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Automatização de estufas: a evolução das tecnologias
Autor(es):
Perdigones, Alicia; Benedicto, Susana; Luis García, José; Anacleto
[trad.], Inês
Publicado por:
Publindústria
URL
Persistente:
URI:http://hdl.handle.net/10316.2/33602
Accessed :
22-Sep-2017 16:08:24
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ApiculturA com GpS
monte dA torre - ForrAGenS HidropónicAS
trAçA dA BAtAtA
AutomAtizAção de eStuFAS
3.º trimestre2013 // 6€ (portugal) trimestral AGROTEC.PTNÚMERO
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do coAlho
Plásticos
BiodEgrAdávEis
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ntrodução
Os avanços nas tecnologias eletrónicas abrangem cada vez mais o setor industrial das estu-fas. A automatização do clima e da fertirrigação é realizada cada vez com equipamento mais sofisticado. Existem tecnologias apropriadas para cada tamanho e tipo de estufa, desde pe-quenos jardins a grandes estufas de produção. Os equipamentos automáticos conseguem melho-rar o conforto e segurança do trabalho e permite o acompanhamento das operações: por exemplo, a rastreabilidade pode ser alcançada por meio de informações de processos armazenados pelos sistemas de automatização. No entanto, é importante escolher o sistema certo para cada situação.
Atualmente, quase todas as estufas estão automatizadas para a maioria dos seus processos de produção, o que permite dispensar vários operadores das operações de rotina, permitindo-lhes concentrarem-se nos aspetos fundamentais para uma exploração bem sucedida. Em geral, dois aspetos são automatizados separadamente: o controlo climático e a fertirrigação. Este arti-go visa rever as tecnologias e estratégias de controlo que podem ser utilizadas para automatizar estes dois processos, aos quais é dedicado uma secção separada. O objetivo é orientar o produ-tor na escolha do melhor sistema de automatização e a melhor estratégia em cada caso concreto. Será também dedicada uma secção às máquinas agrícolas (camiões de recolha, transporte, etc.).
ClImatIzação
Automatização com termostatos
Em estufas simples onde o único mecanismo de controlo do clima são as janelas, a instalação pode ser automatizada com um termostato, se a velocidade do vento na área não for considera-da perigosa. A estratégia de controlo básico será um controlo on/off com histerese ou sobreposi-ção, isto é, a janela é aberta quando a temperatura sobe e atinge uma determinada temperatura (por exemplo, 25 °C) e fecha-se quando a temperatura desce e atinge uma segunda instrução (por
exemplo, 20 °C). A diferença de 5 °C entre os dois valores impede que as rápidas oscilações da temperatura produzam consecutivamente a abertura e o fecho da janela, o que pode dani-ficar o motor elétrico. Na verdade, em estufas com janelas translucidas no telhado e laterais (que produz um forte fluxo de ar fresco), a tem-peratura no interior pode ser reduzida em 5 °C, em poucos minutos, num dia solarengo e frio, por exemplo na primavera, em que o ambiente externo pode estar 10 °C abaixo do seu interior. Estas quedas bruscas de temperatura não são adequadas para as culturas. Normalmente, o sensor da temperatura é colocado no centro da estufa, à altura do crescimento da cultura.
Em estufas com janelas laterais e no te-lhado, uma alternativa simples e razoável en-volve a atribuição de temperaturas nominais diferentes às janelas do telhado e às laterais: por exemplo, valores de referência de 20 °C e 26 °C (fecho e abertura) para janelas laterais e 18 °C e 24 °C (fecho e abertura) para janelas do telhado. Isto torna necessário o uso de dois termostatos ou um termostato com duas saídas diferentes, cada saída com símbolos diferentes: a vantagem que tem é que as variações de tem-peratura são mais suaves. A abertura, somente das janelas do telhado, produz oscilações de temperatura muito mais graduais, a abertura simultânea com as janelas laterais produz va-riações mais bruscas.
Controladores de Clima
O uso de controladores climáticos já é ampla-mente utilizado na automatização de estufas de produções ornamentais. Podem controlar apenas as janelas, como na seção anterior, mas neste caso a automatização integra a informa-ção de uma variedade de sensores, normalmen-te a normalmen-temperatura innormalmen-terior, humidade relativa do ar interior, velocidade do vento e da chuva no exterior. Em alguns casos particulares, alguns dos sensores podem não ser utilizados.
