NT 5.1 INSTR UMIDADE SOLO

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO 
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS 
DISCIPLINA DE RELAÇÃO ÁGUA-SOLO-PLANTA-ATMOSFERA 
PROFESSOR: Francisco de Queiroz Porto Filho 
 
INSTRUMENTAÇÃO E MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA SOLUÇÃO DO SOLO 
 
1 – INTRODUÇÃO 
 
 Um dos mais importantes fatores influenciando o rendimento das culturas e a 
performance da demanda de água é a quantidade de água armazenada no solo. Esta 
informação sobre a solução do solo é essencial para determinar o requerimento de irrigação, 
para avaliação do fluxo de água e solutos e para a separação da radiação solar líquida em 
componentes de calor latente e sensível. 
 Informações sobre a solução do solo é essencial em hidrologia para entrar como 
uma variável de modelos hidrológicos que determinam escorrimento por runoff. Também, 
em modelos numéricos da atmosfera, a modelagem das interações na interface 
solo/atmosfera requerem, entre outras variáveis do ciclo da água, a determinação da 
solução do solo. A determinação direta da solução na base da superfície do solo são 
também requeridas para verificações por estimativas através de sensoriamento remoto. 
(Wold Meteorological Organization, 1996). 
 Determinações da solução do solo são tipicamente caracterizada pela medida do 
conteúdo de água ou do potencial de água do solo. O conteúdo de água é uma expressão 
em massa ou em volume da água no solo, enquanto o potencial de água do solo é uma 
expressão do estado de energia da água do solo. Curvas (curva característica da água do 
solo) que relacionam teor de água versos estado de energia podem ser confeccionadas, para 
o solo estudado e determinando-se ou o teor de água ou o estado de energia, encontra-se o 
outro através da curva. 
 Na agricultura, tanto a quantidade como o estado de energia da água no solo são 
importantes. Para hidrologia e necessidade de balanço de água, tão bem como para efeitos 
nas propriedades do solo ( tais como resistência mecânica do solo, condutividade térmica 
e difusividade) a avaliação da umidade do solo é mais útil. Já para fisiologia de plantas e 
problemas hidráulicos correlacionados com movimento de água, o potencial mátrico é a 
medição mais apropriada. 
 A acurácia necessária em determinações do conteúdo de água é uma função do 
problema a ser resolvido. No presente os níveis aceitáveis de acurácia varia de 1 a 5 % da 
solução do solo em base de volume. O grau de acurácia aceitável para um problema 
depende da escala de observação, textura do solo, estrutura do solo, freqüência de 
observação e do uso futuro. 
 A determinação da solução do solo é de grande interesse para inúmeras disciplinas 
de agricultura. E para satisfazer a difundida necessidade de determinar o estado da solução 
do solo, inúmeros instrumentos comercialmente úteis tem sido desenvolvidos. Este 
trabalho, tem como objetivo, proceder uma revisão de literatura sobre a instrumentação e 
métodos de medição da solução do solo. 
 
 
 2 
2 – MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO 
 
 Existem muitos instrumentos disponíveis para avaliar o estado da água do solo. O 
conteúdo de água em massa ( θg ) é tipicamente determinada diretamente. O teor de água 
em volume ( θv ) pode ser determinado diretamente, mas é, usualmente, estimado 
indiretamente pela determinação das propriedade do solo ou pela reação de um objeto 
inserido no solo. 
 Os métodos indiretos de determinar a solução do solo envolvem inferências de θv à 
partir de medições de uma propriedade do solo ou reação de um objeto inserido no solo do 
qual é afetado pelo conteúdo de água. Os métodos indiretos mais comuns para determinar 
o conteúdo de água no solo incluem técnicas Radiológicas (Atenuação de Neutrons e 
Absorção Gama), técnicas baseadas nas diferenças nas Constantes Dielétricas do Solo e da 
Água (Reflectometria no Domínio do Tempo e Sonda de Microondas), e Tecnologias 
Emergentes (Ressonância Magnética Nuclear Pulsante e Sensoriamento Remoto). Métodos 
indiretos de medição do potencial de água incluem Tensiômetros, Blocos de Resistências 
Elétricas, e Psicrômetros de Solo (Wold Meteorological Organization, 1996). Outros 
instrumentos, alguns em testes, utilizados para medição da solução do solo, são o 
Minitomógrafo de Raios X e γ , Método Capacitivo, Dissipação de Calor Numa Matriz 
Porosa Rígida e Membrana Semi-permeável. 
 
 
2.1 – MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DO TEOR DE ÁGUA NO SOLO 
 
2.1.1 – MÉTODO DIRETO ( Método gravimétrico ) 
 
 A medida do conteúdo de água pelo método gravimétrico implica na pesagem de 
uma amostra de solo (úmido) e a pesagem depois que se tenha eliminado a água por 
secagem em uma estufa a 105 °C até um peso constante. A diferença no peso indica o 
conteúdo de umidade e se expressa como massa de água por massa de solo seco em estufa 
(g/g) ou como porcentagem em peso do solo seco em estufa. A porcentagem em peso pode 
ser calculada como segue: 
 100 X 
estufa em seco solo do peso
estufa em seco solo do peso - úmido solo do peso) ( peso em umidade de % =Θg 
 
 100 X 
estufa em seco solo de gramas
água de gramas
= (1) 
 Para irrigação, drenagem e outros fins agronômicos é útil conhecer o conteúdo de 
umidade em base volumétrica (% de água em volume = mm de água por 10 cm de 
profundidade ). Si se tomam amostra de solo com volume conhecido e considerando que a 
densidade da água é igual a 1, o conteúdo de umidade como uma porcentagem deste 
volume pode calcular-se como segue: 
 
100 X 
solo de volume
estufa em seco solo do peso - úmido solo do peso
 )( volumeem umidade de % =Θv 
 
 3 
 
 100 X 
solo de cm
 água de cm
 3
3
= (2) 
 
 Outra forma de obter o conteúdo de umidade do solo em base de volume é 
converter θg em θv multiplicando o primeiro pela densidade aparente do solo seco (peso 
do volume). 
 
% de umidade em volume = % de umidade em peso X densidade aparente do solo seco (3) 
 
 Definindo-se a densidade aparente (da) do solo seco como a massa do solo seco por 
unidade de volume, teremos: 
 
solo de cm
estufa em seco solo de gramas
 
solo de volume
estufa em seco solo de massa
 da 3== 
 
 Ainda que a determinação gravimétrica do conteúdo de umidade do solo seja 
bastante trabalhosa, por sua simplicidade e confiabilidade, é a técnica mais aplicada 
extensivamente e é usada como o calibrador padrão para os outros métodos. 
 
 
2.1.2 – MÉTODOS INDIRETOS 
 
 A capacidade do solo para reter água é, entre outras variáveis, uma função da 
textura e estrutura. Ao remover uma amostra de solo, o solo a ser avaliado será deformado, 
e sua capacidade de armazenamento será alterada. Métodos indiretos de medição da água 
do solo são proveitosos quando eles permitem informações serem coletadas em um mesmo 
local para cada observação sem deformar o sistema solo-água. 
 
2.1.2.1 – MÉTODOS RADIOLÓGICOS 
 
 Dois principais métodos radiológicos são largamente usados e disponíveis para 
determinação do conteúdo da água do solo. Um é o método de dispersão de neutrons, do 
qual se baseia na interação de neutrons de alta energia e o núcleo do átomo de hidrogênio 
do solo. O outro método utiliza a atenuação de raios gama quando eles passam através do 
solo. Ambos instrumentos usam equipamentos portáteis para dar medições através de 
observações permanentes no local e requerem cuidadosas calibrações, de preferência com o 
solo na qual o equipamento está sendo usado. 
 Quando se usa qualquer meio emissor de radiação, algumas precauções são 
necessárias. Todas regras a respeito dos perigos da radiação, apresentadas pelos fabricantes 
e autoridades de saúde, devem ser observadas. Quando as diretrizes e regulamentações 
sãoseguidas, não existe necessidade para temer exposição a níveis excessivos de radiação, 
indiferente da freqüência de uso. Nem por isso, qualquer que seja o tipo de meio emissor 
de radiação usado, o operador deverá usar algum tipo de filme (crachá) que quantifique o 
nível de exposição para ser avaliada e registrada em base mensal (Wold Meteorological 
Organization, 1996). 
 4 
2.1.2.1.1 – SONDA DE NEUTRONS 
 
A sonda de neutrons, instrumento de determinação da umidade do solo, tem sido 
grandemente utilizado quando a profundidade de interesse é maior de 15 cm, com algumas 
restrições. O instrumento consiste de uma sonda com fonte de neutrons rápidos, 
usualmente Amerício 241/Berilo, um detector Hélio-3 para os neutrons termalizados, que 
desce por um tubo de parede fina de alumínio, ferro ou PVC, cravado no solo, e um 
registrador eletrônico. 
 Ao ser acionada, a fonte libera neutrons que se espalham colidindo com os 
diferentes corpos no solo que provocam redução da sua energia cinética. A redução da 
energia é máxima quando os neutros encontram núcleos de Hidrogênio presentes no solo 
que reduzem a sua energia inicial a valores característicos dos núcleos de H. Embora o 
hidrogênio seja um componente da matéria orgânica, a maior parte deste elemento no solo 
ocorre como componente da água. Portanto, a contabilização dos neutrons termalizados, 
ao redor da fonte de neutrons rápidos, indica de forma razoável o teor de água no solo. A 
quantidade de neutrons termalizados pode ser calibrada com a umidade volumétrica do 
solo com resolução na faixa de 0,01 cm3 cm-3 a 0,05 cm3 cm-3 . 
Componentes principais: 
a) Sonda – contém fonte de neutrons rápidos e detector de neutrons 
lentos. 
 
