Sistema de irrigação agrícola em Sud Mennucci, interior de São Paulo

Sistema de irrigação agrícola em Sud Mennucci, interior de São Paulo

Novos equipamentos possibilitam aumento na eficiência do uso da água no campo em mais de 30%

Redação Pesquisa Fapesp

A preocupação com o alto consumo de água para irrigação no Brasil – cálculos da Agência Nacional de Águas (ANA) apontam que essa técnica, muito utilizada na agricultura, responde por 72% do gasto total – tem incentivado pesquisadores a procurar alternativas para reduzir o desperdício. Grupos de pesquisa de diferentes instituições desenvolveram tecnologias que podem diminuir o consumo atual em mais de 30%. Em diferentes fases de desenvolvimento, alguns projetos já resultaram em depósitos de patentes e caminham para se tornar diferentes tipos de produtos comerciais.

Duas dessas tecnologias foram desenvolvidas na Embrapa Instrumentação, unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária em São Carlos (SP). Uma delas é o chamado sensor diédrico, que pode ser instalado entre as raízes da planta, para medir a tensão da água na terra, isto é, a força com que a umidade é retida pelas partículas do solo.

O instrumento é formado por duas placas, que podem ser de vidro ou cerâmica, de dimensões ajustáveis – medem, por exemplo, 5 centímetros (cm) de comprimento por 3 cm de largura –, instaladas de modo a formar um diedro. Com as laterais e a abertura vedadas, a água presente no solo penetra no equipamento através de uma placa de cerâmica porosa e preenche um volume de face retangular escurecida em seu interior.

O comprimento desse retângulo, medido a partir do vértice, permite o cálculo da tensão da água, que por sua vez indica a necessidade ou não de irrigação. Trabalhos anteriores estabeleceram as tensões críticas da água – momento em que se deve irrigar – para uma série de culturas. Assim, basta comparar a tensão detectada pelo sensor diédrico com o que está na literatura para aquela cultura e o tipo de terreno para saber se a lavoura precisa ou não ser irrigada.

Segundo o pesquisador Adonai Gimenez Calbo, líder do grupo de pesquisa que desenvolve o equipamento, a área com líquido no interior do sensor diédrico é facilmente percebida porque fica mais escura. “A leitura pode ser visual ou com um dispositivo óptico”, diz.

De acordo com o pesquisador, em comparação com outros tensiômetros e sensores de umidade convencionais, o sensor diédrico se destaca pelo uso de materiais de baixo custo, como vidro e cerâmica, pela simplicidade e por não sofrer interferência de fatores como temperatura, salinidade, densidade do solo e presença de substâncias ferromagnéticas.

Outras vantagens em relação aos produtos concorrentes são a leitura direta e a medição de ampla faixa de tensão da água no solo. “Com isso, o sensor diédrico pode atender variadas demandas, dentre elas a definição de tensão de água no solo muito baixa ou muito alta, o que outros equipamentos não fazem.”

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Chamado de IG, que em tupi significa água, o outro sensor criado por Calbo e colaboradores é formado por um bloco de cerâmica porosa contendo, em seu interior, partículas de pequenas dimensões, como esferas de vidro. Instalado entre as raízes das plantas, o equipamento também mede a tensão da água no solo e pode ser usado para automatizar a irrigação.

Quando a terra está seca, o ar atravessa o sensor, acionando os dispositivos de irrigação em gotejamento, por exemplo. Quando o solo está úmido, a água retida entre as esferas restringe a passagem do ar, interrompendo o escoamento da água. Os dois sensores desenvolvidos na Embrapa não dependem de manutenção frequente para a operação e por isso são adequados para automatizar a irrigação. As aplicações das duas tecnologias são semelhantes, embora o sensor IG seja o mais adequado para o manejo da irrigação.

Atualmente no Instituto de Química do campus de Araraquara da Universidade Estadual Paulista (Unesp), a pesquisadora Sonia M. Zanetti desenvolveu um tipo de sensor baseado em uma mistura – que ela preferiu não revelar – de óxidos semicondutores.

“Pelo método de síntese que usamos, esses óxidos geram um pó com partículas nanométricas que é prensado, formando um sensor cerâmico nanoestruturado e poroso”, explica.

Suas propriedades elétricas são alteradas pela presença da água e, dessa forma, é possível medir a umidade pelo monitoramento da resistência elétrica do sensor. Quanto mais água tiver no solo, menor a resistência.

O trabalho foi feito em parceria com o Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) apoiados pela FAPESP, e desenvolvido na empresa Sencer, de São Carlos. O projeto coordenado por Sonia começou em 2007 e foi concluído no ano passado.

“O resultado não foi só o desenvolvimento do sensor, mas sim de um sistema completo”, diz a pesquisadora. “Ele é composto por sondas instaladas na plantação [hastes com os sensores integrados] conectadas a uma unidade de transmissão wireless, que envia os dados para um computador, além de uma plataforma on-line para a visualização e o tratamento dos dados coletados.”

