CONTROLE DE UMIDADE EM AMBIENTE PROTEGIDO

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CONTROLE DE UMIDADE

EM AMBIENTE PROTEGIDO

PAULO MARTINS LEAL

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CONTROLE DE UMIDADE EM CULTIVO PROTEGIDO P PRROODDUUÇÇÃÃOO VVEEGGEETTAALL X X FFAATTOORREESS AAMMBBIIEENNTTAAIISS P Prroocceessssoossffiissiioollóóggiiccooss PPrroocceessssoossffííssiiccooss

Fotossíntese: Radiação, Temperatura, Água, Umidade, CO2,

Movimentação do Ar.

Transpiração: Déficit de pressão de vapor do ar.

Respiração: Temperatura.

Indução floral: Fotoperíodo e Qualidade da luz.

F

FIISSIIOOLLOOGGIIAA VVEEGGEETTAALL xx FFÍÍSSIICCAA

Transferência de calor: radiação, convecção e condução.

Transferência de massa: ar seco, vapor de água e CO2.

Mecânica dos fluidos: ventilação natural e/ou mecânica,

fluxo laminar e/ou turbulento.

Sabendo que a umidade relativa é a razão entre a pressão real do vapor de água e a pressão de vapor de saturação da água no ar, nas mesmas condições de temperatura e pressão atmosférica; logo, vapor de água migra baseado na diferença de pressão de vapor, o que afeta a transpiração das folhas. Sabe-se, ainda, que a taxa de transpiração depende dos seguintes fatores:

Tamanho da abertura dos estômatos;

Deficite da pressão de vapor de água entre a folha e o ar; Turbulência do ar.

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Altas diferenças de pressão de vapor, entre a folha e o ar, podem aumentar as

perdas por evaporação além da capacidade da planta de repor a umidade, resultando em murchamento. Pois, em geral o crescimento normal das plantas ocorre entre umidades relativas de 50 a 80%, dependendo das espécies e variedades desenvolvidas e/ou adaptadas.

Um conceito importante, muito influenciado pelo deficite de pressão de vapor entre a folha e o ar, é o de eficiência no uso da água, dado pela equação:

Tanto melhor é o uso da água, quanto mais fotossíntese é realizada com a menor transpiração.

Um efeito secundário da umidade relativa é a resposta a organismos patogênicos, por exemplo, a maioria dos germes só se desenvolve em ambientes com altas umidades relativas, geralmente, acima de 90%.

Altas umidades relativas podem, também, estimular plantas mais altas e suculentas, enquanto que baixas umidades relativas, associadas a altas temperaturas, podem causar a queima das ponteiras das folhas.

A umidade relativa do ar no interior de um ambiente protegido é determinada diretamente pela temperatura, numa relação inversa entre ambas. Ela pode variar num período de 24 horas de 30 a 100%, sendo que diminui durante o dia e aumenta durante a noite.

Está vinculada ao equilíbrio hídrico das plantas, onde um déficit pode alterar a evapotranspiração, alterando a capacidade do sistema radicular de absorver a água e o nutriente. Dessa forma, o manejo da umidade do ar, também vai depender da cultura visando-se atender sua fisiologia de crescimento e desenvolvimento.

Para o manejo da umidade dentro do ambiente protegido é necessária a instalação de um higrômetro ou um termo-higrômetro. ão Transpiraç se Fotossínte EUA=

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A localização desse instrumento deve ser a mesma para o termômetro de máxima e mínima, isto é centro geométrico da instalação. Com o monitoramento, o produtor poderá previamente estabelecer as estratégias a serem adotadas no transcorrer da cultura para manter a umidade relativa dentro dos limites da faixa ideal de cada cultura.

Um efeito do excesso de umidade do ar no interior dos ambientes protegidos é a sua condensação na face interna do filme plástico de cobertura e conseqüente redução na transmitância da radiação solar. Para algumas culturas mais sensíveis, a queda dessas gotas promove o aparecimento de manchas nas plantas.

Atualmente existem no mercado filmes plásticos “antigotejo”, que auxiliam as gotas formadas a escorrer pelo lado interno do plástico para as laterais da estrutura. Deve-se ressaltar que o desenho da estrutura (formato) auxilia esse processo.

Para a ocorrência da maioria das doenças a umidade é um fator essencial, sendo que para elas terem um ótimo desenvolvimento, a umidade do ar deve estar acima de 80%. Portanto, através do manejo correto da umidade também se pode diminuir a incidência de doenças e conseqüentemente gerar redução no uso de defensivos agrícolas, diminuindo o custo de produção.

