Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação: Fundamentos, aplicações e desenvolvimentos

Sistema Irrigas para Manejo de Irrigação: Fundamentos, aplicações e desenvolvimentos

(Parte 4 de 7)

Parte 1 Fundamentos e aplicações

CAPÍTULO 3

ORIGEM E TIPOS Adonai Gimenez Calbo & Washington L.C. Silva

Neste capítulo são apresentados a origem e uma série de modelos de sensores Irrigas, alguns dos quais nem mesmo são fabricados de elementos porosos, como as cerâmicas e certas resinas plásticas. A inspeção visual destes sensores exóticos e a leitura de seu funcionamento, certamente são esclarecedoras e deverão ser úteis para aqueles que procuram novas soluções tecnológicas entre estes sensores.

1# Como surgiu o Irrigas?

Surgiu de um trabalho de desenvolvimento de uma sonda de pressão para ser usada para medir a pressão no interior de órgãos vegetais, com a introdução de um tubo capilar pontiagudo e cheio de óleo nas células. Em 1999, pouco tempo após o desenvolvimento da sonda de pressão termoelástica, havia interesse em usá-la para medir pressões negativas no xilema e nos tecidos das paredes celulares de raízes de cenoura. Neste sistema, a cavitação (redução da pressão até a formação de bolhas) no interior do tubo de vidro da sonda durante as medições da tensão com que as plantas succionam a água do solo (tensão do xilema) foi uma limitação em períodos prolongados de medição. No decorrer desse trabalho, que foi associado ao uso de cerâmicas, a utilidade do fenômeno de cavitação nesses materiais para aplicação ao manejo de irrigação começou a ser percebida e delineada. A seguir, logo que o Irrigas básico estava pronto, na fase final, pesquisadores da área de Irrigação consideraram a novidade prática e interessante para justificar o lançamento comercial deste tipo de produto (Fig. 3.1).

2# O Irrigas precisa ser feito de cerâmica?

Não necessariamente. Os melhores sensores

Irrigas, entretanto, em termos de rapidez de resposta e molhabilidade, até o presente, foram fabricados de cerâmica porosa. No entanto, o Irrigas pode ser fabricado de outras maneiras e com outros materiais, como resinas plásticas porosas e com juntas de vidro com poros de diâmetro adequado aplicados na forma de ranhuras (Fig. 3.2) e de juntas nas quais os poros de diâmetros apropriados são obtidos com um tecido poroso comprimido entre duas placas. Nestas construções, tipicamente a pressurização é feita através de um tubo de entrada de ar centralizado. A determinação de Tc destes sensores pode ser feita com medidas de pressão de borbulhamento, com pressão de ar crescente a partir de zero para medir Td

Capitulo 3 Origem e tipos

(início de borbulhamento) e com pressões decrescentes a partir de pressões superiores a Td quando se deseja medir Ts (fim de borbulhamento).

3# Qual o menor sensor Irrigas possível? Quais são as suas limitações?

O menor sensor Irrigas possível é um capilar de ponta cônica com a tensão crítica que se deseje. Em tese este poderá se tornar um instrumento poderoso de análise rápida da tensão de água, possivelmente de tensões inferiores a 1000 kPa. Para que a resposta seja rápida este sensor precisará ser operado com pressurização contínua no modo tensiômetro a gás. Operado no modo comum do Irrigas a resposta poderia ser extremamente lenta pois o capilar enche-se de água quando o solo está úmido e depois perderia água muito lentamente durante a secagem.

Dentre as limitações deste sistema pode-se citar:

a) fragilidade, que pode ser superada com um bom desenho e com apropriado processo de fabricação; b) necessidade de calibração individualizada; c) enchimento lento do capilar com água em solo/planta úmidos, dificuldade que pode ser superada com o uso de tensiometria a gás;

d) o contato com a amostra pode ocorrer principalmente por via gasosa; e) requer fluxos de ar extremamente diminutos para que possa ser adequadamente utilizado em tensiometria gasosa, ao menos em tensiometria gasosa de fluxo constante;

f) caso utilizado com tensiometria gasosa com fluxos de ar elevados (seco) através do capilar, causa erro na estimativa da tensão de água, ao menos em tensiometria gasosa de fluxo constante;.

g) o volume morto do sistema de compressão de gás precisa ser extremamente diminuto.

