CALIBRAÇÃO DE SENSOR CAPACITIVO DE UMIDADE DO SOLO DESTINADO AO CULTIVO DE HORTALIÇAS

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Pedro Henrique Cavalheiro Barbosa
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1 CALIBRAÇÃO DE SENSOR CAPACITIVO DE UMIDADE DO SOLO DESTINADO AO CULTIVO DE HORTALIÇAS MANUELA DA SILVA MORAIS 1, TADEU MACRYNE LIMA CRUZ 2, ADUNIAS DOS SANTOS TEIXEIRA 3, LUANA A. DANTAS 4, DAYENIA CELLY C. DE ARAUJO 5 RESUMO: É imprescindível a realização de calibrações de sensores capacitivos FDR para os solos os quais serão monitorados o conteúdo de água. Assim, este trabalho teve como objetivo determinar as equações de calibrações ajustadas de sensores capacitivos FDR para a estimativa da umidade em solo destinado ao cultivo de hortaliças. Para isso, foram coletadas três amostras indeformadas de solo em tubos de PVC (Amostra 1, Amostra 2 e Amostra 3) e nos mesmos instalados os sensores capacitivos a uma profundidade de 10 cm. As densidades do solo obtidas nas amostras 1, 2 e 3 foram, respectivamente, 1,32 g cm -3, 1,26 g cm -3 e 1,51 g cm -3. Em todas as amostras houve uma forte correlação entre a resposta do sensor capacitivo e a umidade volumétrica (θ), apresentando como melhor modelo o potencial. Ao contrário da amostra 3, a amostra 2, que apresentou menor densidade do solo, foi a que obteve o maior R². INTRODUÇÃO O manejo e o uso dos recursos ambientais carecem de monitoramento e avaliações constantes para adequações e tomadas de decisões que promovam a sustentabilidade e a eficiência de seus usos. Cada ambiente possui características peculiares capazes de lhe garantir a singularidade. O semiárido paraibano é um desses ambientes cujo manejo ainda carece de desenvolvimento científico e tecnológico que lhe garanta eficiência e sustentabilidade. Portanto, sensores de umidade aplicados no contexto regional, auxiliam no monitoramento e manejo adequado dos recursos ambientais, tornando o seu uso mais eficiente, de modo a alcançar um manejo de irrigação mais adequado (CRUZ et al., 2010). Os sensores de umidade do solo são equipamentos muito úteis, podendo fornecer informações em tempo real do conteúdo de água existente no solo (BREMER, 2003). Embora o objetivo principal seja a conservação dos recursos hídricos, os sensores de umidade também podem ajudar a evitar aplicações excessivas de água durante a irrigação, reduzindo o transporte solutos para o lençol freático (MCCANN; STARR, 2007). Em virtude de os sensores determinarem o conteúdo de água do solo de forma indireta, é imprescindível a realização de calibrações para os solos a serem monitorados, em razão das diferenças físicas que os mesmos apresentam. Essas calibrações podem ser realizadas em 1 Estudante do Curso Superior de Tecnologia em Agroecologia, IFPB, Caixa Postal XX, CEP , Picuí, PB. Fone: (83) manuelamorais11@hotmail.com 2 Prof. Doutor, Curso Superior de Tecnologia em Agroecologia, IFPB, Picuí, PB. 3 Prof. Ph.D., Departamento de Engenharia Agrícola, UFC, Fortaleza, CE. 4 Estudante do Curso Superior de Tecnologia em Agroecologia, IFPB, Picuí, PB. 5 Estudante do Curso Superior de Tecnologia em Agroecologia, IFPB, Picuí, PB. 1181

Assim, este trabalho teve como objetivo determinar as equações de calibrações ajustadas de sensores capacitivos FDR para a estimativa da umidade em solo destinado ao cultivo de hortaliças.

2 condições de laboratório e são bastante representativas, pois são utilizadas amostras indeformadas, que preservam as características do solo, como estrutura, densidade e aeração, como em sua forma original. Desse modo, SANTOS et al. (2006) asseguram que pode ser confiável a transferência dos modelos de calibração em laboratório para aplicações práticas em condições de campo. Além disso, GARDNER et al. (1998) ressaltam que, mesmo em condições de laboratório, cuidadosamente controladas, uma calibração individual do sensor capacitivo, para cada tipo de solo, é necessária quando se deseja obter medidas absolutas de conteúdo de água. O presente trabalho teve como objetivo determinar as equações ajustadas de sensores capacitivos FDR para a estimativa da umidade em solo destinado ao cultivo de hortaliças, considerando o intervalo de profundidade de 10 cm do perfil do solo. MATERIAL E MÉTODOS O trabalho foi conduzido no Laboratório de Solos pertencente ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB), Campus Picuí. Os sensores de umidade do solo FDR (Figura 1) utilizados neste trabalho foram desenvolvidos no Laboratório de Eletrônica e Mecânica Agrícola (LEMA), do Departamento de Engenharia Agrícola (DENA), pertencente à Universidade Federal do Ceará (UFC). São confeccionados na forma retangular, em placas de circuito impresso, com espessura, largura e tamanho aproximados de 2 m, 0,03 m e 0,15 m, respectivamente. As placas são posicionadas paralelamente, definindo os eletrodos do capacitor, separadas em 5 m. FIGURA 1. Sensor capacitivo FDR (A) e seu desenho esquemático (B). 1182

