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

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

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Alternativamente a medida de tensão de água no solo pode ser feita empregando-se a tensão crítica de sorção Ts, ou tensão crítica de umedecimento, da cápsula porosa do Irrigas de acordo com a equação T = Ts – P onde T é a tensão de água do solo, planta ou outro substrato sob medição e Ts é a tensão crítica de sorção, ou umedecimento, da cápsula porosa.

Evidentemente a secagem do solo é o processo determinante para estabelecer o momento de irrigar, e a questão de se usar o tensiômetro a gás no modo secagem (dessorção) ou umedecimento (sorção), no entanto, é uma questão metodológica.

Comparativamente com o tensiômetro comum, o tensiômetro a gás tem as seguintes características superiores: a) não requer o periódico enchimento da cavidade da cápsula porosa e do tubo com água; b) pode ser fabricado para oferecer resposta rápida mesmo sob tensões de água elevadas (>100 kPa).

1# Quais são os pressupostos de uso de um tensiômetro a gás?

Os pressupostos de uso de um tensiômetro a gás são:

a) equilíbrio de tensão de água entre o solo, ou substrato, e a cápsula porosa.

b) pressurização suficientemente lenta de modo que o pressuposto de equilíbrio de tensão de água continue válido; c) a tensão da água sob medição é menor que Td nos instrumentos que operam em dessorção, secagem da cápsula porosa; d) a tensão da água sob medição é menor que Ts nos instrumentos que operam em sorção, ou umidificação da

Capítulo 5 Tensiômetros a gás e aplicações cápsula porosa.

2# Quais os modos de operação de um tensiômetro a gás?

Dentre outros modos, o tensiômetro a gás pode ser operado sob: pressão de gás constante, pressão de gás crescente, pressão de gás decrescente, fluxo laminar de gás aproximadamente constante através do elemento poroso e sob permeação, difusiva, constante de um gás marcador através do elemento poroso.

3# Como funciona um tensiômetro a gás de fluxo estacionário?

Um tensiômetro a gás deste tipo pode ser construído com um cilindro de gás comprimido, um registro e um manômetro ligados através de uma bifurcação, a um sensor Irrigas (Fig. 5.1, 5.2). Para operá-lo, inicialmente ajusta-se o fluxo de gás que irá atravessar a cápsula porosa entre 1 e 10 ml min-1 de acordo com cápsula porosa utilizada.

A resposta do tensiômetro de fluxo estacionário à tensão da água é dada pela expressão T = Ts - P, onde T é a tensão da água, P é a pressão gasosa medida e Ts é a tensão crítica de sorção, ou de umedecimento, que é em módulo igual à pressão em que cessa o borbulhamento de uma cápsula porosa do Irrigas imersa em água. A faixa de trabalho do tensiômetro a gás de fluxo constante é limitada pela tensão crítica de sorção (Ts) da cápsula porosa que for empregada.

Na prática, este tipo de tensiômetro funciona melhor em tensões de água abaixo de 100 kPa, porém pode funcionar em tensões de até 400 kPa, ou mais. Em cápsulas porosas de Ts elevado, a baixa condutividade ao gás por fluxo laminar limita a aplicação deste método. Porém, cabe apontar que outras possibilidades tecnológicas estão sendo desenvolvidas para aplicar tensiometria a gás em tensões de água muito superiores a 400 kPa, que são úteis para o estudo de fisiologia vegetal, por exemplo.

4# Quais são os parâmetros mais importantes em um tensiômetro a gás de fluxo constante?

Primeiro na cápsula porosa são fundamentais a tensão crítica (Ts), o comprimento, o diâmetro, a espessura da parede e o volume morto de sua cavidade. Segundo, a regulação do fluxo de gás deve propiciar o maior fluxo de gás que cause um erro aceitável, na estimativa da tensão crítica de sorção (Ts). Terceiro, o volume morto total que é obtido somando-se os volumes mortos contidos nos tubos, na cápsula porosa e no manômetro, deve ser o menor possível, visto que o tempo de meia-resposta do instrumento é proporcional a este volume. Finalmente, a permeabilidade ao ar da cápsula porosa é tanto menor quanto maior for Ts.

Capítulo 5 Tensiômetros a gás e aplicações

5# Como selecionar o compressor de ar?

O compressor de ar deve aplicar o fluxo de ar necessário à operação do tensiômetro a gás a uma pressão que seja pelo menos duas vezes maior que a tensão crítica da cápsula porosa dos sensor Irrigas empregado. Evidentemente, a potência do compressor de ar deve ser tão reduzida quanto possível, para que se evite desperdício de energia.

5# O erro no fluxo de gás em um tensiômetro a gás de fluxo constante é relevante?

