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Un simulador de lluvia se utiliza en ciencias del suelo e hidrología para estudiar cómo reacciona el suelo a la lluvia . La lluvia natural es difícil de utilizar en la experimentación porque su momento e intensidad no se pueden reproducir de manera confiable. El uso de lluvia simulada acelera significativamente el estudio de la erosión , la escorrentía superficial y la lixiviación .
Los simuladores de lluvia más simples demuestran cualitativamente lo que le sucede al suelo durante las lluvias. Son útiles para explicar cómo los fertilizantes pueden escurrirse (lavarse) en lugar de suministrar nutrientes a los cultivos .
La evolución del simulador de lluvia comenzó a finales del siglo XIX, cuando el científico alemán Ewald Wollny estudió formalmente la erosión. A medida que el estudio continuó hasta principios de la década de 1910, se diseñaron parcelas de campo experimentales para capturar la escorrentía de la lluvia natural. En la década de 1930, los pioneros de los estudios de erosión reforzaron el control de sus experimentos construyendo los primeros simuladores de lluvia, [1] [ 2] latas de aspersores comunes o tuberías con agujeros. Estos orificios fueron reemplazados en la década de 1960 por boquillas de cono lleno, cuidadosamente seleccionadas para aproximarse con precisión:
Los simuladores de la década de 1960 sólo podían simular una intensidad de lluvia única. En la década de 1980, las válvulas solenoides podían modular el flujo de agua para variar dinámicamente la intensidad de la lluvia simulada, de la misma manera que la intensidad de la lluvia varía naturalmente en las tormentas. [3] A medida que la tecnología maduró a principios de la década de 1990, se utilizaron simuladores de lluvia en los Estados Unidos como parte del Proyecto de Predicción de la Erosión Hídrica para actualizar la ecuación universal de pérdida de suelo . [4]
Los simuladores de investigación modernos generalmente están diseñados en torno a las tareas que deben realizar, desde simples demostraciones para agricultores hasta estudios científicos avanzados de la erosión , la escorrentía superficial y el tamaño de los sedimentos . Otros estudios científicos pueden incluir la evaluación del manejo de la labranza , los efectos de la compactación del suelo , la formación de costras y la infiltración en suelos agrícolas. [5]
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En los estudios de erosión, si no hay cobertura de cultivos sobre el suelo, se debe simular con precisión la distribución del tamaño y la velocidad terminal de la gota de lluvia, ya que afectan la erosión por salpicadura . [6]
Los componentes principales de un simulador de lluvia son el generador de gotas, un sistema de alimentación de agua y posiblemente un parabrisas. [7]
El sistema de alimentación de agua puede estar presurizado o sin presión. Los sistemas sin presión suelen consistir en un tanque de agua suspendido sobre una parcela de campo. La gravedad mueve el agua hasta la parcela. Los sistemas presurizados utilizan una bomba para mover el agua a la parcela.
Los generadores de gotas convierten un flujo de agua en gotas de lluvia simuladas. Existen dos tipos de generadores de gotas. El primer tipo es un sistema de alimentación no presurizado alimentado por gravedad, como un tubo perforado, hilos colgantes o una serie de agujas de jeringa que forman gotas. El segundo tipo es un sistema de alimentación presurizado conectado a una boquilla. La altura del generador de gotas es importante en muchos simuladores científicos para garantizar que las gotas de agua se acerquen a la velocidad terminal en dirección descendente. La altura típica es de tres metros (diez pies). Los generadores de gotas presurizadas utilizados en trabajos científicos suelen tener una boquilla rociadora de cono lleno que es diferente a la mayoría de las boquillas de riego. Las boquillas de cono lleno están diseñadas específicamente para rociar una distribución muy uniforme . Las boquillas de cono lleno pueden ser cuadradas o circulares. Las boquillas cuadradas son más adecuadas para parcelas rectangulares, mientras que las boquillas redondas son más adecuadas para parcelas redondas.
Los parabrisas evitan que el viento se lleve las gotas de agua fuera de la parcela. Un parabrisas puede ser una lona liviana común en un simulador de lluvia portátil usado para experimentos de menor duración, o podría ser una estructura de tamaño considerable en el caso de un simulador permanente común en estudios a largo plazo. Existe un equilibrio entre parabrisas más pesados, que normalmente pueden soportar vientos más fuertes, y parabrisas más ligeros que son más fáciles de transportar.
Un simulador de lluvia se puede distinguir por el tipo de marco que utiliza:
