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Irriga, Botucatu, v. 19, n. 4, p. 626-640, outubro-dezembro, 2014
626
ISSN 1808-3765
UTILIZAÇÃO DA TÉCNICA DE LISIMETRIA DE PESAGEM NA AUTOMAÇÃO
DE UM SISTEMA DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA PARA USO NO MANEJO DA
IRRIGAÇÃO DE CULTIVOS EM RECIPIENTES
ELIEZER SANTURBANO GERVÁSIO1 E JÚLIO CÉSAR FERREIRA DE MELO
JÚNIOR2
1
Professor Associado I, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Rodovia BR 407, km 119, CEP: 56300000, Petrolina – PE, Brasil, [email protected]
2
Professor Associado I, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Rodovia BR 407, km 119, CEP: 56300000, Petrolina – PE, Brasil, [email protected]
1 RESUMO
Neste trabalho teve-se como objetivo automatizar um sistema de irrigação localizada utilizando
a técnica de lisimetria de pesagem. Os minilisímetros foram desenvolvidos para monitorar o
consumo de água de cultivos e indicar o momento do acionamento de um sistema de irrigação
por gotejamento. Inicialmente, o projeto foi concebido para atender a experimentos
relacionados ao manejo da irrigação de cultivos em recipientes. Para isso, foram construídos
seis minilisímetros de pesagem, permitindo o monitoramento de tratamentos correspondentes a
seis níveis de depleção de água no substrato. Cada minilisímetro, funcionando de forma
independente, foi programado para fazer, em tempo real, a leitura da variável peso e comparar
este valor com os limites estabelecidos para cada tratamento (peso da capacidade de container
e peso crítico, este representado por cada nível de depleção de água no substrato avaliado). Com
esse monitoramento foi possível automatizar o acionamento de seis válvulas hidráulicas de
controle elétrico e do conjunto motobomba, permitindo a irrigação de todo o experimento. Após
três anos de desenvolvimento e testes de campo foi possível comprovar a eficiência do sistema
proposto. A tecnologia gerada permitirá o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao
manejo da irrigação de cultivos em recipientes, com o intuito de quantificar de forma precisa,
o consumo de água pela planta. Essa tecnologia também poderá ser adaptada e aplicada a nível
comercial para auxiliar o manejo da irrigação de cultivos em recipientes de flores e olerícolas,
utilizando-se substratos orgânicos.
Palavras-chave: cultivo sem solo, microcontrolador, minilisímetro, helicônia.
GERVÁSIO, E.S.; MELO JÚNIOR, J.C.F. de.
USE OF WEIGHING LYSIMETER TECHNIQUE FOR AUTOMATION OF A
TRICKLE IRRIGATION SYSTEM FOR IRRIGATION OF CROPS IN
CONTAINERS
2 ABSTRACT
The objective of this study was to automate an irrigation system using the weighing lysimeter
technique. The mini lysimeters were developed to monitor the crop water consumption and
identify the time of activation of a drip irrigation system. Initially, the project was designed to
Recebido em 15/03/2013 e aprovado para publicação em 14/11/2014
627
Utilização da técnica de lisimetria...
serve experiments related with irrigation management of crops in containers. Thus, six mini
weighing lysimeters were built allowing the monitoring of treatments corresponding to six
levels of water depletion in the substrate. Working independently, each lysimeter was scheduled
to do the readings of the weight variable in real time, and to compare these values with the
limits established for each treatment (weight of the container capacity and critical weight, the
latter represented by each level of water depletion in the substrate evaluated). Based on this
monitoring, it was possible to automate the trigger of six hydraulic valves of electric control
and the pump set, which allowed the irrigation of the whole experiment. After 3 years of the
study development and field tests, the proposed system was proven to be efficient. The
technology generated by this study will lead to development of new research related to the
management of crop irrigation in containers to accurately identify plant water consumption.
This technology can also be adapted and applied, in a commercial basis, to support the
irrigation management of crops in containers of flowers and vegetable crops using organic
substrates.
Keywords: soilless culture, micro controller, weighing mini lysimeter, Heliconia.
