Desenvolvimento e avaliação de um sensor capacitivo de umidade do solo e de mini-lisímetro de pesagem para automação de sistemas de irrigação

Abstract

O uso eficiente da água na agricultura é alcançado mediante o emprego de técnicas de manejo da irrigação, que consiste na aplicação de água em quantidade suficiente para atender a necessidade hídrica durante o ciclo de desenvolvimento das plantas. O monitoramento do conteúdo de água no solo e da necessidade hídrica das culturas em tempo real por meio de dispositivos eletrônicos permite a otimização do sistema de irrigação, com aplicação da água em quantidade e momento adequados. Diante deste contexto, neste trabalho foram desenvolvidos e avaliados: a) um sensor capacitivo de baixo custo para medição da umidade do solo em diferentes materiais de solo/substrato; e b) um mini-lisímetro (ML) de pesagem visando a automação do sistema de irrigação e a determinação da necessidade hídrica de mudas de espécies arbóreas em estágio inicial de crescimento. Para o sensor capacitivo foram avaliados dois tipos de geometria (placas paralelas e coplanar) em diferentes tipos de placas de circuito impresso e materiais isolantes. Após avaliação inicial, o sensor complanar construído em placa de fibra de vidro e isolado com verniz (CPS) apresentou maior sensibilidade na estimativa da umidade do solo, além de maior facilidade construtiva. O CPS foi avaliado e comparado ao sensor comercial (SC) 5TE da Decagon Devices, utilizando vasos de 3,0 L preenchidos com biossólido puro e 3 materiais de solo de diferentes texturas, que inicialmente apresentavam umidade próxima à capacidade de campo. As medidas de umidade volumétrica (θ) obtidas em balanças de precisão foram comparadas às leituras dos sensores, sendo gerados modelos relacionando θ com período (CPS) e permissividade (SC). Posteriormente, valores de θ estimados foram comparados a valores de θ medidos por pesagem e avaliados pelos índices de Willmoth (d), coeficiente de determinação (R2) e índice de desempenho (c). O ML foi construído em madeira e com capacidade para receber uma bandeja de 54 tubetes de 280 cm3. A estrutura é dotada de uma célula de carga com capacidade nominal de 10 kg. Utilizando uma placa Arduino Mega, as variações de massa do conjunto eram registradas em um micro cartão SD, que por meio de um algoritmo permitia o manejo automatizado da irrigação. Dois MLs foram construídos, possibilitando a determinação da necessidade hídrica de mudas de Dalbergia Nigra (JB) e Enterolobium contortisiliquum (OM) em fase inicial de crescimento. O CPS apresentou ótimo desempenho (c > 0,93) ao estimar a umidade nas diferentes condições avaliadas, tendo melhores resultados que o SC em substrato com biossólido (lodo de esgoto). Após calibração, os MLs apresentaram sensibilidade adequada, com erro absoluto e erro quadrático médio inferiores a 1% da massa total, possibilitando o controle efetivo da irrigação. Ao longo do período de crescimento, foram aplicados 1,47 L muda-1 de JB e 1,45 L muda-1 de OM, que atingiram aos 89 dias após emergência, altura e diâmetro do coleto de, respectivamente, 39,2 cm e 3,4 mm, e 19,3 cm e 4,6 mm.