Manejo da Irrigação com Sensores Eletrônicos

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Dedicatória 
Dedico este trabalho aos meus pais, e as minhas irmãs, que possibilitaram minha caminhada até esta importante etapa da minha vida que é a minha formação. Sempre me apoiando e me incentivando.
E também não me esquecer de agradecer aos meus colegas que directas ou indirectamente me apoiaram durante o meu projecto.
Agradecimentos
Gostaria de agradecer ao meu orientador, formador Manuel de facto de ter acreditado em mim para desenvolver este trabalho, os seus conselhos e a sua preocupação. Aos meus colegas que passaram o semestre a elaborar um trabalho semelhante de dissertação mas que, sempre que necessário, deram a sua opinião, ajuda e principalmente motivação quando o caminho se tornou por vezes mais difícil. A todos os que estiveram envolvidos e me ajudaram no desenvolvimento deste trabalho mas não foram mencionados agradeço também profundamente. Por último, mas em primeiro plano, gostaria de agradecer à minha família em especial aos meus pais, pelo facto de terem investido e acreditado sempre em mim, proporcionando-me a oportunidade de estar nesta instituição.
Lista de abreviatura
IoT… Internet of Things - Internet das Coisas
DC… Direct Current - Corrente Contínua
NTC… Negative Temperature Coefficient - Coeficiente de Temperatura Negativo
PTC… Positive Temperature Coefficient - Coeficiente de Temperatura Positivo
SMD… Surface Mounting Device - Componente Para Montagem em Superfície
“Seu trabalho vai ocupar grande parte de sua vida, a única forma de estar realmente satisfeito com ele é fazer o que acredites ser um grande trabalho. E a única forma de fazer um trabalho genial é amar o que você faz. Se você ainda não o encontrou, continue procurando, nunca se detenha. Igualmente como todos os assuntos do coração, você saberá quando o encontrares. E, como qualquer grande relação, somente ficará melhor e melhor com o passar dos anos. Então, continue a busca até que o encontres, nunca te detenhas.” 
 Steve Jobs
Resumo geral
O manejo da irrigação, por meio da utilização de sensores eletrônicos que estimam em tempo real o conteúdo de água no solo, e de N-fertilizante têm demonstrado efeito sinérgico positivo no desenvolvimento vegetal e potencial produtivo da cana-de-açúcar. Assim, o objetivo desta pesquisa foi avaliar o desempenho de diferentes sensores eletrônicos de umidade do solo na otimização do manejo da irrigação, visando elevar a precisão no uso racional da água, como também comparar o desenvolvimento inicial da cana-de-açúcar sob diferentes fontes de nitrogênio. O experimento foi conduzido em ambiente protegido do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal Rural de Pernambuco, campus Recife-PE, entre os meses de abril a maio de 2019, inicialmente para calibração dos sensores; e, de dezembro de 2019 e março de 2020, para avaliação do desempenho destes no desenvolvimento inicial da cultura estudada sob diferentes fontes de nitrogênio. Para calibração, os sensores EC-5, 5TE e Diviner foram posicionados verticalmente nos vasos, com quatro repetições para cada tipo de solo (texturas franco argilo arenosa e areia). Após atingir a saturação por capilaridade, os vasos foram colocados em uma bancada, a fim de permitir a drenagem do excesso de água. Em seguida, os vasos foram pesados e realizadas as respectivas leituras de umidade do solo, representando a umidade equivalente à capacidade de campo. Diariamente, e em horário fixo (8 h), foram realizadas as pesagens e a leitura de cada sensor eletrônico. Os resultados foram submetidos à análise de regressão e, os índices estatísticos de Willmott, RMSE, coeficiente de determinação e erro médio foram utilizados para avaliar a qualidade do ajuste entre os valores medidos (umidade gravimétrica) e estimados pelos sensores de umidade de solo. Os sensores apresentaram equações de calibração de modelo linear para ambos os solos, e as análises apontaram boa correlação entre as leituras de umidade volumétrica medida e a estimada para ambos os solo com R2 acima de 0,94. A equação de calibração dos fabricantes de todos os sensores, EC-5, 5TE e Diviner superestimaram 2,77; 9,88 e 7,51%, respectivamente, os valores reais de umidade para o solo de textura mais arenosa e subestimaram em 21,88, 15,63 e 7,64%, de modo respectivo, no solo franco argilo arenosa, resultando em erros da determinação da lâmina de irrigação e, consequentemente, na quantidade de água demandada pela cultura. Sendo assim, e considerando a importância da mensuração da umidade do solo para o manejo da agricultura irrigada, os resultados desta pesquisa reforçam a necessidade de calibrar os sensores capacitivos ECH2O e Diviner em solos franco argilo arenosa e areia para fins de irrigação, visando o uso racional dos recursos naturais. De posse das equações de calibração, o segundo experimento foi conduzido para avaliar o desempenho dos sensores de umidades do solo (EC-5, 5TE e Diviner 2000) e da aplicação de duas fontes de nitrogênio ((NH4)2SO4 e NH4NO3) nas variáveis biométricas da cana-de-açúcar. Para tanto, os tratamentos foram arranjados em delineamento inteiramente casualizado, em esquema fatorial 3 x 2, com 4 repetições, totalizando 24 parcelas experimentais. A irrigação foi realizada automaticamente, mediante um controlador eletrônico, de modo a aplicar as lâminas de irrigação de acordo com os tratamentos estabelecidos. As variáveis biométricas foram avaliadas mensalmente e ao final do experimento. Os resultados das variáveis biométricas foram submetidos à análise de variância, em nível de 0,05 de probabilidade. Como resultado para o solo franco argilo arenosa, os tratamentos nitrato de amônio utilizando o sensor 5TE e sulfato de amônio com EC-5 apresentaram maior eficiência do uso da água para as variáveis de massa seca 0,17 e 0,19 kg m-3, respectivamente, e massa fresca com 0,49 kg m-3 para ambos os tratamentos. 