3 INTRODUÇÃO
Em termos mundiais, a agricultura é responsável pela utilização de 70% da água doce
consumida no planeta, e por isso tem sido alvo de crítica pela sociedade. Para que haja
racionalidade no uso da água, é necessária a implementação de pesquisas e ações de
transferência de informação ao setor produtivo, visando aumentar a eficiência de utilização da
água na irrigação (QUAGLIA, 2005). Com o intuito de minimizar o consumo de água e tornar
a irrigação mais eficiente, tem-se desenvolvido métodos que permitem determinar o momento
das irrigações e a quantidade de água a ser disponibilizada para a planta. Segundo Campeche
(2002), para quantificar a necessidade de água das culturas é preciso contabilizar as entradas e
saídas de água num dado volume de solo ou substrato durante um intervalo de tempo,
utilizando-se para isso, o método do balanço hídrico. Esse balanço pode ser realizado de
diversas formas, como por exemplo, com a utilização da técnica de lisimetria de pesagem.
Aboukhaled et al. (1982) e Howell et al. (1991) consideram lisímetros de pesagem como
um dos melhores equipamentos disponíveis para medir com acurácia o consumo de água das
culturas. Milner (2002) considera a pesagem de recipientes uma excelente alternativa no manejo
da irrigação em substratos, permitindo determinar “in situ” o consumo de água ao longo do dia.
De acordo com Khan et al. (1993) e Schneider et al. (1998), os lisímetros podem ter diferentes
custos os quais dependerão dos materiais utilizados na sua construção, do seu tamanho e a da
tecnologia empregada. Silva et al. (1999) constataram que os lisímetros equipados com
mecanismos de pesagem por meio de células de carga são os mais modernos e permitem a
realização de medidas automatizadas. Essa automação permite a aquisição de dados mais
confiáveis, possibilitando a obtenção de medidas em escala horária. A difusão e disponibilidade
comercial desses sensores eletrônicos têm permitido o uso mais frequente de lisímetros de
pesagem em trabalhos relacionados ao consumo de água das culturas, a um custo relativamente
baixo.
As técnicas culturais aplicadas à produção de flores, frutas e hortaliças têm
experimentado mudanças rápidas e notáveis durante as três últimas décadas. A utilização de
casas de vegetação com cobertura plástica, sistemas de controle climático, equipamentos de
Gervásio e Melo Júnior
628
irrigação e fertirrigação automatizados, têm contribuído para aumentar a produtividade das
culturas e a qualidade dos produtos (CADAHIA LOPEZ, 2000).
Paralelamente a essas mudanças tecnológicas, verifica-se uma substituição gradual do
cultivo tradicional em solo pelo cultivo sem solo (hidropônico ou em recipientes com uso de
substratos). Segundo Abad et al. (1992), as principais razões dessa substituição referem-se à
existência de fatores limitantes para a continuidade dos cultivos intensivos em solo natural,
particularmente salinização, enfermidades e esgotamento dos solos agrícolas. Além disso, as
técnicas disponíveis para a produção possibilitam um controle rigoroso do ambiente radicular,
especialmente dos aspectos relacionados com o fornecimento de água e nutrientes. De acordo
com Lemaire et al. (1989) a irrigação dos cultivos em recipientes, quando comparada aos
cultivos em solo, apresenta as seguintes particularidades: elevadas necessidades instantâneas
de água por unidade de massa radicular; reduzido volume de substrato disponível para a planta;
existência de uma parede impermeável na base do substrato e importância relativa dos
fenômenos de advecção. Essas particularidades implicam em risco de estresse hídrico, o qual
deve ser prevenido com um maior controle da irrigação.
Sendo assim, a utilização da técnica de lisimetria de pesagem pode ser uma excelente
alternativa para monitorar o consumo de água das plantas cultivadas nesses recipientes de
reduzido volume. Estabelecidos os limites de máxima capacidade de retenção de água no
recipiente (capacidade de “container”) e de início da irrigação (peso crítico), esse
monitoramento permite manter as plantas em condições ideais de umidade para o seu pleno
desenvolvimento. Além disso, esse método possibilita manejar a irrigação de cultivos em
substratos utilizando um fator chamado taxa de lixiviação, o qual representa um percentual de
água aplicada ao recipiente com o intuito de prevenir o acúmulo de sais no sistema. Esse
percentual pode ser definido experimentalmente, baseado num valor relativo à capacidade de
container.