Como se pode perceber, o preparo de sondas de pressão utilizando este tipo especial de sensor Irrigas é fascinante para pesquisa e para o desenvolvimento de novas metodologias. No entanto, possivelmente, as aplicações destes novos sensores deverá ser mais para aplicações científicas, nas quais exatidão, localização exata e alta velocidade de resposta são os fatores distintivos do sensor a ser utilizado.

Espera-se que em futuro breve estes novos sensores Irrigas ultra miniatura venham a se tornar importantes em laboratórios de solos e de biologia vegetal.

4# Como perceber qual sensor Irrigas possui maior Td?

Por enquanto as cápsulas porosas de um mesmo fabricante podem ser ordenadas de forma crescente em termos de Td, olhando-se e manuseando-se as cápsulas porosas. As cápsulas de menor Td são mais grosseiras, isto é, possuem poros maiores. Espera-se, no entanto, que

Capitulo 3 Origem e tipos cápsulas Irrigas de diferentes Td também sejam produzidas em cores diferentes, para evitar a necessidade de testes para aferir o valor correto de Td no campo.

5# Há formas alternativas de construção do Irrigas?

O desenho do Irrigas é função da criatividade e da aplicação. Assim, além do Irrigas com tubo flexível pode-se construir o Irrigas de outras formas. Veja-se, por exemplo, o Irrigas com haste rígida (Fig. 3.3) e transparente com a terminação superior em curva. Para verificar se o solo está “seco”, neste modelo, um copo com água é introduzido no tubo, por baixo. Se a água do copo entrar no tubo é porque o solo está “seco”, e o sensor Irrigas permeável ao ar. Na figura 3.4 ilustra-se um Irrigas colado ao corpo de um sinalizador de irrigação (detalhes no capítulo 6). Neste modelo, a pressurização é feita removendo-se a cuba (3) e fixando-a novamente com auxílio da tampa perfurada (4). Enquanto o solo está úmido o sensor Irrigas permanece impermeável e a água não entra na cuba (3). Quando o solo seca, então, a água entra na cuba fazendo o nível interno da água igualar-se ao nível externo. Logo que houver esta despressurização a irrigação deve ser aplicada. Outra construção interessante é o Irrigas de três profundidades (Fig. 3.5), no qual cada cápsula porosa tem saída distinta para fazer o teste de pressurização.

6# O sensor Irrigas pode ser fabricado com qualquer tensão crítica?

Sim. Estão disponíveis no mercado sensores Irrigas com cápsulas de diferentes tensões críticas (ex. 10, 25 e 45 kPa). Adicionalmente, as cápsulas de tensiômetros comuns com tensão crítica entre 80 e 120 kPa podem ser adaptadas para uso no modo Irrigas.

No caso de usar-se cápsula de tensiômetro comum é conveniente ligar-se pelo mês três sensores (Irrigas) em paralelo. Isto não só melhora a amostragem da tensão de água no solo como também melhora a condutividade ao ar quando o solo torna-se mais seco que esta tensão crítica.

Tem havido dificuldades técnicas para fabricar-se cápsulas porosas robustas com tensão crítica de dessorção (Td) inferior a 10 kPa. Irrigas de 7 kPa para testes experimentais tem sido fabricados, no entanto, estas cápsulas requerem manuseio mais cuidadoso. Espera-se que a indústria desenvolva sensores Irrigas de 5 kPa para cultivos em substratos que sejam suficientemente firmes para serem comercializadas.

