¹ Juliano Amorim Gomes Graduando do Curso de Engenharia Mecatrônica da Universidade de Araraquara -

UNIARA. 2019. Araraquara-SP. E-mail: julianoamorimgomes@hotmail.com.

² Danilo Carlos Rossetto Minhoni Orientador. Docente do Curso de Engenharia Mecatrônica da Universidade de

Araraquara - UNIARA. Araraquara-SP. E-mail: danilo_minhoni@hotmail.com

Engenharia Mecatrônica

PROPOSTA DE SISTEMA DE IRRIGAÇÃO AUTOMATIZADO

UTILIZANDO PLATAFORMA ARDUINO

Resumo: Este trabalho propõe um sistema automatizado que realize a irrigação

quando necessário e na quantidade de água que as plantas realmente necessitam. A rega por

aspersão permite obter uma boa eficiência em sua utilização quando comparado com os

métodos restantes. Assim, tendo em vista um melhor fornecimento de água para as

plantações, e tem como objetivo o dimensionamento de um sistema de rega por aspersão e a

identificação de tipos alternativos de bicos para melhorar o desempenho do sistema.

Por meio de pesquisa e artigos científicos, determinou-se que a umidade do solo,

umidade do ar e a temperatura são os principais meios que definem a quantidade de água que

deve ser fornecida para o melhor desenvolvimento da plantação.

Para coletar esses dados, serão utilizados um sensor de umidade do solo para saber o

estado que o solo se encontra, e um sensor de umidade relativa do ar e sensor de temperatura

para indicar as condições climáticas. Estes dados serão enviados para o sistema

microcontrolador (Arduino), que recebe sinais destes sensores e define se as plantas devem ou

não ser irrigadas, e toma a decisão de enviar um sinal à eletroválvula que permite a passagem

de água pela rede hidráulica até a plantação. Proporcionando um crescimento das plantas

rápido, uniforme, e não atuando em dias chuvosos, reduzindo assim, o consumo de água.

Palavras-chave: Irrigação. Arduino. Automatizado. Umidade. Solo. Aspersão.

Juliano Amorim Gomes¹

Danilo Carlos Rossetto Minhoni²

2

INTRODUÇÃO

A irrigação automática consiste em um procedimento importante quando se pensa em

praticidade, economia de água, energia e tempo, pois tem a função de manter o solo sempre

de acordo com a necessidade imaginada para as plantas, mantendo-as saudáveis, necessitando

de menor influência humana e se tornando confiável. De forma geral, a irrigação automática

pode se dar de maneiras diferentes; existem métodos automatizados onde podem ser

programados para irrigar em um horário específico, em intervalos de tempo ou tendo

monitoramento de solo, e somente irrigando de acordo a umidade apresentada.

Objetivo

Desenvolver um sistema de irrigação automatizado que possa monitorar e controlar a

umidade baseado na tecnologia Arduino, podendo assim, proporcionar ao usuário, dados de

monitoramento e automatizar o sistema de irrigação. Além disso, espera-se obter o

entendimento da estrutura, modos de aplicação, benefícios, funcionamento e uso desta

tecnologia, juntamente com sistemas de irrigações e sensores.

Justificativa

Os recursos hídricos têm fundamental importância no desenvolvimento de diversas

atividades econômicas. Em relação à produção agrícola, a água pode representar até 90% da

constituição físicas das plantas. A ausência de água na fase de crescimento das plantas pode

dificultar a produção agrícola.

Em locais onde a irrigação é feita manualmente, a planta recebe água de maneira

desigual, por mais que o produtor seja experiente é inviável regar todas as plantas, sem

instrumentos de medição ou sensoriamento, com a mesma quantidade de água. Sendo assim, é

impossível saber se a planta recebeu quantidade suficiente de água para se desenvolver de

maneira saudável e uniforme.

