Condutividade Elétrica Do Solo
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DESENVOLVIMENTO E ENSAIOS DE UM SISTEMA DE MENSURAO DE CONDUTIVIDADE ELTRICA DO SOLO
ANDR LUIS SACOMANO PINCELLI
Dissertao apresentada Escola Superior de
Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de So Paulo, para obteno do ttulo de Mestre em Agronomia, rea de Concentrao: Mquinas Agrcolas.
P I R A C I C A B A
Estado de So Paulo - Brasil
Setembro - 2004
-
ii
DESENVOLVIMENTO E ENSAIOS DE UM SISTEMA DE MENSURAO DE CONDUTIVIDADE ELTRICA DO SOLO
ANDR LUIS SACOMANO PINCELLI Engenheiro Mecnico
Orientador: Prof. Dr. Jos Paulo Molin
Dissertao apresentada Escola Superior de
Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de
So Paulo, para obteno do ttulo de Mestre em
Agronomia, rea de Concentrao: Mquinas
Agrcolas.
P I R A C I C A B A
Estado de So Paulo - Brasil
Setembro 2004
-
Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)
DIVISO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAO - ESALQ/USP
Pincelli, Andr Luis Sacomano Desenvolvimento e ensaios de um sistema de mensurao de condutividade eltrica
do solo / Andr Luis Sacomano Pincelli. - - Piracicaba, 2004. 96 p. : il.
Dissertao (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2004. Bibliografia.
1. Condutividade eltrica do solo 2. Solos-propriedades fsico-qumicas I. Ttulo
CDD 631.432
Permitida a cpia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte O autor
-
iii
A
Deus Fora maior de todo ser humano.
Aos meus pais,
Clerior Pincelli e Maria Joanita Sacomano Pincelli,
pelos inmeros bons exemplos que propiciaram, os quais me
impulsionaram na batalha do dia-a-dia
E minha namorada Fernanda, pelo amor, pelo apoio e, principalmente, pela compreenso nos momentos
difceis.
Dedico
-
iv
AGRADECIMENTOS
De maneira simples, mas, sincera, quero registrar meus
agradecimentos e a gratido s seguintes pessoas e entidades que me
permitiram desenvolver este trabalho:
Ao Professor Dr. Jos Paulo Molin, pela oportunidade, orientao e
confiana em mim depositada.
CAPES pelo fundamental suporte concedido na forma de bolsa e ao
CNPq pelo suporte financeiro ao projeto.
Aos Professores Drs. Marcos Milan e Walter Francisco Molina Junior
do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP e ao pesquisador
Ladislau Marcelino Rabello da EMBRAPA Instrumentao Agropecuria,
responsveis pelas sugestes e orientao na correo desta dissertao.
Ao professor Dr. Pedro Valentim Marques, do Departamento de
Economia da ESALQ/USP, pelo incentivo na realizao deste trabalho.
Ao Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP, pela
oportunidade concedida.
empresa ENALTA Inovaes Tecnolgicas, pelo grande apoio na
realizao das etapas fundamentais deste trabalho.
A todos os funcionrios do Departamento de Engenharia Rural, em
especial ao Eng. Juarez Ren Amaral e ao Tc. ureo Santana de Oliveira,
pela colaborao no desenvolvimento dos sistemas eletrnicos e ao Francisco
de Oliveira, pela colaborao na montagem do prottipo.
A todos aqueles que, de alguma forma, contriburam para a realizao
deste trabalho, principalmente aos colegas de ps-graduao, muito obrigado.
-
v
SUMRIO
Pgina
LISTA DE FIGURAS................................................................................ vii
LISTA DE TABELAS................................................................................ x
LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS............................................. xi
RESUMO................................................................................................. xiv
SUMRIO................................................................................................ xvi
1 INTRODUO.............................................................................. 1
2 REVISO DE LITERATURA......................................................... 3
2.1 Resistividade e Condutividade Eltrica......................................... 3
2.2 Agricultura de preciso.................................................................. 10
3 MATERIAL E MTODOS.............................................................. 18
3.1 Desenvolvimento do sistema de Resistncia Eltrica do Solo..... 19
3.1.1 Equipamentos mecnicos............................................................. 19
3.1.2 Equipamentos eletrnicos............................................................. 22
3.1.2.1 Sistema de alimentao e mensurao da condutividade
eltrica.......................................................................................... 22
3.1.2.2 Sistema de aquisio e armazenamento da condutividade
eltrica.......................................................................................... 25
3.1.3 Montagem do equipamento........................................................... 27
-
vi
3.2 Desenvolvimento do sistema Duas Pontas................................... 30
3.2.1 Equipamentos eletrnicos do sistema Duas Pontas..................... 31
3.3 Sistema utilizado como referncia nas comparaes.................. 34
3.4 Caracterizao das reas experimentais e recursos auxiliares.... 36
3.5 Atributos do solo............................................................................ 36
3.6 Anlise dos dados......................................................................... 37
3.6.1 Anlise descritiva e exploratria ................................................... 38
3.6.2 Anlise geoestatstica ................................................................... 39
3.6.3 Interpolao e mapas de superfcie.............................................. 40
3.6.4 Anlise da correlao e da regresso........................................... 41
4 RESULTADOS E DISCUSSO..................................................... 43
4.1 Os sistemas desenvolvidos........................................................... 43
4.2 Anlise descritiva e exploratria dos dados amostrados.............. 45
4.3 Anlise geoestatstica dos dados amostrados.............................. 50
4.4 Mapas de superfcie dos dados interpolados................................ 52
4.5 Anlise da correlao dos dados interpolados.............................. 64
4.6 Anlise da regresso linear mltipla dos dados interpolados....... 68
5 CONCLUSES............................................................................. 73
ANEXOS................................................................................................. 74
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................ 87
-
vii
LISTA DE FIGURAS
Pgina
1 Amostra retangular para definir a resistividade eltrica atravs da
resistncia eltrica do material........................................................... 3
2 Amostra de um material para definir a resistividade eltrica do
material pelo mtodo das duas pontas............................................... 4
3 Amostra de um material para definir a resistividade eltrica pelo
mtodo das quatro pontas.................................................................. 5
4 Semivariograma experimental, modelo terico e o semivariograma
tpico e seus componentes (adaptado de Oliveira, 2003).................. 16
5 Fluxograma da metodologia de desenvolvimento dos sistemas....... 18
6 Acoplamento das rodas limitadoras aos discos de corte................... 20
7 Disco de corte na vista em perfil e decomposio das suas reas... 21
8 Esquema do circuito regulador da tenso......................................... 22
9 Esquema do circuito de mensurao da resistncia eltrica do
solo.................................................................................................... 23
10 Forma simplificada do circuito de mensurao da resistncia
eltrica do solo.................................................................................. 23
11 Coletor de dados do sistema Resistncia Eltrica do Solo.............. 26
12 Tela do computador mostrando o sistema Resistncia
Eltrica do Solo:(A) identificao dos parmetros, (B) coleta de
dados............................................................................................... 27
-
viii
13 Desenho esquemtico do equipamento composto pela barra
porta-ferramentas e os quatro discos de corte............................... 27
14 Esquema do isolamento dos discos de corte por placas de PVC.. 28
15 Estrutura mecnica acoplada a barra porta-ferramentas que
permitiu a conduo do prottipo por arrasto................................ 28
16 Disposio final da barra porta-ferramentas do sistema
Resistncia Eltrica do Solo.......................................................... 29
17 Linhas do campo eltrico formado na rea da semicircunferncia
entre dois eletrodos........................................................................ 30
18 Tela do computador mostrando o sistema Duas Pontas:
(A) identificao dos parmetros e (B) coleta dos dados.............. 32
19 Disposio final da barra porta-ferramentas do sistema Duas
Pontas........................................................................................... 33
20 Equipamento comercial Veris 3100 : (A) disposio do
equipamento para funcionamento e (B) coletor de dados............. 34
21 Disposio dos seis discos no equipamento Veris 3100 ........... 35
22 Prottipo montado demonstrando a disposio dos discos de
corte na barra porta-ferramentas................................................... 43
23 (A) e (B) isolamento e fixao do disco de corte na barra porta-
ferramentas................................................................................... 44
24 (A) suporte de conduo por arrasto e (B) circuito estabilizador
de tenso dos sistemas RES e DP montado em uma placa......... 44
25 Mapas de superfcie das propriedades do solo: (A) umidade a
0,1 m, (B) umidade a 0,3 m, (C) argila a 0,1 m e
(D) argila a 0,3 m.......................................................................... 54
25 Mapas de superfcie das propriedades do solo: (E) areia a
0,1 m, (F) areia a 0,3 m, (G) silte a 0,1 m e (H) argila a 0,3 m..... 55
26 Mapas de superfcie de condutividade eltricado solo: (A) Veris
de 0 a 0,3 m, (B) Veris de 0 a 0,9 m, (C) DP a 0,6 m e 27 ohm
e (D) DP a 0,6 m e 47 ohm............................................................ 56
-
ix
26 Mapas de superfcie de condutividade eltricado solo: (E) DP a
0,6 m e 220 ohm, (F) RES a 27 ohm e 0,3m, (G) RES a 27 ohm
e 0,6 m e (H) RES a 27 ohm e 0,9 m............................................ 57
27 Mapas de superfcie das propriedades do solo: (A) umidade a
0,1 m, (B) umidade a 0,3 m, (C) argila a 0,1 m e
(D) argila a 0,3 m.......................................................................... 59
27 Mapas de superfcie das propriedades do solo: (E) areia a
0,1 m, (F) areia a 0,3 m, (G) silte a 0,1 m e (H) argila a 0,3 m..... 60
28 Mapas de superfcie de condutividade eltricado solo: (A) Veris
de 0 a 0,3 m, (B) Veris de 0 a 0,9 m, (C) DP a 0,6 m e 27 ohm
e (D) DP a 0,6 m e 47 ohm............................................................ 61
28 Mapas de superfcie de condutividade eltricado solo: (E) DP a
0,6 m e 220 ohm, (F) RES a 27 ohm e 0,3m, (G) RES a 27 ohm
e 0,6 m e (H) RES a 27 ohm e 0,9 m............................................ 62
-
x
LISTA DE TABELAS
Pgina
1 Indicadores da anlise descritiva para as amostras de umidade
(%),textura (%) e para o sistema de referncia (mS.m-1)............. 45
2 Indicadores da anlise descritiva para o sistema Resistncia
Eltrica do Solo (mS. m-1) e Duas Pontas (mS. m-1).................... 46
3 Sistemas de mensurao de condutividade eltrica do solo e os
respectivos pontos discrepantes detectados ............................... 49
4 Resultado da anlise geoestatstica para as variveis umidade,
textura e condutividade eltrica do solo na rea 1....................... 50
5 Resultado da anlise geoestatstica para as variveis umidade,
textura e condutividade eltrica do solo na rea 2....................... 51
6 Matriz dos coeficientes de correlao de Pearson entre as
variveis em estudo na rea 1..................................................... 66
7 Matriz dos coeficientes de correlao de Pearson entre as
variveis em estudo na rea 2..................................................... 67
8 Modelos de regresso linear mltipla para as variveis de CE
na rea 1..................................................................................... 69
9 Modelos de regresso linear mltipla para as variveis de CE
na rea 2..................................................................................... 70
-
xi
LISTA ABREVIATURAS E SMBOLOS
= Resistividade eltrica. R = Resistncia eltrica.