Salienta-se que o correto manejo da umidade também se faz necessário para a aplicação de defensivos agrícolas e fitorreguladores, sendo que esses produtos não devem ser aplicados com menos de 55% de umidade relativa, pois sua eficiência pode ser reduzida.

A alta umidade do ar também pode influir no aparecimento de desordens fisiológicas, como a deficiência de cálcio em folhas jovens em expansão, devido ao deficiente transporte desse elemento em função da restrição evapotranspirativa (Lorenzo Mínguez, 1998, citado por Martins et al. 1999).

Em algumas situações, o excesso de umidade dentro do ambiente protegido é proveniente da localização da estrutura. Isso ocorre quando ela é instalada em baixadas sujeitas ao acúmulo de neblina ou próximas aos lagos e represas. Nesses casos pouco se pode fazer; se possível, deve-se mudar a estrutura de local, pois o excesso de umidade durante o dia, ao reduzir a transpiração, pode reduzir a produção.

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Um dos tratos culturais que influencia diretamente a umidade relativa do ar no cultivo protegido é a irrigação, sendo que esta deve ser realizada corretamente, através de monitoramento por tensiometria ou pela evapotranspiração da cultura. No manejo da umidade do ar, a ventilação do ambiente pode auxiliar tanto para aumentar como para diminuir a mesma.

Altas temperaturas associado a altas valores de umidade podem levar a formação de verrugas sobre as folhas, necrosando o tecido; doenças no solo e foliares são mais agressivas e difíceis de serem tratadas, em alguns casos é necessário a mudança do local da casa de vegetação a cada intervalo de 2 anos.

Pragas atacam plantas que normalmente são hospedeiras no campo; explosão de pragas, insetos e ácaros o ano todo; falta de inimigos naturais para o controle; resistência por parte das pragas ao controle químico; dificulta a presença de agentes polinizadores, entre outras.

Outras medidas de manejo podem ser adotadas para se elevar a umidade, como a pulverização das plantas com água. Nesse caso a água pulverizada ao evaporar das plantas irá elevar a umidade e diminuir a temperatura. Também, se pode molhar os carreadores para aumentar a umidade, controlando sempre a quantidade de água colocada para que no final da tarde o chão dos carreadores estejam secos. E, finalmente, não se deve utilizar “mulching” plástico nos cultivos, em regiões ou épocas sujeitas a baixas umidades do ar.

Algumas pesquisas, em câmaras de crescimento, têm mostrado que a manutenção da umidade relativa ao redor de 65%, quando outro fator climático é mantido no seu nível ótimo, temperatura ou radiação por exemplo, promove o crescimento acelerado de mudas.

Outras pesquisas já sugerem a manutenção da umidade relativa num nível mínimo de 60%. Krisek et al. (1970) mostraram que o aumento da umidade relativa de 40 para 65% e com um programa de controle de temperatura diurna/noturna numa relação de 24/18oC aumentaram o desenvolvimento de mudas de diversas flores em duas a cinco vezes. Nessa mesma pesquisa o aumento da umidade relativa para 90% não provocou nenhum efeito estatisticamente significativo nos cultivares utilizados.

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Rawson et al. (1977) pesquisaram a resposta da umidade relativa sobre oito espécies de plantas crescidas próximas das condições ótimas e observaram que o déficit de vapor de água afetou a taxa de transpiração em todas as espécies, porém a fotossíntese não foi afetada pelas mudanças da umidade relativa sobre uma faixa de 0,8 a 2,2kPa de déficit de pressão de vapor de água.

Umidade relativa e absoluta como função da temperatura externa de estufas com simples e dupla cobertura, quando mantida a temperatura interna a 15,6oC.

Fluxo de ar sobre a folha favorece a convecção de calor sensível e latente pela redução da espessura da camada limite ou resistência, uma vez que a resistência “r” é inversamente proporcional a raiz quadrada da velocidade do ar, isto é:

5 0,

v

k

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Taxa de transpiração como uma função da temperatura foliar para vários valores de temperatura do ar e da resistência total de difusão (r).

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Umidades relativas (mínima, ótima e máxima) atmosféricas recomendadas para diversas culturas.

Velocidade do ar

Este parâmetro, velocidade do ar, é uma grandeza vetorial que inclui magnitude e direção, onde ambos são importantes para o dimensionamento e orientação das estufas e casas de vegetação. Direção é tão importante quanto a magnitude.

Cultura Porcentagem (%)

Mínima Ótima Máxima Abóbora Acelga Aipo Alface Berinjela Ervilha Feijão-Verde Melão Morangueiro Pepino Pimentão Tomateiro 65 60 65 60 45 65 50 60 60 70 50 40 70 - - - 55 - 60 65 65 75 60 50 80 70 80 80 70 75 80 75 80 90 70 60

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A velocidade do ar influencia muitos fatores que afetam o crescimento das plantas, tais como: transpiração, evaporação e disponibilidade de CO2. A temperatura da folha é diretamente afetada pela velocidade do ar e indiretamente pela evaporação.

