48 mm y un coeficiente de uniformidad de 1,73. El dispositivo experimental disponía de distintos sensores y un sistema SCADA para registrar los volúmenes filtrados, los volúmenes de contralavado, las presiones a la entrada y a la salida de los filtros y la temperatura, el pH, la conductividad eléctrica, la turbidez y el oxígeno disuelto a la entrada de los filtros y la turbidez y el oxígeno disuelto a la salida de los mismos. También se registró el consumo eléctrico de la bomba de la instalación, que dependía de las condiciones de cada filtro, puesto que éstos operaron de forma individualizada. Los resultados obtenidos indican que la reducción de turbidez en el proceso de filtración se ve afectada por la velocidad de filtración,  produciéndose una disminución media significativamente mayor (p< 0,05) con 30 m/h (34,2%) respecto a 60 m/h (11,3%); y por el diseño del filtro, presentando el filtro de drenaje con medio poroso una reducción media significativamente superior (26,3%) con respecto el filtro de crepinas insertadas (18,5%) y el de brazos colectores (13,4%). El filtro de drenaje con medio poroso utilizó significativamente menos agua en el contralavado del mismo (0,48 m3) y filtró significativamente más volumen de agua por unidad de energía consumida (8,4 m3/kWh) que el filtro de crepinas insertadas (0,63 m3 y 8,31 m3/kWh)  y que el filtro de brazos colectores (0,61 m3 y 8,17 m3/kWh)

Comportamiento hidráulico de un filtro de arena con brazos colectores para instalaciones de riego por goteo. Póster

La dinámica de fluidos computacional (CFD) permite estudiar hidrodinámicamente distintos equipos de riego como los filtros. Objetivo: analizar el comportamiento de un filtro de arena con drenaje de brazos colectores mediante CFD para identificar mejoras de diseño

Aplicación de celulosa nanofibrilada, en masa y superficie, a la pulpa mecánica de muela de piedra: Una sólida alternativa al tratamiento clásico de refinado

Se ha estudiado el efecto de distintos dosajes en masa de nanofibras de celulosa (CNF ), comprendidas entre un 0 y un 6%, sobre las propiedades físico-mecánicas del papel obtenido a partir de las fibras de pasta mecánica de muela de piedra (SGW). Los resultados obtenidos se han comparado con el procedimiento convencional de refinado a distintos grados (de 0 a 2500 RPM). Posteriormente se ha estudiado la incidencia que tiene la aplicación superficial de las CNF en superficie, sobre el papel sin CNF en masa y con CNF en masa. Los resultados obtenidos mostraron que la rigidez del papel y su longitud de ruptura aumentaron con el grado de refino, sin embargo el grado Schopper – Riegler (ºSR) aumentó de forma importante dificultando el drenaje. La aportación de CNF en masa también aumentó el ºSR y la longitud de ruptura, de esta manera el ºSR de un refino a 1500 rev fue equivalente  a un contenido en CNF de entre el 4,5 y 6%, pero su longitud de ruptura  resultó ser sensiblemente superior. Puede concluirse que la aplicación de CNF en masa puede contemplarse como una alternativa al refino mecánico y que la aplicación superficial de CNF permite dotar al papel de mejores propiedades sin afectar a la capacidad de drenaje. AbstractThe effect of different application amounts of nanofibrilated cellulose (CNF), from 0 to 6%, on the physico-mechanical properties of the paper obtained from stone ground wood pulp fiber has been studied. The results have been compared with the conventional beating process at different degrees (from 0 to 2500 rpm). Afterwards the effect of the application of CNF on the surface, in papers with and without CNF in bulk, has been studied. The results showed that the paper stiffness and breaking length increased with freeness; however the Schopper–Riegler grade (oSR) increased significantly hindering drainage. The contribution of CNF in bulk also increased °SR and breaking length, therefore the °SR beaten at 1500 rev was equivalent to a content of CNF between 4,5 and 6%, but its breaking length was found to be substantially greater. It can be concluded that the CNF in bulk can be viewed as an alternative to mechanical beating and that the application of CNF at the paper surface allows increasing strength properties without affecting the drainage capacity