LIMITAÇÕES DO SOFTWARE PCTDR NA CALIBRAÇÃO DE SONDAS TDR MANUFATURADAS

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1 LIMITAÇÕES DO SOFTWARE PCTDR NA CALIBRAÇÃO DE SONDAS TDR MANUFATURADAS I. M. Ponciano 2 ; J. H. Miranda 3 ; E. F. Coelho 4 ; V. F. Grah 2 ; R. S. S. Santos 2 RESUMO: A TDR vem se apresentando como uma importante ferramenta para o monitoramento da solução do solo e de íons presentes nesta solução. Na equação que serve de base para essa metodologia o Kp (constante das sondas) é um coeficiente angular e deve, segundo o manual do fabricante, ser obtido pelo emprego do software PCTDR no caso de sondas por eles fabricadas. O alto custo do conjunto TDR levou pesquisadores a desenvolverem sondas manufaturadas que possuem Kp que pode ser determinado experimentalmente. Portanto, objetivou-se neste trabalho avaliar o erro associado à determinação do Kp de sondas manufaturadas pelo software PCTDR quando comparado ao método experimental. Para isso, duas metodologias foram conduzidas: a experimental, que consiste na comparação entre o medido e o estimado, e a do software PCTDR. Pôde-se concluir que, o uso do software PCTDR, por si só não se constitui como um método confiável na determinação do Kp de sondas manufaturadas, sendo o erro associado de 22,9 a 47,3%, dependendo da distância entre multiplexadores. PALAVRAS-CHAVE: TDR 100; baixo custo; Kp. LIMITATIONS OF PCTDR SOFTWARE FOR CALIBRATION OF MANUFACTURED TDR'S PROBE SUMMARY: The TDR has served as an important tool for monitoring the soil solution and ions present in solution. In equation that underpins this methodology, Kp (probes constant) is its coefficient of inclination and should, according to the manufacturer's manual, be obtained by the use of software PCTDR, in the case of probes manufactured by them. The high cost of the whole TDR led researchers to develop probes manufactured that have Kp which can be determined experimentally. Therefore, the objective of this study was to evaluate the error associated with determination of Kp probes manufactured by PCTDR software when compared to the experimental method. For this, two methods were conducted: the experimental group that consists of the comparison between the estimated and measured, and the software PCTDR. It was concluded that the use of software PCTDR alone does not constitute as a reliable method for the determination of Kp probes manufactured, and the associated error from 22.9 to 47.3% depending on the distance between multiplexers. KEY WORDS: TDR 100; low cost; Kp. 1 Parte da Dissertação de mestrado do primeiro autor ² Doutorandos em Engenharia de Sistemas Agrícolas. ESALQ/USP. CEP: , (19) isaacponciano@usp.br ³ Professor Associado do LEB, ESALQ/USP. CEP: jhmirand@usp.br 4 Pesquisador A da EMBRAPA- Mandioca e fruticultura. CEP eugenio@cnpmf.embrapa.br.