Com a automatização da irrigação, pretende-se garantir que as plantas sejam irrigadas

sempre que necessário, através de sensores de umidade instalados em alguns pontos das

plantações para realizar a leitura da umidade do solo em tempo integral. Com isso, no

3

momento em que as plantas precisarem de água, o sensor irá detectar, fazendo o acionamento

do sistema. Este permanecerá ligado até que atinja o tempo determinado para o seu

desligamento.

Problema e Hipótese da pesquisa

Deve-se tomar alguns cuidados com a irrigação, pois se for irrigada excessivamente,

haverá diminuição do oxigênio do solo, podendo ocasionar o apodrecimento das raízes, a

proliferação de fungos e até a morte da planta.

Ao realizar uma irrigação manual, com a possibilidade de regas desequilibradas, pode

gerar o crescimento desordenado das plantas.

Deste modo, com a aplicação da irrigação automatizada, pretende-se que as plantas

sejam regadas de forma invariável, para que seu crescimento seja uniforme e que haja redução

no número de plantas mortas, quer seja pela falta de água necessária ou excesso da mesma.

4

1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

1.1 Irrigação

A irrigação é uma técnica milenar que tem por objetivo fornecer a quantidade necessária

de água à planta no momento em que ela necessita e na quantidade exata, para que a espécie

cultivada possa expressar todo o seu potencial produtivo (DAKER, 1970).

O interesse pela irrigação, no Brasil, emerge nas mais variadas condições de clima, solo,

cultura e sócio economia. Não existe um sistema de irrigação ideal, capaz de atender

satisfatoriamente a todas essas condições e aos interesses envolvidos. Em consequência, deve

selecionar o sistema de irrigação mais adequado para certa condição e para atender aos

objetivos desejados. O processo de seleção requer análise detalhada das condições

apresentadas (cultura, solo e topografia), em função das exigências de cada sistema de

irrigação, de forma a permitir a identificação das melhores alternativas (ANDRADE &

BRITO, 2006).

De acordo com MASTROIANO (2011), o fornecimento de água ao solo é,

primeiramente, classificado em dois grandes grupos, de acordo com a forma que água chega

às plantas. Esses grupos são:

Rega por gravidade: é também conhecida como irrigação superficial, pois a água é

aplicada a superfície do solo e desloca-se por este de um nível mais alto para um nível

mais baixo devido a força da gravidade;

Rega sob pressão: a água é distribuída ao terreno com pressão, através de bombas

hidráulicas;

O segundo método em que são divididos a irrigação, é de acordo com a área de atuação,

podendo ser uma irrigação concentrada ou distribuída, que são:

Micro irrigação (irrigação concentrada): também conhecida como irrigação

localizada ou parcial, ocorre quando a água é fornecida a uma parte do terreno, isto é,

apenas onde se encontra as raízes das plantas cultivadas. Esta técnica pode ser feito

por gotejadores ou micro aspersores.

5

Macro irrigação (irrigação distribuída): Também conhecida como irrigação

intensiva ou total, ocorre quando a água é fornecida a toda área da superfície do

terreno. Esta técnica pode ser feita por escorrimento, submersão, infiltração ou

aspersão.

Na irrigação por escorrimento, submersão e infiltração, são realizados simplesmente

através de mangueira ou das chuvas que enchem os canteiros e os sulcos respectivamente de

água.

A irrigação por gotejamento se faz através de linhas de mangueiras, começando-se da

primeira planta e terminando na última planta a ser irrigada, sendo que em cada local que se

possui uma planta há um orifício na mangueira por onde a água sai.

A irrigação por aspersão é feita de diferentes modos, isso porque existem diferentes tipos

de bicos ou jatos. O que gera maior versatilidade neste método de irrigação são as grandes

diferenças de alcance de raio do bico a ser escolhido.

A figura 1 mostra um bico injetor e a tabela 1 mostra alguns modelos existentes de bicos,

o fluxo máximo e mínimo e o alcance que eles conseguem atingir. Estes bicos trabalham em

alta pressão, com giro de 360° para fazer uma irrigação uniforme, ideal para irrigar áreas de

grandes portes, devido seu alcance.