Palavras-chave: Sensor de umidade do solo; FDR; Nitrogênio; Lâmina de água; Mudas pré-brotadas (MPB).
Motivação
Actualmente as pessoas passam a maior parte do seu dia fora de suas casas, além de, eventualmente, deixarem suas casas por longos períodos devido a eventos esporádicos, como viagens e férias. Por esse motivo, muitas plantas caseiras acabam sofrendo os efeitos da falta de água e acabam até mesmo morrendo em algumas circunstâncias.
Considerando que muitas pessoas desejam manter em suas casas plantas caseiras mesmo sem terem o tempo necessário para cultivo, se torna necessário o uso de um sistema de irrigação automatizado. No entanto, a maior parte dos sistemas de irrigação disponível no mercado utiliza temporizadores, como o modelo apresentado por Zazueta (ZAZUETA et al. , 1994), ou sistemas de controle mecânicos, como conta gotas, tornando difícil a configuração do sistema para diferentes tipos de plantas, visto que cada espécie requer uma quantidade diferente de água.
Objetivos
Plantas caseiras apresentam diferentes tipos de necessidades quanto à irrigação. Essas necessidades também podem variar de acordo com a condição climática e com a estação do ano.
Este trabalho tem como principal objetivo a construção de um sistema de irrigação automatizado para plantas caseiras que faça uso de sensores para identificar as necessidades de cada planta e assim determinar os momentos em que a irrigação é realmente necessária, optimizando então o consumo de água (GHIZZI, 2016). Espera-se que o sistema possua uma interface de usuário que possibilite a configuração individual de cada planta, permitindo então o cultivo de plantas diferentes, que possa ser controlado via wireless e que apresente um baixo custo de desenvolvimento.
Objetivo geral 
Desenvolver um sistema de irrigação automatizado utilizando-se de um sistema micro controlado, a custos acessíveis e aplicados a pequenos produtores rurais. Evitando os gastos excessivosde água, luz, entre outros aspectos.
Objetivos específicos
Os objetivos específicos identificam aspectos relevantes para o desenvolvimento do projeto, pautam-se em:
· Desenvolver um Hardware eletrônico capaz de realizar os comandos de controle da irrigação, utilizando microcontrolador Arduino;
· Elaborar um Software baseado em linguagem C para utilização do controle do Arduino; 
· Desenvolver um sistema de comunicação via rádio frequência para envio das informações de controle coletados no campo de plantio; 
· Controlar a quantidade de água a ser irrigada na plantação de morangos em tempo programado conforme especificações estabelecidas ao plantio; 
· Produzir frutos de melhor qualidade com a automatização, pois o excesso ou escassez de água causam danos à plantação;
· Reconhecer que a automação deixa o produtor rural com mais tranquilidade e confiança no trabalho que está sendo realizado.
Metodologia 
Desenvolver um sistema de irrigação automatizado, detectar a umidade e temperatura presentes no solo são fatores importantes para o desenvolvimento desse projeto. Dessa forma a metodologia para desenvolvimento do trabalho proposto é dividida nas seguintes etapas: 
· Etapa 1: Será realizada uma extensa pesquisa bibliográfica sobre os sensores de umidade e temperatura, linguagem de programação C, conhecimentos sobre o cultivo de morango e microcontrolador Arduino. 
· Etapa 2: Com um teor mais prático, realizar estudos de conFiguração e programação do microcontrolador Arduino. 
Esquemas
Introdução
O uso da irrigação contribui decisivamente na melhoria do rendimento das culturas, uma vez que a água é um factor limitante à produção vegetal (ROMÁN et al., 2015). Esta tecnologia, desde que adequadamente desenvolvida, oferece soluções capazes de promover transformação social e económica no meio rural, gerando novos empregos e elevando a renda do agricultor. No Brasil, a área irrigada tem crescido consideravelmente nas últimas décadas, média anual superior a 4% desde o ano de 1960 a 2015. A região nordeste aumentou a área irrigada em cerca de 2,5% por ano no mesmo período (ANA, 2017a). 