L = Comprimento da amostra.
I= Corrente eltrica.
A = rea da seo transversal.
ADP = rea da semicircunferncia.
dXdV = Relao entre a leitura de tenso e a distncia entre os eletrodos.
V = Leitura de tenso eltrica.
S = Distncia entre eletrodos.
= Condutividade eltrica. r = Raio do disco de corte.
= ngulo de formao do setor circular.
b = Base do tringulo.
h = Altura do tringulo.
Re = Resistncia eltrica padro.
Ve = Potencial eltrico entre os eletrodos.
a = Alcance.
Co/Co+C1 = Relao entre Efeito pepita e Patamar.
AI = Amplitude Interquartlica.
AM = Amplitude.
ARE 10 = amostra de Areia a 0,1 m.
-
xii
ARE 30 = amostra de Areia a 0,3 m.
AG 10 = amostra de Argila a 0,1 m.
AG 30 = amostra de Argila a 0,3 m.
AS = Assimetria.
C = Patamar.
CE = Condutividade eltrica.
Co = Efeito pepita.
CV = Coeficiente de variao.
CT = Coeficiente de curtose.
DGPS = Sistema de Posicionamento Global Diferencial.
DP = Sistema Duas Pontas.
DP 27 = Sistema Duas Pontas com 0,6 m de distncia entre eletrodos e 27 ohm
de resistncia padro.
DP 47 = Sistema Duas Pontas com 0,6 m de distncia entre eletrodos e 47 ohm
de resistncia padro.
DP 220 = Sistema Duas Pontas com 0,6 m de distncia entre eletrodos e 220
ohm de resistncia padro.
DV = Desvio padro.
GPS = Sistema de Posicionamento Global.
LS = Limite Superior.
LI = Limite Inferior.
QS = Quartil Superior.
QI = Quartil Inferior.
MA = Mximo.
ME = Mdia.
MD = Mediana.
MI = Mnimo.
MO = Moda.
RES = Sistema Resistncia Eltrica do Solo.
-
xiii
RES 30 = Sistema Resistncia Eltrica do solo com 0,3 m de distncia entre
eletrodos e 27 ohm de resistncia padro.
RES 60 = Sistema Resistncia Eltrica do solo com 0,6 m de distncia entre
eletrodos e 27 ohm de resistncia padro.
RES 90 = Sistema Resistncia Eltrica do solo com 0,9 m de distncia entre
eletrodos e 27 ohm de resistncia padro.
SIG = Sistema de Informao Geogrfica.
SIL 10 = amostra de Silte a 0,1 m.
SIL 30 = amostra de Silte a 0,3 m.
UM 10 = amostra de Umidade a 0,1 m.
UM 30 = amostra de Umidade a 0,3 m.
VR = Sistema de referncia de 0 a 0,3 m.
VP = Sistema de referncia de 0 a 0,9 m.
-
xiv
DESENVOLVIMENTO E ENSAIOS DE UM SISTEMA DE MENSURAO DE CONDUTIVIDADE ELTRICA DO SOLO
AUTOR: ANDR LUIS SACOMANO PINCELLI
Orientador: Prof. Dr. Jos Paulo Molin
RESUMO
A correlao entre as medidas de condutividade eltrica e propriedades
fsico-qumicas do solo uma das linhas de estudo que vem sendo exploradas
onde os conceitos de agricultura de preciso esto mais avanados. Este estudo
teve como objetivo avaliar a eficincia do monitoramento da condutividade eltrica
do solo a partir do desenvolvimento de dois sistemas. O primeiro, denominado de
Resistncia Eltrica do Solo (RES), consiste em definir a condutividade eltrica
de um material atravs de uma amostra de dimenses conhecidas, para medir
a sua resistncia eltrica utilizando dois eletrodos. O segundo, denominado de
Duas Pontas (DP), consiste em definir a condutividade eltrica de um material
aplicando uma corrente eltrica em uma amostra para medir a alterao no
potencial eltrico, gerado pelo meio em que a corrente eltrica transitou,
utilizando dois eletrodos dispostos linearmente. Para a avaliao dos resultados
obtidos pelos sistemas desenvolvidos foi utilizado como referncia um sistema
comercial de origem norte americana e algumas propriedades do solo. Os
-
xv
equipamentos de condutividade eltrica do solo foram aplicados em duas reas
pertencentes Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz e em poca
distintas. Na rea 1, com 4,97 ha, o levantamento dos dados foi feito na primeira
quinzena de Agosto de 2003 e na rea 2, com 1,3 ha, o levantamento dos dados
foi feito na segunda quinzena de Dezembro de 2003. Aps a aquisio dos dados
experimentais foram feitas anlises estatsticas descritivas e exploratrias,
anlises geoestatsticas, construo de mapas de superfcie, anlises de
correlao e regresso linear mltipla a fim de avaliar os sistemas. De acordo
com a metodologia desenvolvida e anlises de funcionamento dos
equipamentos, foi possvel verificar que os sistemas construdos para a coleta,
transformao e armazenagem dos dados foram eficientes no levantamento
dos pontos amostrais. No entanto os sistemas de condutividade eltrica do solo
no apresentaram a eficincia desejada no monitoramento das propriedades do
solo em ambas as reas experimentais. Quando os sistemas desenvolvidos
foram comparados ao sistema comercial, tambm foi possvel observar que no
houve correlao no monitoramento, o que sugere a necessidade da
continuidade e aprofundamento no desenvolvimento desses sistemas.
-
xvi
DEVELOPMENT AND FIELD EVALUATION OF A SOIL ELECTRICAL CONDUCTIVITY MEASURING SYSTEM
AUTHOR: ANDR LUIS SACOMANO PINCELLI
Adviser: Prof. Dr. Jos Paulo Molin
SUMMARY
The correlation between electrical conductivity and physical-chemical
properties of the soil is one of the research areas that have been explored where
precision agriculture concepts are more advanced. This study had the objective of
evaluating the soil electrical conductivity mapping efficiency of different measuring
systems. The first one, known as Electrical Resistance of the Soil consists in
defining the electrical conductivity of any given material using a sample of known
dimensions, to measure its electrical resistance using two electrodes. The second
one, the Two Edges method, consists in defining the electrical conductivity of a
material applying an electric current in a sample to measure any change on the
electric potential, generated by the environment in which the electric current
transited through, using two linearly displaced electrodes. To evaluate the results
obtained by the developed systems some soil properties and a commercial soil
electrical conductivity measuring system where used as guidelines. The soil
electrical conductivity equipments mapped two fields, at the Escola Superior de
-
xvii
Agricultura Luiz de Queiroz. In Field 1 (4,97 ha) the data collecting process took
place in the first fortnight of august 2003, and, in Field 2 (1,3 ha), the sampling
process took place in the second fortnight of December 2003. After the acquisition
of the experimental data, descriptive and exploratory statistical and geostatistical
analysis were made, electrical conductivity surface maps were obtained and
correlation and multiple linear regression analysis, in order to evaluate both
systems, were made. In accordance to the developed methodology and analysis
of the equipment, it was possible to check that the systems developed to acquire,
transform and store the data were efficient in mapping the sampling points.
However, the soil electrical conductivity systems did not show the desired
efficiency in mapping the soil properties in both experimental fields. When the
developed systems were compared to a commercial one it was also possible to
observe that there was no correlation in the measurements, which suggests the
necessity of new developments on these systems.
-
1
1 INTRODUO
Os elevados nveis de produtividade agrcola esto associados ao uso
intenso de insumos. Diante isto, h a necessidade de se encontrar novos
conceitos que permitam reduzir o uso de insumos e conseqentemente dos
custos de produo e o impacto ambiental e incrementar a produo. A busca a
esse novo meio de produo agrcola tem levado ao conceito de agricultura de
preciso, conceito segundo o qual o gerenciamento da atividade agrcola feito
levando-se em conta a variabilidade espacial e temporal da cultura alm das
demais variveis no processo de produo.
O conceito de gerenciamento localizado defendido pela agricultura de
preciso faz uso de novas tecnologias, que esto constantemente sendo
geradas para a investigao de fatores relacionados ao ambiente solo-planta-
atmosfera. O gerenciamento localizado em uma lavoura exige a construo de
mapas das propriedades do solo para identificar a variabilidade da
produtividade e os fatores a ela relacionados. Esses mapas so gerados com
grande quantidade de dados, conseguidos atravs de tcnicas de amostragem
em grande nmero.
As tcnicas de amostragem em grande nmero provocaram o
surgimento de uma srie de sistemas, alguns em carter experimental e outros
j em utilizao comercial, na tentativa de desenvolver tcnicas de medidas
indiretas das propriedades do solo atravs do estudo de sistemas pticos,
eletromagnticos, eletroqumicos, mecnicos, fluxo de ar e acsticos
(Adamchuk & Jasa, 2003). Os pases mais desenvolvidos nesses conceitos
vm utilizando h alguns anos a condutividade eltrica como um indicador no
-
2
monitoramento de caractersticas do solo como textura, umidade, salinidade,
entre outras.