A resistência da camada limite (r) de uma folha decresce com o acréscimo da velocidade do ar, então a evaporação aumenta, assim como aumenta a transferência de calor e o movimento de CO2 para dentro da folha. Krisek (1978) lista várias referências bibliográficas dos efeitos da movimentação do ar sobre as plantas. Neste trabalho enfatiza-se a afirmação de diversos autores sobre o fato da resistência da camada limite (r) tornar-se desprezível quando a velocidade do ar é maior que 1m/s.

Para a maioria deles uma velocidade do ar de 0,5 m/s é considerada ótima para o crescimento das plantas quando outros parâmetros climáticos estão sendo controlados, entretanto alguns autores sugerem velocidades do ar de até 1,5 m/s. Em geral, pode-se dizer que a velocidade do ar de 0,1 a 0,25m/s através da superfície foliar facilita a absorção de CO2. Já, para uma velocidade do ar de 0,5m/s sobre as folhas de uma planta há uma redução da absorção de CO2 pela planta. Para velocidades do ar acima de 1,0m/s o crescimento é inibido e acima de 4,5m/s danos físicos são causados nas plantas. Nestes casos a direção da movimentação do ar não alterou os resultados.

Ventilação Natural

As forças naturais disponíveis para movimentação de ar para dentro, através e para fora de uma instalação são:

» forças devido ao vento

e

» forças devido a diferença entre as temperaturas interna e externa da instalação.

A movimentação do ar pode ocorrer devido a uma dessas forças agindo sozinha ou pela combinação de ambas, sendo que os resultados irão variar com as mudanças de direção e intensidade do vento e com as variações de temperatura dentro e fora da instalação.

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O fluxo de ar devido ao vento, em torno e sobre as estruturas, cria as regiões nas quais a pressão estática é diferente da pressão estática do ar não "perturbado". A velocidade do vento, portanto, determina a pressão exercida no exterior da instalação. As pressões estáticas sobre a superfície da construção são, aproximadamente, proporcionais ao quadrado da velocidade do feixe de ar não perturbado. A velocidade equivale, neste caso, a velocidade do vento.

onde

Pe = pressão devido a velocidade do vento, Pa;

ρe = densidade do ar externo, kg/m3;

vv = velocidade do vento, m/s.

Ventilação Natural – Forças devido à diferença de temperatura

Quando a temperatura dentro de uma instalação é diferente da temperatura

externa, gradientes de pressão são criados devido à diferença de densidade do ar (peso específico). Quando a temperatura interna é maior que a externa, o ar quente sobe devido à diferença entre a força de empuxo e o peso do ar mais frio deslocado pela expansão do ar quente interno (“Efeito Chaminé”).

O fluxo de ar para dentro da estrutura vai ocorrer pelas aberturas inferiores à medida que o ar quente no interior sai pelas aberturas superiores. Nos ambientes para plantas, ventilados naturalmente, o efeito chaminé existe independentemente da velocidade do vento no exterior.

2

1

v e e

v

P

=

⋅

ρ

⋅

(11)

Visualização das forças envolvidas devido à diferença de temperatura. e onde logo: e onde: A = área, m2; H = Altura, m;

E = Força de empuxo, Pa;

G = Força devido à gravidade, Pa.

E e E

V

E

=

⋅

ρ

_G

=

_V

_E

⋅

ρ

_i

H

A

V

_E

=

_I

=

⋅

e

H

A

E

=

⋅

ρ

G

=

A

⋅

H

⋅

ρ

_i

(

e i

)

i e

_H

A

H

A

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A

P

A

R

A

G

E

P

∆

ρ

∆

₌

−

₌

⇒

=

⋅

−

⋅

=

⋅

−

r

(

)

i e e i e i i e i i e e

T

e

T

⋅

=

⇒

=

⇒

∝

ρ

1

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logo, tem-se:

por outro lado, a diferença de pressão provoca um deslocamento de ar, cuja velocidade é função do diferencial de pressão,

⇒⇒ ⇒⇒

onde:

v= velocidade do fluxo de ar, m/s; g= aceleração da gravidade = 9,81m/s2;

H= diferença em altura entre aberturas de entrada e de saída, m; Ti= temperatura absoluta interna, K;

Te= temperatura absoluta externa, K;

θ

= fator de redução = 0,3 a 0,5. Quando se observam velocidades muito baixas e as perdas são minimizadas, os valores de

θ

entre 0,6 e 0,7 são válidos. A literatura recomenda utilizar o valor de 0,5 para o fator de redução.