A viabilidade da agricultura irrigada exige técnicas cada vez mais eficientes e adequadas diante do cenário de escassez de recursos naturais, como também a importância na conservação do ambiente (BRITO, 2008). O manejo de irrigação consiste em manter a disponibilidade adequada de água no solo para o pleno desenvolvimento das culturas (ALEMAN e MARQUES, 2016). As informações sobre o sistema de integração solamos – água – planta – atmosfera fomenta metodologias e critérios para otimização do uso da água e nutrientes no manejo de irrigação. O suprimento hídrico na quantidade exata e no momento certo são fatores determinantes para o aumento da produtividade, como o uso racional da água, energia e insumos agrícolas para uma agricultura sustentável (BENETT et al., 2013). 
Os métodos de manejo utilizados na agricultura irrigada precisam de aprimoramentos (COOLEY et al., 2009), ainda mais em razão do cenário de mudanças climáticas. Desta forma, o uso eficiente da água de irrigação exige conhecimento das diversas propriedades físico-hídricas do solo e da determinação exata da necessidade hídrica da cultura, essencial para o sucesso da irrigação. O manejo preciso da irrigação é necessário para otimizar a produção comercial em termos de qualidade e produtividade, especialmente em regiões onde o recurso hídrico é limitado (VARBLE e CHÁVEZ, 2011). 
Os sensores electrónicos estão sendo utilizados na agricultura como ferramenta de monitoramento do conteúdo de água no solo. Diversos são os métodos indiretos utilizados para esse fim, tais como tensímetros, termalização de neutros, resistência elétrica (capacitância) e reflectómetro no domínio do tempo (EVETT et al., 2002; HENG et al., 2002; STARR et al., 2009; VARBLE e CHÁVEZ, 2011). 
As sondas de capacitância são de baixo custo e de fácil adaptação a sistemas automáticos de obtenção de dados. Estas sondas aparecem como alternativa bastante promissora para manejo da irrigação, seja em ambiente protegido ou não. Assim, o uso deste equipamento juntamente com um datalogger ou com um sistema de rede sem fio aumenta a precisão no manejo de irrigação (WIEDENFELD, 2004; DURSUN e OZDEN, 2011); ou seja o uso destes equipamentos pelo agricultor visa auxiliar na tomada de decisão de quando e quanto irrigar, desta forma promove o aumento da produtividade e rentabilidade com eficiência no uso da água, energia e dos fertilizantes. Assim, evita que a planta seja exposta ao estresse hídrico, o que, dependendo do estágio vegetativo, poderá comprometer significativamente sua produção. 
A sonda de capacitância Diviner 2000 (Sentek Pty Ltda., Austrália) tem sido bastante utilizada para medir a humidade do solo em profundidades diferentes no mesmo ponto e em alguns segundos. Consequentemente, seu uso em áreas irrigadas tem se ampliado na última década em áreas agrícolas para subsidiar o manejo de irrigação em cana-de-açúcar, feijão, algodão, arroz e milho. Monitoramento da umidade do solo em bacias ao longo do tempo também é objeto de aplicação desta sonda, desde que devidamente calibrada para um determinado tipo de solo, considerando a influência da composição química e física do solo em suas leituras (SILVA et al., 2007; SILVA JUNIOR et al., 2016). 
Entre as culturas de maior relevância para o agronegócio brasileiro está a cana-de-açúcar (Saccharum spp.). No entanto, a cada ano seu cultivo é comprometido em virtude dos crescentes custos dos insumos e da falta de tecnologias alternativas e inovadoras para impulsionar a produtividade. Deste modo, os produtores buscam aumentar sua produção por hectare para não diminuir sua rentabilidade (FRAGA JÚNIOR, 2015). O problema não é a falta de tecnologia no setor canavieiro, e sim a adequação das variedades de cana-de-açúcar às condições edafoclimáticas existentes no território brasileiro para seu cultivo, pois já existem variedades com elevado potencial de produção e longevidade. 
Por outro lado, o momento da renovação do canavial representa um impacto financeiro significativo no que diz respeito ao volume de mudas necessárias (11 a 14 t ha-1), para compensar o aumento das falhas no estande de plantas durante o plantio mecânico (GAZOLA et al., 2017). Assim, o maior custo da lavoura de cana-de-açúcar é atribuído a aquisição de mudas, cerca de 20% (RESENDE e LEITE, 2016). Nesse sentido, uma alternativa para reduzir o volume de mudas de cana-de-açúcar e melhorar a qualidade fitossanitária das mesmas, seria plantar as gemas de colmos pré-brotadas, comumente denominadas mudas pré-brotadas (MPB). Essas gemas por serem menos volumosas são facilmente transportáveis e representam uma grande promessa na multiplicação rápida de novas variedades de cana-de-açúcar (LANDELL et al., 2012; SILVA et al., 2015; MATOSO al., 2016). 