As sondas monitoram a temperatura e a umidade da terra simultaneamente em até três níveis de profundidade. O produtor pode acessar esses dados por meio de smartphones e tablets, facilitando a tomada de decisões relacionadas ao manejo da irrigação da cultura.

O sistema possibilita a integração com dados climáticos públicos, como previsão do tempo, índices pluviométricos, temperatura e umidade do ar, velocidade e direção do vento. Com isso, é possível fazer análises avançadas do solo e do plantio com base em históricos de dados, tendências e estatísticas, resultando na otimização do uso de água. A economia desse recurso pode chegar a 30%.

Sensor de umidade em plantação de café desenvolvido em parceria pela Unesp, CDMF e Sencer

Sensor de umidade em plantação de café desenvolvido em parceria pela Unesp, CDMF e Sencer

Em Santa Rita do Sapucaí, no sul de Minas Gerais, quatro jovens engenheiros desenvolveram um algoritmo (programa de computador) que automatiza a irrigação da plantação. Chamado de SMPIn (Sistema de Monitoramento de Plantações Inteligentes), ele pode gerar uma economia de 40% da água usada na lavoura e 28% no consumo de energia.

Além do programa de computador, o sistema é composto por estação de coleta de dados, instalada na plantação, equipada com sensores de temperatura e umidade do ar e do solo, velocidade e direção do vento, pluviômetros e GPS.

“Essa estação coleta os dados e os envia, por wi-fi ou pela rede de telefonia celular, para o nosso banco de dados”, explica Pedro Lúcio Leone, um dos quatro sócios da empresa SPIn, responsável pelo projeto. “Com o nosso algoritmo, fizemos os cálculos sobre a necessidade de irrigação. Tudo depende da plantação, do clima, da evapotranspiração da planta e da terra. Assim, pega-se a variante meteorológica, calcula-se o que evaporou, e o agricultor irá saber quanto precisa irrigar.”

O sistema, que se adapta a diferentes tipos de plantio, funciona em qualquer método de irrigação controlado, como a aspersão ou o gotejamento. Os dados podem ser acessados por dispositivos móveis, como smartphone ou tablet.

O projeto do SMPIn começou em 2013, depois que produtores de morango da região do sul de Minas Gerais sofreram uma perda de 80% da produção em decorrência de problemas climáticos. Na época, os alunos do Instituto Nacional de Telecomunicações (Inatel) Luiz Cláudio de Andrade Junior, Vitor Ivan D’Angelo, Wellington Faria e Leone decidiram criar um projeto voltado para o agronegócio e fundaram a empresa, incubada no Inatel.

O sistema ainda se encontra em fase de teste e validação. Segundo D’Angelo, o diferencial em relação aos existentes no mercado é que a maioria deles só oferece o controle de irrigação. “O nosso sistema disponibiliza também uma avaliação microrregional do clima, com informações mais precisas para o agricultor”, diz ele. Outra vantagem, de acordo com ele, é que o sistema não requer instalação em computador do produtor rural, reduzindo os custos na implementação.

Sistema de gotejamento com sensor IG, criado pela Embrapa

Sistema de gotejamento com sensor IG, criado pela Embrapa

Patentes e licenças
Segundo o engenheiro agrícola Everardo Chartuni Mantovani, professor da Universidade Federal de Viçosa e sócio da empresa de consultoria Irriger, essas quatro tecnologias – da Embrapa, Unesp e Inatel – vão se juntar a outras já existentes no mercado.

“Isso não inviabiliza a necessidade de desenvolver novas metodologias ou melhorar as disponíveis”, diz. Para Mantovani, dos quatro, o desenvolvido pela parceria Unesp, CDMF e empresa Sencer, de São Carlos, é o mais promissor. “Trata-se de um sistema ainda não existente”, avalia.

No caso dos sensores desenvolvidos por Calbo e colaboradores, a Embrapa depositou pedido de patente para os dois tipos de tecnologia, que foram licenciados para empresas brasileiras e dos Estados Unidos para transformá-los em produto. No Brasil, o diédrico foi licenciado para a Tecnicer Tecnologia Cerâmica, de São Carlos, e no mercado americano para a Irrometer, da Califórnia.

O direito de exploração comercial do IG também foi concedido a essas duas companhias e ainda para a Hidrosense, de Jundiaí, a Acqua Vitta Floral, de Bauru, e a R4F, de Campinas. Com essas duas tecnologias, diferentes tipos de equipamentos poderão ser fabricados em versões fixa e portátil. Estima-se que cheguem ao mercado com preços entre R$ 10 e R$ 150.

A Sencer depositou pedido de patente de Modelo de Utilidade para a haste com os sensores integrados. O sensor desenvolvido por Sonia, da Unesp, está em fase final de testes. “Temos o produto em demonstração e avaliação em alguns lugares e estamos negociando as primeiras vendas”, diz a pesquisadora. n

Projeto
Aperfeiçoamento do dispositivo sensor para determinação da umidade do solo: aplicação em agricultura de precisão (nº 2012/50132-8); Modalidade Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (Pipe); Pesquisadora responsável Sonia Maria Zanetti (Sencer); Investimento R$ 181.302,71 (FAPESP).