Fontes de Neutrons 
Rádio – Berílo – Radiação 
perigosa 
Amerício – Berílo – Radiação 
menos perigosa 
b) Scaler – mede o fluxo de neutrons lentos. 
c) Tubo de acesso de alumínio 
d) Caixa Protetora – cilindro blindado de parafina 
 
 
 
A presença de uma nuvem de neutrons ao redor da fonte restringe o uso deste 
técnica ao campo, ou seja, sua utilização é difícil, para não dizer inviável, em laboratório. 
{ 
 5 
O raio da nuvem esférica de neutrons varia com a umidade do solo, indo de 0,15 m para 
solo saturado a 0,60 m para solo seco. É utilizado para qualquer teor de umidade do solo. 
Para se determinar o conteúdo volumétrico da água em um solo qualquer é 
necessário obtenção de uma equação de calibração para cada profundidade a ser analisada. 
Escolhe-se dentro da área quatro ou mais parcelas de 2 x 2 m e instala-se no centro 
de cada uma, tubos de PVC, alumínio ou aço de aproximadamente 2 polegadas de diâmetro 
interno, 2mm de espessura nas paredes e de comprimento variado. As parcelas são irrigadas 
até a saturação da profundidade desejada. 
Um outro tubo é instalado fora das parcelas e 1,30m do solo para a obtenção da 
leitura de carcaça. 
Faz-se leituras diária com a sonda a cada profundidade desejada, até que haja uma 
estabilização nos valores obtidos pela mesma (equilíbrio). A cada leitura, nas mesmas 
profundidades, determina-se o conteúdo volumétrico de água do solo (θv). 
A leitura da carcaça, necessário se faz toda vez que se realiza leituras com a sonda, e 
a relação contagem no solo/contagem na carcaça é expressa como sendo contagem relativa 
(CR). 
A equação de calibragem para cada profundidade ou para todo perfil é obtido em 
função do conteúdo volumétrico de água no solo (θv) e da contagem relativa (CR), de 
acordo com os modelos: 
 
θv= a + bCR
 
θv = a + bCR
 
+ c (CR)2 
 
Obtida as equações pode-se detectar a qualquer instante o conteúdo volumétrico de 
água no solo, bastando para tal, instalar tubos de acesso para a sonda em locais pré-
determinados. 
 O seguinte procedimento é feito para se usar a sonda de neutrons como indicador 
da umidade do solo : 
1º- Instale o tubo de acesso em furos, previamente abertos com trado, no solo. O diâmetro 
interno do tubo de acesso deve ser de 40 mm a 50 mm, dependendo do equipamento. Cerca 
de 100mm de tubo deve ser deixado acima da superfície do solo para apoio do instrumento 
de medição. Recomenda-se, entre uma medição e outra, tampar a extremidade do tubo para 
evitar entrada de água ou sujeira; 
2º - Coloque o instrumento sobre o tubo de acesso e selecione um tempo apropriado para 
contagem de acordo com recomendação do fabricante. Para proteção contra danos 
causados por água, verifique o tubo de acesso, para ver se não está com água, antes de 
baixar a sonda; 
3º - Desça a sonda dentro do tubo até a profundidade desejada. Acione a fonte iniciando a 
contagem dos neutrons termalizados. Faça uma ou mais contagens em cada profundidade 
selecionada. Lembrando que a menor profundidade deve ser superior a 150 mm; 
4º - Converta a CR para umidade volumétrica pela equação de calibração encontrada 
para o solo em estudo. 
 
 
 
 6 
 
 Configuração de Modelos Recentes 
 
Os modelos recentes de equipamentos de sonda de neutrons dispõem dos 
seguintes itens : a) microprocessador integrado, com pelo menos 13k de memória de 
registro, além de equações de calibração para diferentes tipos de solo; b) bateria 
recarregável; c) transferidor de dados para PC ou impressora através de cabo RS232C. 
Para resgatar os dados registrados na memória eletrônica para uma impressora ou para 
um computador pessoal, diretamente ou via modem, basta usar o comando específico do 
aparelho, de acordo com o programa fornecido pelo fabricante. De maneira geral, os dados 
são transferidos como arquivo, no formato padrão ASCII, no sistema de transmissão 
ACK/NACK. A Figura 1 a seguir apresenta uma sonda de neutros 
 
 
 
 
FIGURA 1- Fotografia de uma sonda de neutrons. 
 
 
 
 
 7 
EXEMPLO: Determinar a equação de calibração com os dados de contagem relativa (CR) e 
conteúdo volumétrico de água (θ). 
 
Data Profundidade (cm) 
Contagem 
Carcaça 
Leitura 
Neutrômetro 
Contagem 
Relativa (CR) 
Conteúdo 
Volumétrico (θ) 
2/12/89 0 – 20 699 308 0,440 11,37 
3/12/89 0 – 20 696 244 0,351 7,32 
4/12/89 0 – 20 696 198 0,284 7,36 
5/12/89 0 – 20 696 181 0,260 7,02 
6/12/89 0 – 20 698 174 0,250 6,45 
7/12/89 0 – 20 694 170 0,245 6,37 
8/12/89 0 – 20 697 168 0,241 6,27 
9/12/89 0 – 20 694 161 0,232 6,17 
 
Resolução: Tomado os valores da contagem relativa (CR) como “X” e o 
conteúdo volumétrico (θ) como “Y” e analisando estatisticamente através da 
regressão linear, obtém-se a equação seguinte: 
 
 θθθθ = 0,89 + 22,22 CR com r2 = 0.94 
 
 
2.1.2.1.2 – SONDA DE RAIOS GAMA 
 
Césio-137, por emitir raios gama a 0,662 MeV de energia e meia vida de 30 anos, 
e Ameridio-241 a 0,060 MeV e meia vida de 470 anos, têm sido usados na determinação 
indireta da umidade do solo pelo método da sonda de raios gama. 
O método baseia-se na atenuação de raios gama pelo solo. O grau de atenuação de 
um feixe de raios gama que atravessa uma coluna de solo depende dos elementos 
constituintes e do peso específico aparente desse solo. Se os constituintes sólidos e o peso 
específico aparente de um determinado solo permanecerem constantes, a variação na 
atenuação de raios gama irá representar a variação da umidade do solo. 
 O uso da sonda de raios gama está restrito ainda aos laboratórios, devido à 
complexidade desta técnica. A precisão do método para determinação da umidade do solo 
varia com a espessura e peso específico da coluna de solo, das caraterísticas de absorção 
do solo, e da relação entre absorção por solo seco e por solo úmido (Gomide, 1998). 
 Atenuação de raios gama pode ser matematicamente expressada por: 
 
 I = Io e-µxρ(5) 
Onde: I é a intensidade de raio gama medido, Io é a intensidade de raios gama não 
atenuados, µ é o coeficiente de absorção de massa para o material absorvente, x é a 
espessura do material absorvente, e ρ é a densidade de absorção (Wold Meteorological 
Organization, 1996). 
 Se o equipamento está adequadamente construído, os raios gama podem ser 
dirigidos de tal maneira que as variações de umidade em camadas muito finas (1 cm) 
podem ser medidas quando se usa a técnica de transmissão ou de dupla sonda (dois tubos 
de acesso). Outra técnica é a dispesão, em que uma sonda contem a fonte e o detector, 
 8 
separados por uma proteção (Stakman, 1978). A Figura 2 esquematiza estes dois tipos de 
técnicas. 
 
 
 
FIGURA 2 – Arranjo esquemático para as técnicas de atenuação de raios gama de dupla 
sonda (lado esquerdo) e uma sonda (lado direito). 
 
2.1.2.2 – MÉTODOS BASEADOS NA DIFERENÇA ENTRE AS CONSTANTES 
DIELÉTRICA DA ÁGUA E DO SOLO. 
 
2.1.2.2.1- REFLECTOMETRIA NO DOMÍNIO DO TEMPO (TDR) 
 
A reflectometria no domínio do tempo (TDR), como método de medida de umidade 
e condutividade elétrica do solo, vem se destacando no cenário das técnicas empregadas 
para medidas de parâmetros físico do solo, tais como,. o estado da água em meios porosos, 
a concentração de soluto e o potencial matricial ( Conciani, et al. 1997; Torre-Neto, et al., 
1995; Biscegli, et al.,1996 ). 
O solo é composto, em geral, de ar, partículas minerais e orgânicas e água. As 
constantes dielétricas (ε ) para esses materiais são, aproximadamente, 1 para o ar, 2 a 4 
para as partículas minerais e 80 para a água. Por causa da grande diferença da constante 
dielétrica da água e dos outros constituintes do solo, a velocidade de propagação de uma 
onda de energia em hastes paralelas inseridas no solo é dependente do conteúdo de água no 
solo, fazendo com que a TDR seja um método de avaliar a umidade do solo relativamente 
insensível à sua composição e textura. Na prática, a TDR computa o tempo gasto para um 
pulso ir do começo ao final de uma guia ( haste ) de onda, de comprimento conhecido 
(geralmente, 15, 20 ou 30 cm ), inserida no solo e relaciona esse tempo com a propriedade 
dielétrica que, por sua vez, está relacionada ao conteúdo de água no solo. A medição do 
tempo é feita com um osciloscópio que já vem embutido nos aparelhos atuais ( JURY et 
 9 
al., 1991 ). O processador da TDR incorpora um sistema altamente sensível capaz de medir 
o tempo em picosegundos ( um picosegundo é um trilionésimo do segundo ). 
 Se o solo estiver completamente seco, o ε da Equação 6 será de 2 a 4. Se 25% do 
volume do solo for água, o ε estará aproximadamente entre 11 e 12. Para solos de interesse 
agrícola, os valores de ε dependem basicamente do conteúdo volumétrico de água do solo 
e independem bastante do tipo de solo. 
 