A condutividade eltrica definida como sendo a capacidade que um
material possui em conduzir corrente eltrica e a sua utilidade na rea agrcola
provm do fato que os diferentes componentes fsicos existentes no solo,
apresentam diferentes nveis de condutividade eltrica (Lund et al.,1998).
Sendo assim, o mapeamento da condutividade eltrica tornou-se uma
ferramenta eficiente na investigao do comportamento e da variabilidade
espacial de propriedades do solo, pois permite identificar reas com
propriedades semelhantes e delimitar unidades de gerenciamento diferenciado
(Lck & Eisenreich, 2001). Na agricultura de preciso os sistemas de
condutividade eltrica so aplicados prioritariamente como indicadores
qualitativos de propriedades fsico-qumicas de solo.
Alguns pases que desenvolveram as tcnicas de mapeamento da
condutividade eltrica esto utilizando comercialmente alguns sistemas na
investigao da distribuio espacial dos componentes do solo e,
posteriormente, na aplicao localizada de insumos. No Brasil, as linhas que
envolvem a aplicao destes conceitos esto sendo realizadas de forma
experimental.
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de
mensurao e mapeamento da condutividade eltrica do solo e avaliao do
seu desempenho no monitoramento, em condio de campo, utilizando como
parmetro de referncia um sistema de condutividade eltrica comercial, por
contato, de origem norte americana e algumas propriedades do solo.
-
3
2 REVISO DE LITERATURA 2.1 Resistividade e Condutividade Eltrica
Segundo Runyan (1975), uma das formas de se definir a resistividade
eltrica de uma material utilizar uma amostra retangular de dimenses
conhecidas (Figura 1) para medir a sua resistncia eltrica, com dois eletrodos,
conforme a relao:
LAR = (1)
onde: = resistividade eltrica (.m); R = resistncia eltrica (); L = comprimento da amostra (m);
A = rea seo transversal (m2).
ELETRODO A ELETRODO B
L
A
R
Figura 1 - Amostra retangular para definir a resistividade eltrica atravs da resistncia eltrica do material
-
4
A resistividade eltrica tambm pode ser determinada atravs do
mtodo que utiliza dois eletrodos na captao dos dados, denominado mtodo
das duas pontas. A configurao desse sistema consiste em colocar dois
eletrodos em linha, afastados por uma distncia (S), e aplicar uma corrente
eltrica (I) na amostra (Figura 2), a fim de medir a alterao no potencial eltrico
(V), gerada pelo meio em que a corrente eltrica transitou. Este mtodo
definido pela equao:
dxdV
IA = (2)
onde: = resistividade eltrica (.m); I = corrente eltrica (A);
A = rea da seo transversal (m2);
dXdV = relao entre a leitura de tenso e a distncia entre os eletrodos.
S
I
I
V
ELETRODO BELETRODO A
Figura 2 - Amostra de um material para definir a resistividade eltrica pelo
mtodo das duas pontas
A forma mais utilizada para medir resistividade eltrica atravs do
mtodo que utiliza quatro eletrodos em sua configurao, denominado mtodo
-
5
das quatro pontas. A geometria habitual desse sistema colocar os quatro
eletrodos em uma linha (Figura 3) e utilizar espaamentos iguais (S) entre os
mesmos. A corrente eltrica (I) passada pelos dois eletrodos externos e o
potencial eltrico (V) medido pelos dois eletrodos internos. A equao desse
mtodo representada por:
( ) ( )
+++
=
322131
1111
2
SSSSSS
IV
(3)
onde: = resistividade eltrica (); V = leitura de tenso (v);
I = corrente eltrica (A);
321 ,, SSS = distncias entre eletrodos (m).
S1
S3S2
I
I
ELETRODOS
V
Figura 3 - Amostra de um material para definir a resistividade eltrica pelo
mtodo das quatro pontas
Os espaamentos entre os eletrodos , e so respectivamente
as distncias em entre o primeiro e o segundo, o segundo e o terceiro e o
1S 2S 3S
-
6
terceiro e o quarto eletrodos. Quando as distncias ( ) entre os
eletrodos forem iguais, a equao 3 fica reduzida a:
321 ,, SSS
IVS= 2 (4)
onde: = resistividade eltrica (); V = leitura da tenso (v);
I = corrente eltrica (A);
S = distncia entre os eletrodos (m).
A partir da definio da resistividade eltrica de um material a sua
condutividade eltrica facilmente encontrada, pois so relaes inversamente
proporcionais. Assim:
1= (5)
onde: = condutividade eltrica (S.m-1); = resistividade eltrica (.m).
A condutividade eltrica definida como a capacidade que um material
possui em conduzir corrente eltrica. A utilidade dessa corrente eltrica no meio
agrcola provm do fato que os componentes fsicos existentes no solo,
apresentam diferentes nveis de condutividade eltrica (Lund et al.,1998). A
corrente eltrica pode ser conduzida atravs da gua intersticial que contm
eletrlitos dissolvidos e atravs dos ctions trocveis que residem perto da
superfcie de partculas de solo carregadas e so eletricamente mveis em
vrios nveis (Nadler & Frenkel, 1980).
-
7
A condutividade eltrica depende principalmente da soluo eletroltica
existente no solo. Solos com baixo teor de umidade apresentam resistncia
eltrica muito alta. Alguns minerais presentes aparecem como isolantes, apesar
de que em alguns solos pode existir uma pequena corrente sendo conduzida
atravs da superfcie das partculas. Portanto, o valor obtido para a
condutividade eltrica de um solo principalmente devido ao seu teor de gua
e de sais dissolvidos (Freeland, 1989).
Os pases mais desenvolvidos na aplicao das tcnicas de
agricultura de preciso vm utilizando h alguns anos os conceitos de
condutividade eltrica como uma ferramenta de trabalho no monitoramento de
um maior nmero de caractersticas do solo como textura, umidade, salinidade,
entre outras. Existem vrios equipamentos sendo utilizados para mapeamento
da condutividade eltrica aparente do solo, disponveis comercialmente, como
MuCEP (Panissod et al., 1998), Veris 3100, EM 38, GEM 300 e o Soil Doctor
(Lck & Eisenreich, 2001), Geocarta (Dabas, 2001) e ERM-01 (Landviser,
2004).
O mapeamento da condutividade eltrica uma ferramenta eficiente
na investigao do comportamento e da variabilidade espacial de propriedades
do solo em grandes reas. Ela permite identificar reas com propriedades
semelhantes e delimitar unidades de gerenciamento para agricultura de
preciso (Lck & Eisenreich, 2001).
Para mensurar a condutividade eltrica, geralmente so utilizados os
sistemas de induo eletromagntica e o de contato direto (Rhoades &
Corwin,1984). A induo eletromagntica uma tcnica para medir a
condutividade eltrica em solos sem contato com o mesmo, sendo um mtodo
de amostragem no destrutiva (Davis et al., 1997). Esse mtodo utilizado em
reas, onde o revolvimento no desejvel por algum motivo, como por
exemplo, alguma forma de contaminao (Brevik & Fenton, 2000). O sistema
por induo eletromagntica trabalha a uma distncia de 0,30 m em relao
superfcie, realizando uma medida de condutividade eltrica a uma
-
8
profundidade mxima de 1,20 m na configurao vertical e a uma profundidade
de 0,30 m na configurao horizontal.
O sistema por contato direto penetra no solo, geralmente utilizando
como eletrodos de fluxo de corrente eltrica, discos de corte lisos, e capta a
condutividade eltrica a uma profundidade diretamente proporcional aos
espaamentos entre os eletrodos. Esse sistema fornece valores de
condutividade eltrica sem nenhuma calibrao, sendo dependente apenas das
caractersticas fsico-qumicas do solo. O solo sob condies de baixa umidade
provoca um aumento na resistncia eltrica dos eletrodos, o que resulta em
leituras equivocadas durante o mapeamento (Lck & Eisenreich, 2001).
Em pesquisa realizada por Fritz et al. (1998) comparando as
tecnologias do mtodo de induo eletromagntica e do mtodo por contato
direto, concluram que a condutividade eltrica est relacionada com a
topografia do terreno, onde, nas reas de menor altitude a condutividade
eltrica era maior que nas reas de maior altitude. O equipamento por induo
eletromagntica apresentou leituras de maiores valores nas reas mais secas e
leituras de menores valores nas mais midas, comparado com o equipamento
de contato direto. Mesmo assim, os autores afirmam que ambos equipamentos
fornecem dados similares.
Durante dcadas de estudos, os pesquisadores se empenharam na
descoberta dos fatores que afetam a condutividade eltrica do solo. O teor de
gua, as propriedades fsicas e as propriedades qumicas podem ser citados
como fatores de grande influncia na condutividade eltrica (Nadler & Frenkel,
1980; Fritz et al. 1998; Rhoades, 1993). As mudanas de temperatura tambm
influenciam a condutividade eltrica do solo (Rhoades et al., 1976; Brevik &
Fenton, 2000). O aumento da temperatura provoca uma diminuio na
viscosidade do lquido, o que aumenta a facilidade com a qual os ons se
movimentam na soluo (Harstock et al., 2000).
As principais linhas de estudo da condutividade eltrica e os fatores
que influenciam sua mensurao, esto concentradas em trs propriedades:
-
9
textura, umidade e salinidade. Isso devido a uma boa correlao existente na
distribuio destes fatores no solo com o mapeamento da condutividade eltrica
(Rhoades, 1993).
Shea & Luthin (1961) foram os precursores na utilizao do mtodo
dos quatro eletrodos no desenvolvimento do monitoramento da salinidade do
solo.
Um mtodo de campo para avaliar a salinidade apresentado por
Rhoades & Ingvalson (1971), no qual foram feitas medidas de condutividade
eltrica com quatro eletrodos, situados sobre a superfcie do solo. A partir das
medidas coletadas, foi elaborada uma srie de representaes grficas do
campo analisado, que definiram os vrios nveis de salinidade. Os resultados
apresentaram uma excelente relao entre a condutividade eltrica e a
salinidade. Rhoades & Van Schilfgaarde (1976), aps anos de pesquisa,
desenvolveram uma sonda para obteno de medidas de salinidade.