O sensor de chuva é normalmente utili-zado em plantas ornamentais, onde a entrada de chuva na estufa pode depreciar o produto ou torna-lo inviável para posterior
comercia-automatIzação de estufas:
a evolução das tecnologias
Por:
Alicia Perdigones,
Susana Benedicto e José Luis García
Universidade Politécnica de Madrid
Tradução:
Inês Anacleto
figura 1
exemplo de níveis de temperatura utilizados em estufas como um valor de referência. o valor nominal nocturno é menor do que diurno, e o valor de referência diurno pode aumentar com as horas de maior radiação solar, para aumentar a fotossíntese. a pas-sagem de um nível de temperatura ao outro é gradual, entre 1 a 2 °c por hora
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áreas onde este atinge velocidades perigosas para as estruturas da estufa. Em muitos tipos de janelas, como a janela do telhado que es-tando aberta, para o vento é como uma vela. Com velocidades superiores a 10 m/s, o vento pode danificar uma janela, ou mesmo dani-ficar o resto da estrutura da estufa. Por isso é necessário fechar as janelas, se forem detetadas velocidades do vento perigosas, com a anteci-pação adequada para que, uma vez detetada a primeira rajada, a segunda rajada encontre as janelas fechadas. Em zonas ventosas este aspe-to do controlo das janelas é básico.
figura 2
elementos do controlador de sistemas microclimáticos da ulMa agrícola
humidade relativa do ar é outro fator im-portante na produção em estufa, por isso deve ser controlada, tanto quanto possível. Em ge-ral, as plantas desenvolvem-se corretamente com níveis de humidade entre 60% e 80%, se a humidade relativa for superior a 90% é re-duzida a transpiração e o desenvolvimento da planta é prejudicado. Com a humidade relati-va perto de 100%, pode gerar-se condensação no telhado, nas plantas ou em ambos que gera pingos de água que caem sobre as folhas po-dendo causar doenças fúngicas. Por sua vez, um baixo nível de humidade relativa abaixo de 30%, provoca o fecho dos estomas, o pode causar problemas e agravar o stress por ca-lor. Por estas razões, o controlo da humidade é importante do ponto de vista da saúde da cultura.
Em estufas não aquecidas e com proble-mas de condensação, uma estratégia possível é a abertura limitada da janela do telhado, nas primeiras horas da manhã, com uma aber-tura de cerca de 20 cm. Em estufas que estão
de pequenas aberturas com a aplicação de calor.
Como se pode constatar, o controlo destes parâmetros climáticos, inviável utilizando apenas termostatos, pode melhorar a produção, ou mesmo ser absolutamente necessário. Os controlado-res climáticos comerciais estão preparados para lidar com esses parâmetros, e até mesmo o mais simples pode funcionar sem computador: o sistema inclui sensores, controladores e contadores para operacionalizar as janelas e outros equipamentos. Os contadores são interruptores elétricos operados automaticamente, preparados para linhas trifásicas, que ativam o equipamento corres-pondente (janelas, telas, aquecimento) seguindo as ordens do controlador. O conjunto de dois contadores que acionam um motor com dois sentidos de rotação (em janelas ou telas) é, por vezes, chamado de inversor. O controlador envia comandos para os contadores através de uma instala-ção elétrica desde os contactos de saída ou saídas digitais. Muitas empresas comerciais fornecem o equipamento, tais como a ULMA Agrícola (sistemas microclimáticos) e Atenix (sistemas de regadio), entre outros. O controlador de sistemas microclimáticos da ULMA Agrícola pode inte-grar informações de sensores de temperatura, humidade, anemómetro, cata-vento, pluviómetro e piranómetro (para medição da radiação) e em diferentes opções pode controlar janelas de telhado para um lado ou ambos os lados, janelas laterais em ambos os lados, aquecimento, recirculação e telas. Como complemento opcional, o módulo de comunicação GSM Ceres é um elemento de vigilância, controlo e monitorização remota, ligado ao controlador, permitindo consultas e ma-nobras e receber alertas de quaisquer questões por mensagens SMS simples.
A vantagem específica dos controladores cli-máticos em relação a um termostato é que os con-troladores têm normalmente um algoritmo que calcula o tempo do nascer e do pôr do sol (às ve-zes chamado de “tempo astronómico”). Este dado é importante em estufas, por várias razões: em muitas ocasiões utilizam-se referências de tempe-ratura diferentes para o dia e para a noite, e como mencionado, pode-se executar ações de controlo de humidade desde o amanhecer.
Dependendo da sofisticação do controlador, pode ser possível regular o grau de abertura das janelas em função da temperatura, em vez de só poder ser totalmente fechada ou aberta. Este pro-cesso pode ser controlado através do ajuste do
mo-mento em que o contador abre ou fecha a janela, até colocar a posição do ângulo de abertura para o valor desejado. Além disso, se há janelas de ambos os lados, normalmente abre-se primeiro as janelas na direção do vento e depois as janelas expostas ao vento, se a temperatura subir acima de um certo nível. É feito desta maneira porque a abertura a favor do vento produz flutuações de temperatura mais baixas. Estas estratégias de controlo são usuais em sofisticadas estufas de Venlo holandesas tendo somente janelas de telhado, mas em ambos os lados da estufa. Para determinar o lado de direção do vento é necessário dispor sempre de um cata-vento ligado ao controlador.