O uso das MPBs reduz a quantidade final de mudas utilizadas nos plantios definitivos, pois Gomes (2013) afirma que com esse tipo de muda usa-se apenas 2 t ha-1 de colmos de cana. Isso significa que, pelo menos 9 t ha-1 irão para a indústria produzir etanol e açúcar, gerando ganhos diretos e indiretos para a cadeia produtiva canavieira. 
Estudos recentes apontam para uma indefinição sobre o manejo de irrigação no cultivo de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar. Sampaio et al. (2015) utilizaram irrigação automatizada com lâmina de 4 mm dia-1 em Goiás, enquanto Landell et al. (2012) em pesquisa no Instituto Agronômico de Campinas - SP recomendam 8 mm dia-1. As lâminas e os turnos de irrigação são definidos de acordo com o desenvolvimento das plantas, portanto novos estudos são necessários para comprovar a eficiência do manejo envolvendo tipos de solos e variedades de acordo com a região a ser implantada (SILVA et al., 2015; ARAÚJO NETO et al., 2017). 
Além disso, em regiões áridas, semiáridas ou com distribuição pluviométrica irregular, característica do nordeste brasileiro, é fundamental o uso da irrigação para aumentar a produtividade da cultura(LECHINOSKI et al., 2007). Por conseguinte, resulta em menor armazenamento de água no solo durante o período seco, comprometendo assim as variáveis biométricas da cana-de-açúcar como a altura de planta, número e diâmetro de colmos, número de folhas, área foliar e, consequentemente, a produtividade (DANTAS NETO et al., 2006; SILVA et al., 2008; ABREU et al., 2013). 
Outro fator crucial para o desenvolvimento e aumento da produtividade da cana-de-açúcar é o manejo da adubação, principalmente o de nitrogênio, uma vez que este, junto ao potássio são os nutrientes exigidos em maiores quantidades para o crescimento e desenvolvimento da cultura (PEDULA et al., 2016). Entretanto, a aplicação inadequada de adubação nitrogenada em culturas comerciais, como a cana-de-açúcar, tem influenciado negativamente a produtividade e incentivado a busca por estratégias que visem não apenas o aumento da eficiência de utilização do nitrogênio, mas também a melhoria da rentabilidade e da sustentabilidade do canavial (AMARAL e MOLIN, 2013; URIBE et al., 2016). 
Em relação a absorção e aproveitamento do nitrogênio na zona radicular estão relacionados aos processos de perdas, como a lixiviação, escoamento e volatilização (BRACKIN et al., 2015; RHEIN et al., 2016). Assim, a decisão de quais formas de nitrogênio (N) disponibilizar às plantas, como nitrato (NO3-) e amônio (NH4+), é importante por possibilitar o aumento da eficiência na adubação nitrogenada, através do conhecimento da demanda nutricional, dinâmica de nutrientes na cultura, redução de custos e, dinâmica dos fertilizantes no solo (MARIANO et al, 2015). 
Vale ressaltar que, a utilização da adubação nitrogenada em um ciclo produtivo de cana-de-açúcar é bastante reduzida, limitando-se em até 30% do aproveitamento do nitrogênio pela cultura. Devido à grande interação do nutriente com o ambiente, o que pode reduzir a eficiência das adubações, visto que as perdas de N podem ocorrer através de atividades microbianas, lixiviação, volatilização e nitrificação (TRIVELIN et al., 1995; PRASERTSAK et al., 2002). 
Com isto, a prática de aplicação de fertilizantes na cana-de-açúcar, principalmente os nitrogenados, passou a ser realizada mais frequentemente em cima da palhada, ou seja, do resíduo deixado pela colheita mecanizada. Com isso, a ureia, fertilizante tradicionalmente utilizado na cultura, passou a apresentar elevadas perdas por volatilização de amônia (COSTA et al., 2003; MARIANO et al., 2012). 
Com a finalidade de obter maior eficiência no uso dos fertilizantes nitrogenados, e aumentar a produtividade de cana-de-açúcar, outras fontes nitrogenadas vêm sendo avaliadas na cultura, como o sulfato de amônio, nitrato de amônio, nitrato de amônio e cálcio (MARIANO et al., 2016). No entanto, as respostas à adubação nitrogenada da cana-de-açúcar são ainda imprecisas, apesar de ser um elemento essencial para o crescimento vegetal e aumento de produtividade desta cultura. Portanto, novos estudos são necessários para identificar uma fonte nitrogenada que otimize o uso deste nutriente pela cultura, o que dependerá das características químicas do solo, a ser utilizado para a produção da cultura, principalmente o pH pois, é um fator primordial que condiciona e assegura a absorção deste nutriente pela planta.
