Fertirrega e hidroponia de precisão: redução de custos e melhoria de culturas Autor(es): Publicado por: URL persistente: Rocca, Vincenzo Publindústria URI:http://hdl.handle.net/10316.2/29968 Accessed : 29-Oct-2017 10:45:40 A navegação consulta e descarregamento dos títulos inseridos nas Bibliotecas Digitais UC Digitalis, UC Pombalina e UC Impactum, pressupõem a aceitação plena e sem reservas dos Termos e Condições de Uso destas Bibliotecas Digitais, disponíveis em https://digitalis.uc.pt/pt-pt/termos. Conforme exposto nos referidos Termos e Condições de Uso, o descarregamento de títulos de acesso restrito requer uma licença válida de autorização devendo o utilizador aceder ao(s) documento(s) a partir de um endereço de IP da instituição detentora da supramencionada licença. Ao utilizador é apenas permitido o descarregamento para uso pessoal, pelo que o emprego do(s) título(s) descarregado(s) para outro fim, designadamente comercial, carece de autorização do respetivo autor ou editor da obra. Na medida em que todas as obras da UC Digitalis se encontram protegidas pelo Código do Direito de Autor e Direitos Conexos e demais legislação aplicável, toda a cópia, parcial ou total, deste documento, nos casos em que é legalmente admitida, deverá conter ou fazer-se acompanhar por este aviso. impactum.uc.pt digitalis.uc.pt
AGROBÓTICA FERTIRREGA E HIDROPONIA DE PRECISÃO REDUÇÃO DE CUSTOS E MELHORIA DE CULTURAS Vincenzo Rocca INTRODUÇÃO Este artigo surge na sequência do apoio técnico prestado aos sistemas de injeção de químicos (desinfetantes) como monotorização e controlo no tratamento de águas para consumo, onde os métodos tradicionais têm vindo a ser melhorados e alterados em função da mais recente tecnologia disponível. Foi realçado que a mesma tecnologia pode ser aplicada com sucesso na área da rega, nomeadamente fertirrega e hidroponia, gerando redução de custos e melhoria de culturas. MÉTODO TRADICIONAL Existem dois sistemas clássicos: O primeiro (irrelevante para este fim) consiste numa simples aspiração de água, compressão e envio para a linha de rega, onde é feita uma injeção de fertilizante de forma manual e sem qualquer tipo de controlo. O segundo é o sistema de fertirrega propriamente dito (figura 1). É assim evidente que um sistema deste género deve ser extremamente flexível para se tornar viável e eficaz, sendo os seguintes fatores preponderantes: Exatidão do sistema de injecção; Precisão do sistema de monotorização e controlo; Capacidade de todo o sistema se manter válido, independentemente do fertilizante utilizado e respetiva quantidade. Até ao presente, os sistemas tradicionais apresentam diversas limitações, que se têm revelado difíceis de colmatar. Figura 1 Exemplo de uma instalação tradicional Neste método, logo após a pressurização da água, existe um complexo sistema paralelo onde é preparada a mistura de fertilizantes que é injetada na linha pressurizada que vai para a rega. O objetivo deste sistema é assegurar que na linha de rega segue a quantidade de adubo estritamente necessária. Em qualquer sistema de fertirrega e hidroponia, a quantidade de adubo necessária varia consoante a rega. Todos os profissionais do setor sabem que a quantidade de fertilizante é determinada em função do fertilizante utilizado, ph e condutibilidade da água adubada, humidade e ph do solo, temperatura, época do ano, entre outros fatores. Figura 2 Injetores A figura 2 ilustra um sistema clássico por injectores, ou seja, um sistema constituído por um conjunto de injectores (um para cada químico), no qual a limitação reside na capacidade para permitir apenas uma relação caudal mínimo = 1/3 parte do caudal máximo (situação recorrente). Segue-se a análise dos pontos base deste sistema: Primeiro dado relevante: um sistema deste género é sempre dimensionado (na base 94