 ε = [ ( ct ) / ( 2L ) ] (6) 
 
Onde: c é a velocidade da luz ( m/s), t é o tempo de propagação, lido com o TDR ( s ), e L 
é o comprimento da haste TDR ( m ). A representação esquemática do princípio de 
funcionamento do TDR, pode ser visto na Figura 3. 
 
 
 
 
FIGURA 3 - Representação esquemática do princípio de funcionamento do sistema TDR, 
para detecção do tempo de deslocamento do pulso na sonda. O gráfico mostra o 
comportamento do sinal do TDR, para solo seco e úmido, respectivamente. 
 
 
 
A – Tipos de sondas TDR 
 
 Para a medida de umidade do solo, distintos tipos de sonda podem ser utilizadas, as 
quais são : sondas de cabo paralelo e as que emulam cabo coaxial. A Figura 4.a mostra no 
detalhe as dimensões de um a sonda com cabo paralelo, como também a equação da 
 10
impedância que permite obter os valores do espaçamento ( s ) e do diâmetro ( d ) da haste. 
A Figura 4.b mostra a sonda que emula cabo coaxial como também a equação para cálculo 
da impedância da sonda. A mesma é construída com 4 hastes, sendo 3 hastes consideradas 
a blindagem ou negativo e uma haste central como o positivo. 
As sondas que emulam cabo coaxial têm a vantagem de possuírem a menor perda 
do sinal, devido ao menor valor de impedância e devido ao confinamento da propagação da 
onda eletromagnética, por todo o comprimento da haste (Conciani et al., 1997). 
 
 
 (b) Zo=60/ . ln (2 . S / d) √ε 
 
FIGURA 4 - ( a ) Sonda TDR com hastes paralelas. No detalhe as dimensões do 
espaçamento ( S) e do diâmetro ( d ) em mm, as quais são características da sonda - ( b ) 
Sonda TDR que emula cabo coaxial. As dimensões do espaçamento (S) e do diâmetro (D), 
determinam o valor da impedâscia ( Zo ). As equações permitem calcular o valor de Zo 
para ambas as sondas. 
 
 
B - Curvas de Calibração e Modelos Que Relacionam a Propriedade Dielétrica e a 
Umidade do Solo (TDR) 
 
A relação entre o valor de ε e a percentagem volumétrica de água no solo tem sido 
calibrada através de medições cuidadosas de ε em células de teste preparadas com 
volumes precisos e conhecidos de água no solo. Essa relação é então usada para 
converter automaticamente medições de campo de ε com o conteúdo volumétrico de água 
no solo. 
 Basicamente, dois modelos matemáticos para relacionar a propriedade dielétrica 
do solo com o seu conteúdo de água são descritos na literatura. Um modelo empírico, que 
 11
Consiste em um polinômio do terceiro grau, foi ajustado por Topp et al. ( 1980 ) e funciona 
bem para solos minerais com conteúdo de água menor que 0,5 cm³ ³ ³ ³ . cm----3333 ( Or & Wraith, 
1997 ) : 
 
 θv = -5,3.l0-2 + 2,92.10-2 . εb –5,5.10-4 . εb2 + 4,3.10-6 . εb-6 (7) 
 
onde θv é o conteúdo de água no solo, expresso em volume e εb é a propriedade dielétrica 
do complexo ar-solo-água. Um segundo modelo, fisicamente embasado, considera a 
propridade dielétrica dos constituintes do solo individualmente ( Or & Wraith, 1997 ): 
 
 
 θv = εb
β
 - ( 1 – n ). εsβ - n. εaβ (8) 
 εw
β
 - εa
β
 
onde εb é a propriedade dielétrica do complexo ar-solo-água, εs é a propriedade dielétrica 
dos sólidos do solo, εa é a propriedade dielétrica do ar, εw é a propriedade dielétrica da 
água, n é a porosidade total do solo, expressa em volume, e β é um parâmetro relacionado 
com a geometria do meio poroso, geralmente de valor 0,5 para meios porosos bifásicos, 
isotrópicos, (Roth et al., 1990, citado por Or & Wraith, 1997). 
Assumindo β= 0,05, εw = 81, εs = 4 e ε1 = 1, a Equação 8 fica simplificada para : 
 
( )
8
2 n
v
−−
=Θ ε (9) 
 A Equação 9 produz uma curva de calibração similar a de TOPP et al. ( 1980 ), 
para a faixa do conteúdo de água até 0,50 cm³/³/³/³/ cm³ ³ ³ ³ , e descreve uma faixa maior de 
umidade, o que é interessante para solos mais pesados e orgânicos ( Or & Wraith, 1997). 
 Uma terceira forma consiste simplesmente em interpolar linearmente valores do 
conteúdo de água no solo para valores da propriedade dielétrica medidos no solo, usando-
se uma tabela fornecida pelo próprio fabricante ou gerada pelo usuário ( Soilmoisture,1996 
citado por Gomide, 1998 ). Essa forma parece ser mais flexível, pois permite guias ou 
sondas de onda desenvolvidas localmente, a um custo menor, possam ser calibradas e 
usadas com o mesmo equipamento TDR. A Figura 5 mostra a relação entre a propriedade 
dielétrica do solo (εb ou Ka ) e o conteúdo volumétrico de água no solo (θv). Essa relaçãofoi desenvolvida usando células de teste cuidadosamente preparadas com diferentes tipos 
de solo que forneciam valores precisos do conteúdo volumétrico da água no solo 
(Soilmoisture, 1996 citado por Gomide, 1998).Os valores de ε não são exatamente os 
mesmos pares diversos tipos de solo (predominantemente areia, silte ou argila. ). Essas 
diferenças podem ser devido às diferenças nas ligações das moléculas da água aos 
diferentes minerais presentes no solo, tanto quanto devido a outras características físicas 
ainda não plenamente conhecidas. Entretanto, essas diferenças são mínimas na avaliação 
do conteúdo de água no solo. 
 
 12
 
FIGURA 5 - Relação geral entre a propriedade dielétrica (εb ou Ka ) e o conteúdo 
volumétrico da água no solo (θv ) ( Soilmoisture, 1996 citado por Gomide 1998). 
A curva de calibração do solo de Campo Novo do Parecis, MT, um latossolo 
vermelho amarelado, em comparação com a curva de calibração publicada por Topp et. al. 
(1980 ). é apresentada na Figura 6. Esse solo é bastante fino, possuindo textura 
predominantemente argilosa. A diferença encontrada nas curvas de calibração têm 
explicação em função da composição físico-química do solo e da granulometria do solo. 
 
 
FIGURA 6 - Curva de calibração para solo brasileiro (Solo de Campo Novo do Parecis. 
MT, horizonte A) e comparação com a curva de calibração publicada por Topp et al. 
(1980 ) (Crestana et al., 1996). 
 
C - Novos Resultados Experimentais, Vantagens e Desvantagens do Uso do TDR 
 
 Uma nova configuração de sonda TDR foi construída de forma segmentada em 
espaços distintos. A Figura 7 mostra o detalhe da construção da sonda de 4 fios e as 
dimensões da mesma. Na Figura pode ser visto o sinal característico da antena segmentada 
reproduzido na tela do equipamento TDR. A Figura 8 apresenta a medida da umidade do 
solo em diferentes profundidades, com distintos tempo utilizando a antena segmentada 
(Conciani et al., 1997). 
 13
 A vantagem de se utilizar a haste segmentada está baseada no fato da redução de 
erros de leitura devido a variabilidade espacial e no acompanhamento da frente de 
molhamento no mesmo local (Conciani et al., 1997 ). 
 
(a) (b) 
FIGURA 7 - (a) Arranjo esquemático da sonda TDR com haste segmentada. (b) Sinal 
característico, obtido com a antena segmentada e que pode ser observada na tela do TDR. O 
eixo X é a grandeza medida pelo equipamento dado em metro (m), sendo L1, L2, L3, as 
marcas registradas pelo aparelho devido as descontinuidades da sonda. 
 
 
 
 
FIGURA 8 - Medida da umidade do solo em diferentes profundidades, com distintos 
tempo utilizando a antena segmentada (Conciani et al., 1997). 
 