2 INTRODUÇÃO A técnica da Reflectometria no domínio do tempo (TDR) vem se consolidando como importante ferramenta para o monitoramento da solução do solo e da sua composição iônica conforme relatado por Souza & Folegatti (2010). Dentre os íons monitorados pode-se destacar o potássio (SANTANA et al. 2007) e o nitrato (SANTOS et al. 2009). A equação comumente utilizada para determinação da condutividade elétrica aparente (CEa) desta metodologia foi apresentada por Giese & Tiemann (1975), e relaciona dentre outros parâmetros o Kp da sonda empregada. O Kp, ou constante da sonda, é um coeficiente multiplicador da referida equação e depende da geometria de cada sonda TDR utilizada, sendo este valor introduzido na linha de programação da TDR quando conectado ao datalogger (PONCIANO, 2012; CAMPBELL, 2007). Quando se trabalha com a TDR 100 o manual do usuário sugere a utilização do software PCTDR na determinação do Kp das sondas fornecidas pelo fabricante. Apesar das vantagens da técnica para o monitoramento ambiental seu custo total (TDR 100, multiplexadores e sondas) ainda é considerado elevado; com isso, diversas sondas vêm sendo construídas de forma artesanal a fim de diminuir o custo total do equipamento, a saber: Souza et al. (2006) e Coelho et al. (2005). Com a nova perspectiva de baixo custo, o emprego do software PCTDR passou a ser uma incógnita no que diz respeito a determinação do Kp de sondas TDR manufaturadas, pois este foi originalmente desenvolvido para as sondas do fabricante. Apesar disso, não se sabe ao certo qual é o erro vinculado ao uso apenas do software na determinação do Kp de sondas manufaturadas. Tendo em vista que o Kp da sonda TDR é um parâmetro importante para a determinação da CEa, da CEw e, consequentemente, da concentração da composição iônica dessa solução, neste estudo objetivou-se avaliar o desempenho do software PCTDR na determinação do Kp de sondas TDR manufaturadas comparando-o com o procedimento experimental (padrão). MATERIAL E MÉTODOS: É apresentada pela eq.1 a formulação desenvolvida por Giese e Tieman (1975), (eq.1), para determinação da condutividade elétrica aparente (CEa) e utilizada também pela TDR 100. (eq. 1) em que: CEa = condutividade elétrica aparente do solo; Kp = constante da sonda, determinada experimentalmente; Zc = impedância do cabo (50 ohm); e ρ = coeficiente de reflexão. O parâmetro Kp, como dito anteriormente, deve ser obtido de forma experimental devido às peculiaridades e variações dos materiais empregados na fabricação das sondas. Segue a descrição da determinação experimental do Kp de sondas manufaturadas. Preliminarmente, foram realizadas calibrações para determinar a relação entre as concentrações de KCl (C KCl ) e as

3 condutividades elétricas das soluções de cloreto de potássio (CEw), determinadas com um condutivímetro de bancada. Por regressão linear, obteve-se a eq. (2): (eq. 2) em que: C KCl = concentração de cloreto de potássio (g L -1 ); e CE = condutividade elétrica da solução de cloreto de potássio (ds m -1 ). A partir desta informação foi diluído Cloreto de Potássio (KCl - 100%, puro para análise) em água destilada de forma que a condutividade elétrica desta, aferida com um condutivímetro de mesa, fosse de 0 (água pura), 0,5, 1, 1,5, 2, 3, 4, 5 e 6 ds m -1 (Figura 1). a) b) Figura 1 Aferição da condutividade elétrica da solução de cloreto de potássio a), arranjo experimental com dois níveis de multiplexação b), emprego do software PCTDR na determinação do Kp de sondas TDR c). Configurou-se o PCTDR ajustando o valor de Kp igual a 1 a fim de tornar possível a determinação do Kp real que consiste no coeficiente angular (Kp=α) da reta afim oriunda da regressão entre os valores medidos de CEw (nas soluções de 0 a 6 ds m -1 ) e estimados pela TDR 100 (com Kp igual a 1), CEa Kp=1, eq. (3) e eq (4). Este procedimento também foi descrito por Ponciano et al. (2011). α (eq. 3) (eq. 4) em que: CEa Kp=1 = condutividade elétrica da solução de cloreto de potássio estimado pela TDR, com o valor de Kp igual a 1 (ds m -1 ); CEw = condutividade elétrica conhecida da solução de Cloreto de Potássio (ds m -1 ); e α = constante de sonda TDR, ou Kp, determinado experimentalmente (adimensional). Foram determinados os Kps de 9 sondas confeccionadas interligadas por dois níveis de multiplexação com variação de 4 distâncias de comprimento de cabo coaxial entre multiplexadores: 0,6, 6, 10 e 14 metros. Por fim as mesmas sondas foram imersas em água deionizada, mantendo-se a configuração com os multiplexadores e a temperatura de 25 C (recomendação do manual). Obtendo-se, desta vez, o Kp apenas pelo uso do software PCTDR (Figura 2). Pôde-se então confrontar os valores medidos de forma experimental com os obtidos pelo uso do software. RESULTADOS E DISCUSSÃO O valor médio do Kp (Tabela 1), pelo método experimental, foi de 4,1 com desvio padrão de 0,12. Esta baixa dispersão dos valores de Kp valida o emprego das sondas para o monitoramento da CEa do solo pela TDR 100. Ademais, nota-se que não houve diferença expressiva entre os Kps obtidos para as quatro variações de comprimento entre os níveis de