Figura 1: Bico injetor (canhão)

Fonte: WEISHI, 2019

Tabela 1: características de irrigação com bico injetor

Modelo Fluxo de água (m³/h) Alcance em diâmetro(m)

Pistola 30 07 a 11 44 a 56

Pistola 40 18 a19 56 a 64

Pistola 50 25 a 30 64 a 96

Fonte: WEISHI, 2019

6

1.2 Métodos de irrigação

O primeiro passo no processo de seleção do sistema de irrigação mais adequado para certa

situação consiste em selecionar antes o método de irrigação. Vários fatores podem afetar a

seleção no método de irrigação. No quadro 1, encontram-se alguns métodos de irrigação,

característica sobre terreno a ser irrigado e a influência que exerce o vento sobre cada método.

Quadro 1: Fatores que influenciam na seleção do método de irrigação

Métodos Fatores

Declividade Taxa de Infiltração

Sensibilidade da

Cultura ao

Molhamento

Efeito do vento

Superfície

Área deve ser plana

ou nivelada

artificialmente a um

limite de 1%.

Maiores declividades

podem ser

empregadas tomando-

se cuidados no

dimensionamento.

Não recomendado

para solos com taxa

de infiltração acima

de 60mm/h ou com

taxa de infiltração

muito baixa.

Adaptável a cultura do

milho, especialmente

o sistema de sulcos.

Não é problema para o

sistema de sulcos.

Aspersão Adaptável às diversas

condições.

Adaptável às mais

diversas condições.

Pode propiciar o

desenvolvimento de

doenças foliares.

Pode afetar a

uniformidade de

distribuição e a

eficiência.

Localizada Adaptável às mais

diversas condições.

Todo tipo. Pode ser

em casos extremos,

como solos muitos

arenoso ou muito

pesados.

Menor efeito de

doenças que a

aspersão. Permite

umedecimento de

apenas partes da área.

Nenhum efeito no caso

de gotejamento. Mas no

caso de microaspersão

pode afetar a

uniformidade de

distribuição e a

eficiência.

Subirrigação Área deve ser plana

ou nivelada.

O solo deve ter uma

camada impermeável

abaixo da zona das

raízes, ou lençol

freático alto que possa

ser controlado.

Adaptável à cultura do

milho desde que o

solo não fique

encharcado o tempo

todo. Pode prejudicar

a germinação.

Não tem efeito.

Fonte: SPILLAN e CRANDALL (2019)

A figura 2 mostra a eficiência de alguns métodos de irrigação, sendo que o círculo

maior indica que o método de inundação e sulcos são os métodos de menor eficiência, que

correspondem a 85% da área irrigada no Brasil. Já o método de gotejamento que é o mais

eficiente corresponde a uma área menor que 5%. Após o estudo desses métodos citados,

utilizou-se neste projeto o método de irrigação localizado através de microaspersão.

7

Figura 2: Eficiência dos principais métodos de irrigação e sua participação na área irrigada

Fonte: SÁ, 2019

1.3 Irrigação Localizada

No método da irrigação localizada a água é, em geral, aplicada em apenas uma fração

do sistema radicular das plantas, empregando-se emissores pontuais (gotejadores), lineares

(tubos poroso ou “tripa”) ou superficiais (micro aspersores). A proporção da área molhada

varia de 20% a 80% da área total, o que pode resultar em economia de água. O teor de

umidade do solo pode ser mantido alto, através de irrigações frequentes e em pequenas

quantidades, beneficiando cultura que respondem a essa condição. O custo inicial é

relativamente alto, tanto mais alto quanto menor for espaçamento entre linhas laterais. É um

método que permite automação total, o que requer menor emprego de mão de obra na

operação. Os principais sistemas de irrigação localizada são o gotejamento, microaspersão e o

gotejamento subperficial. (EMBRAPA, 2019).

A grande vantagem do sistema de gotejamento, quando comparado com o de aspersão,

é que a água, aplicada na superfície do solo, não molha a folhagem ou o colmo das plantas.

