Instrumentação e controlo, transdutores e condicionadores de sinal
Adriano A. Santos Departamento de Engenharia Mecânica Instituto Politécnico do Porto
Nesta 2.ª parte do artigo sobre instrumentação e controlo, transdutores e condicionadores de sinal, irá ser abordada a sonorização relacionada com o controlo de humidade no solo ou seja, o estado hídrico do solo. Assim sendo, estes transdutores têm como objetivo principal controlar o estado hídrico do solo e informar o sistema da quantidade de água disponível, ao nível das raízes, para o crescimento das plantas num determinado momento e lugar. Por outro lado, e tirando partido das caraterísticas da água, ou seja da humidade do solo, outras medições poderão ser realizadas recorrendo a outros tipos de sensores capazes de determinar, por exemplo, os níveis de salinidade dos solos e a temperatura dos mesmos. Em suma, aproveitar a capacidade dielétrica dos solos para realizar uma monitorização aos mais diversos níveis.
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2.ª Parte
TRANSDUTORES DE HUMIDADE Os transdutores de humidade são equipamentos eletrónicos que permitem, de forma indireta, determinar a quantidade de água no solo. Estes poderão ser utilizados na deteção automática, medição e controlo da humidade no solo convertendo-a num sinal elétrico que traduz o potencial hídrico do solo. Os transdutores, processos, mais comuns de medição da humidade do solo são apresentados seguidamente. Tensiómetros O tensiómetro é um aparelho utilizado para medir a tensão com que a água é retida pelas partículas do solo, também conhecido por potencial matricial, proporcionando medições diretas do potencial hídrico. São constituídos por uma cápsula porosa, geralmente de cerâmica ou porcelana com pouca condutividade térmica, ligada a um medidor de vácuo através de um tubo plástico ou de outro material, tendo todas as partes preenchidas com água. A cápsula porosa é permeável à água e aos solutos existentes no solo. A medição do potencial hídrico é realizado pela introdução do equipamento no solo. Assim, e sempre que o solo não se encontre saturado, a água do tensiómetro sairá para o solo dado que o potencial hídrico do tubo é superior ao do solo. Alcançado o equilíbrio é criada uma sucção na parte superior do tensiómetro igual ao potencial hídrico do solo convertido num sinal analógico contínuo quando alimentado a 12 ou 40 V DC. Na Figura 1 apresenta-se um tensiómetro com vacuómetro. Os tensiómetros são sensores baratos e de fácil instalação apresentando, no entanto, limitações no que se refere ao inter-
Tampa Rolha de borracha
Vacuómetro
Tubo plástico
Cápsula cerâmica
Figura 1. Detalhes construtivos de um tensiómetro.
valo de medida, 0 a -0,8 bar. Devido ao seu baixo custo e facilidade de instalação devem ser instalados em vários pontos de controlo, tantos quanto mais preciso for o controlo, tendo sempre em conta a textura dos solos. Blocos de gesso Os blocos de gesso ou métodos eletrométricos são um método prático e económico para a estimação do potencial hídrico do solo. Estes sensores são constituídos por um bloco de gesso que envolve dois elétrodos concêntricos por onde se faz circular uma corrente elétrica (Figura 2). Quando enterrados no solo os blocos de gesso absorvem água e entram em equilíbrio com a humidade do solo. A resistência elétrica diminui com o aumento da humidade do solo ou seja, a condutividade dos blocos aumenta à medida que a quantidade de água do solo absorvida pelos blocos aumenta. Os blocos de gesso, do mesmo do que os tensiómetros, proporcionam medidas diretas do potencial hídrico através da
Figura 2. Blocos de porosos de gesso.