Hipóteses 
1) O monitoramento da humidade do solo em tempo real, com o uso de sensores eletrônicos, para fins de irrigação, proporciona a racionalização do uso de água e insumos; 
2) A determinação precisa da humidade do solo e, consequentemente, da lâmina de irrigação, resulta em ganhos no crescimento vegetativo e aumento da eficiência de uso de água; 
3) As plantas de cana-de-açúcar sob adubação com nitrato de amónio resultam em maior crescimento, quando comparadas com as plantas supridas exclusivamente com amónio, por meio do sulfato de amónio.
Sistemas de Irrigação Convencionais
Segundo Marouelli (MAROUELLI et al. , 2000), irrigação é o nome designado ao processo que proporciona a sobrevivência e produtividade das plantas através do fornecimento de água no momento adequado e na quantidade necessária.
Existem diversos tipos de sistemas de irrigação, por exemplo, irrigação por gotejamento, aspersão, subirrigação, sulco e microaspersão. De acordo com Coelho (COELHO et al. , 2007) a seleção do sistema depende de diversas condições como a quantidade de recursos hídricos disponível, custo de implantação do sistema, tipo do solo e da planta.
Nesta seção são apresentados alguns tipos de sistemas irrigação convencionais, bem como suas características principais e informações a respeito de sua eficiência.
Irrigação por Aspersão
A irrigação por aspersão é um método que caracteriza-se por fazer a distribuição da água em forma de chuva. Isso faz com que a água seja aplicada em alta quantidade e de maneira uniforme sobre o solo da área abrangida pelo dispositivo aspersor (STONE, 2011a). Normalmente faz uso de bombas que aumentam a pressão de saída da água.
Esse sistema é muito utilizado em grandes plantações pois reduz a quantidade de equipamentos necessários para cobrir as grandes áreas, além de facilitar a irrigação em terrenos irregulares, encostas e terraços. Um exemplo do método de irrigação por aspersão é apresentado na Figura 2.1. A principal desvantagem desse sistema é que o vento afeta a uniformidade da distribuição de água. O sistema também causa maior desperdício de água em pequenas culturas, pois a água é aplicada em áreas, não diretamente nas plantas. Além disso, esse tipo de irrigação molha as folhas da planta e aumenta a umidade relativa do ar, fatores que ampliam a chance de propagação de pragas.
Irrigação por Aspersão Convencional (MAROUELLI, 2012)
Irrigação por Microaspersão
A eficiência dos sistemas de irrigação por microaspersão mostra-se superior a muitos métodos como exemplo da irrigação por aspersão. Isso se deve ao fato de a distribuição da água ser feita em pequenas áreas, melhorando a utilização e garantindo o fornecimento do recurso.
Essa técnica é muito utilizada para a irrigação de culturas perenes (que duram para sempre),
É considerada como uma técnica de irrigação localizada e a sua emissão é dada por microaspersores (SOUSA, 2016). Um exemplo do método de irrigação por microaspersão é mostrado na Figura 2.2.
Irrigação por microaspersão (IDEAL, 2017)
Irrigação por Sulco
A irrigação por sulco é um método onde a água é canalizada para a plantação através de sulcos, que são aberturas na superfície da terra normalmente deixadas pelas pás de um arado (ferramenta agrícola utilizada para preparar o solo para o cultivo).
Esse tipo de irrigação é facilmente automatizado, pode ser aplicado a vários tipos de solos e culturas, e seu custo de implantação é o menor entre os métodos de irrigação (STONE, 2011c). Porém, esse método apresenta um índice maior de perda de água e a aplicação do recurso não é feita de forma uniforme. Um exemplo do método de irrigação por Sulco é apresentado na Figura 2.3.
Irrigação por Método de Sulco (ARROZ, 2014)
Sistemas de Irrigação Automaticas
Segundo Reis (REIS, 2015), há uma profunda repercussão sobre as diferentes tecnologias de sistemas de automação para irrigação, devido as melhorias na qualidade do processo de cultivo, pois possibilitam irrigações sem a necessidade de acompanhamento humano, além de optimizar o consumo de água. Para Durson (DURSON & OZDEN, 2011), a demanda altamente crescente de água doce requer o uso de tecnologia de automação e seus instrumentos para gerar eficiência na utilização dos recursos hídricos.
Actualmente, os sistemas automatizados de irrigação se classificam em duas abordagens principais: Baseados em temporizadores e sem unidades temporizadoras. Nas subseções seguintes, as duas abordagens serão apresentadas.
Sistemas de Irrigação Baseados em Temporizadores
A maior parte dos sistemas de irrigação disponíveis no mercado utilizam temporizadores para fazer o controle do processo de irrigação. Esses mecanismos realizam a liberação de água em intervalos fixos de tempo como o sistemaapresentado por Zazueta ( (ZAZUETA et al. 1994)). Porém, este tipo de mecanismo apresenta vários problemas como: desperdício de água, gerado pela liberação de água quando o solo ainda está úmido; falta de suprimento hídrico para a planta, gerado por intervalos de tempo muito grandes sem irrigação; prejuízos a saúde da planta por irrigações realizadas em instantes com presença de altas temperaturas; entre outros.