Diante do exposto, o presente trabalho teve como principais objetivos: (a) construção
de minilisímetros de pesagem; (b) desenvolvimento de um circuito eletrônico microcontrolado
para automatizar um sistema de irrigação localizada; (c) calibração dos minilisímetros de
pesagem; (d) validação do sistema em condições de campo por meio do monitoramento do
consumo de água de plantas de helicônia cultivadas em vaso.
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 Construção dos minilisímetros de pesagem
Nessa etapa do trabalho foram construídos seis minilisímetros de pesagem. Cada um foi
constituído de uma base metálica para fixação do elemento sensor (célula de carga), da própria
célula de carga e de um prato para sustentação do vaso. A base metálica foi projetada para
receber células de carga do tipo “single point”, possibilitando atender uma ampla faixa de
pesagem (5 a 50 kg). Essa concepção permite ajustar o equipamento às necessidades de
pesagem trocando apenas o elemento sensor. A base metálica foi confeccionada em tubo de aço
carbono (metalon), apresentando um corpo central para fixação da célula de carga e quatro
braços de apoio com parafusos ajustáveis para nivelamento do equipamento. Como elemento
sensor, foi utilizado células de carga do fabricante Berman Load Cells, modelos BSPL20 e
BSPL30 (capacidades de 20 e 30 kg). Sobre a célula de carga foi fixada uma plataforma
confeccionada em chapa metálica. A Figura 1 ilustra o projeto de construção do minilisímetro
de pesagem e a Tabela 1, o quantitativo de material necessário para a construção de seis
629
minilisímetros. O custo de cada minilisímetro incluindo material, serviço de serralheria e célula
de carga foi de R$ 248,00 em 24/08/2010 (US$ 140,67).
Figura 1. Projeto do minilisímetro de pesagem. Prato para sustentação do vaso (a); base
metálica inferior (b); base metálica superior (c); layout do minilisímetro em 3D
(d).
300 mm
Fixação de pé nivelador de 3/8"
25 mm
Pino metálico 10 x 6 mm
60 mm
300 mm
120 mm
Metalon 30 x 20 x 1,5 mm
15 mm
Orifício de 10 mm
30 mm
150 mm
28,2 mm
120 mm
12 mm
1,9
mm
25 mm
130 mm
15
mm
95 mm
15
150 mm
20
Chapa metálica no 12 (2,65 mm)
mm
(b)
(a)
Tubo para fixação do prato
15 mm
30 mm
12 mm
60 mm
35 mm
15
1,9
25 mm
mm
130 mm
15
mm
(d)
20
mm
(c)
O modelo de minilisímetro apresentado na Figura 1 possibilita a utilização de vasos com
diâmetros de até 50 cm, permitindo o monitoramento da irrigação de diversas culturas,
principalmente aquelas que emitem uma quantidade elevada de perfilhos e que necessitam de
uma maior área de vaso para o seu crescimento (espécies da família Heliconiaceae).
630
Tabela 1. Quantitativo de material utilizado para a confecção de seis minilisímetros de
pesagem.
Descrição
Unidade Quantidade
1
Metalon 50 x 20 x 1,5 mm (C x L x E)
m
4
m
4
m
1
Barra chata de 1” x 3/16”
m
1
Pé nivelador de 3/8”
un.
24
Porca de 3/8”
un.
24
Parafuso cabeça cilíndrica com sextavado interno de 2” x 6 mm
un.
24
(C x D)2
Chapa metálica 12 (2,65 mm)
m2
0,54
Barra metálica circular de 10 mm
m
0,5
Tubo circular de 13 mm
m
0,11
Célula de carga modelo “single point”
un.
6
1
2
(C x L x E) – comprimento x largura x espessura
(C x D) – comprimento x diâmetro
4.2 Circuito eletrônico microcontrolado do minilisímetro de pesagem
O desenvolvimento do circuito eletrônico do minilisímetro iniciou-se com a elaboração
de um algoritmo descritivo e sua representação em forma de fluxograma (Figura 2).
Figura 2. Fluxograma do funcionamento do minilisímetro de pesagem.
Resumo da
configuração
PCC, PC, a, b
Sistema
configurado
Minilisímetro de
pesagem
Defina b
PA = a.Dec + b
N
Defina a
PA = a.Dec + b
Para monitorar
desligue CFG.
