Desenvolvimento de sensor de teor de água do solo e de sistema de controle e automação em malha fechada para uso em irrigação

• Ano de defesa: 2010
• Autor(a) principal: Rêgo Segundo, Alan Kardek
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Construções rurais e ambiência; Energia na agricultura; Mecanização agrícola; Processamento de produ; Mestrado em Engenharia Agrícola; UFV
• Palavras-chave em Português: Sensor de teor de água do solo; Sensor capacitivo; Automação; Sensor of soil water; Capacitive sensor sensor; Automation; CNPQ::ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/3563

Cada vez mais a água doce se torna escassa em todo o mundo e, diante desse problema, neste trabalho propõe-se desenvolver uma tecnologia visando utilizá-la de forma racional e inteligente em sistemas de irrigação. Tanto o excesso quanto a falta de água são fatores que afetam a produtividade das lavouras irrigadas e, conseqüentemente, o retorno econômico desse sistema de produção. Portanto, é interessante estabelecer um ponto ótimo entre a quantidade mínima de água aplicada e a máxima produtividade da cultura. Neste trabalho, foram desenvolvidos sensores do teor de água do solo, dois tipos de circuito de medição, um painel eletrônico gerenciador do acionamento do sistema de irrigação e uma rede sem fio para realizar a transmissão dos dados dos sensores até o painel. Portanto, o acionamento do sistema de irrigação será feito em malha fechada e em tempo real, de acordo com a avaliação do teor de água do solo. Os sensores foram construídos com três hastes paralelas de aço inoxidável, sustentados por resina de poliéster em sua parte superior. O seu princípio de funcionamento é baseado na capacitância de um capacitor, tendo como dielétrico o material de solo entre as hastes que formam os sensores. Assim, quando houver variação na constante dielétrica do solo localizado entre as hastes, devido à presença de água, a capacitância do sensor também irá variar. Dois tipos de revestimentos para isolar as hastes dos sensores foram testados: (i) verniz isolante do tipo usado em enrolamentos de motor e (ii) massa epóxi. Dois tipos de circuito de medição do sinal dos sensores foram avaliados: (i) ponte de corrente alternada e (ii) oscilador. Ambos os circuitos possuem um microcontrolador, que disponibiliza o seu sinal no formato digital para a rede sem fio. O painel de controle também foi baseado em um microcontrolador, além de botões, visor de cristal líquido e relés de estado sólido para o acionamento do conjunto moto-bomba e das válvulas direcionadoras do fluxo de água do sistema de irrigação. Na rede sem fio foi utilizada topologia estrela. Deste modo, o painel comunica-se diretamente com cada sensor, que possui endereço fixo. No seu algoritmo, foi implementado um sistema mestre-escravo. Portanto, o painel (mestre) solicita o dado de determinado sensor (escravo) por meio do seu endereço. Em seguida, o sensor responde ao pedido com a medição do teor de água do solo. São realizadas três tentativas de pedido, retornando sinal de falha no caso em que todas elas fracassarem. Portanto, são armazenados, temporariamente, dois vetores na memória do microcontrolador do painel: (i) um vetor de dados dos sensores e (ii) um vetor indicando possível falha na transmissão. Desenvolveu-se também, neste algoritmo, a possibilidade de repetição do sinal. Neste caso, para os sensores mais distantes, o pedido e a resposta são retransmitidos pelo circuito de um sensor mais próximo do painel. Os dois tipos de sensores foram calibrados tomando-se como referência o método padrão de estufa. Foram colocadas três amostras de material de solo Neossolo Quartzarênico, de propriedades físico-químicas conhecidas, em três recipientes de volume conhecido. Essas amostras foram saturadas e, em seguida, um sensor foi inserido em cada amostra e foram medidos o seu sinal de saída no circuito eletrônico e a massa da amostra. Em seguida, as amostras foram colocadas em uma estufa para secagem. O mesmo procedimento foi realizado diariamente, até que a variação da quantidade de água nas amostras de solo se tornasse, praticamente, constante. No fim do experimento, obteve-se a massa de solo seco e, a partir deste dado, o teor de água do solo para cada medição. Por fim, ajustou-se um modelo matemático para estimar o teor de água do solo a partir da correlação entre os dados do método de referência (padrão de estufa) com os dados medidos pelo circuito eletrônico. No experimento utilizando sensores com hastes recobertas por verniz isolante, obteve-se um coeficiente de determinação de 93,17% e uma precisão nas medidas de -1±0,010kgkg. No experimento utilizando sensores com hastes recobertas por massa epóxi, não foi possível ajustar qualquer modelo matemático aos dados experimentais. Com base nos resultados obtidos, concluiu-se que o sensor com hastes recobertas por verniz isolante e seu circuito de medição podem ser utilizados na automação de sistemas de irrigação, juntamente com o painel controlador e a rede sem fio para transmissão de dados.