Uma solução interessante para resolver esta limitação é o uso de sensores Irrigas de placas justapostas. Se uma das placas justapostas for de cerâmica, a resposta torna-se rápida mesmo quando usada no método simples de imersão da cuba. Se forem duas placas justapostas de vidro ranhurado, este sistema funciona bem com sinalizador e com tensiometria. A razão disto é que a pressurização constante diminui muito a troca de água necessária para a resposta.

Capitulo 3 Origem e tipos

7# O meio poroso para a fabricação do Irrigas pode ser simplesmente um tecido? Que propriedades este tecido precisaria ter?

Sim. Tecidos porosos podem ser utilizados para fabricar sensores Irrigas de baixa tensão critica. Na figura 3.6 está um modelo de sensor Irrigas preparado com tecido poroso. Além da tensão crítica confiável, o tecido requer boa molhabilidade e durabilidade no solo. Adicionalmente, a construção do sensor com tecido precisa ser tal que assegure a manutenção de um bom contato hidráulico com o solo.

8# Qual a importância do tamanho e da forma da cápsula porosa do Irrigas?

A região do solo amostrada pelo sensor Irrigas depende da forma e do volume da cápsula porosa. Quanto maior o sensor, maior a possibilidade de que esta se avizinhe de um número maior de raízes por volume de solo próximo à média que se procura amostrar. Se este arrazoado é válido, então, indica que sob este ponto de vista técnico é valioso utilizar sensores maiores. Uma outra alternativa é utilizar dois ou mais sensores ligados em paralelo (Fig. 3.7).

Sob o ponto de vista de resposta, a velocidade é tanto mais alta quanto menor for a cápsula porosa do Irrigas. Como uma propriedade do tipo difusão aparente, a velocidade de resposta aumenta com o inverso do quadrado da espessura da cápsula. Usualmente, com o sensor Irrigas instalado permanentemente no solo esta rapidez é pouco importante. No entanto, rapidez é indispensável em tensiômetros a gás portáteis.

A fabricação de cápsulas porosas maiores está associada à necessidade de melhores embalagens, da ocupação de maiores volumes e ao pagamento de fretes maiores, além de gastar mais material. Assim, comercialmente o Irrigas de cápsulas volumosas seria um produto mais caro.

Tendo-se em vista estas tendências tem-se dado prioridade à construção de sensores alongados e com cerca de 3 cm de diâmetro e suficiente resistência mecânica, porque estes são mais fáceis de instalar no solo perfurado com o auxílio de um trado.

Para controle de irrigação de vasos, cápsulas alongadas (>5 cm) com 0,7 a 2 cm de diâmetro são adequadas.

9# O que é Irrigas mini? Quais os tipos disponíveis?

Trata-se simplesmente de sensores Irrigas de dimensões diminutas. Por enquanto, os principais usos tem sido para regadores automáticos (regavaso), um tipo de Irrigas com tensão crítica da ordem de 15 kPa ou menor (Figura 3.8) e Irrigas mini para tubetes com tensão crítica da ordem de 10 kPa.

Para maior precisão, três ou mais destes sensores mini podem ser ligados em paralelo e utilizados para fazer

Capitulo 3 Origem e tipos efetiva amostragem da umidade de canteiros de mudas, por exemplo, seja ou não com a finalidade da automatização.

10# Qual a importância do diâmetro do sensor Irrigas?

Irrigas com cápsulas de diâmetro menor responde às variações de umidade de maneira mais rápida e são mais fáceis de inserir no substratos de vasos. Para aplicações de tensiometria a gás, nas quais resposta rápida é importante, sensores Irrigas de pequeno diâmetro são preferíveis.

Sensores Irrigas alongados e de pequeno diâmetro são muito interessantes para uso prático, no entanto há que se tomar cuidado para que estes sensores não sejam muito frágeis.

1# O que é sensor Irrigas de alto desempenho? Quais suas aplicações?

Também denominados sensores bifaciais, são sensores Irrigas com uma parte interna na qual só penetra água filtrada e ar (Fig. 3.9). Assim, graças a adição de uma câmara ou cavidade de segurança este tipo de sensor Irrigas pode operar sem sofrer alteração da tensão crítica, mesmo em condições desfavoráveis, como por exemplo o uso em solos orgânicos, e até mesmo quando utilizado em regadores de pressão negativa que sabidamente sujam os sensores Irrigas.