Sistemas de Irrigação sem Unidades Temporizadoras
São sistemas que não fazem o uso de temporizadores físicos. Para identificar o momento correto de cada irrigação, assim como a quantidade de água, essas unidades apresentam um sistema de controle, alimentado por sensores, que identificam o momento ideal da rega.
NISE (NISE, 2011) afirma que um sistema de controle consiste em subsistemas e processos projetados de forma que dada uma entrada especificada, resulta em uma saída desejada. Segundo ele, os sistemas de controle podem compensar a falta de habilidade humana e mecanismos projetados sobre eles podem ser usados para substituir humanos nos trabalhos em locais remotos, perigosos ou propiciar conveniência.
O desempenho de um determinado sistema pode ser verificado a partir de sua curva de resposta e as duas das principais medidas de desempenho são a resposta transitória e o erro em regime permanente. Os sistemas de controle são construídos em casos de amplificação de potência, controle remoto, conveniência da forma de entrar, compensação de perturbações e automação (NISE, 2011).
A utilização de um sistema de controle em um sistema de irrigação tem como objetivo é automatizar a ação manual de irrigar as plantas e tentar compensar as perturbações provocadas por variações climáticas, tipos de solos, tipos de plantas e variações na temperatura (NISE,
2011).
Sistemas com Sensor de Umidade
A aplicação dos sistemas de irrigação baseados em sensores foi estudada em muitos trabalhos.
Segundo Durson (DURSON & OZDEN, 2011), a aplicação de uma rede de sensores
permite fazer o monitoramento em tempo real da quantidade de água presente no solo, determinando onde, quando e quanto irrigar, proporcionado um uso eficiente de recursos e eliminando a necessidade de mão-de-obra para efetuar a irrigação.
Reis (REIS, 2015) ainda afirma que o sucesso das atividades agrícolas está relacionado ao uso eficiente da água nas culturas principalmente em períodos de estresse hídrico e isso é atingido fazendo-se o controle da umidade do solo. Para Bayer (BAYER et al. , 2013), esta eficiência no uso da água está diretamente relacionada com a garantia de boa produção e renda para os produtores de pequeno porte.
Porém, antes de definir qual sensor utilizar, é necessário conhecer os métodos utilizados para determinar a umidade do solo. Esses métodos podem ser classificados em dois tipos: diretos e indiretos.
Nos métodos diretos, uma amostra do solo é utilizada para fazer quantificação da água presente nele. A quantificação pode ser feita por meio da extração e determinação do volume de água contido na amostra (umidade volumétrica) ou pela umidade gravimétrica, que utiliza pesagens e relaciona a massa da água com a massa dos sólidos da amostra (ALTOÉ, 2012).
Já nos métodos indiretos, a determinação da umidade é feita utilizando as propriedades físicas do solo (capacitância, pressão, resistência elétrica e outras) (MADALOSSO, 2014). Esses métodos possuem maior vantagem na construção de sensores de umidade por não ser necessário extrair amostras de terra para a análise, uma vez que o sensor pode ser conectado diretamente ao solo da cultura. Os modelos mais utilizados são condutividade térmica, tensiômetro, irrigas e blocos de resistência elétrica.
Condutividade Térmica
Esse método utiliza uma fonte de calor, que normalmente é uma resistência elétrica por possuir dissipação térmica. Então verifica-se a diferença de temperatura entre pontos ao longo de cápsulas porosas cilíndricas. O método é muito confiável, porém, requer que cada cápsula seja calibrada individualmente, dificultando o processo de fabricação e utilização em solos com características diferentes (ALTOÉ, 2012).
Tensiômetro
O tensiômetro (esboçado na Figura 2.6) é um sistema que determina a umidade presente no solo através de um medidor de vácuo conectado a uma cápsula porosa que é permeável a líquidos, porém impermeável a gases. Dessa forma, estando a cápsula inicialmente preenchida por água, enquanto houver umidade no solo, nenhuma água passará pela cápsula e consequentemente não existirá vácuo. A medida que a umidade do solo reduz, a água sai do tensiômetro pelos poros da cápsula e o medidor passa a detectar a presença de vácuo no interior do tubo (MADALOSSO, 2014).
Esse método é vantajoso por proporcionar, em tempo real, a leitura da tensão de água no solo e consequentemente o teor de água no solo. Sua principal desvantagem é exigir manutenção constante pois os poros da superfície acabam sendo obstruídos por pequenas partículas.
Figura 2.6: Esboço da estrutura de um tensímetro
Irrigas
O Irrigas é um método de determinação de humidade do solo utilizando a passagem de gás através de uma cápsula porosa que deve ser apropriada para cada cultivo. A medida que o solo seca, os poros da cápsula se esvaziam tornando possível a passagem do gás pelo sensor. A tensão crítica é o parâmetro necessário para o uso do Irrigas e é encontrado aplicando pressão no gás até iniciar o borbulhento na cápsula imersa em água (MADALOSSO, 2014).