Configurar = 1
Calibrar = 2
2
1
Defina
PC
S
Defina
PCC
Defina tempo
de leitura
Monitoramento
Ler sinal digital
Ler sinal analógico
Ler PA
Sinal digital médio
Sinal analógico médio
S
S
S
PC <= PA <= PCC
Nova leitura?
N
N
PA < PC
S
Central
Liga válvula
Liga bomba
N
Central
Desliga válvula
Desliga bomba
Sistema calibrado
N
Desligue
chave CAL.
631
Cada minilisímetro foi projetado para realizar uma série de tarefas, bem como permitir
a interface homem-máquina para configuração de parâmetros de funcionamento e calibração.
Dentre as tarefas executadas, podemos destacar: leitura em tempo real do peso atual do sistema
(vaso-substrato-planta), comparação do peso atual com os limites pré-estabelecidos no
momento da configuração (peso da capacidade de “container” e peso crítico) e envio de sinais
elétricos para a central microcontrolada, indicando o momento do acionamento ou
desligamento da respectiva válvula e da motobomba. Os valores do peso atual também são
disponibilizados para visualização (display de cristal líquido – LCD) e registro (data logger).
Na configuração é permitido definir os parâmetros da equação de calibração da célula de carga,
bem como os limites de peso a serem monitorados e definidos de acordo com o tamanho do
recipiente a ser utilizado.
Por fim, cada minilisímetro embarca em seu sistema uma rotina que permite a calibração
da célula de carga a ser utilizada. Com essa rotina, foi possível gerar os pontos que expressaram
a relação funcional entre o peso do sistema e o sinal digital enviado pelo circuito eletrônico.
Após a elaboração do algoritmo descritivo, o mesmo foi representado em linguagem de
programação C. Para isso, utilizou-se a plataforma PIC C Compiler da CCS Inc., que é um
software voltado para o desenvolvimento de programas para microcontroladores da linha PIC.
Esse aplicativo permite descrever o programa em linguagem C, além de possuir o compilador
que gera o arquivo HEX a ser gravado no microcontrolador.
Após a finalização do firmware, partiu-se para o desenvolvimento do circuito eletrônico
(hardware). Inicialmente, esse circuito foi projetado virtualmente com o auxílio do software
Proteus – ISIS. Este software possui uma biblioteca de componentes eletrônicos, inclusive
microcontroladores, que permite a montagem e simulação do circuito. Este procedimento inicial
é recomendado, pois permite ao projetista visualizar o funcionamento do circuito sem a
necessidade de montagem dos componentes em placa de protótipos, além de possibilitar a
identificação de possíveis falhas no sistema e realização dos ajustes necessários, sem risco de
danificar qualquer componente eletrônico.
No circuito eletrônico de cada minilisímetro, foi utilizado o microcontrolador
PIC16F877A, no qual foi embarcado o arquivo HEX contendo todas as tarefas a serem
executadas. Como periféricos, o circuito dispõe de botões para configuração do sistema e um
display LCD de 16x2 caracteres que permite visualizar os parâmetros de entrada, bem como
acompanhar o peso do sistema em tempo real. No circuito eletrônico do minilisímetro, ainda
existe um amplificador instrumental (INA125P), responsável pelo condicionamento e
amplificação do sinal analógico enviado pela célula de carga. Esse sinal analógico pode ser
acessado por meio de “bornes” e armazenado em data logger para posterior estudo do consumo
de água pela planta ao longo do dia. A Figura 3 ilustra o diagrama elétrico utilizado em cada
minilisímetro de pesagem.
632
Figura 3. Diagrama elétrico do minilisímetro de pesagem.