Comparado com o sistema subsuperficial, as vantagens são a facilidade de água e a

interferência nas práticas culturais quando as laterais não são enterradas, instalação, inspeção,

limpeza e reposição, além da possibilidade de medição da vazão de emissores e avaliação da

área molhada. As maiores desvantagens são os entupimentos, que requerem excelente

filtragem da água e a interferência nas práticas culturais quando a laterais não são enterradas.

(EMBRAPA 2019).

A figura 3 mostra linhas de mangueiras esticadas. Verifica-se que ao redor de onde se

encontram as plantas, o solo se encontra com uma cor mais escura, isso ocorre devido ao

orifício na mangueira por onde sai a água, de forma lenta, mas constante.

8

Figura 3: Sistema de irrigação por gotejamento

Fonte: Dreamstime , 2019

Microaspersão: De acordo com SILVA & SILVA (2005), a perda de água nos

sistemas por aspersão são, normalmente, maiores do que na irrigação por gotejamento.

Isso ocorre devido à maior superfície molhada do solo e porque, na microaspersão, a

água lançada ao ar. Mesmo operando próximo à superfície do solo, os microaspersores

têm sua uniformidade afetada significativamente pelo vento, resultando em arraste das

gotas numa determinada direção. Na figura 4 pode-se observar o sistema de

microaspersão.

Figura 4: Método de Microaspersão

Fonte: CAMPOS, 2016

1.4 Sistema De Irrigação Automatizada

São utilizados em sistemas de irrigação: sistema de controle em malha aberta e

sistema de controle em malha fechada.

Segundo GHIZZI (2017) o objetivo de um sistema de controle é receber uma variável

e controlar essa variável com base em uma referência dada.

OGATA (2000) diz que o sistema de malha aberta não mede o sinal de saída para

comparar o sinal com a referência, por conta disto não é possível garantir que o controle do

sinal está sendo feito de forma desejada. A malha aberta é utilizada em sistemas que as

entradas e saídas são conhecidas ou quando os distúrbios podem ser desconsiderados, como

representado pela figura 5.

9

Figura 5: Diagrama simples do funcionamento de um sistema de controle em malha aberta

.

Fonte: GHIZZI, 2017

Para um sistema de irrigação o sinal de referência pode ser uma decisão tomada pelo

operador para acionar ou desligar o relé que comanda a bomba que irriga uma determina

região; ou até mesmo instantes que determinam o intervalo de tempo no qual um relé

temporizador deve manter a bomba acionada, e qual o volume total de água a ser aplicado

(TESTEZLAF, 2010).

A Figura 6 apresenta, com mais detalhes, um exemplo de um sistema de controle de

Irrigação em malha aberta.

Figura 6: Sistema de irrigação malha aberta

Fonte: TESTEZLAF, 2010

Nesse sistema de controle em malha aberta o produtor deve definir o intervalo de

tempo entre irrigações e a duração da irrigação, onde a estratégia de controle é basicamente

função da lógica programada pelo usuário.

A principal vantagem desse tipo de controle é o baixo custo. Por outro lado, este tipo

de sistema não é capaz de responder automaticamente mudanças no ambiente que exijam

resposta imediata por parte do controlador.

Em um sistema de controle em malha fechada tem-se a presença de um sensor capaz

de enviar informação do processo ao controlador, permitindo, então, que o controlador seja

capaz de tomar decisões automaticamente, a partir de alguma estratégia de controle definida

10

pelo operador. A figura 7 apresenta um diagrama de um sistema de controle de malha

fechada.

Figura 7: Diagrama de um sistema de controle em malha fechada

Fonte: GHIZZI, 2017

Portanto, o sistema em malha fechada apenas acrescenta uma funcionalidade a mais ao

sistema em malha aberta: a opção de realizar-se o controle de processo de maneira

automática, mediante possíveis alterações no estado do processo (TESTEZLAF, 2010).