do caudal de rega) de forma garantir o caudal máximo necessário de fertilizante. Sempre que haja uma rega onde é necessário fornecer menos fertilizante do que o mínimo permitido pelo sistema (normalmente 1/3 do máximo), o utilizador é obrigado a refazer cálculos e alternar regas com e sem fertilizante, inviabilizando o spoon- -feeding. Segundo esta técnica (acerca da qual é possível encontrar inúmera literatura), a rega atinge o máximo rendimento se for aplicada a adubagem exata (níveis de ph e condutibilidade específicos para os fertilizantes utilizados). Segundo dado relevante: estes injetores (figura 2) trabalham en on/off e são ativados através de um relé, ou seja, a cada adubagem é regulada a quantidade de adubo a injetar (por litro de água, por exemplo). Devido ao baixo grau de precisão dos injetores (falta de continuidade, limitação da gama de caudais e de precisão), existe (consultar novamente a figura 1) um sistema paralelo que utiliza mais uma bomba de pressurização. Esta bomba apenas gasta corrente para homogeneizar a mistura de fertilizante do sistema paralelo antes que esta (mistura) seja enviada para a rede de rega. Este sistema conta ainda com um depósito de suporte, um conjunto de tubagem e respetivos acessórios. Tudo isto acarreta um encarecimento dos custos de instalação e exploração, apenas dispensável se a conceção de todo o sistema for alterada. Terceiro dado relevante: o sistema acima referido continua sempre com uma limitação nos injetores, limitação esta que obriga à alternação das regas sem adubagem. Para além disso, o sistema é tão rígido que com a alteração dos fertilizantes todos os caudais e gama de aplicabilidade são postos em causa. Quarto dado relevante: por via do acima referido, assumiu-se não ser possível cumprir com o spoon-feeding. Quinto dado relevante: um sistema capaz de enviar fertilizante para a linha de rega de campos de golfe, estufas, hidroponia e similares, para cumprir com o spoon-feeding, deve ter uma relação mínimo/máximo entre 1/500 e 1/100, e não apenas 1/3. EXISTE UMA ALTERNATIVA QUE CUMPRA O SPOON-FEEDING, E QUAIS OS CUSTOS ASSOCIADOS? Sim, existe de facto uma alternativa que permite melhorar as culturas, reduzindo custos. Primeiro passo: substituir os injetores por bombas doseadores ultrapassando largamente a relação 1/3. Os custos estão dependentes da bomba utilizada e existem várias soluções disponíveis no mercado, sendo que apenas algumas aumentam os custos e não acrescentam mais valias. O resultado desta solução (melhorar culturas reduzindo custos) foi obviamente obtido com produtos que garantem a obtenção do que aqui se segue. Ao utilizar bombas doseadoras, já é possível regular automaticamente o caudal da injeção sem se ter de o fazer manualmente, como acontecia com os injetores. Ao aumentar o nível de precisão e fiabilidade das bombas doseadoras, encarecem os custos até um ponto de inversão, onde é possível eliminar outros componentes que existiam apenas no sistema tradicional. Torna-se assim possível Figura 3 reduzir custos através de uma nova solução. Sistema de dosagem Imagine-se, por exemplo, a possibilidade de se poder utilizar uma bomba capaz de injectar qualquer caudal na gama de 1,2 ltr/h a 940 ltr/h, e com precisão à décima de litro (ver figura 3). Segundo passo: controladores para monotorização, controlo de conditibilidade e de ph. Para este efeito, existem mais uma vez várias soluções no mercado e, neste caso, a redução de custos globais advém da aplicação do mesmo sistema utilizado no tratamento de águas para consumo (conforme referido na introdução), a injeção em linha. Este processo consiste em aplicar a injeção antes e não depois do controlador. Com este sistema, o controlador comanda as bombas doseadoras para injetar a quantidade necessária de forma a manter o ponto de funcionamento pretendido. A figura 4 representa um sistema clássico Figura 4 com dois controladores e respectivas sondas de Esquema de controladores medição e controlo. Os sinais de comando estão normalmente disponíveis sob a forma de impulsos e/ou por 4-20 ma, devendo sempre optar-se por este último. Terceiro passo: A utilização de bombas de adequada tecnologia e precisão permite que seja injetada apenas a quantidade exigida pelo controlador. Deve ter-se em conta que os controladores são programáveis em P, PI e PID, sendo para estas aplicações aconselhável a programação em P e PI. Esta programação baseia-se na interpolação entre sinal 4-20 enviado para a injeção com a distância entre o valor de leitura e o ponto de funcionamento (seja este ph ou condutibilidade). Para além disso, pode ser necessário interpolar também com o caudal em adubagem, pelo que existem também para esse fim controladores que disponibilizam uma entrada 4-20 ma para o ingresso do sinal referente a este caudal. Este último dado não tem obviamente aplicação em sistemas que trabalhem sob caudal constante, mas sim em todos os sistemas de rega onde são ligadas ou desligadas uma ou mais linhas de rega (situação predominante). Quarto passo: Rever o esquema da figura 1, e neste substituir todos os equipamentos utilizando os produtos acima referidos. Como resultado obter-se-á uma nova instalação capaz de garantir o spoon-feeding para qualquer caudal de adubo até, obviamente, à capacidade das bombas doseadoras. Uma correta combinação entre os controladores e bombas doseadoras tornará possível a redução de custos. Quinto passo: Ao utilizar equipamento fiável em detrimento de equipamento de baixa gama, o sistema pode ser novamente sujeito a re-engenharia, podendo ser otimizado em função da capacidade dos equipamentos utilizados, tal como ilustrado na figura 6. AGROTEC / JUNHO 2013 95
