Automação subirrigação ESALQ/2015 - FEAGRI

02/10/2015
Prof. Roberto Testezlaf
Faculdade de Engenharia Agrícola - UNICAMP
III SIMPÓSIO DE IRRIGAÇÃO
TECNOLOGIAS DE AUTOMAÇÃO
Caracterizar subirrigação e sua operação
Mostrar os sistemas de subirrigação
empregados em ambientes protegidos
Apresentar parâmetros operacionais que
viabilizam a automação da subirrigação
Discutir as formas de automação
Ilustrar resultados de pesquisas com
automação em subirrigação.
Piracicaba, SP
2 de outubro de 2015
Método de irrigação onde o umedecimento das
raízes das plantas acontece por capilaridade.
Em ambiente protegido, a água ou solução
aplicada no meio de cultivo ascende capilarmente.
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Mesas (ebb-and-flow)
Piso (flood-floor)
Pavio
Calhas em desnível
Manta capilar
Bandejas
Produção de plantas ornamentais em bandejas
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Produção de flores e plantas ornamentais em vasos, tubetes e bandejas
Jardim clonal de eucalipto em tubetes
Produção de flores e plantas ornamentais em vasos
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Aumento da produção por área
Produção de plantas com maior altura, diâmetro,
uniformidade e precocidade
Possibilidade de reuso e recirculação de SN, com
redução do descarte de água e nutrientes no solo
Redução da quantidade de água aplicada e custo
operacional (mão de obra, insumos e energia).
Baixas pressões de operação do sistema
Menor consumo de energia e custo para bombeamento
Possibilidade de automação de toda a operação
Sistema de irrigação e fertirrigação manual
Na produção de mudas cítricas, a aplicação de água e
solução é feita manualmente.
chuveiros
barras perfuradas
Custo de implantação e manutenção inferiores, facilidade
de aquisição e operação com relação a outros sistemas .
Para todos os estádios estudados houve valores inferiores a 25% (insatisfatório).
O valor médio da EI diminui com o crescimento do PE, sendo que os três últimos estádios da
os valores estavam abaixo do recomendado para irrigação por aspersão
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CE da solução (dS m-1) perdida por percolação
limão cravo
Descarte de água e nutrientes no solo ou chão das estufas;
Potencial para contaminar lençóis freáticos e águas subterrâneas.
Perdas financeiras: fertilizantes, água e energia elétrica.
Estudar o processo de capilaridade em substratos
Necessidade de desenvolver um equipamento
Os tratamentos subirrigados apresentaram maior
crescimento e precocidade;
O substrato fino de pinus se mostrou o mais adequado
para ser utilizado na subirrigação em tubetes;
Efeito do tempo e da altura da água na umidade de três
substratos comerciais para avaliar o manejo da
subirrigação em tubetes de 56 cm3 .
Avaliar três substratos:
fibra de coco,
casca de pinus com vermiculita e
casca de arroz carbonizada sem cinzas e vermiculita
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Para os substratos de fibra de coco e turfa com casca de
arroz carbonizada sem cinzas e vermiculita,
Construção e avaliação de um protótipo de equipamento com
avaliações de campo.
Alturas de lâmina de 4 cm com qualquer tempo de
permanência;
Para a casca de pinus com vermiculita
Alturas de lâmina de 2 cm e tempos de permanência de 10 a
20 min (tubetes de 56 cm3).
A umidade volumétrica dos substratos:
aumentou com a alturas de lâmina.
Foi pouco afetada pelo tempo de permanência de água.
A fração intermediária do tubete foi a que permitiu
melhor diferenciação entre os tratamentos (sensor).
• O tempo de permanência de água no interior da mesa é
inversamente proporcional à vazão de adução e à vazão de
drenagem.
• Recomenda-se que esse tempo não seja excessivo de forma a
gerar um ambiente fitossanitário desfavorável à cultura.
Tempo de permanência no interior da mesa em função da
vazão de adução e lâmina requerida
Vazão de
adução
(L min-1)
10
20
30
Tempo de
Lâmina
na mesa
(m)
Tempo adução
Tempo drenagem
(min)
(min)
0,01
10,0
5,5
15,5
0,03
31,1
17,0
48,1
0,05
51,6
26,8
78,4
0,01
5,5
6,0
11,5
0,03
16,3
17,0
33,3
0,05
25,1
27,2
52,3
0,01
3,8
5,7
9,5
0,03
11,5
16,8
28,3
0,05
18,9
26,5
45,4
permanência
(min)
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Eletromecânicos, eletrônicos ou microprocessados;
Define-se o momento de ligar, tempo de operação da
bomba para operação da mesa e a frequencia da
irrigação;
Após o desligamento, a solução é drenada por gravidade
Usa calendário fixo (em geral diário)
O manejo deve ser calibrado temporalmente para a
demanda crescente de água da planta
O sistema pode ser preciso, mas pode apresentar
baixos rendimentos da planta.
