AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA DE IRRIGAÇÃO ATRAVÉS DO MICROCONTROLADOR ARDUÍNO.

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1 AUTOMAÇÃO DE UM SISTEMA DE IRRIGAÇÃO ATRAVÉS DO MICROCONTROLADOR ARDUÍNO. Luiz Guilherme Lira de Arruda (PIBIC/Fundação Araucária), Marcio Massashiko Hassegawa (Orientador), Hatiro Tashima, Guilherme Fadel Leandro, Luiz Carlos Migoto Filho, Universidade Estadual do Norte do Paraná/CampusLuiz Meneghel. Ciências Agrárias - Engenharia Palavras-chave: estufa, rabanete, informatização. Resumo: A automação de sistemas de irrigação favorece o abastecimentoa dequado de água e o desenvolvimento da espécie cultivada, uma vez que o fornecimento se dá em níveis ótimos, já conhecidos e específicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade técnica de um sistema de irrigação automatizado através do microconntolador Arduino. O conjunto experimental foi implantado na estufa de mudas da horta do campus Luiz Meneghel (CLM), da Universidade Estadual do Norte do Paraná (UENP), em Bandeirantes- PR. Foi produzido um vaso suspenso com medidas e volume conhecidos afim de tornar a quantidade de água do sistema mensurável. Foram testados três tipos de sensores e irrigação baseada na umidade do solo. Instalou-se a cultura do rabanete (Raphanus sativus L. var. saxa) como parâmetro de eficiência agronômica. Os sensores testados apresentaram vida útil restrita, devido à corrosão das hastes metálicas, dificultando sua utilização. A irrigação automática, baseada na umidade do solo apresentou desempenho eficiente através do microcontrolador Arduíno que se apresenta como ferramenta com grande potencial na automação da irrigação agrícola. Introdução Em vários sistemas de irrigação, o manejo é dependente da atuação humana, mesmo em projetos planejados e implantados, o rendimento não é tão elevado quanto um sistema automático e independente. O fato de não controlar com precisão o tempo de irrigação em determinada área do plantio pode provocar perdas de produção, desperdício de energia e de água, com aumento no custo de produção. A eficiência média de irrigação em nível nacional está estimada em 60%, significando que para cada litros de água necessária às plantas por hectare, são necessários litros de água irrigada. Do total demandado pelas plantas, 97% são transpirados, portanto, um retorno de litros para a atmosfera, na forma de vapor ou de água pura. Os litros tendem a evaporar da superfície do solo ou percolar e preencher os lençóis subterrâneos, que podem retornar ou não ao mesmo curso d água de onde foi retirada. A elevação dessa eficiência em apenas 5% representaria uma economia de litros por hectare, que não precisariam mais ser bombeados e retirados da fonte d água (COELHO; COELHO FILHO; OLIVEIRA, 2005). A produção de hortaliças de boa qualidade e em grande quantidade é influenciada intensamente pelas condições de umidade do solo, sendo sua deficiência ou excesso prejudicial ao seu desenvolvimento. Portanto, a reposição de água de irrigação na quantidade e no momento oportuno é decisiva para o sucesso da olericultura. Para o manejo satisfatório da água de irrigação o