O Irrigas possui baixo custo de fabricação, é facilmente utilizado, fácil de ser fabricado e as respostas das medições são lineares. O seu problema é exigir manutenção constante, pois os poros da superfície acabam sendo obstruídos por pequenas partículas. A Figura 2.7 mostra o funcionamento do sensor.
Funcionamento do Sensor de Humidade Utilizando Irrigas
Resistência Elétrica
A medição de humidade do solo utilizando resistência eléctrica é um método que faz uso da resistência presente entre dois eléctrodos conectados ao solo. Essa resistência varia inversamente proporcional à variação da humidade (MENDES, 2006).
Esse método possui baixo custo e fácil manuseio. O único critério para aplicação desse tipo de sensor em um sistema automatizado é que o microcontrolador seja capaz de fazer leituras de tensão através de uma porta analógica para determinarem a variação ocorrida nessa tensão, obtendo então a variação da resistência através da equação 2.1, onde V é a tensão encontrada na saída do circuito, I é a corrente de entrada do circuito e R é a resistência resultante. R = V/I
Alguns autores inserem esses eletrodos em blocos constituídos de algum tipo de material que seja capaz de absorver água. O material preferido por alguns fabricantes é o gesso devido à sua característica de troca de umidade com o solo procurando estabelecer um equilíbrio (o material absorve água caso o solo esteja mais húmido e perde água caso o solo esteja mais seco). Além dessa característica, a construção de blocos utilizando gesso e eletrodos é fácil. A vida útil dos blocos pode chegar a cinco anos e oferecem condições de medições continuadas em campo.
Sistema de Controlo
A Figura 3.2 mostra a primeira simulação do sistema de controle. Para realizar a simulação foi utilizado o software Proteus. As válvulas solenoides foram substituídas por motores DC (motores de corrente contínua) pelo fato de o simulador não disponibilizá-las (tanto motores DC quanto válvulas solenoides são considerados cargas indutivas, dessa forma, essa substituição não acarreta mudanças no comportamento do sistema). Alguns botões foram utilizados para simular os sensores de umidade.
Nesta simulação, os motores eram acionados no momento em que os botões eram pressionados,
isso seria equivalente ao sensor detectar que não havia umidade suficiente no solo do
vaso da planta.
Simulação do sistema de controle no software Proteus utilizando Arduíno
Uma forma eficiente de controlar a humidade presente no solo de uma planta é utilizar um sistema de controle de malha fechada, onde o sistemarepete a acção de liberar água e verificar a
humidade instantaneamente até que a leitura da saída seja satisfatória.
O problema encontrado nesse projecto é que as características do solo interferem na leitura temporal, ou seja, em um solo com maior facilidade de infiltração, a detecção da humidade também será maior. Dessa forma, é possível que o solo já possua água suficiente, porém o sistema ainda não foi capaz de identificar. Isso pode ser causado, por exemplo, pelo posicionamento do sensor de humidade. Uma solução para esse problema é configurar o sistema com um intervalo grande suficiente para que a humidade já tenha se espalhado mesmo em solos com taxa de infiltração menor.O microcontrolador utilizado como sistema de controlo no sistema projecto foi o Atmega328p da Atmel, Ele foi escolhido pelo baixo custo da sua placa de programação e pela vasta gama de códigos de exemplos de aplicações na área de automação.
Durante o trabalho na montagem o técnico eletricista usa diferentes ferramentas para auxiliar o seu esforço em algumas tarefas a exercer em cada área de trabalho.
Ferramentas 
•Alicate de Corte, •Alicate de pontas chatas, • Alicate universal isolado 
• Busca polos, • Chave fenda, • Chave fenda Philips (estrela)
• Martelo maço, • Martelo estofador, • Lima quadrada, • Lima redonda
• Lima chata, • Lima triangular, • Lima de meia cana, • Navalha, •Berbequim.
Instrumento de Medida
O electricista usa instrumentos de medição para determinar dimensões externa ou interna, valor de grandeza intensidade e continuidade destes têm: 
• Fita métrica, • Régua graduada, • Gavámetro
• Paquímetro, • Micrómetro, • Voltímetro, 
• Amperímetro, • Ohmímetro, • Freconsimetro, • Multímetro.
Equipamentos
EPIS – Equipamentos de protecção individual, ou fornecida pela empresa.
Orçamento
	Nome
	Item
	Preso por Unidade
	Preso em Metical
	Moto-bomba
	1
	30000.00
	30000mt
	Tubo VVC de 18mm
	2
	1200.00
	2400mt
	Tubo VVD de 20mm
	1
	1400.00
	1400mt
	Ligador
	1
	1000.00
	1000mt
	Hiaulica
	1
	800.00
	800mt
	Fonte De Alimentação 
	1
	2000.00
	2000mt
	Condutor de 2,5mm
	2
	3000.00
	6000mt
	Condutor de 1,5mm
	1
	2500.00
	2500mt
	Botão pulsador ligar/desligar
	1
	5000.00
	5000mt
Subtotal -------------------------------------------------------------------------------------- 51,100 Meticais
Mão-de-obra -------------------------------------------------------------------------------- 25,000Meticais
Total geral-------------------------------------------------------------------------------------76,100 Míticas.