Pode causar estresse hídrico no período que
antecede as irrigações e excesso de água após a
sua aplicação.
Eletromecânicos, eletrônicos;
Define o momento de desligar a bomba e drenar a
solução por gravidade de volta ao reservatório
Sensor simples:
Corrosão dos fios (solução)
Escolha correta do local de instalação do sensor
Deformações na mesa determinam variação de
profundidade da lâmina (exemplo: lâmina de 5 cm).
emite um sinal para desligar a motobomba quando o contato
da água fecha o circuito entre dois fios
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Irrigação é baseada nas exigências hídricas das
plantas pela estimativa do conteúdo mínimo de
água do substrato;
Sensor é formado por um capacitor de placas
paralelas
Quando mais úmido for meio poroso, maior será
constante dielétrica, aumentando a capacitância e o
tempo necessário para carregar o capacitor.
Especificações do sensor (EC-5):
Exige uma interface ou controlador
Precisão em substrato
dispersão dos resultados em torno de um valor médio incerteza
± 3% VWC para EC de 3 a 14 dS/m
Resolução
menor valor que se pode medir: 0.25% VWC
Temperatura de operação: -40°C a +50°C
Alimentação: 2.5 - 3.6 V CC @ 10 mA.
Resposta : Voltagem (mV)
θ (m3 m-3) = 1,8862 x V (mV) – 0,5624 (R2 = 0,9498),
Automatizar a subirrigação com sensores capacitivos;
Avaliar o efeito da subirrigação no crescimento do PE
(limão cravo);
Quatro umidades volumétricas limites
CVA: 0,12; 0,24; 0,36 e 0,48 m3 m-3
Substrato: casca de pinus e vermiculita
Tempo de irrigação de 80 segundos, drenagem 10 min
e água aplicada até 1/3 da altura do tubete (4 cm).
Três concentrações de nutrientes em SN
25%, 50% e 75% da recomendação de adubação
estabelecida por BATAGLIA et al. (2008)
Tratamento do viveirista
Irrigação manual por chuveiro e “100% da
recomendação de adubação”
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EC-5 sensor capacitivo
AM16/32
MULTIPLEXADOR
Ligar irrigação por
80s até a altura de
1/3 tubete, e
drenagem de 10 min
CVA medido a cada
15 min comparando
com o valor limite
Recomendação:
manejo hídrico com
CVA 0,48 m3 m-3
manejo nutricional
com SN a 50% da
concentração
CR10X
DATA LOGGER
NS
Armazenamento de dados
e tomada de decisão de
irrigar baseado no CVA
SDM-CD16AC RELAY DRIVER
Tratamento
não
recomendado
CVA de 0,12
CVA de 0,24
CVA de 0,36
NK-2 Bomba Submersível
CVA de 0,48
Uso de microcontroladores de código aberto para
construir sistemas de baixo custo
SN 25%
Arduino
SN 100% e
Irrigação manual
Modelos Uno R3 e Mega 2560 R3 são de baixo custo,
eficazes e confiáveis (Ferrarezi et al., 2015)
Raspberry pi
Protocolo de comunicação instável entre sensores e
microcontroladores dificultou operação da fertirrigação
(Ferrarezi et al., 2015b)
SN 50%
SN 75%
Documentação fotográfica realizada no DAIE 90
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Custo de investimento mais elevado:
Midwest Gromaster (U$ 5,21/ft2 = R$ 224,09/m2);
Protótipo construído (R$ 256,90/m2);
Maior complexidade do manejo de irrigação.
Riscos com problemas fitossanitários;
Salinização do substrato na parte superior do
tubete;
A adoção da subirrigação em ambientes
protegidos será INEVITÁVEL em um futuro próximo
(estamos alguns anos atrasados);
A operação automatizada será uma necessidade
para o manejo da subirrigação;
O investimento em tecnologia na agricultura
irrigada garante retorno financeiro da atividade e
respeito com o meio ambiente.
O emprego da subirrigação deve vir acompanhado
por um sistema de coleta e tratamento das águas
residuais.
A primeira regra de qualquer
tecnologia utilizada na agricultura é
que a automação aplicada a uma
operação eficiente aumentará a
eficiência.
A segunda é que a automação
aplicada a uma operação ineficiente
aumentará a ineficiência.
(adaptado Bill Gates)
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[email protected]
www.feagri.unicamp.br/irrigacao
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