A utilidade do monitoramento da condutividade eltrica para avaliao
do teor de argila vem do fato que a areia tem baixa e a argila alta condutividade.
Assim, a condutividade eltrica se correlaciona fortemente textura (Lund et al.,
1998). Os testes realizados em laboratrio por Banton et al. (1997), indicaram
boas correlaes entre a condutividade eltrica e a textura do solo.
A pesquisa realizada por Menegatti (2002), na tentativa de definir a
condutividade eltrica a partir da resistncia eltrica de uma seco de solo,
obteve um sistema de simples construo, fcil operao e sensvel s
variaes de resistncia eltrica do solo.
-
10
2.2 Agricultura de preciso
A agricultura de preciso pode ser entendida como um conjunto de
tcnicas que permite o manejo diferenciado das reas agrcolas, segundo suas
reais necessidades, atravs do uso das tcnicas agronmicas e a aplicao
localizada de insumos. As tcnicas de agricultura de preciso surgiram com a
finalidade de otimizar a produo agrcola, no s reduzindo os custos como
aumentando a produtividade.
Shueller (1992) definiu a agricultura de preciso como um mtodo de
administrao cuidadosa e detalhada do solo e da cultura para adequar as
diferentes condies encontradas em cada ponto da lavoura. Para Goering
(1993) a agricultura de preciso tem como meta final aplicar sementes,
fertilizantes, e outros insumos variavelmente em cada talho, nas taxas
adequadas produtividade do solo em cada ponto do talho. Segundo Searcy
(1995) a agricultura de preciso a tecnologia que possibilita modular a
aplicao dos insumos agrcolas numa base pontual em resposta a
necessidade localizada das plantas.
Segundo Balastreire (1994), na aplicao localizada, as quantidades
de cada insumo so determinadas em funo da anlise dos mapeamentos dos
atributos do solo e das plantas, do conhecimento agronmico e do histrico da
rea a ser cultivada e a sua utilizao visa alocao dos insumos em funo
dos requisitos especficos do local.
Dessa forma, a agricultura de preciso pode ser analisada como um
sistema de gesto das atividades agrcolas que se fundamenta no princpio da
variabilidade de fatores relacionados ao solo e cultura, permitindo o
tratamento individualizado de pequenas reas dentro do campo de produo.
Seus objetivos so a otimizao do retorno financeiro pela racionalizao do
uso de insumos e energia e a reduo dos impactos ambientais (Mantovani et
al., 1998).
Do ponto de vista ambiental, os benefcios podem ser contabilizados
-
11
pela reduo na quantidade de insumos, desperdiados em reas de baixa
necessidade (Balastreire, 1999). Esse fato de grande importncia para a
comunidade mundial devido s aplicaes de insumos ser efetuada de forma a
satisfazer as necessidades de cada ponto da lavoura, evitando a contaminao
de ambientes por excesso dos mesmos.
Os primeiros esforos para o desenvolvimento dos conceitos da
agricultura de preciso foram feitos em 1929, quando dois pesquisadores
americanos sugeriram a aplicao localizada de calcrio, como forma de
economizar, na quantidade necessria desse insumo. Devido s dificuldades de
se aplicar o insumo de forma localizada em mdias e grandes reas, uma vez
que no existiam equipamentos para aplicao, estes conceitos ficaram no
esquecimento (Balastreire, 2000).
No incio da dcada de 70, o Departamento de Defesa dos Estados
Unidos criou o Sistema de Posicionamento Global - GPS (Global Positioning
System), um sistema de navegao via satlite (Molin, 1998). O GPS trata-se
de um sistema militar altamente estratgico, todavia com potencial muito grande
para as aplicaes civis (Searcy, 1995).
Segundo Blitzkow (1995), o sistema GPS composto por trs
segmentos: espacial, controle e usurio. O segmento espacial constitudo por
uma constelao de 24 satlites, dos quais 21 ativos e 3 de reserva,
distribudos em 6 rbitas distintas. Com esta configurao, em qualquer ponto
da superfcie do planeta Terra h no mnimo 4 satlites acima da linha do
horizonte 24 horas por dia. O segmento de controle formado por diversas
estaes de rastreamento espalhadas pelo mundo, cuja funo determinar a
rbita exata de cada um dos satlites e atualizar seus sinais de navegao. O
segmento usurio formado pelo receptor GPS, que converte os sinais vindos
do satlite em informao de posicionamento. O princpio de funcionamento
desse sistema considera a medio do tempo de deslocamento de um sinal
entre um satlite e um receptor utilizado pelo usurio. Como os relgios do
satlite e do receptor esto sincronizados possvel medir a distncia exata
-
12
entre dois pontos.
No trabalho realizado por Han et al. (1995), afirmam que para se
aumentar a acurcia do sistema GPS, pode ser utilizada uma tcnica de
correo das posies, denominada correo diferencial. Assim, para o perfeito
funcionamento do sistema GPS diferencial (Differential Global Positioning
System DGPS), um segundo receptor, denominado estao de base, deve
ser instalado em um ponto fixo sob coordenadas conhecidas. Com isso,
possvel calcular e determinar um fator de correo (vetor) que armazenado
para uso posterior. Esse procedimento chamado de correo diferencial pode
diminuir o erro para centmetros ou at milmetros.
De acordo com Balastreire e Baio (2002), uma outra forma de correo
de posicionamento em tempo real so os algoritmos otimizados, j disponveis
no mercado. So programas instalados nos receptores GPS que calculam a
posio correta sem a necessidade de sinais de correo. Os autores
concluram ser vivel sua utilizao em agricultura de preciso, ao compararem
esse equipamento a um GPS com correo diferencial por meio de sinais de
satlite.
O surgimento destes sistemas de navegao e localizao, GPS, em
inmeras situaes, provocou grande avano tecnolgico nos diversos
segmentos voltados agricultura. O segmento que mais se destacou nessa
etapa foi o setor computacional, auxiliado pelo desenvolvimento de circuitos
eletrnicos no controle de sistemas localizados nas mquinas agrcolas e a
criao de programas computacionais para a manipulao de dados levantados
em campo.
Os Sistemas de Informao Geogrfica SIG (Geographic Information
System GIS) so programas computacionais utilizados para a armazenagem,
anlise, interpretao e exibio de dados referenciados a uma posio na
superfcie da Terra, ou seja, so sistemas destinados ao tratamento de dados
referenciados espacialmente. Com um SIG possvel manipular e mostrar
espacialmente os resultados colhidos em campo e atravs da interao deste
-
13
sistema com outros programas computacionais pode-se produzir a digitalizao
de mapas que permitem analisar diversas camadas de dados referentes a um
mesmo talho (Molin, 2001).
Os SIG`s manipulam dados de diversas fontes como mapas, imagens
de satlites, cadastros entre outras, permitindo recuperar e combinar
informaes e efetuar os mais diversos tipos de anlises sobre os dados
(Alves,1990). Essa tecnologia esta relacionada com vrias disciplinas e campos
tecnolgicos em desenvolvimento, sendo cada vez mais utilizada nos processos
de planejamento econmico, territorial e ambiental (Fernandes, 1997b). Estes
sistemas de informao geogrfica possuem basicamente dois bancos de
dados: o espacial responsvel pelo armazenamento da localizao espacial de
todas as entidades encontradas e o de atributos, em que as informaes so
armazenadas (Santana, 1999).
Na agricultura, a utilizao mais intensa do SIG se deu em decorrncia
da adoo das tcnicas de agricultura de preciso, que preconizam o
conhecimento e realizao de um tratamento detalhado de cada rea da
propriedade (Molin, 1997b). Vrios estudos vm sendo conduzidos com sua a
utilizao; por exemplo, na aplicao localizada de defensivos, o SIG
demonstrou seu papel fundamental na gerao dos mapas de plantas daninhas,
gerao dos mapas de prescrio e no estudo das correlaes entre os mapas
gerados (Baio, 2001).
Scott e Randy (2000) comentam que o SIG tem como principal objetivo
agregar dados de diferentes fontes de um mesmo local. Em agricultura de
preciso estes dados so integrados e contribuem para a tomada de decises,
embasada em um conjunto de informaes de um determinado local.
Uma rea que obteve bastante destaque no contexto da agricultura de
preciso tem sido o sensoriamento e suas aplicaes podem relacionar-se s
atividades de levantamento e caracterizao dos solos ou de culturas. Molin
(1997a) classifica o sensoriamento em trs grupos: (i) sensoriamento por meio
do deslocamento do sensor no campo, com a finalidade de obter medidas
-
14
continuamente; (ii) sensoriamento por coleta de amostras com base em
quadriculado; (iii) sensoriamentos remotos, que consiste na obteno de dados
distncia.
Assim como no caso do GPS, o sensoriamento remoto tambm foi
desenvolvido para a aplicao da inteligncia militar. Essa tecnologia comeou
com a obteno de fotografias da disposio de trincheiras obtidas por bales
durante a Guerra Civil Americana (Drury, 1990). Senay et al. (1998) comentam
que estudos tm demonstrado que o sensoriamento remoto relaciona-se
intimamente com a agricultura de preciso, mas necessrio o
desenvolvimento de tcnicas para extrair informaes das imagens.
Na aplicao dos conceitos da agricultura de preciso existe a
necessidade de se utilizar mtodos de clculo e gerenciamento da variabilidade
espacial do solo. Conhecer a variabilidade espacial de propriedades do solo
um fator indispensvel na implantao da agricultura de preciso (Cora e
Marques Junior, 1998).
Segundo Gonalves (1997), propriedades do solo podem apresentar
dependncia espacial em escalas que variam da ordem de poucos milmetros a
alguns quilmetros. As propriedades do solo, alm de variarem no espao,
podem variar no tempo (Bernoux et al., 1998a). Essa variao decorrente da
ao de agentes naturais, assim como da ao do homem (Bragato e
Primavera, 1998). A variabilidade das propriedades tem sido abordada por
vrios autores, sendo atribuda a diversos fatores, tais como, caractersticas do
material de origem e os fatores de formao, os quais no atuam pontualmente,
mas sim segundo um determinado padro.