Manutenção
1. Toda manutenção devera ser realizada por um prazo de garantia mínimo de 2 ou 3dias;
2. Caso seja ultrapassado o tempo para solução do problema, o equipamento ou material com defeito será substituído por outro sobressalente, com características idênticas as do substituído e que seja de propriedade da contratada, sem ônus adicionais à Contratante;
3. O equipamento substituído deverá retornar num prazo máximo de 5 dias;
4. O horário do trabalho será de forma correctiva nos dias utes da semana (segunda a seta feira) nos horários normais das 5h as 18h.
Conclusão
Depois dos primeiros testes realizados com o protótipo do sistema de irrigação desenvolvido ficou clara a possibilidade da criação de um produto utilizando as tecnologias estudadas, podendo posteriormente ser comercializado. Foi possível observar a exactidão do sensor, a capacidade de processamento do Arduino. O uso de um Shield Grove facilitou comunicação entre todos os componentes utilizados no protótipo, economizando tempo e deixando mais simples os trabalhos, já que sem o uso de um Shield Grove seria preciso soldar os componentes. 
Diante do que foi testado, com a utilização de mais sensores para que possa ser feita uma média da humidade de toda área monitorada, a criação de uma central de controle para que a placa não fique exposta ao sol e a chuva, e o uso de uma bomba hidráulica que possa fornecer água de forma uniforme para toda a área a ser irrigada é possível que este sistema possa ser implementado em estufas, jardins, campos de futebol etc. 
Em relação à tecnologia Arduino fica explícito a fácil implementação de qualquer aplicação mesmo sem ter um grande conhecimento de microcontroladores, programação e electrónica. 
A tecnologia Arduino tem a intenção de ensinar electrónica e programação durante o uso prático do Arduino, não é gasto muito tempo lendo teorias e histórias cansativas como em outras tecnologias, que podem não interessar aos usuários iniciais. 
A partir deste projeto é possível dar continuidade, desenvolvendo um sistema com conexões remotas via web ou mobile. Oferecendo assim ainda mais plasticidade no manejo de irrigação. Desta forma, pode-se afirmar que este trabalho atende aos objectivos estabelecidos ainda na fase de projecto. Por fim, espera-se que ele possa ser útil tanto para alunos e professores, em âmbito académico, como também para outros interessados nesta área do conhecimento.
Referências bibliograficas
ANTUNES, Thalis. Programando Arduino + Sensor de Umidade (Moisture). Disponível em: <http://www.thalisantunes.com.br/2012/02/19/programando-arduino-sensor-de-humidade-moisture/>. Acesso em: 25 jun. 2013. 
ARDUINO. Arduino. Disponível em: <http://www.arduino.cc/>. Acesso em: Maio de 2013. 
BANZI, Massimo. Primeiros passos com o Arduino. 1. Ed. São Paulo: Novatec, 2012. 
BOLTON, David. Definition of IDE. Disponível em: < http://cplus.about.com/od/glossar1/g/idedefinition.htm>. Acesso em: 27 de maio 2013. 
BRAGANTIA. Boletim Cientifico do Instituto Agronômico do Estado de São Paulo. Desenvolvimento do sistema radicular de tomateiro. Campinas, 1970. 9 p. 
CARVALHO, Everton Silva; ARAUJO, Luis Antônio O. IRRIGAÇÃO INTELIGENTE. In: 
CONGRESSO DE INICIAÇÃO CIENTIFICA INSTITUTO SUSTENTAR, 17. 2010, Valinhos - SP. Anuário de Iniciação cientifica Discente. Valinhos– SP: Anhanguera Educacional Ltda., 2010. p. 323 - 336. 
CARVALHO, Professor Daniel Fonseca de. ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO. 2010. 66 f. 
Dissertação - Departamento de Engenharia, Universidade Federal Rural Do Rio De Janeiro, Seropédica-RJ, 2010.
Anexos
Termos De Responsabilidade 
LILIANE ISABEL PENICELA Matriculado nesta instituição de ensino com código 597447, técnica Electricista, residente nesta cidade de Nampula, no Bairro Muahala Expansão, inscrito na direcção nacional de energia com nr 121/112, declaro que tomo responsabilidade pela boa execução e montagem de Sistema de humidade para irrigação automática, com 10VA. 7/0.4KV, que vai fazer com que Maior desenvolvimento de irrigação, e muito mais. Que vai estar situada na cidade de Nampula no distrito de Namapa, que será alimentada pela rede da média tenção de electricidade de Moçambique, declaro que na montagem e a instalação será devidamente de acordo e normas de segurança em vigor no pais. E a sua responsabilidade.