5 vcc
-12 vcc +12 vcc
Reset
RD3/PSP3
RD1/PSP1
RD2/PSP2
21
K
A
VSS
VDD
1
15
22
RS
23
16
RC4/SDI/SDA
RD0/PSP0
24
VO
RC5/SDO
RC3/SCK/SCL
25
2
RC2/CCP1
LCD 16X2
26
3
RC6/TX/CK
27
E
RC1/T1OS1/CCP2
28
R/W
RC7/RX/DT
121R
5
RC0/T1OS0/T1CK1
470k
4
RD4/PSP4
CENTRAL
29
5 vcc
RD3
PIC 16F877A
5 vcc
5 vcc
RE0
20
RD5/PSP5
OSC2/CLKOUT
30
RE1
19
RD6/PSP6
OSC1/CLKIN
5 vcc
31
10k
DB1
18
VSS
INA125PB
32
DB0
17
VSS
RD7/PSP7
RA0/AN0
1000uF
9
7
16
VDD
13
10
VIN-
6
15
VDD
RE2/CS/AN7
14
12
11
33
DB3
14
RE1/WR/AN6
VREFBG
15
34
DB2
4MHz
RB1
RB0/INT
9
13
22pF
RE0/RD/AN5
8
22pF
RA5/AN4/SS/C2OUT
VREFOUT
16
8
10
12
RB2
VREF2,5
VIN+
7
CALIBR.
35
V-
+12 vcc
11
RA4/T0CKI/C1OUT
36
-12 vcc
10
RB3/PGM
DB5
9
RB4
RA3/AN3/VREF+
VREF5
IAREF
6
STRAINGAGE
DB4
5 vcc
RA2/AN2/VREF-
CONFIG.
37
11
8
RB5
5
RD1
7
RA1/AN1
4
38
RD0
6
RB6/PGC
VREF10
SLEEP
3
39
DB7
5
RA0/AN0
40
DB6
4
RB7/PGD
12
3
MCRL/VPP
14
2
V+
2
5 vcc
13
1
100nF
1
10k
RD2
1k
10k
5 vcc
5 vcc
10k
10k
10k
(-)
(+)
MODE
RE2
RC0
RC1
4.3 Central microcontrolada para acionamento do sistema de irrigação
O mesmo procedimento adotado para o desenvolvimento do circuito eletrônico do
minilisímetro de pesagem também foi utilizado para a construção da central microcontrolada.
Esta foi concebida para realizar em tempo real, o monitoramento dos sinais elétricos enviados
por cada minilisímetro e, em função desses, permitir o acionamento ou desligamento de cada
válvula elétrica e da motobomba. Quando há a necessidade de irrigação, o circuito do
minilisímetro envia um sinal elétrico em nível alto (5 VCC) para a central. A central identifica
este sinal e verifica se a bomba está ligada. Caso a bomba esteja desligada, a central aciona o
conjunto motobomba e a válvula elétrica permitindo a irrigação. Se a motobomba já estiver
operando, a central permite apenas o acionamento da válvula elétrica. Terminada a irrigação, o
minilisímetro envia um sinal elétrico em nível baixo (0 VCC) para a central que permite o
desligamento da válvula elétrica. Se não houver mais nenhuma irrigação em andamento, a
central também desliga o conjunto motobomba. A Figura 4 ilustra o fluxograma da central
microcontrolada.
633
Figura 4. Fluxograma do funcionamento da central microcontrolada.
M1
M2
M3
M4
M5
M6
SDi
SDi = 1
S
N
Bomba
ligada?
N
Liga bomba
S
Desliga
válvula i
S
Liga válvula i
Outras
válvulas
ligadas?
Desliga bomba
N
Após a elaboração do algoritmo descritivo e sua representação formal em linguagem de
programação C, partiu-se para o desenvolvimento do circuito eletrônico (hardware). Na central
microcontrolada, foi utilizado o microcontrolador PIC16F628A que recebe o sinal dos
minilisímetros e controla o acionamento dos relês presentes no circuito. Esse circuito também
apresenta um buffer octal (74LS541) que tem a função de proteger os pinos configurados como
saída do microcontrolador e, ao mesmo tempo, fornecer os níveis de corrente elétrica suficientes
para ativar os demais circuitos integrados. Para acionamento dos relês foi utilizado o circuito
integrado ULN2803, que nada mais é que um driver de potência usado em interfaces que
necessitam de uma maior corrente elétrica. A Figura 5 ilustra o diagrama elétrico da central
microcontrolada.
634
Figura 5. Diagrama elétrico da central microcontrolada.