Webster e Oliver (1990) afirmam que muitas propriedades do solo
variam continuamente no espao e, conseqentemente, os valores em locais
mais prximos tendem a ser mais semelhantes que aqueles tomados mais
distantes entre si, at uma distncia limite, correspondente ao domnio destas
propriedades. Caso isto ocorra, os dados no podem ser tratados como
independentes e um tratamento estatstico mais adequado necessrio.
-
15
Na ampla diversidade da cincia agronmica, a estatstica se fez
necessria, na avaliao de diferentes ensaios. Enquanto que na estatstica
clssica as amostras so coletadas ao acaso, ignorando-se sua posio
geogrfica, na geoestatstica os locais de amostragem so importantes. Em
ambos os casos, a mdia e a varincia podero ser calculados; todavia,
somente a geoestatstica promove a obteno da estrutura da varincia, porque
considera a dependncia entre as medidas, o que no acontece com a
estatstica clssica. E por tal razo que a geoestatstica se apresenta como
uma ferramenta na cincia agronmica, capaz de descrever a variabilidade das
propriedades do meio fsico de um sistema (Libardi et al., 1986).
Segundo Landim (1998), a geoestatstica um tpico da estatstica
aplicada que trata os problemas referentes s variveis regionalizadas, as quais
tm um comportamento espacial que mostra caractersticas intermedirias entre
as variveis verdadeiramente casuais e as totalmente determinsticas. Matheron
(1963) afirma que a geoestatstica uma funo que varia de um lugar a outro
no espao com certa aparncia de continuidade. So variveis que podem
tomar valores diferentes em diferentes lugares de observaes, cujos valores
esto relacionados com a posio espacial que ocupam. Segundo Warrick e
Nielsen (1980), a geoestatstica oferece ferramentas que permitem quantificar
esta correlao espacial.
O variograma uma funo que expressa a variabilidade de uma dada
propriedade entre dois pontos separados por uma distncia h, em funo
dessa distncia h (Fanha, 1994). Oliveira (2003) afirma que o nvel de
dependncia entre duas variveis regionalizadas representado pelo
variograma.
O semivariograma expressa a dependncia espacial entre amostras
atravs de um grfico da semivarincia pela distncia de separao entre os
pontos amostrados, sendo necessrio o ajuste desses dados a uma funo ou
modelo matemtico. Segundo Gonalves (2000), o semivariograma
experimental ajustado curva que proporcione a mxima correlao possvel
-
16
com pontos plotados. O modelo ajustado chamado de modelo terico do
semivariograma. Na regio onde se observa a continuidade espacial, a
geoestatstica aplicada com eficincia (Figura 4).
Alcance (a)
Con
tribu
io
(C1)
Efeito Pepita (Co)
2,0
1,0
0 20
8,0
6,0
4,0
7,0
5,0
3,0
(h)
40 60 80 100 120 140 (h)
Patamar (C) = Co + C1
Continuidade Espacial Aleatoriedade
Geoestattistica Estatstica Clssica
Semivariograma Experimental
Modelo Terico
Figura 4 - Semivariograma experimental, modelo terico e o semivariograma
tpico e seus componentes (adaptado de Oliveira,2003)
Quando h dependncia espacial definida pelo semivariograma,
possvel utilizar a tcnica de interpolao chamada krigagem (Gonalves et al,
1999). A krigagem uma tcnica de interpolao para estimativa dos valores de
uma propriedade em locais no amostrados, a partir de valores vizinhos
resultantes da amostragem realizada. Diversas outras tcnicas esto
disponveis para este propsito. A krigagem, no entanto, faz uso de um
interpolador linear no tendencioso e de varincia mnima que assegura a
melhor estimativa (Gonalves, 2000). Segundo o autor, as estimativas no
tendenciosas significam que, em mdia, as diferenas entre os valores
estimados e verdadeiros para o mesmo ponto devem ser nulas; e varincia
-
17
mnima significa que esses estimadores possuem a menor varincia dentre
todos os estimadores no tendenciosos.
Gonalves et al. (1999) define que as ferramentas da geoestatstica
permitem no s avaliar e modelar a estrutura de dependncia espacial atravs
de interpolao geoestatstica (krigagem), mas tambm avaliar a correlao
espacial existente entre propriedades em estudo.
Para Vieira (2000) a geoestatstica aplicada a agricultura de preciso
tem por finalidade projetar estimativas de valores de locais no amostrados a
partir de alguns valores conhecidos na populao; identificar, na aparente
desordem entre as amostras, uma medida de correlao espacial e permitir o
estudo de padres de amostragens mais adequados.
-
18
3 MATERIAL E MTODOS
Para a realizao deste trabalho foram construdos dois sistemas
envolvendo duas metodologias de mensurao de condutividade eltrica do
solo: o sistema Resistncia Eltrica do Solo (RES) e o sistema Duas Pontas
(DP). Na concepo desses sistemas foi necessria a utilizao de
equipamentos mecnicos, de sistema de posicionamento, de equipamentos
eletrnicos, de programas computacionais e de outros materiais. A Figura 5
apresenta o fluxograma da metodologia de desenvolvimento dos sistemas para
a realizao deste trabalho.
Sistemas de condutividade eltrica desenvolvidos
configurao:27 ohm e 0,60 m
configurao:27 ohm e 0,60 m
Resistncia Eltrica do Solo (RES)
configurao:27 ohm e 0,30 m
configurao:27 ohm e 0,90 m
Anlise dos dados
configurao:47 ohm e 0,60 m
Duas Pontas (DP)
configurao:220 ohm e 0,60 m
Raso: 0 a 0,3 m Profundo: 0 a 0,9 m
Sistema comercial para comparao
Figura 5 Fluxograma da metodologia de desenvolvimento dos sistemas
-
19
3.1 Desenvolvimento do sistema Resistncia Eltrica do Solo
O primeiro sistema desenvolvido, Resistncia Eltrica do Solo, uma
adaptao dinmica de se obter a condutividade eltrica de um material atravs
da sua resistncia eltrica, descrita por Runyan (1975). O princpio dessa
metodologia esta definido conforme a equao 1. Este sistema tambm foi
idealizado atravs da metodologia definida por Menegatti (2002), na tentativa de
definir a condutividade eltrica a partir da resistncia eltrica de uma seco de
solo.
Segundo Malvino (1987) a resistncia eltrica pode ser determinada
atravs da aplicao de uma determinada corrente eltrica em um meio e a
mensurao do potencial eltrico entre os eletrodos, segundo a equao:
IVR = (6)
onde: R = resistncia eltrica (); V = leitura de tenso eltrica (V);
I = corrente eltrica (A).
Atravs da definio da resistncia eltrica na equao 6 e com o
comprimento e rea transversal da amostra tm-se a resistividade eltrica da
amostra em questo (equao 1), e com isso, pode-se determinar a
condutividade eltrica do solo atravs da equao 5.
3.1.1 Equipamentos mecnicos
Para a implementao desse sistema foi necessria a construo de
-
20
um prottipo mecnico e o desenvolvimento de dois equipamentos eletrnicos,
um para definir os parmetros relativos as medidas de condutividade eltrica e
outro para coleta e armazenagem dos dados geograficamente referenciados.
O sistema Resistncia Eltrica do Solo constitudo de dois eletrodos,
sendo eles discos de corte lisos de 0,40 m de dimetro, que penetram no solo,
dispostos linearmente em uma barra porta-ferramentas. Foram utilizadas rodas
de borracha limitadoras penetrao, acopladas de forma concntrica aos
discos de corte, permitindo a mxima penetrao de 0,10 m, conforme Figura 6.
0,10
m
Nvel do solo
Disco de corte
Roda limitadora
Barra porta-ferramentas
Figura 6 - Acoplamento das rodas limitadoras aos discos de corte
Com essa implementao foi permitido considerar a geometria de um
bloco de solo entre os eletrodos, definido pela distncia entre os eletrodos e a
rea do setor semicircular do disco de corte dentro do solo. A Figura 7
apresenta o disco de corte em perfil e a decomposio de suas reas para
aplicao dos fundamentos da geometria analtica (Cunha, 1992) na
determinao da rea do setor semicircular do disco de corte.
-
21
rea de penetrao
Solo
Setor circular
Tringulo
Figura 7 - Disco de corte na vista em perfil e decomposio das suas reas
A rea de penetrao do disco de corte definida pela geometria
como sendo a rea do setor circular menos a rea do tringulo.
( )2.
21 2 hbrA
= (7)
onde: A = rea da seo transversal (m2);
r = raio do disco de corte (m);
= ngulo de formao do setor circular (rad);
b = base do tringulo (m);
h = altura do tringulo (m).
-
22
3.1.2 Equipamentos eletrnicos
3.1.2.1 Sistema de alimentao e mensurao da condutividade eltrica
Uma fonte de tenso estabilizada foi projetada para a alimentao do
sistema Resistncia Eltrica do Solo no Laboratrio de Instrumentao do
Departamento de Engenharia Rural da ESALQ USP. Este circuito foi proposto
com a primeira finalidade de baixar e estabilizar a tenso eltrica de 12 volts,
adquirida de uma bateria, para o funcionamento do sistema em 5 volts, a fim de
evitar qualquer oscilao na tenso da bateria provocada com o consumo de
sua carga, conforme ilustrado na Figura 8.
VI
1000
mF
C1
GND
+12 VDC
3
GND
CC
W
5K
R1
W
CW
sada da tenso = 5 VDC
+5 VDC
LM317HA
1A
VO
220R R2
2
U1
Figura 8 - Esquema do circuito regulador de tenso
Tambm montou-se um circuito paralelo ao estabilizador de tenso
que possibilitou a mensurao da resistncia eltrica do solo. Foram utilizados
capacitores e resistncias eltricas e as definies dos conceitos eltricos
(Malvino, 1987), na montagem desse circuito. A Figura 9 apresenta a forma
esquemtica do circuito e a Figura 10 apresenta a forma simplificada do
mesmo.