2 olericultor deve ter conhecimento de parâmetros relacionados às plantas, ao solo e ao clima (MAROUELLI et al., 1996). O sucesso da produção agrícola está embasado na lei do mínimo de Liebig, ou seja, as plantas apresentam o máximo potencial genético produtivo em função do elemento mínimo presente no conjunto de fatores que favorecem a produção, dentre os quais, a água é um dos componentes do aumento da produtividade e redução de riscos. O rabanete (Raphanus sativus L.) mostra-se cultura bastante expressiva em algumas regiões do Brasil, sendo utilizado em saladas e na fabricação de conservas. É uma planta pertencente à família Brassicaceae, possuindo porte pequeno e, atualmente, as raízes globulares de coloração escarlate-brilhante são as de maior aceitação e consumo no mercado brasileiro (LINHARES et al., 2010). A cultura do rabanete adapta-se melhor a solos leves, sendo a faixa mais favorável entre ph de5,5 a 6,8. É intolerante ao transplante, necessitando ser semeado diretamente no canteiro definitivo, em sulcos de até 1,5 cm de profundidade. Deve-se efetuar o desbaste quando as plantas atingirem 5 cm de altura, deixando as mais vigorosas espaçadas de 8 a 10 cm. Ao longo do ciclo, o teor de água útil no solo deve ser mantido próximo a 100% da capacidade de campo, evitando flutuações para que não ocorram rachaduras. O ciclo do rabanete é um dos mais rápidos entre as hortaliças, com início das colheitas aos dias, dependendo da estação do ano (FILGUEIRA, 2006). Uma das vantagens de se cultivar esta espécie é a possibilidade de aferir ganhos durante o tempo transcorrido em comparação a outras culturas de ciclo mais longo, pois além de ser relativamente rústica, apresenta ciclo muito curto com rápido retorno (TORRES et al., 2003). O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade técnica do de um sistema de irrigação automatizado através do microcontrolador Arduíno. Material e métodos Local O experimento foi realizado em condições de campo, na estufa de mudas da horta da Universidade Estadual Norte do Paraná UENP, Campus Luiz Meneghel no município de Bandeirantes PR, localizado sob a latitude sul e longitude oeste 50 21, altitude de 400m, clima subtropical úmido, segunda classificação de Koppen. Implantação da cultura Foi implantado em canteiro suspenso com estrutura baseada em cano de PVC (policloreto de vinil) de 15 cm de diâmetro, comprimento de 120 cm, internamente pintados na cor preta, lacrados nas extremidades e vedados com silicone a fim de impossibilitar o vazamento de água de seu interior. Na posição dorsal da estrutura foi feito um corte com largura de 10 cm no sentido longitudinal e na região ventral instalada uma tubulação perfurada em toda sua extensão, terminado em uma das extremidades com uma abertura para o escoamento do excesso de água no sistema. Pedra brita, no fundo do vaso, foi utilizada para facilitar a drenagem. Nas extremidades, foram utilizados parafusos com ganchos terminais fixados no PVC para que o conjunto possa ser suspenso, facilitando assim seu transporte. O interior da tubulação foi preenchido com solo de classificação Latossolo Vermelho eutroférrico peneirado (50%) e substrato comercial comum (50%) adquirido em casas agropecuária. As sementes de Raphanus sativus L. foram distribuídas em covas espaçadas em 5 cm em uma única linha. Foram feitas 24 covas com profundidade de 1 cm cada uma onde foram lançadas três sementes por cova. Cinco dias após a emergência, foi realizado o desbaste permanecendo apenas a planta mais vigorosa. Sistema mecânico de irrigação Foi utilizado como reservatória de água um galão de 5L, onde se acoplou uma pequena bomba de sucção de 12 volts e vazão de 0,2 L.min -1 com saída para mangueira de gotejamento de