 14
As seguintes vantagens do uso da técnica TDR podem ser citadas : a) técnica não 
destrutiva; b) não utiliza radiação ionizante; c) alta exatidão na medida do conteúdo de 
água; d) baixo custo no acoplamento a um coletor de dados; e) portabilidade; f) medidas 
podem ser realizadas tanto no perfil horizontal como no perfil vertical nos solos; e g) 
medidas podem ser feitas em campo, sem causar distúrbios no solo. Entretanto, encontram-
se, também, algumas desvantagens do uso da técnica TDR, podendo ser destacadas : a) 
influência da salinidade nas medidas de umidade volumétrica; b) influência dos óxidos de 
ferro no processo de leitura, através da permeabilidade característica de cada óxido; c) 
dependência do tipo do solo, isto é, a dependência de solos minerais e solos inorgânicos 
na calibração; d) variações significativas da densidade global do solo, em particular em 
solos expansivos, provocam considerável mudança na leitura do conteúdo de água; e e) 
a necessidade de abrir trincheira no perfil do solo para instalação das guias de onda em 
profundidade, o que, de certa forma, causa distúrbio, podendo até danificar o sistema 
radicular de algumas espécies frutíferas. Todavia, um equipamento disponível no 
mercado possui uma guia especial que é empregada para todo o perfil do solo. 
 Para o equipamento completo, com módulo de armazenagem de dados, interface 
para computador, visor para análise do pulso eletromagnético e dispositivos para coleta 
automática de dados, o custo da TDR é ainda relativamente alto. Equipamento que 
utiliza princípio semelhante, mas que só dispõem de um medidor digital que indica 
diretamente o conteúdo de umidade já estão sendo oferecidos no mercado e devem, 
certamente, ter custo menor. Enquanto os primeiros são mais recomendados para a 
pesquisa, esses últimos podem ser empregados para o manejo da irrigação em campo. 
 
2.1.2.2.2 – SONDA DE MICROONDAS 
 
 A sonda dielétrica de microondas utiliza um cabo coaxial em aberto e um 
reflectômetro simples na sua extremidade para medir amplitude e fase a uma particular 
freqüência (tipicamente na região de microondas). Medidas do solo são referenciadas com 
o ar, e tipicamente calibradas com blocos dieletricos e/ou líquidos com propriedades 
dielétricas conhecidas. Uma vantagem de usar o líquido para calibração é que um perfeito 
contato elétrico entre a extremidade da sonda e o material pode ser mantida (Jackson, 1990 
citado por Wold Meteorological Organization, 1996). Um diagrama de blocos do sistema é 
apresentado na Figura 9 (Crestana et al., 1996). 
 
 
FIGURA 9 – Diagrama de blocos do sistema de atenuação de microoondas par medida da 
umidade em amostras de solo. 
 
 Como uma simples sonda de pequena extremidade é usada, apenas, um pequeno 
volume de solo é sempre avaliado. Como resultado, este método é excelente para 
laboratório ou medidas pontuais mas é facilmente sujeito de sofrer problemas de 
 15
variabilidade espacial se usado a nível de campo. Adicionalmente, a sonda avalia um 
pequeno volume de solo, portanto, o contato com o solo é baixo. 
 
 
2.1.2.3 – TECNOLOGIAS EMERGENTES 
 
 Devido a recentes avanços na engenharia, novos métodos estão sendo 
desenvolvidos com possibilidade de permitir uma medição rápida das condições de 
umidade do solo. A Wold Meteorological Organization (1996) considera duas 
metodologias desenvolvidas recentemente, para determinação da solução do solo, como 
emergentes, que são: o uso de ressonância magnética nuclear pulsante e microondas de 
sensoriamento remoto. 
 
2.1.2.3.1 – RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR PULSANTE (PNMR) 
 
 Ainda em estágio de desenvolvimento e pesquisa, o uso da PNMR pode Ter 
aplicações práticas em um futuro próximo (Jackson et al., 1987 citados em Wold 
Meteorological Organization, 1996). Este método de medição focaliza a interação entre o 
momento magnético nuclear do hidrogênio e um campo magnético. A unidade sensora 
consiste de um eletromagnético, rolo de rádio freqüência e um capacitor de sintonia. 
Essencialmente, este método permite a determinação instantânea do conteúdo volumétrico 
da água no solo, independente da textura, conteúdo de matéria orgânica, e densidade do 
solo. 
 O momento magnético de um núcleo do qual contém um estranho número de 
prótons/neutrons se comporta como uma barra magnética girando. Quando inserido em um 
campo magnético estático, o momento magnético processa sobre um eixo paralelo para o 
campo magnético aplicado. Se um campo magnético oscilatório igual a precessão de 
freqüência de um átomo de hidrogênio é aplicado a vários ângulos no campo magnético 
estático, ele forçará o momento magnético do hidrogênio para processar em fase. O campo 
magnético oscilatório é produzido pelo gerador de rádio freqüência. A quantidade de 
energia absorvida pela amostra pode, então, ser medida, tão bem como o decaimento do 
sinal do campo oscilatório. A análise da adsorção resultante e decaimento do sinal produz 
informação concernente do tempo de relaxamento do gira-girae gira-rótula o qual, em 
troca, são usados para calcular a quantidade de hidrogênio na amostra. 
Um trator provido com um protótipo foi construído com dispositivo de PNMR e foi 
testado Este dispositivo poderia ser usado para determinar conteúdo de água do solo na 
hora de plantar, ou poderia ser usado para colecionar dados de solo por calibrar 
instrumentos sensoriamento remoto. Embora o trator sistema de PNMR possa avaliar com 
precisão aproximadamente 5 cm de umidade da superfície de solo, a precisão cai 
dramaticamente quando profundidade crescente. O campo magnético deve ser homogêneo 
para técnicas de PNMR trabalhar efetivamente, e obter um campo magnético homogêneo 
em solo indeformado é a maior limitação desta técnica. 
Instrumentos PNMR de Laboratório podem ser comprados, mas eles estão 
geralmente muito caros para aplicação prática. 
 
 
 
 16
2.1.2.3.2 – SENSORIAMENTO REMOTO 
 
Medidas com instrumentos de difusão espacial que utilizam técnicas sensoriamento 
remotos estarão disponíveis no futuro próximo para avaliar conteúdo de água do solo, 
estimação de taxas de evapotranspiration, e avaliação do estresse de plantas em uma escala 
de bacia (Jackson & Schmugge, 1989 citados por Wold Meteorological Organization, 
1996). Embora infravermelho e níveis de energia de microondas tenham sido estudados 
amplamente, só a região de microondas tem o potencial para obter diretamente medidas 
quantitativo de umidade do solo de uma plataforma espacial. 
Técnicas de Microondas podem ser separadas em passivo (radiométrica) e ativo 
(radon) radiação. Técnicas de microondas passivas enfocam em analisar as emissões de 
microondas naturais da superfície do solo, enquanto radiação ativa se refere a medir a 
atenuação de um sinal “de retorno” através de radar. Ambas as aproximações estão 
baseado nas grandes diferenças que existem entre as propriedades de dielétrica da água 
líquida e do solo seco, e ambos são conducentes a monitorar o conteúdo de água da 
superfície do solo em cima de grandes áreas de solo. 
A resposta do radiometro de microondas variará de um emissividade de 0.95 a 0.6 
ou menor para medidas de microondas passivas. Para as medidas de microondas ativas, é 
observado um aumento de cerca de 10 decibéis em retorno à partir de solo seco para 
úmido. A emissão de microondas está referendada como a temperatura de brilho, Tb e é 
proporcional a emissividade, β, e a temperatura da superfície de solo, Tsoil, ou: 
 
 Tb = βTsoil (10) 
 
 Onde: Tsoil está em kelvin. Porque β é dependente em textura de solo, aspereza de 
superfície, e vegetação, atuais conteúdos de água de solo serão relacionados empiricamente 
por Tb. 
Para medidas de microondas ativas de conteúdo de água de solo, parte do total do 
sinal “de retorno” deve ser separado na porção devido a vegetação, e do solo. 
Adicionalmente, o “canopy” da vegetação influenciará o componente de solo. O conteúdo 
volumétrico de água é relacionado como o total ativo refletido, St, por: 
 
 θv = L(St - Sv) (RA)-1 (11) 
 
onde L é o coeficiente de atenuação de vegetação, Sv é a parte “de retorno” devido a 
vegetação, R é um termo as aspereza da superfície do solo, e A é um termo da sensibilidade 
da umidade do solo. Infelizmente, não há satisfatóriamente nenhum meio independente de 
medir R e A. Como resultado, a resposta de microondas ativa para o conteúdo de umidade 
do solo pode ser expressada como uma relação empírica. 
 
 
 
 
 
 
 
 17
2.2 – INSTRUMENTAÇÃO PARA DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL DE ÁGUA DO 
SOLO 
 
Toda vez que um solo não estiver saturado, nele existe ar e, portanto existem 
interfaces água/ar ( meniscos ) que lhe conferem o estado de tensão ( pressão negativa ). 
Assim, a água no solo, via de regra, encontra-se sob tensões. A tensão, chamada de 
potencial matricial (Ψm), é resultante da afinidade da água com a matriz do solo, devida às 
forças adsortivas e de capilaridade oriundas das forças coesivas e adesivas que se 
desenvolvem dentro e entre as três fases do solo. Um potencial que sempre está presente é o 
potencial gravitacional (Ψg ), que se refere a influência da gravidade terrestre. A 
diminuição do estado de energia da água do solo devido a interação com os sais contidos no 
solo pode ser quantificado através do potencial osmótico (Ψos). E em solos saturados ao 
invés do Ψm pode aparecer um potencial de pressão (Ψp) devido a carga hidrostática da 
solução do solo. Verifica-se portanto que o potencial total (Ψt) da água no solo, é igual a: 
Ψt = Ψm + Ψg + Ψos + Ψp, expressos em unidades de pressão ou carga hidráulica. 
Considerando que a maioria dos cultivos são em solos normais (não salinos) e que as 
condições de umidade está abaixo da saturação, faz com que o Ψos interfira muito pouco 
e o Ψp seja igual a zero. Portanto nessas condições teremos Ψt = Ψm + Ψg. 
 Para resumir, apenas instrumentos de medir o potencial mátrico do solo, são capazes 
e suficientemente baratos e confiáveis, para o uso em programas de monitoramento em 
escala de campo. Em cada caso, existe limitações severas para o intervalo de potencial na 
qual o instrumento funciona corretamente. Muita cautela, entretanto, deve ser exercida se o 
potencial osmótico é significante. 
 