-
23
entrada da tenso = 5 VDC
100m
F
100m
F
C2
C3
sada de sinal
220R
GND
10R
Jumper
GND GND
R8
R5
27R
47R
R6
R4
470RR7
R S
olo
R3
Figura 9 - Esquema do circuito de mensurao da resistncia eltrica do solo
sada do sinal
GND
Ve Re
ebtrada de tenso = 5 VDC
Vsol
o
Rso
lo
Figura 10 - Forma simplificada do circuito de mensurao da resistncia eltrica do solo
-
24
Com a forma simplificada do circuito eltrico pode-se estabelecer que a
partir da equao 6, tem-se:
IVR solosolo = (8)
onde:
esolo VV = 5 (9)
Novamente, a partir da equao 6, tem-se:
e
e
RVI = (10)
substituindo a equao 10 na equao 8, tem-se:
e
e
solosolo
RVVR = (11)
substituindo a equao 9 na equao 11, tem-se:
e
eesolo V
VRR )5( = (12)
-
25
e, por fim, substituindo a equao 12 na equao 1, juntamente com os
parmetros dimensionais (distncia entre eletrodos e rea de penetrao),
pode-se determinar a equao que define a resistividade eltrica do solo para
esse sistema, assim:
( )SA
VVR
e
ee = 5 (13)
onde: = resistividade eltrica (.m); Re = resistncia eltrica padro (); Ve = leitura da tenso eltrica padro (V);
A = rea da seo transversal (m2);
S = distncia entre os eletrodos (m).
3.1.2.2 Sistema de aquisio e armazenamento da condutividade eltrica
O coletor de dados do sistema Resistncia Eltrica do Solo,
apresentado na Figura 11, foi desenvolvido pela empresa Enalta Inovaes
Tecnolgicas, So Carlos, SP, com a funo de captar as medidas analgicas
de resistncia eltrica, referenciadas geograficamente por um receptor GPS
com correo diferencial, e envi-las no formato digital para um sistema
computacional, no caso um computador de mo (palm top).
O processo de captao e envio dos dados de resistncia eltrica do
solo foi dividido em trs etapas. A primeira etapa consiste na recepo do
formato de dados do GPS em formato GGA a cada um segundo. Em seguida o
conversor A/D (analgico / digital) faz a mdia das dez ltimas leituras de
resistncia eltrica por segundo e envia esse dado para o computador de mo,
-
26
concomitantemente com o dado GGA. Na ltima etapa, a cada dado GGA
enviado so armazenadas a latitude, a longitude e a condutividade eltrica em
formato digital no palm top.
Figura 11 - Coletor de dados do sistema Resistncia Eltrica do Solo
Posteriormente, o sinal digital enviado a um programa computacional
que foi desenvolvido pela mesma empresa Enalta, com a funo de converter
as medidas de resistncia eltrica do solo, referenciadas geograficamente por
um receptor GPS com correo diferencial, em medidas de condutividade
eltrica e armazen-las em linguagem no formato texto (txt). Esse programa foi
especificado para computadores de mo que utilizam o sistema operacional
Windows CE.
Para o correto funcionamento do programa necessrio gerar um
nome para armazenamento do arquivo e indicar a resistncia eltrica que o
sistema estar operando e a distncia entre os discos de corte. Aps esta
etapa, inicia-se a captao dos dados, onde pode-se acompanhar o
desenvolvimento das leituras atravs do quadro central. A identificao dos
parmetros e a coleta dos dados podem ser vistas na Figura 12.
-
27
A.
B.
Figura 12 - Tela do computador mostrando o sistema Resistncia Eltrica do
Solo: (A) identificao dos parmetros e (B) coleta de dados
3.1.3 Montagem do equipamento
A montagem do equipamento foi feita em uma barra porta-ferramentas
de 2,0 m de comprimento, onde foram fixados quatro discos de corte lisos,
dispostos linearmente e com espaamentos de 0,30 m entre o segundo e o
terceiro, 0,60 m entre o primeiro e o segundo e 0,90 m entre o segundo e o
quarto disco, conforme a Figura 13.
1 2 3 4
0,60 m 0,30 m 0,60 m
Figura 13 - Desenho esquemtico do equipamento composto pela barra porta-
ferramentas e os quatro discos de corte
-
28
Como os discos foram aproveitados de outra mquina, inicialmente
foram desmontados, limpos, lubrificados e isolados da barra porta ferramentas
por placas de PVC moldadas a quente sobre a barra, entre esta e a braadeira
do disco de corte, conforme Figura 14, para evitar que nenhuma resistncia
interna do mecanismo interferisse nos resultados encontrados e no houvesse
curto circuito em algum componente eletrnico.
Barra porta-ferramenta
Isolamento c/ placa de PVC
Figura 14 - Esquema do isolamento dos discos de corte por placas de PVC
Para o deslocamento do equipamento no campo foi construda uma
estrutura que acoplada a barra porta-ferramenta permitiu a conduo por
arrasto de todo o sistema, para melhorar a penetrao dos discos de corte at o
ponto delimitado pela roda de borracha, conforme Figura 14.
0,80
m
1,20 m
Figura 15 - Estrutura mecnica acoplada a barra porta-ferramentas que permitiu
a conduo do prottipo por arrasto
-
29
Para o posicionamento no campo e a referncia geogrfica dos pontos
amostrais de condutividade eltrica do solo, utilizou-se um receptor de GPS
com correo diferencial via satlite (DGPS) em tempo real, da marca
OminiStar, modelo 3000 L.
Os espaamentos entre os discos de corte foram determinados para
que, com o deslocamento do equipamento no campo, fosse possvel alterar os
eletrodos entre os discos e, conseqentemente, a realizao de trs ensaios
com esse sistema, produzindo blocos com o comprimento de 0,30 m entre o
segundo e o terceiro, 0,60 m entre o primeiro e o segundo e 0,90 entre o
segundo e o quarto disco; neste caso, com a retirada do terceiro disco.
A Figura 16 mostra a disposio final da barra porta ferramentas do
sistema Resistncia Eltrica do Solo e os blocos de solo formados entre os
discos de corte.
0,30 m0,60 m 0,60 m
Solo
Blocos de solo (rea de atuao do campo eltrico)
Barra porta-ferramentas
Roda lim itadora
Figura 16 - Disposio final da barra porta-ferramentas do sistema Resistncia Eltrica do Solo
-
30
3.2 Desenvolvimento do sistema Duas Pontas
O segundo sistema desenvolvido foi o equipamento de coleta da
condutividade eltrica do solo, denominado de Duas Pontas (DP). Esse
equipamento obedece metodologia dos dois eletrodos ou duas pontas, de se
obter a condutividade eltrica de um material, descrita por Runyan (1975). Para
a realizao do levantamento de dados com o equipamento Duas Pontas no
foi necessria nenhuma limitao quanto penetrao dos discos de corte ao
solo, mas somente a garantia de uma poro do disco estar introduzida no solo.
No entanto, essa metodologia acabou utilizando o mesmo prottipo mecnico,
montado em uma barra porta-ferramentas, para o sistema Resistncia Eltrica
do Solo, inclusive com as rodas de borracha que limitaram a penetrao dos
discos de corte no solo. A frmula que descreve os conceitos dessa
metodologia dada pela equao 2.
A resistividade eltrica definida atravs da derivao da distncia
entre os eletrodos (dx), o seu respectivo potencial eltrico (dV) mensurado,
atravs de uma corrente eltrica (I) aplicada ao sistema e as linhas de campo
eltrico formado na rea (ADP) de uma semicircunferncia, entre os dois
eletrodos, conforme a Figura 17.
L
r
I (ampres) I (ampres)
V
Figura 17 - Linhas de campo eltrico formado na rea da semicircunferncia
entre dois eletrodos
-
31
Quando fixada a distncia entre os eletrodos, tem-se a equao 2 da
forma da equao 1. Nessa configurao a rea da semicircunferncia
definida pela geometria como na equao 14:
2
2rADP=
(14)
O raio (r) da semicircunferncia pode ser substitudo, neste caso, pela
metade da distncia entre os eletrodos (S/2), assim, substituindo na equao 1
os parmetros dimensionais (distncia entre eletrodos e rea da
semicircunferncia), pode-se determinar a equao da resistividade eltrica do
solo para esse sistema, atravs da equao 15:
8. 2SR = (15)
onde: = resistividade eltrica (.m); R = resistncia eltrica (); S = distncia entre eletrodos (m).
3.2.1 Equipamentos eletrnicos do sistema Duas Pontas A resistncia eltrica do solo, nesse sistema, ficou convencionada pelo
circuito estabilizador de tenso eltrica, como a mensurao da alterao no
potencial eltrico entre os dois eletrodos atravs de uma resistncia eltrica.
Por tal motivo, o circuito foi construdo com cinco resistncias eltricas ligadas
em paralelo, onde, por meio de um jumper, essas resistncias pudessem ser
-
32
trocadas para a realizao de diferentes ensaios e, conseqentemente,
houvesse o estudo da melhor sensibilidade de leitura de condutividade eltrica
do solo, entre as resistncias. No entanto, das cinco resistncia, foram
escolhidas trs (27, 47 e 220 ohm) que definiram o nmero de ensaios com
esse sistema.
O coletor de dados e o circuito estabilizador de tenso eltrica do
sistema Duas Pontas foram os mesmos equipamentos utilizados pelo sistema
Resistncia Eltrica do Solo. A nica modificao foi realizada no programa
computacional, sendo necessrio, alm de gerar um nome para
armazenamento do arquivo, indicar a resistncia eltrica que o sistema estaria
operando e indicar a distncia entre os discos de corte; a indicao do raio da
semicircunferncia foi pedida para a determinao da rea de ao das linhas
do campo eltrico. Aps esta etapa, inicia-se o processo de captao de dados,
onde possvel acompanhar a coleta das leituras atravs do quadro central. A
identificao dos parmetros e coleta dos dados podem ser vista na Figura 18.
A.
B.
Figura 18 - Tela do computador mostrando o sistema Duas Pontas: (A) identificao dos parmetros e (B) coleta dos dados
O sistema Duas Pontas no utilizou como varivel os espaamentos
-
33
entre os discos de corte, mas sim a troca de resistncia eltrica no circuito
estabilizador de tenso. Para isso, foi estabelecida a utilizao das resistncias
de 27, 47 e 220 ohm, determinando a realizao de trs ensaios com esse
sistema, variando apenas as resistncias eltricas em um espaamento de 0,60
m entre os discos. Esse espaamento foi escolhido para possibilitar a medida
da condutividade eltrica do solo atravs das linhas de campo eltrico descrito
pela semicircunferncia da distncia entre os dois eletrodos, ocasionando uma
coleta de condutividade na profundidade de 0 a 0,30 m.