3 0,5 cm de diâmetro. A mangueira gotejadora foi enterrada a 5 cm de profundidade e distante 3cm do caule das plantas, por toda a extensão do canteiro. Sensor de umidade do solo Foram utilizados sensores higrômetros de aço galvanizado, banhado a ouro e construído na própria universidade, composto por hastes de cobre espaçadas por cortiça. O sistema de leitura do sensor higrômetro foi baseado na condutividade elétrica e calibrado através de medições comparativas com o microtensiometro de mercúrio. Calculou-se o volume de irrigação, baseado na umidade do solo, necessário para manter a tensão de água no solo a - 0,2 atm (menos dois atm), a fim de proporcionar as melhores condições para o desenvolvimento da cultura do rabanete. O volume de água no solo foi calculado pela fórmula: Ɵ atm = (Mu Ms/Ms)*dg, Onde, Ɵ atm = volume de água no solo (cm 3 de água por cm 3 de solo); Mu= massa úmida; Ms= massa seca; dg= densidade global do solo do vaso. A freqüência de irrigação foi definida a partir da leitura do tensiômetro instalado no vaso. O volume de água no solo na capacidade de campo calculado foi de 53%. O volume de água no solo para a tensão de -0,2 atm foi de 27%.Para elevar o teor de água no solo do momento da irrigação para a capacidade de campo foi necessário aplicar 0,26 cm 3 (53%-27%) de água por cm 3 de solo. Calculado o volume do vaso, o volume total aplicado foi de 1, 225 L (aproximado para 1,3 L devido fator de perdas) de água.na instalação da cultura a umidade do solo foi elevada à capacidade de campo. A freqüência de irrigação definida a partir da leitura do tensiômetro instalado no vaso, partindo da instalação à capacidade de campo, foi de irrigar a partir do décimo segundo dia, com o volume de 1,3 L, e posteriormente, o mesmo volume a cada cinco dias. Entretanto, este volume foi distribuído diariamente em volumes de 260 ml (1,3 L/ 5 dias), a fim de uniformizar a aplicação. Microcontrolador Arduino e seus componentes adicionais O Arduíno é uma plataforma italiana de prototipagem eletrônica de hardware livre, projetada com um microcontroladoratmel AVR de placa única, com suporte de entrada/saída embutido, uma linguagem de programação padrão, a qual tem origem em Wiring, e é essencialmente C/C++ (Dados fornecidos pelo fabricante). Programação O microcontrolador foi programado inicialmente para que, através da leitura do sensor de umidade do solo, tomasse decisões de ativação da bomba d água ou não por meio de estruturas de condicionais (if,else,ifelse).vistos os problemas de oxidação das hastes dos sensores o microcontrolador foi programado para irrigar o vaso uma vez ao dia, com um volume de 1,3 L, a partir do décimo segundo dia após a instalação, mantendo a tensão de água no solo em -0,2 atm. Delineamento Estatístico Foram coletadas 22 plantas de rabanete por tratamento (irrigação manual e irrigação automática). Foram avaliados os parâmetros: massa verde (g), número de folhas verdadeiras e comprimento (cm). As médias foram submetidas ao teste de Scott-Knott em nível de 5% de probabilidade através do software SASM-Agri de Cantieri et.al (2001). Resultados e Discussão

4 Os sensores de umidade com hastes de aço galvanizado e banhado a ouro e o de cobre, recomendados para o uso no Arduíno apresentaram corrosão, ocasionando erros nas leituras do teor de água no solo, provocando aplicação desnecessária de água. O comparativo entre a irrigação manual e automatizada está exposto na Tabela 1, embora os resultados sirvam como comparativo, são superficiais quanto à análise estatística. Foi possível verificar que o sistema de irrigação automatizado através do microcontrolador Arduíno é funcional e tem aplicabilidade agronômica. Não houve diferença significativa entre o comprimento das plantas irrigadas manualmente ou automaticamente. Entretanto as médias de matéria seca e números de folhas foram superiores na irrigação manual. Assim como a escassez, o excesso de água no solo pode provocar queda na produtividade. Orenet al. (2004), relatam que o excesso de água ocasiona lixiviação de sais para o lençol freático. A exportação de nutrientes pela cultura antecessora combinada com a