Ventilação Natural – Fluxo devido ao vento

Vários fatores devem ser considerados para se estimar o fluxo devido ao vento, a saber:

Velocidade média do vento;

Direção do vento predominante;

Variações diárias e sazonais da magnitude e direção do vento;

Interferências locais: estruturas próximas, árvores, encostas, etc.













₋

⋅

=

i e i e

T

H

P

ρ

∆

e e

_v

g

P

g

v

P

ρ

∆

ρ

∆

⇒

=

⋅

=

2













₋

⋅

=

i e i

T

H

g

v

2

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onde:

V= fluxo de ar devido ao vento, m3/s; AA= área livre de aberturas, m2;

vv= velocidade do vento, m/s;

E = eficiência das aberturas, adimensional.

O coeficiente de eficiência das aberturas (E) é tomado como 0,50 a 0,60 para ventos perpendiculares e 0,25 a 0,35 para ventos diagonais às superfícies. E = 0,35 é

um valor recomendado por literatura para estruturas agrícolas.

Como regra geral, pode-se dimensionar o sistema utilizando-se uma velocidade de 50% a 70% do valor da velocidade média sazonal dos ventos. A exatidão dos resultados obtidos pela equação do fluxo depende da localização das aberturas. As aberturas de entrada devem ser colocadas nas paredes voltadas para os ventos predominantes (barlavento) e não devem ser obstruídas por outros edifícios, árvores, etc.; enquanto que as saídas devem ser colocadas:

Nas paredes opostas aos ventos predominantes (sotavento);

Na cobertura, na área de baixa pressão causada pela passagem dos ventos; Nas paredes adjacentes às das aberturas de entradas onde ocorrem áreas de baixa pressão.

Ventilação Natural – Fluxo devido à diferença de temperatura

Sendo o fluxo volumétrico igual ao produto da área pela velocidade, pode-se

expressar o fluxo devido ao diferencial de temperatura como:

v A

v

A

E

V

&

=

⋅

(

)

i e i A DT i e i A DT v v A DT

T

H

g

A

V

T

H

g

A

V

v

A

V

−

⋅

=

⇒













₋

⋅

=













=

⇒

⋅

=

2

2 2 2

θ

&

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Onde VDT = fluxo devido à diferença de temperatura, m3/s. Efeito de aberturas desiguais

A maior vazão de ar por unidade de área das aberturas ocorre quando as áreas das entradas e das saídas são iguais. Aumentando-se as áreas de saída em relação às áreas de entrada, ou vice-versa, aumentar-se-á a vazão de ar, porém, não na mesma proporção da área aumentada. Na prática, havendo aberturas desiguais, deve-se utilizar a menor área, e adicionar-se o aumento, conforme determinado pelo incremento (I), encontrado utilizando-se a razão entre as áreas da figura seguinte:

Como o incremento deve ser multiplicado pela menor área, para se obter a área efetiva (Aefetiva), isto é:

A

I

menor efetiva

=

⋅

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Ventilação Natural – Efeitos combinados do vento e da diferença de

temperatura.

O modelo de diferenças de pressão que agem numa instalação depende da magnitude de todas as fontes agentes de pressão e da distribuição das aberturas de entrada e saída da instalação. Deve-se notar que quando os efeitos são combinados, o fluxo efetivo resultante não é igual à soma dos fluxos calculados separadamente. Um método relativamente simples para determinar o fluxo efetivo consiste em:

Estimar os fluxos separadamente (QV e QDT)

Determinar o fluxo total pela soma dos fluxos envolvidos:

Calcular a razão (R) entre o fluxo devido ao diferencial de temperatura e o fluxo total:

Utilizando a figura seguinte, determinar o fator multiplicativo (M) para estimar o fluxo efetivo (Qefetivo) em função do fluxo devido à diferença de temperatura.

DT V

T

Q

&

=

&

+

&

T DT

Q

R

_&

&

=

DT efetivo

M

Q

M

R

⇒

&

=

∗

&

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Imagem cedida por Cícero Leite

(18)

onde:

= taxa de ventilação mínima, para arraste do vapor de água interno, m3/s;

= produção (ou geração) de vapor de água interna ((evapo)-transpiração, geração de umidade), kgv/s;

= densidade do ar, medido nas condições internas, kga/m3;

= variação da umidade específica entre as condições internas e externas; kgv/kga.

(

i e

)

p O H

m

V

ω

ρ

−

=

&

2 O H V 2 & p m& ρ

(

ω

i−

ω

e

)

(19)

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(21)

Imagem cedida por Wellington Mary

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