Um maior nível de sofisticação ocorre se o controlador possuir saídas analógicas e saídas digitais. O esquema de controlo descrito, com contadores, pode executar ações simples (abrir/ fechar, on/off), mas não pode executar um controlo analógico (ou seja, regular a velocidade de rotação de um motor, ou a percentagem de abertura de uma válvula). O uso mais comum de saí-das analógicas é o controlo da saída de água quente de aquecimento, controlando o fluxo de água através de uma válvula controlável. Também se pode ter controlo analógico ao controlar motores elétricos com inversores de frequência.
As estufas que têm um equipamento de controlo computorizado fornecem benefícios adi-cionais e provavelmente a principal vantagem prende-se com o facto de se poderem armazenar todas as informações, o que ajuda a garantir a rastreabilidade no processo. Os processos po-dem ser controlados com as alternativas mais sofisticadas, por vezes utilizando a modelação complexa os fluxos de energia: por exemplo, é habitual utilizar diferentes ajustes de
tempera-figura 3
controlador climático de progressão ambitrol 500
tura ao longo do dia e da noite, até seis ou oito diferentes. Muitas casas comerciais fornecem equipamentos informáticos, tais como notí-cias agrícolas (controlador de clima Climatec) e progressão (Ambitrol 500).
Controlo
da fertIrrIgação
Um sistema de irrigação da estufa normal-mente inclui um tanque de regulação (ou sim-plesmente um poço), aspersores e um sistema de distribuição. O aspersor de irrigação geral-mente inclui uma unidade de bombeamento, um sistema de filtragem e unidades de fertir-rigação. A unidade de fertirrigação conta com tanques de elementos nutritivos, injetores, bombas de dosagem, sensores, eletroválvulas e equipamentos de controlo. Por fim, a rede de distribuição irá incluir uma série de tubos, principais e secundários, em PVC ou polieti-leno, que transportam água e nutrientes para as últimas linhas da ordem, onde se alimen-tam as tabelas de cultivo ou se inserem os go-tejadores ou micro aspersores.
figura 4
controlador de fertirrigação hidropónica e convencional de progressão
(agrónic 7000)
A rega pode ser controlada em função de vários fatores. O método mais simples é pro-gramar tempos de rega fixos para cada cul-tura e época do ano com base na experiência do produtor. Se pretender ajustar a água for-necida às necessidades da cultura, é possível relacionar o número de irrigações com a ra-diação solar acumulada, com o nível de água dos tabuleiros de cultivo ou em pontos espe-cíficos, com o peso de uma planta represen-tativa ou também com leituras de drenagem. Assim, aplica-se um determinado volume de água em cada rega (em função da capacidade do campo do solo ou da água que é suportada
pelo substrato da cultura), mas o período de tempo entre as regas está dependente de alguns fatores anteriormente mencionados.
Além disso, o sistema deve controlar os nutrientes fornecidos por irrigação. Em geral, a água de irrigação é distribuída a um pH e condutividade fixos (e também uma proporção de nutrientes fixa) para cada setor e período de cultivo. O aparelho de controlo recebe os valores de pH e condutividade da água de irrigação, e de acordo com estes valores, aumenta ou diminui a quantidade de nutrientes em proporções fixas que são adicionados ao tanque de mistura, para aumentar ou diminuir a condutividade. Se o pH não está em valores adequados é adicionado ácido ou base, apropriadamente. No cultivo hidropónico, o pH usado na solução é, geralmen-te, entre 5,5 e 6,5 e a condutividade entre 2 e
3 mS/cm. A verificação destes valores é feita com sensores de pH e condutividade coloca-dos à saída do tanque de mistura ou no ponto de injeção de fertilizantes. Por vezes, são co-locados dois sensores de cada tipo para cada um realizar uma verificação contínua do outro. Se as leituras são significativamente diferentes, alguma coisa não está a funcionar corretamente. É importante fazer uma lim-peza periódica e calibração dos sensores.
Muitas empresas comerciais fornecem controladores para a fertirrigação, que regu-lam todos esses sistemas, como por exemplo o progresso (controladores Agrónic) e fertir-rigação (Ativas, Meridian e Supra). Entre as unidades de progressão, o mais comum em estufas são o Agronic 5000 e 7000, que fer-tilizam em função da condutividade elétrica (CE) e do pH desejado na água que chega à planta (por hidroponia e sistemas semelhan-tes). Para as culturas fertilizadas de acordo com a CE, é frequentemente utilizado tam-bém o Agronic 4000.
