Equipamento faz a medição digital da água infiltrada no solo

Uma parceria entre a Embrapa Solos (RJ) e o também carioca Centro Brasileiro de Pesquisa Físicas (CBPF) desenvolveu solução inovadora para a automação da coleta de dados no campo, mais especificamente da infiltração e do fluxo de água no solo. Trata-se de um novo permeâmetro - equipamento mais usado no mundo para avaliar a condução da água nos solos - capaz de fazer essa coleta digitalmente, por meio de um microcomputador de baixo custo. Com isso, reduz o tempo e os custos da avaliação de parâmetros hidráulicos, que permite conhecer o processo de absorção de água pela terra. As instituições buscam agora um parceiro para produzir o equipamento em larga escala e inseri-lo no mercado.

A medição da água infiltrada no solo é fundamental para otimizar a irrigação, diminuindo o desperdício de água e a erosão; e para estimar o desabamento de encostas, auxiliando na prevenção e na elaboração de alarmes mais eficazes e na avaliação do comportamento de terrenos para construção de estradas ou barragens. 

Entretanto, a avaliação de parâmetros hidráulicos do solo sempre foi um desafio para os pesquisadores, basicamente por dois motivos: a necessidade de um técnico treinado na coleta de dados e a avaliação, que é demorada e dispendiosa em recursos financeiros e tempo. Assim, uma das vantagens em se abordar o problema de modo interdisciplinar foi articular a expertise e a experiência de quem entende do problema dos solos (Embrapa Solos) com a aplicação de sensores inteligentes, ferramentas digitais de controle e condicionamento de sinais (CBPF).

O novo permeâmetro: digitalização na medição de água no solo Os equipamentos mais utilizados no mundo para avaliar a condução da água nos solos saturados são os permeâmetros de poço e, entre esses, um dos mais populares é o Permeâmetro de Guelph. Ele necessita de um profissional para fazer a coleta manual dos dados de fluxos de água, que possibilitam calcular a condutividade hidráulica do solo. “A parceria entre a Embrapa e o CBPF desenvolveu um novo permeâmetro que faz essa coleta automatizada. Com esse aparelho, o técnico, que ficava por horas anotando os valores de fluxos, é liberado para fazer outras avaliações e coletas, aumentando o rendimento e a eficiência do trabalho no meio rural. Além disso, o equipamento tem uma precisão de leitura de milímetros e um registro de tempo de décimos de segundo, o que aumenta a precisão dos dados coletados”, conta o pesquisador da Embrapa Solos Wenceslau Teixeira.  O Guelph é um equipamento analógico e de operação complexa. Os dados são obtidos pela leitura visual da variação do nível de uma coluna de água, utilizando uma escala milimetrada e um cronômetro. Os dados são registrados manualmente em uma caderneta. Essa operação é feita no campo, sob o sol, podendo levar muito tempo. O operador é um profissional caro que precisa de qualificação para a aquisição das medidas e os resultados são analisados posteriormente utilizando planilhas. O progresso do novo dispositivo vem do fato que as medidas são obtidas digitalmente, por um microcomputador de baixo custo. “Além de medir a variação do volume e do tempo de um modo mais preciso, registrar em um cartão de memória e transmitir esses dados para um celular, ou tablet (via Bluetooth), o sistema calcula a grandeza imediatamente. Caso ocorra alguma inconsistência nas medidas, é possível identificar no local e fazê-las novamente, sem necessidade de um novo, e custoso, deslocamento. O dispositivo simplifica a operação de medida, permitindo seu uso por operadores com menor treinamento, além de alertar para certos erros devido a variações bruscas da temperatura que não eram considerados no método tradicional”, revela Geraldo Cernicchiaro, do CBPF.  Vale lembrar que o CBPF possui grande experiência na criação de sensores de medidas, em especial os que ainda não estão disponíveis no mercado.

O novo permeâmetro: digitalização na medição de água no solo

Os equipamentos mais utilizados no mundo para avaliar a condução da água nos solos saturados são os permeâmetros de poço e, entre esses, um dos mais populares é o Permeâmetro de Guelph. Ele necessita de um profissional para fazer a coleta manual dos dados de fluxos de água, que possibilitam calcular a condutividade hidráulica do solo. “A parceria entre a Embrapa e o CBPF desenvolveu um novo permeâmetro que faz essa coleta automatizada. Com esse aparelho, o técnico, que ficava por horas anotando os valores de fluxos, é liberado para fazer outras avaliações e coletas, aumentando o rendimento e a eficiência do trabalho no meio rural. Além disso, o equipamento tem uma precisão de leitura de milímetros e um registro de tempo de décimos de segundo, o que aumenta a precisão dos dados coletados”, conta o pesquisador da Embrapa Solos Wenceslau Teixeira. 