3 Foram coletadas três amostras de solos indeformadas (Amostra 1, Amostra 2 e Amostra 3) de uma área de cultivo de hortaliças pertecente ao IFPB Campus Picuí, utilizando tubos de PVC de 25 cm de altura e 9,5 cm de diâmetro interno. Para evitar perda de solo forma inseridos tecidos de material poroso em suas extremidades inferiores. Em cada amostra de solo foi instaldo um sensor capacitivo FDR a 10 cm de profundidade. Após a instalação dos sensores, as colunas de solo foram submetidas à saturação por capilaridade por um periodo de 24 horas. Em seguida foram realizadas pesagens sucessivas de cada coluna de solo contendo o sensor instalado, de modo a obter valores da variação de massa de água em gramas (convertida posteriormente em umidade volumétrica θ, em cm 3 cm -3 ) presentes nos nos mesmos, além dos correspondetes valores do sinal de saída dos sensores capacitivos FDR (em khz). Para estas observações foram utilizados, respectivamente, uma balança eletrônica digital com resolução de 0,01 g, e um frequencimetro portátil (Figura 2). As observações destas variáveis mencionadas foram realizadas diariamente, e nos intervalos das leituras as amostras foram expostas a luz solar, de modo a acelerar o processo de secagem. Ao final foram obtidas as densidades do solo respectiva a cada amostra. FIGURA 2. Leituras de massa de solo úmido e da resposta do sensor capacitivo FDR. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os gráficos de dispersão apresentados na Figura 3 representam a relação entre os valores frequência (khz), sinal de resposta dos sensores, e os respectivos valores de θ (cm 3 cm -3 ) das amostras de solo, bem como as equaçoes ajustadas com seus coeficientes de determinação R 2 jutamento com o melhor modelo. 1183

Em cada amostra de solo foi instaldo um sensor capacitivo FDR a 10 cm de profundidade.

4 FIGURA 3. Valores de frequência de resposta do sensor capacitivo FDR em função de θ e modelo ajustado para as três amostras de solo. Amostra 1 Observado Estimado θ = 7E+08F -3,6302 R 2 = 0,9321 Amostra 2 Observado Estimado θ = 61841F -1,9734 R 2 = 0,9766 Amostra 3 Observado Estimado θ = 7E+06F -2,7866 R 2 = 0,

5 De acordo com os gráficos da Figura 3, houve uma elevada associação entre θ e a resposta do sensor, indicando uma boa precisão do modelo potencial. Como os valores de R² ficaram bem proximos de 1, isso demonstra que grande parte da variação da umidade volumétrica (θ) é explicada pela variação da resposta do sensor capacitivo FDR. Os valores de densidade do solo para as amostras 1, 2 e 3 foram, respectivamente, 1,32 g cm -3, 1,26 g cm -3 e 1,51 g cm -3. É importante mencionar que o maior coeficiente de determinaçao (R²) correspondeu a menor densidade do solo. O contrário ocorreu com a amostra 3, que apresentou maior densidade do solo e um menor R². A densidade do solo parece ter influência no ajuste da curva de calibração do sensor, merecendo um estudo mais aprofundado. CONCLUSÕES O sensor capacitivo FDR apresentou resposta a variação do conteúdo de água no solo com comportamento potencial. A menor densidade do solo proporcionou um maior coeficiente de determinação entre as curvas de calibração obtidas das amostras. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BREMER, D. Soil moisture can help regulate irrigation. Jun Disponível em: < Acesso em: 07 de Outubro de CRUZ, T. M. L.; TEIXEIRA, A. S.; CANAFÍSTULA, F. J. F.; SANTOS, C. C.; OLIVEIRA, A. D. S.; DAHER, S. Avaliação de sensor capacitivo para o monitoramento do teor de água do solo. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.30, n.1, p.33-45, GARDNER, C.M.K.; DEAN, T.J.; COOPER, J.D. Soil water content measurement with a highfrequency capacitance sensor. Journal of Agricultural Engineering Research, Silsoe, v.71, n.4, p , MCCANN, I. R.; STARR, J. L. Use of multisensor capacitance probes as irrigation management tool in humid areas: case studies and experiments from the mid-atlantic region. American Society of Agricultural and Biological Enginners ASABE, v. 23, n. 4, p , abr SANTOS, R.M.; OLIVEIRA, A.S.; BRANDÃO, F.J.C.; PEREIRA, F.A.C. Calibração em laboratório de sensores FDR (Frequency Domain Reflectometry) para medição da umidade do solo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 35., 2006, João Pessoa. Anais... Jaboticabal: Associação Brasileira de Engenharia Agrícola, CD- ROM. 1185

Os valores de densidade do solo para as amostras 1, 2 e 3 foram, respectivamente, 1,32 g cm -3, 1,26 g cm -3 e 1,51 g cm -3.

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