5 vcc
22pF
Reset
1k
RA7/OSC1/CLKIN
4MHz
22pF
10k
RA6/OSC2/CLKOUT
RA5/MCLR/THV
A3
8
A1
9
A2
VSS
VDD
RB0/INT
RB7/T10SI
RB1/RX/DT
RB6/T10S0/T1CKI
RB2/TX/CK
RB5
RB3/CCP1
RB4/PGM
ML_5
16
5 vcc
5 vcc
15
14
R
13
A4
12
A5
11
4
A6
10
R = 220 W
A7
5
7
8
9
IN3
OUT3
IN4
OUT4
IN5
OUT5
IN6
OUT6
IN7
OUT7
IN8
OUT8
R
17
OUT3
OUT4
OUT2
Y7
Y8
IN4
14
IN5
13
IN6
12
IN7
11
12 v
560R
VALV_3
560R
560R
560R
IN4007
VALV_5
560R
24 vac
IN4007
560R
24 vac
VALV_4
RL_2
12 vcc 10A
RL_7
12 vcc 10A
VALV_6
24 vac
24 vac
VALV_4
RL_4
12 vcc 10A
24 vac
220 vac
RL_5
12 vcc 10A
24 vac
VALV_3
MB
IN4007
IN4007
RL_3
12 vcc 10A
24 vac
A8
IN3
15
10
12 vcc
12 vcc
Y6
IN2
16
11
IN4007
VALV_2
Y5
A7
IN1
17
12
12 vcc
OUT1
A6
18
74LS541
RL_1
12 vcc 10A
24 vac
Y4
19
13
IN4007
VALV_1
Y3
14
560R
VALV_2
Y2
10
R
IN4007
24 vac
A3
15
ULN2803
VALV_1
9
16
Y1
OUT6
6
OUT2
OUT5
5
OUT1
IN2
8
12 vcc
4
IN1
R
G2
A2
A5
7
18
24 vac
RL_6
12 vcc 10A
VALV_5
3
R
A1
A4
6
12 vcc
2
3
R
20
G1
2
R
100nF
PIC 16F628A
1
1
12 vcc
7
RA5/MCLR/THV RA6/OSC2/CLKOUT
ML_6
17
OUT7
6
ML_4
RA7/OSC1/CLKIN
220 vac
5
RA4/TOCKI/CMP2
18
12 vcc
4
RA0/AN0
MB
ML_3
RA1/AN1
RA3/AN3/CMP1
24 vac
3
12 vcc
2
ML_2
VALV_6
ML_1
RA2/AN2/VREF
24 vac
1
4.4 Calibração dos minilisímetros de pesagem
Após a construção dos circuitos eletrônicos, procedeu-se a calibração dos minilisímetros
de pesagem, montados com as células de carga de 20 e 30 kg. Para isso, utilizou-se uma balança
analítica de precisão onde foram pesadas várias amostras de brita (aproximadamente 100 g).
Cada amostra foi colocada no minilisímetro para que o mesmo fizesse a leitura e fornecesse o
respectivo sinal digital correspondente ao peso. Esse procedimento foi repetido inúmeras vezes
até atingir a capacidade nominal da célula de carga em teste. Vale ressaltar que o ensaio de
calibração foi feito tanto no sentido do incremento como no sentido do decremento de peso,
com o intuito de verificar a existência de histerese na célula de carga. Com os pontos obtidos
foi possível expressar a relação funcional entre o peso e o sinal digital (Dec), bem como obter
os parâmetros da equação de ajuste para alimentação do sistema no momento da configuração.
635
4.5 Montagem do sistema de irrigação automatizado
Após o desenvolvimento dos circuitos eletrônicos e a calibração das células de carga,
iniciou-se a montagem do sistema de irrigação por gotejamento. Esse sistema foi idealizado
para permitir a experimentação de espécies ornamentais cultivadas em vasos em resposta a
diferentes níveis de depleção de água em substratos orgânicos. Para isso, o sistema foi dividido
em seis setores por meio da utilização de válvulas hidráulicas de controle elétrico de 1”. A
jusante de cada válvula, instalou-se um hidrômetro para possibilitar a medida do volume de
água utilizado pela cultura em cada nível de depleção adotado. A jusante de cada hidrômetro,
instalou-se um regulador de pressão (100 kPa) com o intuito de manter a mesma pressão de
funcionamento na entrada de cada setor de irrigação. Nas linhas de derivação foram utilizados
tubos e conexões de PVC de 20 mm de diâmetro e nas linhas laterais foram usados tubos de
polietileno de baixa densidade PN20 e 16 mm de diâmetro. Sobre as linhas laterais foram
conectados microtubos de 8 mm de diâmetro e 1 m de comprimento tendo em sua extremidade,
um gotejador autocompensante com vazão de 4 L/h.