 
2.2.1 – TENSIÔMETROS 
 
 O potencial matricial da água em diferentes pontos no solo é determinado 
diretamente com tensiômetro. Este dispositivo consiste de uma cápsula de cerâmica 
porosa conectada a um manômetro ( vacuômetro ) através de um tubo geralmente de PVC 
ou acrílico. Quando colocado no solo, a água contida na cápsula tende a entrar em 
equilíbrio com a tensão da água no solo ao seu redor. Qualquer mudança no teor de água 
do solo e consequentemente em seu estado de energia, será transmitido à água no interior 
da cápsula, sendo indicada rapidamente pelo vacuômetro. A cápsula do tensiômetro 
funciona como uma membrana semi-permeável, permitindo a livre passagem de água e 
íons, não permitindo a passagem de ar e partículas do solo. Ao invés do vacuômetro 
também pode ser usado um reservatório contendo mercúrio que interligado, 
hermeticamente, com a cápsula porosa no solo. E ao diminuir ou aumentar o teor de 
umidade no solo, o mercúrio se eleva ou baixa, respectivamente, em um tubo de plástico 
ou vidro. A Figura 10 mostra um tensiômetro de mercúrio. 
 18
 
 
FIGURA 10 - Representação esquemática de um tensiômetro com manômetro de mercúrio 
 
 Teoricamente, o tensiômetro poderia medir tensões de até 101,3 kPa; na prática, 
porém, só é possível medir até 80 kPa aproximadamente. Acima desta tensão o ar penetra 
no instrumento através dos poros da cápsula, a água começa a passar do estado líquido 
para o estado de vapor e as medições perdem precisão. Mesmo assim, devido a tensão de 
água máxima, exigido pela maioria das culturas para obterem máxima produtividade, ser 
menor que 80 kPa, o tensiômetro tem se tronado um instrumento, prático, preciso e barato 
com grande uso no manejo da irrigação. 
 O valor de Ψm do solo ao redor da cápsula, de um tensiômetro com manômetro 
de mercúrio, do tipo representado na Figura 10, é dado por : 
 Ψm = - 12,6 h1 + h2 + h3 (12) 
Onde: h1 corresponde à elevação do Hg no manômetro, h2 é a distância da superfície livre 
de Hg no reservatório ( cubeta ) à superfície do solo, e h3 é a profundidade de instalação do 
tensiômetro. Com as medições em cm, o valor de Ψm é obtido em cmca. 
 Para tensiômetro com manômetro mecânico (Figura11), o valor de Ψm é dado por: 
 Ψm = - ℓ + 0,098 c (13) 
onde ℓ é a leitura do manômetro em cbar ou kPa e c o comprimento do tensiômetro 
(distância da cápsula ao manômetro ) em cm. O Ψm é obtido em kPa. 
Para tensiômetro com manômetro digital ( tensímetro ) (Figura 11), o valor de Ψm , 
também em kPa , é dado por : 
 Ψm = -ℓ + 0,098 c (14) 
 
para leitura em cbar ou kPa e comprimento em cm. 
 
 19
 
 
 
 
FIGURA 11 - Representação esquemática de um tensiômetro com vacuômetro mecânico 
(lado esquerdo) e de um tensiômetro com vacuômetro digital ( tensímetro ) (lado direito). 
 
RECOMENDAÇÕES PARA O USO DE TENSIÔMETROS 
Neste item, é apresentado um roteiro prático dos cuidados e procedimentos que 
devem ser observados no preparo, instalação, manutenção e armazenamento de 
tensiômetros, tanto com manômetro metálico quanto de mercúrio. Tais recomendações são 
indispensáveis para que esses equipamentos apresentem maior durabilidade e desempenho 
satisfatório. 
 
 A - Preparo 
a) remover a tampa e encher com água destilada, fervida e fria; 
b) para saturar a cápsula, colocar o tensiómetro em um recipiente com água, de modo que a 
cápsula fique submersa durante dois a quatro dias. O nível de água dentro do tensiômetro 
deve ser mantido acima do nível de água do recipiente; 
c) com o auxílio de uma bomba de vácuo (elétrica ou manual), acoplada ao tensiômetro, 
succionar água através da cápsula, a fim de saturar por completo os seus poros. Para 
eliminar bolhas de ar aderidas à parede interna do tubo, às vezes é necessário bater com o 
dedo levemente no corpo do tensiômetro; 
d) completar o tensiômetro com água e fechar a tampa; 
e) pendurar o tensiômetro ao ar livre para que a água evapore através da cápsula (para 
acelerar o processo, pode ser usado um ventilador); 
f) quando a leitura do manômetro indicar valor de pelo menos 50 kpa, retirar o tensiômetro 
e submergir a cápsula em um recipiente com água. A leitura do manômetro deve cair 
rapidamente para 0-10 kPa. Se o tensiômetro não passar nesse teste, é porque apresenta 
problemas de vazamento. 
 
 20
B - Instalação 
a) fazer um buraco, preferencialmente em solo úmido, com um trado ou tubo com diâmetro 
igual ou ligeiramente inferior ao da cápsula, até a profundidade desejada; 
b) introduzir o tensiômetro cuidadosamente no buraco, de forma a permitir um contato 
íntimo entre a cápsula e o solo; 
c) comprimir levemente a superfície do solo ao redor do tensiômetro; 
d) elevar o solo em volta do tensiômetro, cerca de 3 cm, para evitar a infiltração de água 
junto ao tubo do tensiômetro; 
e) retirar o ar do tensiômetro, completar a água e fechar a tampa; 
f) colocar uma estaca ao lado do tensiômetro, para que este possa ser facilmente localizado 
e não seja danificado. 
 
C - Manutenção 
A manutenção deve ser realizada a cada dois a quatro dias ou a qualquer momento 
em que forem notadas bolhas de ar na extremidade superior do tensiômetro (nível de água 
cerca de 3,0cm abaixo do manômetro) ou no interior da mangueira transparente, no caso de 
tensiômetro com manômetro de mercúrio. Para isso, seguir os seguintes passos: 
a) retirar a tampa e completar a água (destilada e fervida); 
b) acoplar a bomba de vácuo (manual) na extremidade do tensiômetro e bombear 
repetidamente até que o manômetro indique cerca de 70 kPa; 
c) deixar a bomba de vácuo acoplada ao tensiômetro por cerca de 10 a 20 segundos, até que 
cesse a subida de bolhas de ar; 
d) no caso de tensiômetro com manômetro de mercúrio, além das duas operações anteriores, 
é necessário injetar água sob pressão no interior do tensiômetro, com auxflio de uma piseta 
com rolha perfurada, para eliminar o ar existente na mangueira transparente do manômetro; 
e) completar a água do tensiômetro e colocar a tampa; 
f) caso o tensiômetro não esteja funcionando satisfatoriamente, substitui-lo para verificar 
problemas de vazamento; 
g) evitar o pisoteio ao redor dos tensiômetros, a fim de não alterar as características físico-
hídricas do solo. 
As opções descritas nos itens "b" e "c" poderão ser dispensadas, dependendo da 
quantidade de ar no interior do tensiômetro, e ser realizado apenas o que dispõe o item "e". 
 
D - Armazenamento 
a) antes dos tensiômetros serem guardados, as cápsulas devem ser lavadas com água limpa, 
com uma escova de cerdas macias; 
b) em caso de reutilização dentro de um período de até 60 dias, os tensiômetros podem ser 
guardados dentro de um recipiente com água limpa, a fim de que as cápsulas permaneçam 
saturadas. A cápsula também pode ser acondicionada em um saquinho de plástico, que terá 
a extremidade superior lacrada por uma fita-adesiva ou elástica junto ao tubo do 
tensiômetro; 
c) quando for necessário armazená-los por um longo período de tempo, estes deverão ser 
guardados a seco, após retirada toda a água de seu interior. 
 