4 multiplexação, o que reforça ainda mais a precisão da calibração, pois quanto maior é o comprimento do cabo maior é a atenuação do sinal emitido pela TRD e maiores são as perdas que podem influenciar na determinação do Kp de acordo com Castiglione & Shouse, Tabela 1 Comparação da média do Kp de sonda TDR manufaturadas determinados experimentalmente e determinados apenas pelo emprego do software PCTDR. Distância entre Kp multiplexadores (m) Experimental Sofware Erro Médio (%) 0,6 4,15 ± 0,13 5,08 ± 0,21 22,29 ± 1,45 6 4,06 ± 0,11 5,62 ± 0,31 38,39 ± 4, ,08 ± 0,12 5,95 ± 0,11 46,03 ± 1, ,11 ± 0,16 6,06 ± 0,32 47,31 ± 2,55 De modo geral, pelo emprego apenas do software PCTDR, nota-se que o valor do Kp foi majorado, sendo este maior quão maior for a distância empregada entre multiplexadores. O erro foi de 22,9 à 47,31, respectivamente para 0,6 e 14 metros; cabe salientar que a técnica da TDR vem sendo utilizada em necessidades experimentais das mais diversas o que, muitas vezes, exige do pesquisador o emprego de multiplexadores interligados por longos cabos coaxiais. Portanto, o descuido com a calibração do equipamento pode gerar significativos prejuízos experimentais. CONCLUSÕES O emprego, apenas, do software PCTDR não se constitui como um método preciso para a determinação do Kp de sondas TDR manufaturas; e O erro pelo emprego do software PCTDR pode alcançar valores de 22,9 a 47,31 %, quando comparado ao método experimental, variado respectivamente de 0,6 a 14 metros de distância entre multiplexadores. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CAMPBELL, SCIENTIFIC, Inc. Instruction Manual TDR 100. Logan, Utah: Campbell Scientific, Inc., Revision: 4/07. CASTIGLIONE, P. e SHOUSE, P.J.The effect of ohmic cable losses on time-domain reflectometry measurements os electrical conductivity. Soil Sci. Soc. Am. Jor. v. 67, p COELHO, E. F.; VELLAME, L. M.; COELHO FILHO, M. A. Sondas de TDR para estimativa da umidade e condutividade elétrica do solo, com uso de multiplexadores. Rev. Bras. Eng. Agríc. Ambient, Campina Grande, v.9, n. 4. Oct/Dez GIESE, K.; TIEMANN, R. Determination of the complex permittivity from the sample time domain reflectometry. Advanced Molex Relaxes Processes, New York, v.7, n. 1, p.45-49, PONCIANO, I.M. Aplicação da reflectometria no domínio do tempo (TDR) na estimativa da condutividade elétrica da solução do solo e de concentrações de nitrato, potássio e cloreto em coluna de solo não saturado. Piracicaba, p. Dissertação (Metrado em Irrigação e Drenagem) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Universidade de São Paulo. PONCIANO, I.M., COELHO, E.F., MIRANDA, J.H., PAMPONET, A.J.M. Avaliação da influência da malha e comprimento de cabo coaxial na determinação do Kp de sondas TDR. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO SOLO, 33, Uberlândia. Anais... Uberlândia: CBCS, (CD-ROM). SANTANA, G.S.; COELHO, E.F.; SILVA, T.S.M.; RAMOS, M.M. Relação entre potássio na solução do solo, umidade e condutividade elétrica aparente do solo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 11, n. 2, p , 2007.

5 SANTOS, M.R.; MARTINEZ, M.A.; MATOS, A.T.; OLIVEIRA, R.A.; ZONTA, J.H. Uso da reflectometria no domínio do tempo para avaliar a distribuição de nitrato em colunas de solo fertirrigados. Revista Ambiente e Água, Taubaté, v. 4, n. 3, p.67-81, SOUZA, C.F.; MATSURA, E.E.; FOLEGATTI, M.V.; COELHO, F.C.; OR, D. Sondas de TDR para a estimativa da umidade e da condutividade elétrica do solo. Irriga, Botucatu, v. 11, n. 1, p.12-25, 2006.