A Figura 19 mostra a disposio final da barra porta-ferramentas do
sistema Duas Pontas e a rea da semicircunferncia formada entre os discos
de corte.
0,60 m0,30 m0,60 m
rea de atuao do campo eltrico
Solo
Barra porta-ferramentas
Figura 19 - Disposio final da barra porta-ferramentas do sistema Duas Pontas.
-
34
3.3 Sistema utilizado como referncia nas comparaes
O equipamento utilizado como referncia na coleta de dados de
condutividade eltrica do solo foi o sistema Veris 3100 , apresentado na
Figura 20. Esse equipamento, de origem norte-americana, vem sendo utilizado
comercialmente no levantamento de dados para a prescrio de mapas.
A.
B.
Figura 20 - Equipamento comercial Veris 3100 : (A) disposio do
equipamento para funcionamento e (B) coletor de dados
As caractersticas dimensionais, apresentam o comprimento de 2,40 m,
a largura de 2,30 m e a altura de 0,80 m. Segundo seu fabricante o
equipamento necessita de uma potncia de 15 a 20 kW para ser tracionado e
sua velocidade de operao de at 7,0 m.s-1, dependendo das condies de
trafegabilidade.
Esse equipamento tem como princpio de funcionamento o mtodo das
quatro pontas, apresentando como eletrodos trs pares de discos de cortes
lisos que penetram no solo a uma profundidade de aproximadamente 0,06 m,
dispostos linearmente conforme Figura 21.
-
35
654321
0,72 m 0,72 m0,225 m 0,225 m 0,225 m
Figura 21 Disposio dos seis discos no equipamento Veris 3100
Com o deslocamento do equipamento no campo, os eletrodos
intermedirios (2 e 5) aplicam uma corrente eltrica no solo, enquanto que os
pares internos (3 e 4) e os pares externos (1 e 6) medem a alterao na
diferena de potencial entre os mesmos. Com essa disposio, os eletrodos do
equipamento esto projetados para medir a condutividade eltrica transmitida
pelo solo a uma profundidade de 0 a 0,30 m (leitura rasa) e a uma profundidade
de 0 a 0,90 m (leitura profunda), devido aos seus espaamentos.
O coletor de dados do sistema Veris 3100 , apresentado na Figura
20, tem a funo de converter as medidas de resistncia eltrica do solo,
referenciadas geograficamente por um receptor GPS com correo diferencial,
em condutividade eltrica. Para o armazenamento das leituras referenciadas
geograficamente de condutividade eltrica do solo no formato digital o coletor
possui um microprocessador 386SX, com capacidade de leitura contnua de
dados obtidos no campo de 26 horas. O coletor de dados grava a latitude e
longitude, alm dos valores de condutividade eltrica do solo, expressos em
mS.m-1, para as leituras rasas e leituras profundas, em intervalos de 1 segundo.
Os dados so ento extrados do coletor por meio de disquetes.
-
36
3.4 Caracterizao das reas experimentais e recursos auxiliares
O primeiro experimento ocorreu na primeira quinzena do ms de
Agosto de 2003 em uma rea no campo experimental da Escola Superior de
Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ USP), pertencente ao Departamento de
Gentica, situada no municpio de Piracicaba, SP. A rea experimental total
possui 4,97 ha e suas coordenadas centrais so: latitude 22 70 39S e
longitude 47 64 01 W.
O segundo experimento ocorreu na segunda quinzena do ms de
Dezembro de 2003 em uma rea da Fazenda Experimental Areo, pertencente
Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ USP) situada no
municpio de Piracicaba, SP. A rea experimental total possui aproximadamente
1,3 ha e suas coordenadas centrais so: latitude 22 69 34S e longitude 47
64 68 W. c
Em ambas as reas tanto o equipamento experimental quanto o
sistema de referncia foram operados com um trator agrcola modelo MF 285
da marca Massey Ferguson , com uma velocidade aproximada de 2,0 m.s-1,
operando na 7 marcha, em passadas adjacentes de aproximadamente 4 em 4
m.
3.5 Atributos do solo
A incluso da varivel textura nesse trabalho foi feita considerando-se
o objetivo maior da aplicao da condutividade eltrica para aplicaes
agrcolas que definir padres de solo baseados em sua textura. J a incluso
da varivel umidade do solo associada textura e tambm um fator que
influencia a condutividade eltrica.
Na determinao da umidade e composio textural do solo foram
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37
levantados pontos amostrais nas duas reas experimentais. O primeiro
experimento foi composto de quinze pontos amostrais, onde foram retiradas
amostras de solo deformadas na profundidade de 0,10 m e 0,30 m. Em cada
ponto amostral, num raio de 1 m ao redor do ponto referenciado
geograficamente, foram coletadas trs sub-amostras para as duas
profundidades. Essas amostras foram colocadas em recipientes especficos
para coleta de amostra de solo, identificados pelo nmero do ponto amostral e
levados ao laboratrio. A mdia dos valores das sub-amostras obtidos em
laboratrio, representou o valor de cada ponto amostral. No mesmo raio, para a
definio da textura foram retiradas cinco sub-amostras em cada ponto
amostral para as duas profundidades. Essas amostras foram colocadas em
sacos plsticos especficos para coleta de amostra de solo, identificadas pelo
nmero do ponto amostral e levadas ao laboratrio. No laboratrio, cada grupo
de sub-amostras foi colocado em um recipiente de onde retirou-se a amostra
que representou o valor de cada ponto amostral. No segundo experimento
foram coletadas doze amostras e respeitando as mesmas condies de coleta
da rea anterior.
As anlises de umidade foram feitas pelo mtodo gravimtrico
(Bernardo, 1987) e a textura pelo mtodo de Bouyoucos (Bouyoucos, 1937) no
Laboratrio do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ USP.
3.6 Anlise dos dados
A anlise dos dados consistiu inicialmente em uma descrio geral,
sem considerar as posies das amostras, para a identificao de tendncias e
pontos discrepantes, utilizando a estatstica descritiva e exploratria. Outras
etapas consideraram as posies das amostras, onde as anlises
semivariogrficas amostrais foram aplicadas para estudar a magnitude e a
estrutura da variabilidade espacial das variveis, com avaliao no ajuste do
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38
modelo de semivariogramas e interpolaes de reas no amostradas por meio
da krigagem e na confeco de mapas de superfcie de valores. A ltima etapa
de anlise dos dados consistiu na determinao dos coeficientes de correlao
e de regresso linear mltipla entre as variveis.
3.6.1 Anlise descritiva e exploratria
Com os dados dos atributos da umidade, textura e condutividade do
solo, foi realizado um resumo estatstico, com medidas de posio e disperso,
e uma anlise exploratria dos dados, utilizando o programa estatstico
Statistica (Statsoft Inc., 1999).
Foram realizadas as anlises de medidas de posio (mdia, mediana,
moda, valores de mximo e mnimo), de disperso (desvio padro e coeficiente
de variao) e da forma de disperso (simetria e curtose). O clculo dos
momentos de terceira e quarta ordens (simetria e curtose) permitiu a
caracterizao da tendncia normalidade das variveis mensuradas.
Em adio utilizou-se o teste de verificao de normalidade dos dados
amostrados dado pela estatstica W, pelo mtodo de Shapiro-Wilk em Shapiro &
Wilk (1965). Este mtodo tem como resultado o valor da estatstica W, podendo
variar de 0 a 1, e o valor da probabilidade (p-value), que descreve quo
duvidosa a idia de normalidade , tambm variando de 0 a 1. Valores para W
prximos de 1 e p-values altos caracterizam normalidade. A estatstica W e o
p-value devem ser analisados em conjunto.
A anlise exploratria foi utilizada para a identificao de tendncias,
possveis pontos discrepantes, forma da distribuio, escolha da anlise a ser
aplicada, deciso do tipo de estacionalidade que pode ser assumida e
caracterizao da variabilidade. Uma criteriosa anlise exploratria dos dados
deve anteceder a anlise geoestatstica. Deve-se verificar a normalidade dos
dados, verificar se h candidatos a dados discrepantes ou se h necessidade
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39
de transformao dos dados para sua normalizao (Gonalves et al., 1999).
O clculo dos quartis da distribuio dos valores das variveis
mensuradas auxiliou na identificao dos dados discrepantes das distribuies
normais (outliers). A identificao dos dados candidatos a pontos discrepantes
foi realizada pelo critrio dos limites inferior e superior de uma distribuio
normal (Tukey, 1977; Libardi et al., 1986; Gonalves et al., 1999). Os limites
inferiores e superiores foram obtidos pelas equaes:
QIQSAI = (16) ).5,1( AIQSLS += (17)
).5,1( AIQILI = (18)
sendo:
AI a Amplitude Interquartlica;
LS o Limite Superior;
LI o Limite Inferior;
QS e QI os Quartis Superior e Inferior.
A estatstica clssica no permite testar a independncia entre as
amostras; portanto, ao aplic-la, se est assumindo independncia entre elas.
Porm, a quantificao de caractersticas e propriedades do solo so
influenciadas pela variabilidade espacial. Assim, existe uma certa dependncia
entre amostras. Nesse caso, mais indicado o uso de estimativas que levem
em considerao a posio espacial dos valores amostrados (Oliveira, 2003).
3.6.2 Anlise geoestatstica
Na aplicao da geoestatstica foram utilizados os dados amostrais das
variveis umidade, textura e condutividade eltrica do solo para a construo
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40
dos semivariogramas tericos, que so curvas ajustadas que proporcionam a
mxima correlao entre os pontos dos semivariogramas experimentais. A
anlise do semivariograma uma etapa muito importante no estudo das
variveis regionalizadas, pois o modelo de semivariograma escolhido a
interpretao da estrutura de correlao espacial.
O processo de validao do modelo do semivariograma uma etapa
que precede as tcnicas de krigagem. Seu objetivo avaliar a adequao do
modelo proposto que envolve a reestimao dos valores amostrais conhecidos.
