Y. M. SCHEUER1*; C. E. J. de FREITAS1, L. J. da ROSA1, A. B. RAIZER1, 1IFSC Câmpus Jaraguá do Sul-Rau;
*yurischeuer@gmail.com
RESUMO: O presente artigo propõe abordar a técnica de cultivo indoor com iluminação artificial LED, uma das soluções tecnológicas para a produção de alimentos orgânicos de maneira sustentável. Para isso, foi desenvolvido um protótipo de estufa na UC de Projeto Integrador 2 – Instrumentação Eletrônica, do curso de Engenharia Elétrica, onde um circuito com modulação por largura de pulso (PWM) possibilitou o acionamento e o controle de potência de uma matriz de LEDs, que foi instalada na parte superior de uma estrutura metálica. Um circuito de condicionamento de sinais foi destinado a realizar medições de tensão e de corrente, através das quais pode ser calculada a potência elétrica. Foram plantadas sementes de feijão em vasos dentro e fora da estufa, a fim de comparar o crescimento. Ao final de quinze dias de observação, os resultados indicaram que a maior planta cultivada dentro da estufa apresentou um crescimento 67% superior ao da maior planta cultivada fora da estufa.
Palavras-chave: Cultivo Indoor; Luzes de Crescimento; Instrumentação Eletrônica. Instituição de fomento: IFSC.
1 INTRODUÇÃO
A produção de alimentos é um fator crítico para o desenvolvimento da sociedade em todos os aspectos e, com a crescente elevação populacional, faz-se necessário promover novas técnicas de cultivo que sejam eficientes e sustentáveis. A prática da agricultura em ambientes internos, o chamado cultivo indoor, tem se mostrado uma alternativa promissora a viabilizar a produção em larga escala de alimentos orgânicos, mesmo em contextos urbanos, reduzindo a utilização de pesticidas e aumentando a qualidade dos insumos alimentares. A tecnologia tem o papel de fornecer os meios para
são o tipo de luminária mais adequada para a horticultura, devido a sua característica espectral, tamanho em miniatura e eficiência energética (SHAILESH, 2019).
Para a realização do presente estudo, foi desenvolvida uma estufa com uma matriz composta de LEDs azuis e vermelhos, espectros de luz que compreendem comprimentos de onda entre 400-500 nm e 600-700 nm, respectivamente, onde observa-se a máxima absorção de luz por parte das plantas (JIANG, J., 2020). O principal objetivo foi medir, através de técnicas de instrumentação eletrônica, a potência elétrica consumida pela matriz de LEDs.
2 METODOLOGIA
A estufa foi projetada em formato de paralelepípedo, com medidas de 40x40x60 cm, de modo a acomodar alguns vasos e permitir o crescimento de pequenas plantas. A execução foi realizada com tubos de alumínio de 20mm de diâmetro.
O microcontrolador escolhido foi o ESP-32, através do qual foi possível ajustar a intensidade luminosa da matriz de LEDs através de uma saída digital com ajuste PWM e calcular a potência elétrica, a partir de sinais de tensão e corrente, processados por circuitos de condicionamento com amplificadores operacionais LM324. Graças a conectividade oferecida pelo microcontrolador, o ajuste da intensidade luminosa pode ser feito através do aplicativo de smartphone “Blynk”, uma plataforma para Internet das Coisas.
As medidas obtidas através do circuito foram comparadas com medidas realizadas através de um multímetro, modelo ET-1649 da fabricante Minipa. A principal variável de interesse no presente estudo foi a potência elétrica consumida pela luminária, entretanto, foi possível observar também medidas da umidade do ar e da temperatura ambiente, em tempo real através do aplicativo.
Foram plantadas quatro sementes de feijão (Phaseolus vulgaris) em pequenos vasos dentro da estufa, para observar o crescimento da planta sob iluminação exclusivamente artificial, e fora da estufa, sob luz natural, sendo possível fazer comparações entre os desenvolvimentos das amostras dentro de um período de quinze dias.
das plantas, a fim de comparar o seu crescimento ao final do experimento. A Figura 1, a seguir, mostra o protótipo da estufa durante o período de observação do crescimento dos feijões.
Figura 1: Estufa. Fonte: os autores.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados do cálculo da potência elétrica, consumida pelos LEDs, indicaram um decaimento do erro de acordo com o aumento do duty cycle, como mostra a Tabela 1.
A Figura 2 mostra o gráfico de acompanhamento do crescimento das plantas ao longo dos 15 dias de monitoramento, onde a maior planta cultivada dentro da estufa apresentou um crescimento 67% superior ao da maior planta cultivada fora da estufa.
Figura 2: Comparação de crescimento do feijão. Fonte: os autores.
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados obtidos para a medição de potência foram suficientemente precisos, já que têm como finalidade estimar a luminosidade no interior da estufa.
Por se tratar de um projeto interdisciplinar, envolvendo disciplinas como Eletrônica II, Microcontroladores e Instrumentação Eletrônica, o presente estudo contribuiu tanto de maneira teórica quanto prática à formação dos alunos. Pretende-se dar continuidade ao desenvolvimento do protótipo, incluindo funcionalidades como: sistemas automáticos de irrigação, de acionamento dos LEDs e detecção de altura das plantas.
REFERÊNCIAS
JIANG, J.; MOHAGHEGHI, A.; M.MOALLEM. Energy- Efficient Supplemental LED Lighting Con trol for a Proof-of-Concept Greenhouse System. IEEE Transactions on Industrial Electronics,, Canadá, v. 67, n. 4, p. 3033-3042, abr./2020. Disponível em: https://ieeexplore.ieee.org/docu ment/8701607. Acesso em: 15 dez. 2020.
Confe rence on Advanced Technologies in Intelligent Control, Environment, Computing & Communication Engineering , Índia, v. 1, n. 1, p. 339-342, abr./2020. Disponível em: https://iee explore.ieee.org/document/9063621. Acesso em: 10 fev. 2021.