Automação de sistema de irrigação Baseado na umidade do solo
Automation of the irrigation system Based on soil moisture
DOI:10.34117/bjdv6n1-322
Recebimento dos originais: 30/11/2019 Aceitação para publicação: 28/01/2020
Camila Dias de Jesus
Mestre em Engenharia Aplicada e Sustentabilidade pelo Instituto Federal Goiano Instituição: Instituto Federal de São Paulo – Câmpus Presidente Epitácio
Endereço: Rua José Ramos Junior, 27-50 - Jardim Tropical - Presidente Epitácio - SP - Brasil E-mail: camila.dias@ifsp.edu.br
Márcio da Silva Vilela
Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Uberlândia Instituição: Instituto Federal Goiano– Câmpus Rio Verde
Endereço: Rodovia Sul Goiana, Km 01, Zona Rural - Rio Verde – GO – Brasil E-mail: marcio.vilela@ifgoiano.edu.br
Leonardo Nazário Silva dos Santos
Doutor em Engenharia Agrícola pela Faculdade de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Campinas
Instituição: Instituto Federal Goiano– Câmpus Rio Verde
Endereço: Rodovia Sul Goiana, Km 01, Zona Rural - Rio Verde – GO – Brasil E-mail: leonardo.santos@ifgoiano.edu.br
Ana Carolina Bueno Borges
Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo Instituição: Instituto Federal de São Paulo – Câmpus Presidente Epitácio
Endereço: Rua José Ramos Junior, 27-50 - Jardim Tropical - Presidente Epitácio - SP - Brasil E-mail: ana.bueno@ifsp.edu.br
Murillo Vieira dos Santos
Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Goiás Instituição: Universidade Federal de Goiás
Endereço: Av. Universitária, n.º 1488 - Setor Leste Universitário, Goiânia – Goiás E-mail: murisantosifg@gmail.com
RESUMO
Dentre os setores da economia, o setor agrícola é responsável pelo maior consumo de água doce, pois necessita de grande quantidade de água no processo de irrigação. Para minimizar esse consumo, o processo de irrigação exige um estudo ou medição das necessidades hídricas do solo de acordo com a cultura utilizada. Diante disso, este trabalho tem por objetivo realizar o manejo da irrigação com base nos dados de umidade do solo fornecida por sensores capacitivos. Os sensores foram instalados na área de cultivo, determinando o momento adequado para a irrigação. Uma interface web foi elaborada, possibilitando ao usuário do sistema de irrigação, monitorar a umidade do solo e habilitar ou desabilitar a irrigação automática do sistema.
ABCTRACT
Among the sectors of the economy, the agricultural sector is responsible for the highest consumption of fresh water, as it requires a large amount of water in the irrigation process. To minimize this consumption, the irrigation process requires a study or measurement of the water needs of the soil according to the crop used. Therefore, this work aims to carry out irrigation management based on soil moisture data provided by capacitive sensors. The sensors were installed in the cultivation area, determining the appropriate time for irrigation. A web interface was developed, allowing the user of the irrigation system, to monitor soil moisture and enable or disable automatic system irrigation. Key words: Microsprinkler, Raspberry PI.
1 INTRODUÇÃO
Em algumas regiões do Brasil, como o semiárido brasileiro, a irrigação é fundamental, pois viabiliza o fornecimento de água para diversas culturas. A implantação de sistemas de irrigação requer uma quantidade significativa de água disponível e apresenta um custo elevado (haguenauer, 2016). Por isso, um projeto bem elaborado, anteriormente à fase de implantação do sistema de irrigação, é essencial para evitar desperdícios de recursos hídricos, além de gastos desnecessários com equipamentos, decorrentes, por exemplo, de um dimensionamento indevido.
O projeto deve considerar um estudo ou medição das necessidades hídricas do solo de acordo com a cultura utilizada, de modo a evitar o aumento do custo de implantação e a operação inadequada do sistema de irrigação (junior el al., 2017). Dentre as formas de avaliar as necessidades hídricas do solo, pode-se usar os sensores de umidade do solo, ou se utilizar de dados das estações meteorológicas próxima ao local de cultivo.
Os sensores de umidade do solo são responsáveis por verificar a umidade do solo, sendo esta variável comumente utilizada para a determinação do momento adequado para a irrigação (matos, 2017). O desejável é que a irrigação seja automática, levando em conta o momento adequado, e o fornecimento de recursos hídricos em quantidade necessária para o cultivo. Diante disso, este trabalho tem por objetivo automatizar o processo de irrigação por meio do uso de sensores de umidade do solo e interface web.