Quase todos estes modelos de
controla-dores podem ser ligados a um computador, como acontece também com controlacontrola-dores de clima, com as seguintes vantagens:
– Podem-se inserir parâmetros e programas, modificá-los, realizando ações em tempo real assim como a consulta de anomalias, o registo cumulativo das ações que o controlador está a fazer a todos os momentos, com o conforto que oferecem o ecrã e um teclado de um PC. Em geral, através do programa pode realizar-se todas as ações que podem ser feitas a partir do próprio controlador.
– A conexão de vários controladores em um único programa via cabo (RS232, RS485, Ethernet), via telefónica (modem, GSM, GPRS) ou rádio (rádio modem, Wifi, Wimax).
– Realização de sinópticos: implementação ou fotografias da estufa, o que permite de uma forma clara e rápida visualizar as ações a ser realizadas pelo controlador, por exemplo, iluminar as parcelas de irrigação, definir quais os motores, que fertilizantes ou filtros estão a ser utilizados e o seu caudal, pressão, humidade do solo, etc.
– Registo de todas as ações realizadas pelo controlador, podendo ser guardados em ficheiros de texto ou em folhas de cálculo da instalação, programação e histórico acumulado, que pode dar suporte a sistemas de rastreabilidade.
– Realización de sinópticos:
A informação gerada por esses sistemas eletrónicos, tanto do clima como da fertirrigação, pode permitir render à exploração perto do seu potencial máximo, se a equipa for gerida por um líder eficiente, que aproveite a experiência adquirida em campanhas anteriores. Também deve ser destacado que o deslumbramento com a tecnologia não deve conduzir à instalação de equipamento desnecessário na exploração agrícola. Em todas as situações é necessário avaliar
figura 5
sensores de pH e de condutividade
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figura 6
válvulas em tubagens de distribuição de fertirrigação
maquInarIa das estufas
No processo de avanço tecnológico que está a ser desenvolvido as estufas, também se estão a fazer progressos na mecanização e possível au-tomatização no preparo do solo, ainda que este processo seja mais lento do que o controlo cli-mático autocli-mático e da fertirrigação. Na verda-de, a mão de obra dedicada à plantação e colhei-ta continua a ser uma parte significativa dentro do custo. A perspetiva de uma estufa do futuro em que muitas destas tarefas são automatizadas ou robotizadas ainda parece distante.No que diz respeito a manipulação do solo, parte das estufas usam tratores para este trabalho (embora haja uma percentagem rela-tivamente grande de estufas que não possuem esta maquinaria). Com o trator pode fazer-se o trabalho de retrocesso ou remoção de resídu-os de culturas, acoplamento de equipamentresídu-os complementares diferentes, outra utilidade essencial é o transporte de produtos com re-boque. Outras estufas utilizam como meios de transporte empilhadores para a movimentação dos produtos em paletes. Em ambos os casos, a utilização de veículos de transporte requer pla-neamento e dimensões adequadas para os per-cursos das estufas. A aplicação de pesticidas é realizada com uma grande variedade de dispo-sitivos, a partir de sistemas móveis manuais, tais como mochilas de pulverização manual até infraestruturas fixas de tratamento, com reservatórios, bombas de impulsão e redes de tubagens que distribuem o tratamento para os locais de aplicação. Nestes tipos de sistemas, é importante que as aplicações possam ser feitas com a estufa fechada e vazia, com vista a redu-zir os riscos de intoxicação para os trabalhado-res. Neste caso, já é possível a automatização destas operações.
tubos de aquecimento como no design típico holandês. A automatização completa da colheita não parece estar para breve.
Como se pode constatar, na área do trabalho de culti-vo, a inclusão de tecnologia de automatização da lavoura é menor, sendo um conjun-to de operações chave ainda manuais, tais como a colheita. Existem sistemas eletrónicos no mercado, de interesse in-questionável, que permitem o registo do trabalho e da pro-dução, que tornando possível a avaliação do desempenho das equipas para otimizar a sua performance. Contam com uma gama de terminais fixos e portáteis, distribuídos pela estufa, onde os traba-lhadores registam as tarefas, contingências e produtivida-des, ligado a um computador central. Uma vez que os cus-tos em mão de obra podem assumir metade das despesas correntes, estes sistemas po-dem melhorar a gestão, moti-vando os funcionários através de incentivos baseados no de-sempenho.
figura 7
carrinho de Recolha em condutas de aquecimento numa estufa holandesa
Invernaderos de plástICo
Esta obra aborda com detalhe a tecnologia atual e a uti-lização das estufas de plástico, descrevendo os princí-pios subjacentes a uma abordagem pragmática e quan-titativa, e abrange também outros aspetos de interesse no que ao cultivo protegido diz respeito.
Para facilitar a leitura e compreensão do texto, este li-vro é acompanhado de bastante material gráfico (122 figuras e 80 fotografias). Dirige-se tanto a agricultures profissionais como a técnicos de campo, estudantes e investigadores na área do cultivo protegido e pretende contribuir para o melhoramento dos sistemas agrícolas.