 
2.2.2 – BLOCOS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA 
 
 A condutividade elétrica e térmica bem como a capacitância de materiais porosos 
variam com o teor de água no seu meio e podem ser facilmente medidas, com grande 
 21
precisão. Se existir uma boa correlação destas propriedades com o teor de água no meio 
poroso, os métodos usados para determinar tais propriedades poderão ser de grande 
utilidade na determinação do teor de água no solo. 
 Muitos dos problemas envolvidos na medição direta da condutividade elétrica, 
da condutividade térmica e da capacitância de solo, são evitados quando se usa blocos 
porosos contendo eletrodos apropriados, que são inseridos no solo. Quando estes blocos 
atingem o equilíbrio, isto é, quando cessa o movimento de água entre estes e o solo, suas 
propriedades térmicas ou elétricas são freqüentemente consideradas como indicadores do 
teor de água no solo. Contudo, o valor associado de umidade do solo deve ser obtido a 
partir de uma curva de calibração feita usando solo tirado no local onde os blocos serão 
instalados porque o equilíbrio entre o bloco e o solo é equilíbrio entre os potenciais 
matriciais e não entre teores de água. Como diferentes solos tem diferentes curvas de 
capacidade de retenção de água, existirão diferenças grandes entre as correlações das 
propriedades do bloco com o teor de água no solo. As calibrações são freqüentemente 
feitas no campo pela obtenção dos teores de água por método gravimétrico que são 
plotados como função de leituras de resistência elétrica, ou, com a instalação de blocos 
em vasos com plantas onde o teor de água é determinado pela pesagem dos vasos (Gomide, 
1998) 
 Entre as propriedades citadas acima, a condutividade elétrica, é a de medição 
mais simples. Portanto, a técnica mais usada com os blocos porosos é a da relação entre 
condutividade elétrica e teor de água. 
 É difícil especificar a precisão esperada na determinação do teor de água no solo 
usando medidas de condutividade elétrica em blocos porosos por causa das várias fontes 
de erros envolvidas. A precisão não depende somente dos cuidados na confecção, 
seleção, e calibração dos blocos, mas também do fator histerese do solo que foge do 
controle do operador. Portanto, não se pode esperar precisão acima de 2% nos valores de 
umidade do solo. Por outro lado, onde blocos porosos são usados para estimar o potencial 
matricial ao invés de umidade, é possível conseguir um melhor desempenho do método. 
 
A - Descrição do Sistema 
 
 O sistema de blocos porosos usado na determinação do teor de água no solo é 
constituído de : a) “Ponte de Wheatstone” para medição da resistência elétrica: 
Resistências a serem medidas variam de algumas centenasde ohms a 200 000 ou mais 
ohms. As pontes em uso são do tipo de corrente alternada, para evitar polarização nos 
eletrodos inseridos no bloco poroso. A medição da resistência é feita colocando-se os 
blocos nas profundidades desejadas, deixando as pontas dos fios à superfície do solo. 
Instrumentos para leitura digital usados em sistema de aquisição de dados podem ser de 
grande utilidade na obtenção dos dados para posterior transferência e determinação dos 
teores de água no solo a partir de curvas ou equações específicas de calibração. B) “Bloco 
poroso”: Os blocos disponíveis no mercado são feitos de diversos materiais porosos que 
vão desde o tecido de nylon e fibra-de-vidro até os blocos de gêsso-resinado moldados em 
diferentes formas. Os blocos possuem no seu interior um sistema de eletrodos que 
basicamente consiste de dois fios elétricos finos ligados, cada um, a uma pequena tela de 
aço inox. As pequenas telas são mantidas separadas a 1 cm ou 2 cm de distância (Figura 
12). 
 22
 
 
 
FIGURA 12 – Esquema e figura de um bloco de resistência elétrica e onímetro. 
 
B - Calibração dos Blocos Porosos 
 
 A calibração de blocos porosos é necessária e é feita para solo com peso 
específico semelhante ao solo no campo, contido em um recipiente (caixa de tela) que 
permita perda rápida de água por evaporação sem perda de solo. Usa-se uma pequena 
caixa de tela, aberta em uma das faces, com dimensões que permitam a colocação de 
volume de solo suficiente para envolver o bloco poroso com pelo menos 2 cm de camada 
de solo ao redor do bloco. Inicia-se o processo umedecendo o solo a ser usado de maneira 
a facilitar a sua colocação ao redor do bloco no recipiente de calibraçào com peso 
específico desejado. Toma-se uma parte do solo para determinação de umidade 
gravimétrica. Completa-se a caixa com solo e em seguida pesa-se o conjunto solo mais tara 
( bloco com seus conectores e caixa ). Usando a umidade gravimétrica determinada à parte 
( U ), determina-se a massa de solo seco ( ms ) contida na caixa, usando a expressão 
abaixo : 
 
( ) ( )
1+
−+
=
U
tarataram
m
u
s (15) 
 
Onde: mu é a massa de solo úmido e U é o valor de umidade gravimétrica expressa 
em g/g . Em seguida, satura-se o solo, pesa-se o conjunto ( tara + mu ) e faz-se a leitura da 
resistência no bloco poroso para determinar o primeiro ponto da calibração. As umidades 
com base em peso deste e de todos os demais pontos subsequentes da calibração serão 
determinadas pela expressão : 
 23
 
 U = ( tara + mu ) – ( tara + ms ) (16) 
 ms 
Permita a evaporação da água do conjunto até que se tenha um valor desejado para 
o próximo ponto de calibração. Após obter a pesagem desejada, o conjunto é colocado em 
um recipiente fechado em temperatura uniforme ficando nesta condição durante pelo menos 
uma noite, para permitir o equilíbrio da água entre o bloco e o solo. Faz-se, após o 
equilíbrio , a leitura da resistência no bloco poroso. O processo é repetido de modo a se ter 
o maior número possível de pontos de calibração. Ajuste uma equação para resistência 
elétrica como função da umidade ou plote os pontos em papel semi-logarítimico. No final 
de todo o processo, tem-se a equação ou curva de calibraçào para a profundidade 
específica de instalação do bloco poroso (Gomide, 1998). 
 
 
2.2.3 – PSICRÔMETROS 
 
Psicrômetros de termopar não medem o potencial de água do solo diretamente, 
mas mede a fase de vapor com que esta está em equilíbrio (Rawlins, 1972 citado em Wold 
Meteorological Organization, 1996). como resultado, psicrômetro são rápidos em equilibrar 
com o ambiente do solo. Como com os blocos de resistência elétricos, este método não são 
sensíveis em condições molhadas mas é bem ajustado a um ambiente de solo seco. 
Também se presta para a aquisição de dados automatizada. 
Sob condições não salinas, a relação entre o potencial de matriz e a umidade relativa 
pode ser determinada por: 
 Ψm = (RT/W) ln (P/Po) (17) 
 onde W é o peso molecular de água (0,018kg mol-1), R é o gás ideal constante (8,31 
J K-1), T é a temperatura em kelvin, P é a pressão de vapor de água em equilíbrio com a 
fase líquida, e Po é a pressão de vapor de água saturada da fase líquida. 
Psicrômetro consistem de um termopar em miniatura colocado dentro de uma 
câmara pequena. O termopar é esfriado fora pelo efeito de Peltier e condensa a água em 
uma junção de arame. Como a água evapora da junção, sua temperatura diminui e uma 
corrente é produzida que será medida por um voltímetro. Por conseguinte, estas medidas 
são rápidas para responder a mudanças no potencial de água do solo. mas são muito 
sensível à temperatura e à salinidade. 
No equilíbrio, a umidade relativa na atmosfera do solo não muda significativamente 
através da estação de crescimento. O mais baixo potencial de água tipicamente associado 
com a atividade de absorção de água pela planta é 1 500 kpa, o qual corresponde a uma 
umidade relativa de aproximadamente 98.8 por cento. Assim o alcance em umidade 
relativa medida pelo psicrômetro está entre 98 e 100 por cento. Porém, psicrômetro são tão 
sensíveis a temperatura que se o potencial de água for medido com precisão na faixa de 10 
kPa, a temperatura deve ser controlada na faixa de 0.001 K. Afortunadamente, o 
desenvolvemento de novos equipamentos nos anos recentes este grau de precisão se tornou 
possível (Brunini & Thurtell, 1982 citados em Wold Meteorological Organization, 1996). 
Nem por isto, flutuações de temperatura diurna podem induzir gradientes de temperatura 
no psicrômetro como os componentes do instrumento diferem em capacidades de calor. 
Para minimizar o efeito citado, as leituras devem ser procedidas na mesma hora a cada dia, 
preferencialmente cedo pela manhã. 
 24
Um psicrômetro de solo acha-se esquematizado na Figura 13. O princípio de 
funcionamento de funcionamento é o mesmo dos psicrômetros utilizados para medida de 
umidade relativa do ar atmosférico. 
 
FIGURA 13 – Esquema de um psicrômetro de solo 
 
 
2.3 – OUTROS MÉTODOS 
 
2.3.1 - TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA DE RAIO X 
 
 Os trabalhos pioneiros de Petrovic et. al. ( 1982 ); Hainsworth & Aylmore ( 1983, 
1986 ) e Crestana et al. (1986) introduziram a tomografia como um método bastante 
poderoso para estudos em ciência do solo, constituindo-se em uma técnica bastante 
difundida e utilizada. Nesses trabalhos a tomografia tem sido usada para estudar a difusão 
de água no solo ( Crestana et al., 1985; Hopmans et al., 1992), a compactação de 
solos(Crestana & Cruviel, 1996), a homogeneidade de amostras, e a macroporosidade 
(Warner et al., 1988). 
 A tomografia de raios X ou gama utiliza o princípio da atenuação de um feixe 
colimado da radiação em várias direções na amostra, possibilitando a obtenção de um mapa 
de coeficientes de atenuação linear ц (cm-1) na seção analisada. Conhecendo-se o 
coeficiente de atenuação em massa цm (cm2 .g-1) e considerando-se que o mesmo é 
constante em toda a amostra, é possível obter um mapa de densidades do plano 
tomográfico emergente da amostra. Para um meio poroso, usa-se o mesmo conceito 
anteriormente descrito sendo necessário, entretanto, a obtenção de 2 imagens da 
amostra, uma úmida e outra seca, para determinar os mapas de densidades e umidades por 
tomografia. 
 