2 MATERIAL E MÉTODOS
Esta pesquisa emprega o método indutivo, a pesquisa quantitativa e a pesquisa de campo do tipo experimental. O estudo foi realizado no Instituto Federal de São Paulo – Presidente Epitácio (21°47'05"S 52°06'41"W).
Para o desenvolvimento desta pesquisa, foram utilizados essencialmente os seguintes elementos: dois sensores de umidade do solo, Raspberry PI, bomba d’água trifásica, inversor de frequência e reservatório de água. Optou-se pela implantação de um sistema de irrigação por
microaspersão que foi dimensionado com base nas equações de Darcy-Weisbach. O Raspberry PI consiste em um computador de pequeno porte e funciona como cérebro do sistema, é o responsável pela tomada de decisão de irrigar ou não o cultivo, com base nos dados de umidade do solo detecta por sensores instalados no local de plantio. Para isso o Raspberry PI envia um sinal elétrico para o inversor de frequência, responsável por acionar a bomba d’água. A irrigação também pode ocorrer por meio de comandos enviados pelo operador do sistema através de uma interface web acessada a partir de qualquer dispositivo com acesso à internet. O operador pode, por exemplo, interromper ou adiar a irrigação, caso ocorra alguma previsão de chuva. A água destinada à irrigação foi armazenada em um reservatório para a posterior aplicação na área de plantio, o reservatório simulou um rio, poço ou outro, pois geralmente em um sistema de irrigação real a água provém destes locais. Para que a irrigação ocorra é então necessário o bombeamento da água do reservatório para o local de plantio.
Para facilitar o entendimento do funcionamento do sistema de irrigação automático, um diagrama é apresentado na figura 1, o mesmo ilustra o funcionamento do sistema desenvolvido.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
O sistema de irrigação automático foi montado no Instituto Federal de São Paulo – Câmpus Presidente Epitácio. A interface Web implementada, permitiu o gerenciamento e a supervisão do sistema de irrigação remotamente. Na Interface são verificados os dados da umidade do solo detectada pelos sensores.
O sistema de irrigação desenvolvido funciona de modo que a irrigação deverá ocorrer sempre que os sensores detectarem que valor da umidade do solo, se encontra inferior ao valor mínimo de umidade estabelecida em programação, nesse momento o sistema de irrigação deve entrar em funcionamento. Na prática da irrigação, esse valor mínimo corresponde ao teor de umidade no qual a planta não consegue mais retirar água do solo, é o denominado ponto de murcha permanente.
No sistema implementado, caso a umidade do solo detectada pelos sensores, esteja acima do valor máximo de umidade estabelecida em programação, a irrigação deve parar. Esse valor máximo de umidade do solo é denominado capacidade de campo, corresponde à capacidade máxima do solo em reter água, acima da qual ocorrem perdas por percolação de água no perfil ou por escorrimento superficial.
O trabalho desenvolvido pode ser aplicado em áreas pequenas de cultivo, assim como áreas mais extensas de plantio. É importante considerar que em sistemas de porte maior que o implementado neste trabalho é consideravelmente necessária a utilização de um número maior de sensores, isso para que área de cultivo seja considerada de forma abrangente e se tenha uma leitura mais precisa da umidade do solo para que o sistema tome a decisão correta de irrigar ou não o cultivo.
4 CONCLUSÃO
Este trabalho teve como objetivo, automatizar um sistema de irrigação com base nos dados de umidade do solo e por meio de comando enviado pelo usuário do sistema de irrigação a partir de um dispositivo móvel.
Por fim, esta pesquisa poderá auxiliar de forma significativa os produtores rurais na irrigação de suas plantações, isso por promover a gestão de água e tornar o procedimento de acionamento do sistema de irrigação cômodo e prático.
REFERÊNCIAS
HAGUENAUER, G. M. Tecnologias de irrigação e o uso eficiente da água: o caso do gotejamento subsuperficial. Rio de Janeiro. p.64, 2016. Dissertação.
JUNIOR, J. A. J.; SALES, D. L. A.; PEREIRA, R. M.; RODRIGUEZ, W. D. M.; CASAROLI, D.;
EVANGELISTA, A. W. P.. Viabilidade ecônomica da irrigação por pivô central nas culturas de soja, milho e tomate. Pesquisa Agropecuária Pernambucana, v. 22, n. u, 2017.
MATOS, R. M.; NETO, J. D.; LIMA, A. S.; SILVA, P. F.; BORGES, V. E.; SOBRINHO, T. G. Teor de umidade por diferentes métodos em neossolo do semiárido brasileiro. Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, v.11, n.4, p. 1588 - 1597, 2017.
Figuras