Sim, veja que Ts deve ser determinado com o fluxo de gás diminuindo em direção a zero. Adicionalmente, para haver passagem de um fluxo de gás através de um elemento poroso cria-se um gradiente de pressão, de acordo com a equação de Poiseuille. Sabe-se que sob fluxo tendendo a zero, a resposta que relaciona a tensão da água estimada no solo e a pressão lida é dada por T = Ts - P Onde, T é a tensão da água, P é a pressão gasosa medida e Ts é a tensão de sorção da cápsula porosa do Irrigas. Sob fluxo de gás maior que zero, os valores de P de Ts estão aumentados. Felizmente, o erro na estimativa de P e de Ts tem sido crescentes, porém similares dentro de limites de fluxo aceitáveis, característicos para cada cápsula porosa empregada. Desse modo, a diferença entre as estimativas de P e Ts também continua sendo uma estimativa apropriada da tensão de água da amostra sob estudo. Por esta razão, leituras em tensiômetro a gás e em tensiômetros comuns de amostras com tensão de água ajustada em câmara de Richards tem sido similares mesmo quando se usam fluxos que variam de 0,5 ml min-1 a mais de 50 ml min-1 em cápsulas de Irrigas comuns.

6# Porque o fluxo de gás que atravessa um capilar permanece quase constante e independente da umidade do solo quanto a pressão de saída do compressor é pelo menos duas vezes maior que Td?

Considerando-se a compressibilidade dos gases, a equação Poiseuille para representar o fluxo laminar de um gás através de um capilar pode ser aproximada pela equação:

dV/dt = pi (P12 – P22) R4 / 16 L η P0Eq. 1

onde, V é o volume de ar, t é o tempo, P1 é pressão de entrada no capilar, P2 é a pressão de saída no capilar e P0 é a pressão em que medimos o fluxo de ar (usualmente a pressão local), pi é o valor 3.1416, L é o comprimento do tubo capilar, e η é a viscosidade do ar (Moore, 1972),.

De acordo com esta expressão (Eq. 1), a diminuição de fluxo (F) através de um capilar ligado ao Irrigas em um tensiômetro a gás de “fluxo constante” é dado pela expressão:

F = (P12-P22)/(P12-P02)Eq. 2

onde, P1 é igual a pressão ambiente (P0) mais a pressão adicional gerada pelo compressor e P2 é a pressão local

Capítulo 5 Tensiômetros a gás e aplicações mais a pressão de borbulhamento (Td) da cápsula porosa utilizada. Evidentemente, o fluxo seria perfeitamente constante se a razão r fosse igual a 1 (um). Na prática, há sempre uma diminuição do fluxo através do sensor Irrigas conforme o solo seca.

Para verificar o efeito da pressurização gerada pelo compressor considera-se o caso de uma cápsula porosa Irrigas de 25 kPa e de compressores que gerem pressurizações de entrada no capilar de 2, 3 e 4 vezes este valor de Td (25 kPa). A pressão ambiente considerada neste exemplo será de 100 kPa.

Neste exemplo, com a aplicação da equação 2, verifica-se que o fluxo diminui de 1 para 0,58 quando o solo umedece no caso do compressor que aumenta a pressão em 2 X Td (P1=150 kPa), diminui de 1 para 0,75 ao umedecer no caso do compressor que aumenta a pressão

em 3 X Td e (P1=175 kPa) e diminui de 1 para 0,8 quando o solo umedece no caso de 4 X Td (P1=200 kPa). Desse modo, verifica-se que caso o compressor gere uma pressão

de entrada algumas vezes superior à tensão crítica (Td) do Irrigas, então o fluxo de gás que passa através do sensor torna-se próximo a constante. Em outras palavras, com pressão elevada de entrada o capilar ajusta o fluxo de ar através do sensor Irrigas de modo a torná-lo praticamente independente da umidade do solo.

7# É possível fazer leitura direta de tensão de água com sensor Irrigas da mesma forma que se faz em um tensiômetro comum?

É possível, porém para isto é necessário o uso de um equipamento apropriado que tenha um ajuste de zero. Sem acessórios eletrônicos há pelo menos duas formas de obter leitura direta de tensão de água no solo por tensiometria gasosa de fluxo constante que podem ser realizadas com o equipamento exemplificado na figura 5.3, que contém um manômetro diferencial e duas entradas de ar com capilares idênticos, que usualmente não deixam passar fluxo de ar maior que 1,0 ml min-1. A pressão de entrada de ar nestes capilares usualmente é ajustada em valor pelo menos 4 vezes maior que a pressão de borbulhamento das cápsulas porosas dos sensores Irrigas empregados.

A primeira forma de fazer leitura direta com este tensiômetro a gás é utilizando-se de dois micro sensores Irrigas idênticos, isto é, com a mesma tensão crítica de sorção Ts e, preferencialmente, de mesmo modelo. Neste uso, o mini sensor imerso em água é utilizado como referência e o segundo sensor é inserido no solo para fazer a leitura. Com o sensor de leitura também imerso, a leitura de tensão de água deve ser igual a zero. A seguir remove-se o sensor de medida da água e remove-se o excesso de água com uma toalha. Veja-se que ao passar a tolha já se estabelece uma diferença de tensão de água entre os dois sensores. A seguir, o sensor Irrigas de medida é imerso no solo e a leitura é tomada assim que haja estabilização de

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