 
 
 25
A – O uso da Tomografia de Raios X na Medida da Água em Amostras de Solo. 
Ouso da tomografia de Raios X ( TC ) possibilita da medida da densidade global 
(dg) e do conteúdo da água ou umidade no solo (θv) (cm3 . cm-3). Além disso, esta 
técnica contribui para os estudos estáticos, dinâmicos, tridimensionais e simultâneos desses 
parâmetros, trazendo como conseqüência diversas outras aplicações ( Crestana & Cruviel, 
1996). Os fundamentos deste método estão contidos na teoria reconstrutiva da imagem. 
 A varredura dinâmica de um tomógrafo, do tipo da General Electric, modelo 
CT/T8800, de terceira geração, consiste de uma série de varreduras executadas na mesma 
Posição do corte tomográfico da amostra ( em tempos diferentes ) ou em diferentes 
posições da mesma. A técnica dinâmica permite obter gráficos da variação da densidade 
com o tempo, do objeto em exame. As espessuras das fatias tomográficas podem ser de 
1,5 mm,5mm e 10mm. O conjunto de detectores desse tomógrafo consiste de um arco de 
30°, o qual contém 523 detectores de xenônio à alta pressão. O tubo de raios X, assim como 
os detectores, estão localizados na parte interna da cavidade de exame. O tamanho da 
matriz imagem é em geral da ordem de 320 por 320 pixels ( elementos das imagens ). 
A unidade topográfica é dada por : 
 
w
w
µ
µµ ) - (
 x 1000 UH = (18) 
 
onde: µw ( cm-1 ) é o coeficiente de atenuação linear da água, e µ (cm-1) é o coeficiente 
de atenuação linear do material. Comumente, é utilizada uma escala relativa onde o µw é 
tomado como nível de referência e igualado a zero ( considerado como valor padrão ). O 
valor zero UH é atribuído à água. Caso se queira conservar densidades maiores que 1000 
UH, pode-se utilizar o recurso da escala ampliada ou estendida, que permite fazer com 
que a escala dos números do TC passe a variar no intervalo de –1000 a + 3000 UH. 
 Depois disso, a conversão de UH para a densidade ou para o conteúdo da água no 
solo pode ser feita através das curvas de calibração. A Figura 14 apresenta uma curva de 
calibração para o conteúdo de água no solo. 
 
B - Considerações Sobre a Técnica e a Instrumentação 
 
 O uso de métodos não-convencionais, como o da tomografia, em agropecuária 
contribui para atender à carência metodológica e instrumental existente. Por exemplo, no 
caso da medida da densidade e da umidade do solo em laboratório, o método da 
transmissão direta com a radiação é dos melhores. No entanto, é preciso considerar uma 
série de limitações atinentes. Destacam-se como principais as seguintes : a) as medidas 
são unidimensionais ( ainda assim, o valor calculado é uma média sobre o percurso do 
feixe, não permitindo observar variações pontuais ou segmentares das heterogeneidades 
sobre este ); b) não é sensível a medida de velocidades altas, como no caso da infiltração 
vertical da água em solos, de alta condutividade hidráulica ( é o caso, por exemplo, da 
infiltração vertical da água em uma areia grossa, com penetração de 70 cm de água em 20 
minutos, o que dificulta, ou mesmo impede, estudos dinâmicos ); c) supõe que a densidade 
global é constante quando o feixe de raios γ monoenergéticos é utilizado ( o que não é 
verdade, como por exemplo, no caso de solos com argilas expansivas ), além da 
dificuldade de colimação ou , como no caso de dupla energia, pouca disponibilidade de 
fontes adequadas. No último caso, a situação é mais difícil, pois os picos da radiação γ 
 26
precisam ser muito distintos. Para evitar interferência na medida dos detectores. Além do 
mais, os erros ocorridos na medida da densidade são transferidos para a medida do 
conteúdo da água no solo e vice-versa, podendo comprometer a precisão das medidas. 
 
 
 
 
 
FIGURA 14 - Curva de calibração linear das Unidades Hounsfield ( UH ) em função do 
conteúdo de água do solo (θv) para os solos de Barretos, SP e Trieste, Itália ( Crestana et 
al., 1996 ). 
 
O método da tomografia, além de permitir a medida dos parâmetros 
anteriormente citados, traz outras vantagens com contribuições novas, antes inviáveis de 
serem alcançadas. É o caso de estudos não-destrutivos, dinâmicos, bi e tridimensionais, de 
sensibilidade e heterogeneidades do solo e da distribuição da água. 
 
 C - O Minitomógrafo de Raios X e γ Desenvolvido Para Uso na Agricultura 
 
 O tomógrafo computadorizado de raios X e γ, denominado minitomógrafo 
é um equipamento desenvolvido na EMBRAPA Instrumentação Agropecuária para uso 
em pesquisa agrícola ( Crestana & Cruvinel, 1996 ). O equipamento se insere no 
contexto de um tomógrafo de primeira geração, pois o tubo de raios X ou fonte de raios 
gama e o detector são fixos, enquanto a amostra em estudo é rotacionada e trasladada, de 
modo que um fino feixe de radiação é atenuado pela amostra em diversas posições. A 
Figura 15 ilustra o minitomógrafo de raio X e gama da EMBRAPA-CNPDIA. 
 
 
 27
 
 
FIGURA 15 – Fotografia do Minitomógrafo de raios X e γ da EMBRAPA Instrumentação 
Agropecuária. 
 
O equipamento é composto de uma fonte de raios X ou gama, colimadores 
cilíndricos de tamanhos variados ( diâmetros de milímetros ), um sistema de detecção e 
contagem da radiação ( cadeia nuclear ), mesa para posicionamento e movimentação das 
amostras e computador para controle, aquisição e processamento dos dados. A cadeia 
nuclear é composta de um detector de cristal tipo Nal ( TI ), fotomultiplicadora, fonte de 
alta tensão para alimentação da fotomultiplicadora, amplificador, analisador monocanal e 
contador/temporizador. A mesa mecânica possui dois motores que controlam a posição 
relativa da mesa, onde é colocada a amostra de que se deseja produzir a imagem. Um motor 
de passo é utilizado para rotação e outro para translação. Um dispositivo optoeletrônico e 
um circuito comparador são utilizados para definir e inicializar as coordenadas de posição 
da mesma tomografia. Os motores são controlados por um computador através de uma 
interface. 
 O feixe colimado de radiação incide na amostra posicionada sobre a mesa, 
atravessa-a, onde é atenuada, sofre uma outra colimação e é detectada pela cadeia nuclear. 
 A atenuação ocorre devido aos processos de interação da radiação com a matéria. 
Os colimadores da fonte e do detector são distintos e possui tamanho variáveis, onde a 
escolha do tamanho ideal será feita conforme a resolução desejada. Este equipamento 
possibilita tomografias com resoluções especiais entre 1 e 6 mm² por pixel. 
 
D – Minitomógrafo Portátil 
Outros equipamentos tomográficos tem sido desenvolvido, inclusive para uso direto 
no campo, como é o caso do minitomógrafo portátil (Naime, 1994 e Naime et al., 1994 
citados por Gomide, 1998), de primeira geração, que tem seu esquema de varredura 
baseado no minitomógrafo de raios X e raios gama, descrito anteriormente. Os programas 
de reconstrução e visualização de imagem utilizado são os mesmos desenvolvidos para 
o minitomógrafo ( Cruvinel et al., 1990 citados por Gomide, 1998 ). A calibraçào é 
idêntica à do minitomógrafo ( Crestana et al., 1992 ). O tomógrafo portátil se 
 28
diferencia por movimentar o conjunto fonte-detector e não a amostra, trabalhar em campo 
e ser alimentado por baterias, utilizando somente radiação gama. 
 
 
2.3.2 – MÉTODO CAPACITIVO 
 
 O conteúdo de água no solo pode ser determinado via seus efeitos na constante 
dielétria, medidos pela capacitância entre dois eletrodosimplantados no solo. No caso de 
solos arenosos, onde a água livre predomina, a constante dielétrica é diretamente 
proporcional ao conteúdo de água. A sonda ( eletrodos ) é submetida a um sinal de 
excitação de frequência conhecida e mede-se a impedância do circuito por ela formado. 
O sinal obtido nào é linear como o conteúdo de água e é influenciado tanto pelo tipo, como 
pela temperatura do solo. Portanto, esse método requer calibraçào cuidadosa na instalação e 
também durante todo o tempo de uso, pois sua estabilidade a longo prazo é questionável. 
 O método capacitivo é uma técnica que fornece o conteúdo de água volumétrico 
em que o tempo de resposta é instantâneo. As suas principais desvantagens estão a pouca 
estabilidade a longo prazo e custo relativamente alto do circuito de compensação 
requerido. Como vantagens ela pode fornecer, ao menos teoricamente, o conteúdo 
absoluto de água, podendo ser usada em qualquer profundidade. As sondas podem ter 
diversas geometrias, de forma a cobrir diferentes volumes. Apresenta precisão 
relativamente boa quando não ocorrem mudanças na concentração iônica do solo e é 
facilmente acoplada a sistema de medição remota como, por exemplo, a sistemas de 
telemetria. 
 