Para melhorar a distribuição de água no vaso e evitar caminhos preferenciais por ocasião
das irrigações, instalou-se na saída de cada gotejador um “manifold” de 4 saídas permitindo a
distribuição da água no vaso em quatro pontos de emissão. Em cada ponto de emissão, instalouse um gotejador do tipo flecha, o qual foi inserido no substrato. O conjunto formado pelo
microtubo, gotejador e gotejadores tipo flecha foi fixado ao vaso por meio da utilização de
estacas de microaspersores, também inseridas no substrato.
Cada setor de irrigação foi monitorado por um minilisímetro de pesagem. Dessa forma,
os setores de irrigação foram acionados de forma independente e automática em função dos
níveis de depleção de água no substrato previamente estabelecidos.
Para a pressurização do sistema de irrigação utilizou-se um conjunto motobomba da
marca KSB modelo C750 de 0,75 cv. A jusante do conjunto motobomba foram instalados um
manômetro de Bourdon (0-400 kPa) e um filtro de tela de 1”.
Todos os circuitos eletrônicos responsáveis pela automação do sistema de irrigação
foram montados dentro de um quadro de comando o qual foi fixado em uma estrutura de
alvenaria. Também no interior do quadro de comando, instalou-se um “data logger” da marca
CONTEMP modelo A202 composto de oito canais analógicos configuráveis. Esse “data
logger” foi utilizado para registrar em tempo real a leitura do peso de cada minilisímetro. As
informações de peso foram registradas a cada cinco minutos permitindo o monitoramento do
consumo de água das plantas.
Para manutenção do funcionamento do sistema eletrônico por ocasião de uma eventual
queda de energia, instalou-se no interior do quadro de comando um “no-break” de 700 VA. A
Figura 6 ilustra os detalhes de cada componente do sistema de irrigação automatizado. Após a
instalação do sistema de irrigação, o mesmo foi avaliado com o intuito de determinar a
uniformidade de distribuição de água. Após análise dos dados, obteve-se uma uniformidade de
96,04%.
4.6 Validação do sistema de irrigação automatizado
Com o intuito de validar o sistema de irrigação automatizado foi realizado um
experimento com o objetivo de avaliar níveis de depleção de água no substrato e seus efeitos
no desenvolvimento de H. psittacorum x H. spathocircinata cv. Red Opal cultivada em vaso.
Os tratamentos representaram níveis de depleção de água no substrato, ou seja, consumos
636
percentuais de água em relação ao “peso da capacidade de container” (PCC) (5%, 10%, 15%,
20%, 25% e 30% do PCC), os quais foram monitorados pelos minilisímetros de pesagem
equipados com células de carga de 30 kg (um para cada tratamento). O experimento foi
conduzido durante 18 meses, tempo suficiente para verificar a eficiência de monitoramento do
sistema.
Figura 6. Detalhes do sistema de irrigação automatizado. (a) Cabeçal de controle contendo
o conjunto motobomba, manômetro, filtro de tela, válvulas hidráulicas,
hidrômetros e reguladores de pressão; (b) Quadro de comando contendo os
circuitos eletrônicos dos minilisímetros, central microcontrolada, fonte de
alimentação, “no-break”, “data logger” e chave de partida da motobomba; (c)
Minilisímetros de pesagem para monitoramento do consumo de água das plantas;
(d) Estádio de desenvolvimento das plantas aos 151 dias após plantio.
(a)
(b)
(c)
(d)
637
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos na calibração das células de carga estão apresentados na Tabela
2. Observou-se uma linearidade de resposta das células de carga ao incremento e decremento
de peso. Os coeficientes de determinação obtidos por meio de regressão linear, utilizando todos
os pontos observados (incremento e decremento de peso), permitem considerar a ausência de
histerese nas células de carga. Os parâmetros das equações obtidos foram utilizados no
momento da configuração dos minilisímetros de pesagem. Resultados semelhantes foram
encontrados por Fernandes et al. (2012), que calibraram um lisímetro de pesagem e também
observaram linearidade de resposta das células de carga ao acréscimo e decréscimo de peso.
