Diseño de nuevos dispositivos para el estudio de la erosión eólica del suelo
- Autores: Carlos Asensio Amador
- Directores de la Tesis: Antonio Gimenez Fernandez (dir. tes.), Jose Luis Torres Moreno (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2025
- Idioma: español
- Número de páginas: 160
- Títulos paralelos:
- Design of new devices for the study of soil wind erosion
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Dolores Coello Oviedo (presid.), R. M. Ayala Palenzuela (secret.), Manuel Suárez Cebador (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología de Invernaderos e Ingeniería Industrial y Ambiental por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
En los ecosistemas mediterráneos, la erosión del suelo es una de las principales formas de degradación. La erosión eólica, en particular, cobra especial relevancia en zonas áridas y semiáridas debido a sus características climáticas, la falta de vegetación, los relieves llanos y abiertos, y la presencia de suelos sin estructura. El movimiento de partículas del suelo por efecto del viento se puede medir con diferentes dispositivos. Hasta ahora, utilizábamos un túnel de viento de diseño propio, equipado con un escáner láser, para estimar la pérdida de suelo. Luego, comparábamos estos resultados con los registros de colectores de partículas transportadas por el viento, colocados a distintas alturas. Estos colectores permiten diferenciar entre la pérdida y la deposición de partículas a gran escala, algo que el túnel de viento no puede hacer, ya que está más enfocado en analizar la erosionabilidad eólica del suelo, en lugar de determinar la erosión eólica global.
En nuestros estudios, hemos probado un nuevo tipo de colector de partículas transportadas por el viento, diseñados por nosotros, llamado trampas multidireccionales (MDt), en la mitad sur de la provincia de Almería. El objetivo era analizar el movimiento de partículas en diferentes tipos de suelos y características de la zona. Estos colectores MDt son fáciles de fabricar usando filamentos termoplásticos mediante una impresora 3D industrial, y han demostrado ser muy eficientes. Se usaron para monitorear el flujo de sedimentos, pudiendo distinguir su dirección de origen. Además, incorporamos en ellos células de carga en cada compartimento del colector, para interpretar en tiempo real los valores de material captado, mediante un microcontrolador y un amplificador. Este sistema de monitoreo remoto nos permitió observar que predominaban los vientos del noreste después del anochecer y del sur durante la mitad del día. Al analizar las tasas de transporte de sedimentos y su balance, encontramos que los sedimentos provenientes del noreste tenían un efecto estabilizador y actuaban como un factor de agregación. Estos sedimentos se depositaban en horas en las que el suelo estaba más húmedo, debido al rocío. Por otro lado, los sedimentos transportados desde el sur, con mayor cantidad de masa, no se depositaban en las zonas de estudio, sino a sotavento de ellas. Estos materiales contenían mucho cuarzo, lo que puede causar procesos de abrasión en los cultivos. Además, hicimos un estudio del efecto de la erosion eólica sobre el movimiento de microorganismos de la superficie del suelo, cuyo depósito presenta una importante influencia en la calidad agronómica de los suelos.
Por otra parte, hemos desarrollado un dispositivo simulador de tornados, pensado principalmente para realizar ensayos de caracterización de erosión eólica en suelos. Este dispositivo incluye una cámara de recirculación de aire y una fuente que genera corrientes de aire. La cámara cuenta con una boca de admisión y varios álabes. Además, el sistema de simulación de tornados incluye estructuras y medios que permiten desplazar todo el dispositivo por la superficie, generando tornados en diferentes zonas. El diseño se completa con colectores de partículas transportadas por el viento, también de nuevo diseño, ubicados a distintas alturas en el simulador.
- English
In Mediterranean ecosystems, soil erosion is one of the main forms of degradation. Wind erosion, in particular, becomes especially relevant in arid and semi-arid areas due to their climatic characteristics, lack of vegetation, flat and open terrains, and the presence of unstructured soils. The movement of soil particles caused by the wind can be measured using different devices. Until now, we used a custom-designed wind tunnel equipped with a laser scanner to estimate soil loss. We then compared these results with records from particle collectors placed at various heights. These collectors allow us to differentiate between particle loss and deposition on a large scale, something that the wind tunnel cannot do, as it is more focused on analyzing the wind erodibility of the soil rather than determining overall wind erosion.
In our studies, we have tested a new type of particle collector, designed by us, called multidirectional traps (MDt), in the southern half of Almería province. The goal was to analyze particle movement across different soil types and characteristics of the area. These MDt collectors are easy to manufacture using thermoplastic filaments with an industrial 3D printer and have proven to be very efficient. They were used to monitor sediment flow, with the ability to distinguish its direction of origin. Additionally, we incorporated load cells into each compartment of the collector to interpret the captured material values in real-time, using a microcontroller and an amplifier. This remote monitoring system allowed us to observe that the predominant winds came from the northeast after sunset and from the south during the middle of the day. By analyzing sediment transport rates and their balance, we found that sediments from the northeast had a stabilizing and aggregating effect. These sediments were deposited during hours when the soil was more humid due to dew. On the other hand, sediments transported from the south, which carried a larger mass, were not deposited in the study areas but rather leeward of them. These materials contained a high amount of quartz, which can cause abrasion processes in crops. In addition, we studied the effect of wind erosion on the movement of microorganisms from the soil surface, the deposition of which has a significant influence on the agronomic quality of soils.
Furthermore, we have developed an invention that consists of a tornado simulator device, mainly intended for conducting wind erosion characterization tests on soils. This device includes a recirculating air chamber and a source that generates airflow currents. The chamber has an intake opening and several blades. The tornado simulation system also includes structures and means to move the entire device across the surface, generating tornadoes in different zones. The design is completed with wind-borne particle collectors, also of new design, located at different heights within the simulator
- español