 
2.3.3 - DISSIPAÇÃO DE CALOR NUMA MATRIZ POROSA RÍGIDA 
 
A dissipação de calor numa matriz porosa rígida é um tipo de equipamento usado 
para medição do potencial matricial. A razão de dissipação de calor num meio poroso é 
dependente da capacidade térmica desse meio, da condutividade térmica e da densidade. A 
capacidade e a condutividade térmicas de uma matriz porosa são afetadas pelo seu 
conteúdo de água ( e potencial matricial ). Sensores de dissipação de calor contém 
geradores de calor ( em configurações em linha ou em ponto fonte ) inseridos numa matriz 
porosa rígida com espaço poroso fixo. A medição é baseada na aplicação de um pulso de 
calor, gerado pela passagem da corrente por uma resist6encia por um período de tempo 
específico e na análise da temperatura medida por um termopar colocado a uma certa 
distância da fonte de calor. 
 Com o sensor enterrado no solo, as variações no potencial da água no solo 
resultam num gradiente entre a matricial de cerâmica porosa e o solo, introduzindo um 
fluxo de água entre os dois materiais até que um novo equilíbrio seja estabelecido. O fluxo 
de água varia o conteúdo de água da matriz de cerâmica que, por sua vez, variam a 
condutividade e a capacidade térmica do sensor. A faixa do potencial matricial típica para 
tais sensores é de – 10 a – 1000 Kpa. 
Um sensor que utiliza uma linha fonte á apresentado na Figura 16, cujo gerador de 
calor é um fio fino axialmente centralizado numa matriz cerâmica cilíndrica tendo. Um raio 
de 1,5 cm e comprimento de 3,2 cm. Um temopar é localizado adjacente a um gerador de 
calor na metade do seu comprimento. Devido o temopar estar localizado adjacente ao 
 29
gerador de calor, quando o solo seca e a água movimenta para fora da cerâmica, a 
temperatura aumentará durante certo período ( devido à redução da condutividade 
térmica). A magnitude da elevação da temperatura é sempre linearmente relacionada 
ao logaritmo natural do potencial matricial ( Campbell Scientific, apresentada em Gomide, 
1998). 
 
 
FIGURA 16 - esquema de um sensor de dissipação de calor no solo, através de linha-fonte, 
para medir o potencial matricial da água no solo ( Fonte: Campbell Scientific, apresentado 
em Gomide, 1998). 
 
 
2.3.4 - MEMBRANA SEMI-PERMEÁVEL ( AQUAPROBE ™ ) 
 
A membrana semi-permeável é usada para medição entre o potencial matricial e 
osmóticos. O elemento sensível desse equipamento é uma membrana semi-permeável de 
formato circular que é conectada a um medidor de pressão ou transdutor, do tipo que é 
utilizado em tensiômetros. Um tubo de vidro com microporos, revestidos por meio de um 
processo de polimerização, funciona como uma membrana de osmose reversa. O sensor 
tem as seguintes características importantes : (i) seletividade ideal; (ii) alta permeabilidade 
à água ( para resposta rápida ); ( iii) biologicamente inerte ( para resistir à formação de 
lodo ). O interior da membrana e as conexões com o medidor de pressão são enchidos 
com uma solução osmoticamente ativa. Quando a parede externa do sensor exposta ao solo, 
a água passa pela membrana, alterando a pressão osmótica no interior do sensor. A 
membrana funciona como a cápsula de um tensiômetro, mas que nào deixa passar ar nem 
os solutos do interior do sensor. 
O sensor de equipamento pode ser equipado com o medidor de pressão ou um 
transdutor eletrônico de pressão e é disponível para diversas profundidades sistema pode 
também ser configurado com transmissores, receptores e software e hardware de 
computadores e unidades de controle remoto para uma variedade de aplicações do uso da 
água. 
O equipamento pode medir, com precisão o efeito, combinado do potencial 
osmótico e o matricial, numa faixa de pressão de 0 a – 1000 kPa, tornando-o um 
instrumento bem competitivo em relação a outros ( Soilsensors, 1997 citado em Gomide, 
1998). 
 
 30
3 – CURVA CARACTERÍSTICA DE ÁGUA DO SOLO 
 
 Na agricultura, tanto a quantidade como o estado de energia da água no solo 
são importantes. Para hidrologia, manejo da lâmina de irrigação e necessidade de balanço 
de água, tão bem como para efeitos nas propriedades do solo ( tais como resistência 
mecânica do solo, condutividade térmica e difusividade) a avaliação da umidade do solo é 
mais útil. Já para fisiologia de plantas (determinação do momento de irrigar) e problemas 
hidráulicos correlacionados com movimento de água, o potencial mátrico é a medição mais 
apropriada. 
 Em uma amostra de solo homogêneo, para cada potencial mátrico (Ψm) existe um 
valor correspondente de teor de umidade do solo (θ ). O gráfico de Ψm em função de θ é, 
então uma característica da amostra e é comumente denominado “Curva Caracteristica de 
Umidade do Solo”, ou simplesmente, “curva de retenção”. 
 Confeccionando-se a curva característica de um solo, pode-se estimar o Ψm, 
conhecendo-se θ, ou vice-versa. Na prática, esta curva é de grande utilidade, pois na 
maioria das situações é necessário se fazer esta transformação. Desde que a geometria do 
sistema não varie com o tempo, a curva característica é única e não precisa ser determinada 
em cada experimento. 
 Existem vários métodos para sua determinação e às vezes utiliza-se mais de um 
método, dependendo da finalidade da curva. No laboratório os métodos mais utilizados são 
o da Câmara de Placa Porosa (Câmara de Pressão) utilizada para tensões de zero a 15 bar 
e o do Funil de Placa Porosa que é utilizada para tensões até próximo de 0,3 bar, podendo-
se usar nesses métodos tanto amostras deformadas (TFSA) como indeformadas. No campo, 
geralmente usam-se Tensiômetros até uma tensão de 0.8 bar e complementa-se o resto da 
curva até 15 bar em laboratório através da Câmara de Pressão. 
 Os solos argilosos mostram uma diminuição lenta e regular no θ com a diminuição 
do Ψm. enquanto que os solos arenosos podem mostrar somente um ligeiro decréscimo no 
θ para o intervalo mais alto de Ψm, até um ponto em que apenas uma pequena diminuição 
no Ψm produz uma diminuição considerável de θ devido a um número de poros 
relativamente grande num intervalo particular de diâmetro. Existe portanto uma diferença 
na curva característica entre solos e no mesmo solo dependendo de mudanças nas 
propriedades físicas, tais como compactação (Reichardt, 1996) (Figura 17). 
 
 
 31
 
 
 
FIGURA 17 – Curvas de retenção de água por solos de diferentes tipos e condições 
(Reichardt, 1996). 
 
 A relação entre o Ψm e o θ geralmentenão é unívoca. Podendo ser obtida de duas 
maneiras distintas: por secamento ou por molhamento da amostra. A escolha de um dos 
dois métodos vai depender da finalidade de uso da curva. Cada método fornece uma curva 
contínua, mas as duas, na maioria dos casos, são distintas. Este fenômeno é conhecido 
como “histerese”. E ocorre devido à não uniformidade dos poros individuais com relação a 
fenômenos capilares, bolhas de ar aprisionadas nos poros e contração e expansão de argilas 
durante secamento e molhamento. A curva de secamento apresenta sempre maior θ que a 
de molhamento para um mesmo Ψm (Reichardt, 1996) (Figura 18). 
 
 32
 
 
FIGURA 18 – Histerese da curva de retenção (Reichardt, 1996). 
 
4 – CONCLUSÕES 
 
 Ainda que a determinação gravimétrica do conteúdo de umidade do solo seja 
bastante trabalhosa, por sua simplicidade e confiabilidade, é a técnica mais aplicada 
extensivamente e é usada como o calibrador padrão para os outros métodos. 
Os métodos indiretos de medição da água do solo são proveitosos, quando eles 
permitem informações, serem coletadas em um mesmo local, para cada observação, sem 
deformar o sistema solo-água. 
Quando se usa qualquer meio emissor de radiação, algumas precauções são 
necessárias. Todas regras a respeito dos perigos da radiação, apresentadas pelos fabricantes 
e autoridades de saúde, devem ser observadas. No entanto, quando as diretrizes e 
regulamentações são seguidas, não existe necessidade para temer exposição a níveis 
excessivos de radiação, indiferente da freqüência de uso. 
A sonda de neutrons, devido a radioatividade, tem sido grandemente utilizado no 
campo e quando a profundidade de interesse é maior de 15 cm, com algumas restrições. 
O uso da sonda de raios gama está restrito ainda aos laboratórios, devido à 
complexidade desta técnica. 
A reflectometria no domínio do tempo (TDR), como método de medida de umidade 
e condutividade elétrica do solo, vem se destacando no cenário das técnicas empregadas 
para medidas de parâmetros físico do solo, tais como,. o estado da água em meios porosos, 
a concentração de soluto e o potencial matricial 
Apenas instrumentos de medir o potencial mátrico do solo são capazes e 
suficientemente baratos e confiáveis para o uso em programas de monitoramento da 
solução do solo, em escala de campo. 
 
 
 33
 
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
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