Dendrómetro Os dendrómetros são utilizados para medir o estado hídrico da planta tendo como base a sua micro-morfologia que é o mesmo que dizer, a variação das dimensões dos órgãos da planta (caules, fruto, entre outros), registando o crescimento e a contração dos mesmos. Na Figura 4 mostra-se um dendrómetro de pequenos diâmetros utilizado em pequenas plantas agrícolas, árvores e galhos (diâmetro <5 cm) onde a medição da evolução do diâmetro dos órgãos vetais da planta é realizada por um transdutor de deslocamento linear chamado de LVDT (Linear Variable Differential Transformer). A evolução temporal do diâmetro dos órgãos vegetais das plantas permite determinar a sua taxa de crescimento e o estudo da sua dinâmica, compreender a resposta das plantas às variações de clima e determinar assim a estratégia de rega. Por outro lado, as micro-variações diárias do caule ou ramos da planta representam a evolução típica ao longo do dia dos órgãos vegetais que se caraterizam por um valor máximo ao final da noite (período de hidratação máxima dos órgãos) em contraponto com o valor mínimo registado ao meio dia. Esta variação poderá ser usada como critério qualitativo para determinar o momento para regar.
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TRANSDUTORES DE ESTADO HÍDRICO DAS PLANTAS Naturalmente que os sistemas de controlo de irrigação das plantas e zonas arborizadas não se deve cingir, única e simplesmente, ao controlo da humidade ao nível do solo. Na realidade há que analisar e controlar todos os fatores associados ao comportamento da planta como o controlo dimensional dos diâmetros dos caules, isto é, dos órgãos da planta, transpiração e a temperatura das folhas. Assim teremos:
anterior. Na Figura 5 apresenta-se um termopar como sensor de temperatura de contacto para folhas.
Figura 5. Sensor de temperatura com contacto, termopar.
A medição sem contacto da temperatura das folhas é feita utilizando pirómetros que medem a radiação eletromagnética emitida pela folha, calculando a temperatura a partir da Lei de Plank.
CONCLUSÕES Nesta segunda parte do tema "Instrumentação e controlo – transdutores e condicionadores de sinal", abordou-se essencialmente os sensores e sinais para o controlo de humidade do solo, a quantidade de seiva e a temperatura das folhas, ou seja, sinais relacionados com o controlo das quantidades de água no solo e nas plantas. Os sinais agora tratados proporcionam-nos uma vasta gama de monitorização e controlo de sistemas para os quais a velocidade do vento bem como a radiação poderão ser preponderantes manifestando-se na maior ou menor evapotranspiração das planta e sua temperatura. A utilização deste tipo de sensores é importante não só para a agricultura em geral mas também para a arquitetura paisagística que, em combinação com outros instrumentos de medida, não menos importantes, como os medidores de precipitação e evaporímetros, são fundamentais para uma rega devidamente controlada, distribuída e económica ou seja, uma rega eficiente. A determinação exata da quantidade de água necessária para uma perfeita evolução da planta, quer ela faça parte de um campo de cultivo quer de um belo jardim, são fundamentais para o desenvolvimento controlado da planta e dos frutos bem como para a preservação de um recurso cada vez mais escasso.
Figura 4. Dendrómetro de Pequenos Diâmetros (LVDT).
Do ponto de vista sensorial da plantas outros parâmetros, de algum modo semelhantes ao ser humano, podem ser controlados quer do ponto de vista da seiva que corre no seu interior quer da temperatura nas suas extremidades, isto é, nas folhas. Assim, e do ponto de vista do controlo de seiva, a medição do fluxo de seiva permite obter, diretamente, a transpiração sofrida pela planta. Ora, sabendo que a quantidade de água perdida diariamente por transpiração é igual à quantidade de água absorvida pelas raízes é fácil saber que a água que atravessa a planta será igual à da transpiração. No que se refere à medição da temperatura das folhas esta pode ser realizada por dois tipos de sensores: os de contacto direto com a superfície da folha e os de medição sem contacto. Os de contacto são sensores do tipo RTD (Resistance Temperature Detetor), termístores ou termopares, já abordados no artigo
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