Tabela 2. Parâmetros das equações de ajuste para células de carga de 20 e 30 kg.
Parâmetros da equação (Peso = a + b.Dec)
Célula de carga Capacidade nominal (kg)
a
b
R2
L01_W110072
20
0,020470
0,01985
0,9999
L02_W110065
20
-0,001082
0,02021
0,9999
L03_W110061
20
0,001047
0,01988
0,9999
L04_W110021
20
-0,005762
0,02001
0,9999
L05_W110023
20
-0,080570
0,02009
0,9998
L06_W110084
20
0,030200
0,01976
0,9999
L01_091116649
30
0,028370
0,03062
0,9999
L02_091200669
30
0,024380
0,03143
0,9999
L03_091116492
30
0,047890
0,03044
0,9999
L04_091116554
30
0,047220
0,03067
0,9999
L05_J336781
30
0,022540
0,03089
0,9998
L06_091116679
30
0,024050
0,03063
0,9999
Durante a condução do experimento, os valores da variável peso dos seis minilisímetros
de pesagem foram armazenados em um “data logger”, permitindo registrar o consumo de água
das plantas de helicônia em cada nível de depleção de água no substrato avaliado. Dessa forma,
foi possível visualizar em gráfico os horários de maior e menor consumo, o número de
irrigações realizadas e a frequência das irrigações em função dos tratamentos aplicados (Figura
7). O nível de depleção de água equivalente a 5% do PCC representa o tratamento em que a
frequência de irrigação é maior. Pela Figura 7 observa-se que no cultivo em recipiente, essa
frequência aconteceu em escala horária, principalmente nas horas mais quentes do dia. Esse
fato demonstra a necessidade de automação do sistema de irrigação. Entretanto, no tratamento
equivalente a 30% PCC (menor frequência de irrigação), as irrigações ocorreram em intervalos
de aproximadamente três dias. Resultados do experimento evidenciaram que as plantas que
cresceram nessas condições de manejo de irrigação, produziram menos perfilhos quando
comparadas àquelas submetidas ao manejo de 5% do PCC (Figura 8). Neste tratamento,
também foi observado um maior volume de água aplicado ao vaso (803,37 l vaso-1 aos 509 dias
após o plantio), quando comparado ao nível de depleção de 30% do PCC, considerando o
mesmo período (547,25 l vaso-1). A manutenção da umidade do substrato próxima à capacidade
de container permite um aumento da atividade fisiológica da planta, o que explica a maior
frequência de irrigação, maior número de perfilhos emitidos e o maior consumo de água
observado no tratamento equivalente ao nível de depleção de 5% do PCC.
É importante mencionar que o estado de Pernambuco vem ocupando uma posição de
destaque no cenário nacional no que se refere à produção de flores tropicais, e atualmente, é o
638
maior produtor dessas espécies no país. Nesse sentido, a utilização desse sistema poderá
contribuir para a melhoria da tecnologia atualmente disponível na produção de flores nesse
Estado.
Figura 7. Consumo de água em plantas de helicônia cultivadas em recipientes, em função
dos níveis de depleção de água no substrato.
16,0
15,5
15,0
14,5
14,0
Peso do vaso (kg)
13,5
13,0
12,5
12,0
11,5
11,0
10,5
5% do PCC
15% do PCC
30% do PCC
10,0
9,5
9,0
10/01/12
11/01/12
12/01/12
13/01/12
14/01/12
15/01/12
16/01/12
17/01/12
639
Figura 8. Número de perfilhos emitidos por vaso em função do nível de depleção de água no
substrato. Letras iguais não diferem estatisticamente pelo teste de Scott-Knot a
nível de 5% de probabilidade.
Número de perfilhos por vaso
30
25
20
15
10
a
b
c
c
c
c
5
10
15
20
25
30
5
0
Nível de depleção (% PCC)
6 CONCLUSÕES
O minilisímetro de pesagem proposto, quando calibrado, permite medir com precisão o
consumo de água de plantas cultivadas em recipientes.
A versatilidade do equipamento aliado ao baixo custo de construção faz desse sistema
uma excelente alternativa para o monitoramento da irrigação de cultivos em recipientes, tanto
em nível de experimentação, quanto a nível comercial, após algumas adaptações.
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