As construções dos sensores Irrigas de alto desempenho podem ser variadas, dependendo da aplicação que se tenha em vista.

12# O que é sensor Irrigas multi escala?

É um tipo de Irrigas de alto desempenho com duas ou mais tensões críticas (Td). Um modelo simples de Irrigas com dois valores de Td está ilustrado na figura 3.10. Com este tipo de sensor se atribui duas ou mais escalas de leitura a um tensiômetro a gás. O Irrigas de tensão critica menor é colocado internamente.

13# Existe Irrigas para medir tensão de água em plantas?

Ainda não. O problema é que as plantas desenvolvem tensões de água muito elevadas. Cerâmicas com tensões críticas muito elevadas possuem baixa condutividade hidráulica e sob tensão de água maior que Td possui também baixa condutividade ao ar. Estas dificuldades, no entanto estão sendo trabalhadas e esperase que em breve hajam sensores Irrigas para medir tensão de água em plantas.

14# Um sensor Irrigas pode ser formado pela união de várias cápsulas porosas?

Isto está se tornando bem usual. Irrigas com duas ou mais cápsulas porosas unidas a um único tubo de leitura propicia melhor amostragem da umidade do solo e economiza tempo de medição. Evidentemente, medir cada

Capitulo 3 Origem e tipos sensor individualmente é melhor, porém tende a ser muito trabalhoso (Fig. 3.7).

15# Para que serve sensor Irrigas com enchimento na cavidade da cápsula?

Em sistemas nos quais velocidade de resposta é importante, o uso de sensores Irrigas com sua cavidade tomada por um enchimento feito de material inerte, como por exemplo um cilindro de nylon (Fig. 3.1), é usado para reduzir o volume morto. A importância deste tipo de enchimento é obter uma velocidade de resposta maior em aplicações de tensiometria a gás, nas quais o fluxo de gás aplicado precisa ser reduzido. Sensores especiais deste tipo em geral são ligados ao sistema de medição por tubos de pequeno diâmetro.

16# Quais as formas de fixação do tubo à cápsula porosa, na fabricação?

As formas mais comuns de fixar o tubo à cápsula porosa são os encaixes mais comuns por dentro e por fora da tampa fixada à cápsula porosa do Irrigas (Fig. 3.12), usualmente sem o uso de colagem. Em Irrigas miniatura, por outro lado, o tubo pode ser colado diretamente à cápsula porosa com cola de PVC, epoxi ou outro adesivo resistente à água.

Quando o tubo é encaixado por fora, é comum, então, que ocorra que ocorra relaxamento do tubo plástico no tempo, o que pode tornar a vedação precária. Para solucionar este problema, serve tanto a colagem quanto o encaixe externo de um anel ou anilha de vedação que aperta o tubo contra o bico da tampa.

17# Haveria interesse específico em fabricar sensores Irrigas de modelos diferenciados para cápsulas porosas de tensão crítica muito reduzida e muito elevada?

Sim. Sensores Irrigas de tensão crítica inferior a 10 kPa tendem a ser muito quebradiços. Como nestes sensores a condutividade ao ar tende a ser elevada em tensões de água acima do valor crítico, então o uso de sensores arredondados e praticamente sem cavidade como ilustrado na figura 3.13A é uma forma efetiva de assegurar robustez suficiente.

Durante a queima ou sinterização de cápsulas porosas de sensores Irrigas de tensão de água muito superiores a 40 kPa é comum a ocorrência de trincas. Adicionalmente, a condutividade ao ar acima da tensão crítica nestes sensores é reduzida o que torna a resposta mais lenta quando se utiliza o teste de imersão. Estes dois problemas podem ser resolvidos fabricando sensores Irrigas com elemento poroso planar, de pequena espessura como ilustrado no sensor Irrigas da figura 3.13 B.

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