possível lixiviação são fatores que podem estar associados à queda de fertilidade do solo utilizado. Uma vez que ele não foi adubado quimicamente, a queda na produção de folha e massa verde pode ser um reflexo do empobrecimento. Os resultados estão de acordo com Marouelli et al. (1996) que descreveram que o excesso e déficit de água no solo é prejudicial ao desenvolvimento vegetativo. Ainda, o fornecimento adequado de água evita o estresse hídrico, fato que, possivelmente pode ter causado a elongação do ciclo da planta. O pequeno volume de terra do vaso e a menor radiação solar sob o ambiente protegido podem ter influenciado nos resultados, ou seja, a cultura aqui instalada serve como ferramenta para mensurar a eficiência do sistema de irrigação, porém não reproduz as características edofoclimáticas de campo, e, portanto, os dados não podem ser considerados conclusivos a este respeito. Tabela 1. Médias de massa fresca, número de folhas verdadeiras e comprimento de Raphanus sativus var. saxa, submetido a irrigação manual e automatizada através do microcontrolador Arduíno aos 28 dias após a instalação. Tratamento Massa fresca (g) Número de folhas Comprimento (cm) Irrigação manual 0,18 a 0,21 a 0,44 a Irrigação automática 0,13 b 0,20 b 0,42 a CV % 31,16 8,17 8,98 *Média transformadas, transformação angular arcsen de x/100. -Médias seguidas da mesma letra não diferem pelo teste de Scott-Knott em nível de 5% de probabilidade. Conclusões Os sensores higrômetros com hastes de aço galvanizado, banhado a ouro e com hastes de cobre testados foram ferramentas de baixa durabilidade no uso para aferição da umidade do solo, por apresentarem corrosão considerada acelerada, acarretando leituras distorcidas. A automação pelo microcontrolador Arduíno, baseado no teor de água no solo, apresentou resultados positivos, avalizando sua aplicabilidade na irrigação, além de apresentar baixo custo e facilidade de instalação. Agradecimentos Aos amigos do curso de Sistemas de Informação da Universidade Estadual do Norte do Paraná, campus Luiz Meneghel, por colaborar com a montagem e programação do

5 microcontrolador Arduíno. Ao PIBIC/UENP, pela oportunidade de participação concedida e à Fundação Araucária pela bolsa concedida. Referências ARDUINO. ARDUINO PRODUCTS. Arduino/Genuino UNO Disponível em: < Acesso em: 20/ago/2015. CANTERI, M. G., ALTHAUS, R. A., VIRGENS FILHO, J. S., GIGLIOTI, E. A., GODOY, C. V. SASM - Agri :Sistema para análise e separação de médias em experimentos agrícolas pelos métodos Scoft - Knott, Tukey e Duncan. Revista Brasileira de Agrocomputação, V.1, N.2, p COELHO, E. F.; COELHO FILHO, M. A.; OLIVEIRA, S. L. Agricultura irrigada: eficiência de irrigação e de uso de água. [S.l.] FILGUEIRA, F. A. R. Novo manual de olericultura: agrotecnologia moderna na produção e comercialização de hortaliças. 2. ed. Viçosa. MG: Universidade Federal de Viçosa, p. LINHARES, P.C.F., PEREIRA, M.F.S., OLIVEIRA, B.S., HENRIQUES, G.P.S.A.& MARACAJÁ, P.B.Produtividade de Rabanete em Sistema Orgânico de Produção. Revista Verde de Agroecologia e Desenvolvimento Sustentavel, 5:94-101, MAROUELLI, W. A.; SILVA, W. L. C.; SILVA, H. R..Manual de irrigação em hortaliças. 5. ed. Brasília, DF: EMBRAPA-SPI: EMBRAPA-CNPH, pg. OREN, O.; YECHIELI, Y.; BOEHLKE, J. K.; DODY, A. Contamination of groundwater under cultivated fields in an arid environment. Central Arava Valley, Israel. Journal of Hydrology, v.209, n.3-4, p , TORRES, C. A. S.; REBOUÇAS, T. N. H.; SIQUEIRA, L. G; SILVA, J. C. G.; AMORIM, C. H. F.; CARDOSO, N. S. Avaliação da densidade de plantio sobre a produção e diâmetro de rabanete. Horticultura Brasileira, Brasília, v. 21, n. 2, Suplemento CD-ROM.