A escolha do melhor modelo terico ajustado foi atravs do programa
computacional Vesper 1.5 (Minasny et. al, 2002). Os semivariogramas foram
construdos e caracterizados por este programa devido grande quantidade de
dados amostrais, no suportada por programas computaciomais mais comuns
em nosso meio.
Aps o ajuste dos semivariogramas tericos, foram tomados todos os
parmetros necessrios para a realizao da interpolao dos mapas pelo
processo de krigagem, utilizando-se os parmetros dos semivariogramas
calculados.
A relao entre o efeito pepita e o patamar foi calculada para cada
modelo ajustado. Assim, definiu-se uma dependncia espacial forte quando o
efeito pepita corresponde a um valor menor ou igual a 25% do patamar,
dependncia espacial moderada, quando corresponde a um valor menor que
25% e menor ou igual a 75%, e fraca quando maior que 75% (Cambardella et
al., 1994).
3.6.3 Interpolao e mapas de superfcie
Conhecido o semivariograma da varivel em estudo e havendo
dependncia espacial entre as amostras, a etapa seguinte a obteno de
informaes de pontos no amostrados no campo atravs da interpolao por
-
41
krigagem.
Os parmetros dos modelos dos semivariogramas obtidos na anlise
geoestatstica foram utilizados para a realizao da interpolao dos dados. O
tipo de krigagem escolhido para a realizao da interpolao das variveis
mapeadas foi a krigagem ordinria em blocos de 5 x 5 m. Esta krigagem leva
em considerao a estacionalidade somente nas vizinhanas do ponto
amostral, sem a perda de informaes em relao krigagem simples. A
interpolao em blocos mais adequada, pois no perde em qualidade em
relao a pontual, reduz a varincia de krigagem e proporciona uma estimativa
mais confivel (Gonalves et al., 1999).
No programa SSToolbox (SSTools Development Group ) foram feitas
as interpolaes por Krigagem e construdos os mapas de superfcie de valores.
3.6.4 Anlise da correlao e regresso linear mltipla
Na anlise dos dados, o que deve ser considerado a existncia,
muitas vezes, de uma estrutura de dependncia e correlao entre os
parmetros envolvidos no sistema. A correlao entre dois parmetros pode ser
estimada pela correlao de Pearson (Seber, 1977), a qual pode ser utilizada
como anlise de um conjunto de dados antes do ajuste de um modelo de
regresso simples ou modelos de regresso mltipla; o que bastante popular
na anlise de dados espacializados comuns em estudos de agricultura de
preciso.
A anlise de correlao expressa o grau de relacionamento entre duas
variveis (Oliveira, 1999). Segundo Seber (1977) o coeficiente de correlao
pode variar de 1 a +1; -1 significa que h uma relao perfeitamente negativa
entre as duas variveis; +1 significa que h uma correlao perfeitamente
positiva entre as duas variveis e 0 (zero) significa a inexistncia de correlao.
Spiegel (1985) afirma que o coeficiente de correlao pode ser classificado,
-
42
considerando seu valor numrico, em cinco categorias: desprezvel (0,00 a
0,29); baixo (0,30 a 0,49); moderado (0,50 a 0,79); alto (0,80 a 0,99) e perfeito
(1,00).
O coeficiente de determinao da regresso linear mltipla entre uma
varivel independente e outras variveis dependentes tem por objetivo avaliar a
qualidade do ajuste da reta aos pontos observados (Iemma, 1992). Seu valor
fornece a proporo da variao total de uma varivel, explicada por outra
varivel atravs da funo ajustada (Seber, 1977). Normalmente um
ajustamento entre 65 e 75 % pode ser considerado regular; entre 75 e 85 %
pode ser considerado bom e acima de 85 % pode ser considerado timo.
Abaixo de 60 % demonstra que a varivel independente no explica com
segurana a variao da varivel dependente. Nesse caso deve ser encontrada
outra causa que melhor explique ou justifique a variao da varivel
dependente (Vanni, 1998).
Ambas as anlises, de correlao e de regresso linear mltipla, foram
feitas a partir dos dados de condutividade eltrica, umidade e textura, extrados
da interpolao realizada na confeco dos mapas pelo programa SSToolbox
(SSTools Development Group ). Esses dados foram analisados pelo programa
Statistica (Statsoft Inc., 1999) e seus resultados foram confrontados para a
verificao na qualidade das informaes apresentadas entre os atributos de
umidade, textura e os sistemas de mensurao da condutividade eltrica do
solo.
-
4 RESULTADOS E DISCUSSO 4.1 Os sistemas desenvolvidos
O sistema mecnico desenvolvido para ser utilizado nos ensaios de
condutividade eltrica do solo, apresentado na Figura 22, foi eficiente no
funcionamento para o levantamento dos dados experimentais, devido ao fcil
manuseio de seus componentes.
Figura 22 - Prottipo montado demonstrando a disposio dos discos de corte
na barra porta-ferramentas
Os quatro discos de corte lisos utilizados como eletrodos foram fixad s o
-
44
e isolados da barra porta-ferramentas. A Figura 23 mostra a fixao e o
isolamento dos discos de corte na barra porta-ferramentas.
A. Isolamento com placas de PVC
B.
Figura 23 - (A) e (B) Isolamento e fixao do disco de corte na barra porta-
ferramentas
O suporte construdo para o deslocamento do prottipo por arrasto
permitiu a penetrao do disco de corte no solo at a roda limitadora, devido
fora de trao exercida pelo trator e pela influncia dos pesos alocados na
barra porta-ferramentas (Figura 24A). A montagem do circuito estabilizador de
tenso eltrica e mensurao da resistncia eltrica do solo atravs de
componentes eletrnicos em uma placa, pode ser visto na Figura 24B.
A.
B.
Figura 24 (A) suporte de conduo por arrasto e (B) circuito estabilizador de
tenso dos sistemas RES e DP montado em uma placa
-
45
4.2 Anlises descritiva e exploratria dos dados amostrados
A estatstica descritiva para as amostras de umidade, textura e para os
dados amostrados do sistema de condutividade eltrica do solo de referncia,
nas duas reas experimentais, esto representadas na Tabela 1 e para os
dados amostrados dos sistemas de condutividade eltrica do solo Duas Pontas
e Resistncia Eltrica do Solo, nas duas reas experimentais, esto
representadas na Tabela 2.
Tabela 1. Indicadores da anlise descritiva para as amostras de umidade (%), textura (%) e para o sistema de referncia (mS.m-1)
Indicadores
ME MD MO DV CV CT AS AM MI MA
rea 1 0,1 m 8,38 8,30 8,10 0,68 8,11 -1,13 0,06 2,10 7,30 9,40
Umidade 0,3 m 9,17 9,40 9,40 0,86 9,37 -0,56 -0,23 3,10 7,60 10,70
rea 2 0,1 m 9,93 9,20 9,80 2,21 22,25 3,95 2,08 7,70 8,10 15,80
0,3 m 11,90 12,00 10,30 1,37 11,51 -1,37 0,23 3,80 10,30 14,10
Argila 0,1 m 40,79 42,01 --- 9,65 23,65 0,46 0,75 33,37 30,03 63,40
0,3 m 44,32 43,92 --- 8,57 19,33 2,01 -0,94 33,96 22,30 56,26
rea 1 Silte 0,1 m 18,64 15,62 --- 6,42 34,44 2,14 1,67 21,68 13,59 35,28
0,3 m 19,79 17,01 --- 8,55 43,20 3,48 1,78 32,43 11,10 43,54
Areia 0,1 m 40,55 40,75 --- 8,35 20,59 2,14 -0,53 36,32 19,94 56,26
Textura 0,3 m 35,87 36,27 --- 8,67 24,17 1,05 -1,20 28,62 17,27 45,89
Argila 0,1 m 35,53 34,15 --- 11,43 32,16 3,59 1,73 42,15 24,10 66,25
0,3 m 33,15 37,72 --- 12,46 37,58 1,96 -1,73 45,18 3,12 48,30
rea 2 Silte 0,1 m 31,23 32,19 --- 3,34 10,69 0,75 0,04 13,24 25,12 38,36
0,3 m 26,76 26,22 --- 3,46 12,92 -0,27 0,49 11,13 21,98 33,11
Areia 0,1 m 37,61 38,16 --- 6,06 16,11 1,07 -0,77 22,62 24,60 47,22
0,3 m 35,91 36,50 --- 5,99 16,68 -0,94 -0,22 19,08 26,03 45,11
rea 1 0 - 0,3 m 5,44 5,30 4,70 1,31 23,99 -0,14 0,36 7,50 1,50 9,00
Sistema referncia 0 - 0,9 m 9,11 9,10 8,40 2,23 24,44 -0,27 -0,01 12,20 3,00 15,20
rea 2 0 - 0,3 m 7,88 7,60 7,10 1,99 25,25 0,07 0,62 10,30 3,80 14,10
0 - 0,9 m 7,09 6,50 6,40 2,15 30,32 2,21 1,52 11,00 3,10 14,10
ME = mdia; MD = mediana; MO = moda; DV = desvio padro; CV = coeficiente de variao; CT = coeficiente de
-
46
curtose; AS = assimetria; AM = amplitude; MI = mnimo e MA = mximo.
Tabela 2. Indicadores da anlise descritiva para o sistema Resistncia Eltrica do Solo (mS. m-1) e Duas Pontas (mS. m-1)
Indicadores
ME MD MO DV CV CT AS AM MI MA
Duas Pontas
27 ohm e 0,60 m 2,91 2,49 2,49 1,08 36,91 -0,45 0,35 3,99 1,02 5,01
rea 1 47 ohm e 0,60 m 3,51 2,92 2,92 1,23 35,07 -0,40 0,37 4,70 1,20 5,89
220 ohm e 0,60 m 5,46 5,42 5,14 1,57 28,80 -0,08 0,17 8,61 1,16 9,76
27 ohm e 0,60 m 4,27 4,00 4,00 1,71 40,04 0,12 0,82 7,50 1,40 8,90
rea 2 47 ohm e 0,60 m 4,52 4,25 4,60 1