AGROBÓTICA Figura 5 Exemplo de instalação parcialmente atualizada Como resultado, obtém-se um sistema que cumpre sempre o spoon-feeding, no qual é eliminado todo o custo associado a equipamentos agora desnecessários, reduzindo também tempos (e respetivos custos) derivantes de montagem, programação e arranque (tudo em menos de 16 horas), bem como custos de peças, electricidade e exploração, entre outros. Este sistema torna-se assim simples, robusto, duradouro e fiável, disponibilizando inclusive a monotorização e controlo à distancia. Para uma maior comodidade do utilizador final, a configuração e o comando do equipamento podem vir a ser feitos não só local (no equipamento) como remotamente, através de uma consola de interface onde seja possível parametrizar a adubagem. No que toca à aplicabilidade, este sistema pode ser utilizado em diferentes situações (campos de golfe ou futebol, estufas e outros). Figura 6 Figura de re-engenharia duma instalação de fertirrega ou hidroponia MODUS OPERANDI E FACILIDADE DE USO: O sistema ilustrado na figura 6, monstra como devem ser instalados os equipamentos de forma a melhorar as culturas e reduzir custos. Segue-se o modus operandi (não estão especificados detalhes de instalação e automação): O utilizador define os fertilizantes a utilizar, bem como as linhas de rega (caso haja mais do que uma), valores de condutividade e ph pretendidos, e outros fatores adjacentes (ver imagem 7). Os controladores recebem continuadamente uma pequena amostra (cerca de 15 ltr/h, e que é depois recuperada) da água de saída do grupo de pressurização. Figura 7 Interação de controladores com a Consola Desta amostra são medidos os valores de condutividade e ph, e é permanentemente emitido um sinal de comando em 4-20 ma para as bombas doseadoras, de forma garantir que sejam mantidos os pontos de funcionamento pretendidos pelo utilizador. As bombas doseadoras recebem o comando dos controladores (acima referido), e mandam injectar fertilizante diretamente dentro do sistema de pressurização. Todos os cabos de comando, juntamente com os cabos de informação de bombas doseadoras e controladores, passam atra- 96
vés de uma consola que resume visualmente os dados e que pode também transmiti-los para um sistema de monotorização e/ou controlo remoto (ver figuras 6, 7, 8). Tal como referido, esta solução surge no seguimento de outra inovação aplicada com sucesso no tratamento da água para consumo, aplicações industriais, e inúmeras outras aplicações que utilizam equipamento de dosagem de químicos, medição, controlo e desinfecção. Surge agora a transposição para um setor que tem vindo a aumentar as suas exigências: o sistema de regas e culturas. CONCLUSÃO O cumprimento do spoon-feeding garante um melhor rendimento em termos de rega e culturas. Na figura 8 é visível como enquanto os parâmetros de medição estão sujeitos a oscilações (caso da temperatura), pelo contrário, os valores das variáveis controladas mantêm-se praticamente constantes (e definidos pelo utilizador). Todo o sistema trabalha em 4-20 ma, e não existem relés nem impulsos. A robustez dos equipamentos utilizados garante a longevidade do sistema e a garantia de funcionamento do mesmo. O melhoramento da qualidade dos equipamentos permite alterar a conceção do sistema em si, obtendo-se agora um sistema muito mais eficiente (o spoon-feeding) mantendo o valor do investimento global do sistema tradicional. Para além disso, esta tecnologia permite baixar os custos de instalação e exploração (não requer operador dedicado, exige menor manutenção e acarreta menores custos elétricos). Figura 8 Exemplo de monitorização e controlo remoto Vincenzo Rocca Product Manager Dosing Measurement & Control, Disinfection Bombas Grundfos Portugal vrocca@grundfos.com