O Guelph é um equipamento analógico e de operação complexa. Os dados são obtidos pela leitura visual da variação do nível de uma coluna de água, utilizando uma escala milimetrada e um cronômetro. Os dados são registrados manualmente em uma caderneta. Essa operação é feita no campo, sob o sol, podendo levar muito tempo. O operador é um profissional caro que precisa de qualificação para a aquisição das medidas e os resultados são analisados posteriormente utilizando planilhas. O progresso do novo dispositivo vem do fato que as medidas são obtidas digitalmente, por um microcomputador de baixo custo.

“Além de medir a variação do volume e do tempo de um modo mais preciso, registrar em um cartão de memória e transmitir esses dados para um celular, ou tablet (via Bluetooth), o sistema calcula a grandeza imediatamente. Caso ocorra alguma inconsistência nas medidas, é possível identificar no local e fazê-las novamente, sem necessidade de um novo, e custoso, deslocamento. O dispositivo simplifica a operação de medida, permitindo seu uso por operadores com menor treinamento, além de alertar para certos erros devido a variações bruscas da temperatura que não eram considerados no método tradicional”, revela Geraldo Cernicchiaro, do CBPF. 

Vale lembrar que o CBPF possui grande experiência na criação de sensores de medidas, em especial os que ainda não estão disponíveis no mercado.

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Uma abordagem inovadora

O desafio da digitalização desse processo foi justamente identificar como automatizar a coleta dos dados. A metodologia Guelph se baseia em cavar um pequeno poço no solo e emborcar verticalmente um longo cilindro fechado de poliuretano transparente com água dentro. A tendência da água é fluir do tubo, devido à gravidade, e encher o poço até o nível cobrir a boca do tubo. Isso provoca um certo vácuo no interior do tubo, cujo nome técnico é reservatório de Mariotte. Em um certo momento a pressão atmosférica se iguala à resultante da altura da coluna de água e o vácuo no interior do reservatório, e assim a água deixa de fluir. Devido à penetração da água no solo, o nível de água no poço se altera. Pequenas bolhas de ar entram no reservatório alterando a pressão, e o líquido desce. Até restaurar o equilíbrio. No método manual, uma escala milimetrada permite determinar a variação de nível de água, e consequentemente de seu volume.

“Nossa abordagem foi incluir um medidor de pressão e temperatura, com a precisão necessária para monitorar a variação do vácuo no reservatório de Mariotte. Esse enfoque viabilizou a automação do processo e nossos testes de campo e laboratório demonstraram sua acurácia. A partir do dado digitalizado, temos acesso a uma vasta gama de recursos tecnológicos. Um pequeno microcontrolador recebe essas informações, um relógio interno registra as variações entre as medidas e o momento da leitura, e um programa nos permite processar, calcular, registrar e apresentar em um display o resultado”, diz Cernicchiaro, detalhando o processo.  

Testes de campo animam cientistas Após alguns testes com protótipos nos laboratórios e terrenos do CBPF e da Embrapa, foi feita uma validação do aparelho em projeto no campo, em dois locais: São Luís (MA) e Lençóis Paulista (SP). “Os resultados foram excelentes, o que nos motivou a publicar um artigo no Journal of Hydrology relatando essa conquista”, destaca Teixeira. Os locais foram escolhidos por possuírem diferentes tipos de solo, o que impacta a absorção da água. Por exemplo, em um solo arenoso, ela é absorvida rapidamente. Já em um solo argiloso, a absorção é mais lenta, podendo até formar poças. Falando de uma maneira simplificada, isso significa que diferentes solos apresentam comportamentos diversos quanto ao processo de absorção do líquido, e que esses comportamentos podem ser quantificados.  Um dos parâmetros associados a esse comportamento é a condutividade hidráulica saturada. Esse parâmetro, característico de cada solo, é a razão entre o volume de água absorvida por unidade de tempo, quando o solo está molhado ou, em termos técnicos, saturado.

Testes de campo animam cientistas

Após alguns testes com protótipos nos laboratórios e terrenos do CBPF e da Embrapa, foi feita uma validação do aparelho em projeto no campo, em dois locais: São Luís (MA) e Lençóis Paulista (SP). “Os resultados foram excelentes, o que nos motivou a publicar um artigo no Journal of Hydrology relatando essa conquista”, destaca Teixeira.

Os locais foram escolhidos por possuírem diferentes tipos de solo, o que impacta a absorção da água. Por exemplo, em um solo arenoso, ela é absorvida rapidamente. Já em um solo argiloso, a absorção é mais lenta, podendo até formar poças. Falando de uma maneira simplificada, isso significa que diferentes solos apresentam comportamentos diversos quanto ao processo de absorção do líquido, e que esses comportamentos podem ser quantificados. 

Um dos parâmetros associados a esse comportamento é a condutividade hidráulica saturada. Esse parâmetro, característico de cada solo, é a razão entre o volume de água absorvida por unidade de tempo, quando o solo está molhado ou, em termos técnicos, saturado. 

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A parceria Embrapa/CBPF também está envolvida em outros desafios, como o desenvolvimento de sensores de potencial da água no solo automatizados e a coleta de dados em infiltrômetros e tanques de evaporação de forma automática.