Figura 8: Sistema de controle de irrigação em malha fechada

Fonte: TESTEZLAF, 2010

Na figura 8, todas as funcionalidades de um sistema de controle em malha aberta são

preservadas. Por sua vez, adicionou-se, mais um recurso ao sistema, tornando-o capaz de

tomar decisões em função do estado atual do processo. Especificadamente, foi adicionado um

sensor capaz de detectar a umidade do solo e transmitir esta informação ao controlador que,

por sua vez, em função da umidade do solo acionará ou desligará o elemento atuador sobre o

processo (bomba). (TESTEZLAF, 2010).

1.5 Sensores utilizados em sistemas de irrigação

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

11

versatilidade e durabilidade às aplicações. Um sensor pode ser definido como um transdutor

que altera a sua característica física interna devido a um fenômeno físico externo (ROSÁRIO,

2005), este sensor modifica seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo

oferecer, direta ou indiretamente, um sinal que indica essa grandeza e transformando uma

quantidade física em sinal elétrico.

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter em sinais elétricos,

estes podem ser qualificados de acordo com o sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipos: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultrassônicos e laser.

Os sensores analógicos podem assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo

do tempo, desde que esteja dentro da sua faixa de operação, e os sensores digitais assume

apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo do tempo, que podem ser interpretado com

0 e 1.

Os sensores envolvidos em sistemas de irrigação dependem de alguns fatores: o tipo

de cultura, o comprimento da área. Os sensores mais comuns para um sistema automatizado

de irrigação são: sensor de umidade de solo, sensor de umidade relativa do ar e temperatura e

sensor de chuva.

Sensor de umidade: A figura 9 mostra o sensor de umidade do solo. O Sensor de

Umidade do Solo tem a finalidade de detectar variações de umidade do solo. Caso o

solo esteja seco o sensor conserva a saída digital em nível alto e quando o solo estiver

úmido a saída digital se mantém em nível baixo, recomenda-se para ter uma resolução

melhor, é possível utilizar a saída analógica A0 e conectar a um conversor analógico e

digital. O sensor opera com uma tensão 3,3v a 5v.

A sensibilidade de detecção do Sensor de Umidade do Solo pode ser ajustada a partir

de um pequeno potenciômetro trimpot que se encontra na placa (Oliveira, 2019).

Figura 9: Sensor de umidade

Fonte: Oliveira, 2019

12

Sensor de umidade relativa do ar e temperatura: A figura 10 mostra do sensor de

umidade relativa do ar e temperatura RHT03. O sensor opera com tensão de 3 a 6

VDC, e possui saída de sinal digital. Opera na faixa de -40ºC a 80°C para temperatura

de 0-100% para umidade relativa. Para temperatura do ar, possui incerteza de 0,2ºC

para faixa de -20°C a 60°C, e para outras faixas de 0,5°C. Para umidade relativa do ar

possui incerteza de 2%. (Garagem, 2012).

Figura 10: Sensor de umidade relativa do ar e temperatura DTH03

Fonte: Garagem, 2012

Sensor de chuva: A figura 11 corresponde ao sensor de chuva. Este sensor detecta

presença da chuva, enviando dados para o microcontrolador, que pode estar distante

do sensor. Este sensor é compatível com toda família Arduino e do PIC. A conexão do

sensor é realizada através do pino digital do Arduino ou através de uma porta

analógica.

Para ligar este sensor deve-se utilizar um resistor, quanto maior for o valor do resistor,

maior será a sensibilidade deste sensor. Para obter um bom funcionamento, é necessário

instalá-lo com um ângulo de ± 45° de inclinação, pois ele acionará assim que a água da

chuva tocar em sua placa. (LIMA, 2012).

13

Figura 11: Sensor de chuva

Fonte: LIMA, 2012

1.6 Microcontrolador Arduino

O Arduino foi primeiramente desenvolvido por Massimo Banzi e Dave Cuartiellees e

o software por David Mellis e Nicholas Zambetti. As primeiras versões eram com

comunicação serial, USB e Bluetooth, todos com microcontrolador Atmega 8, as mais novas

versões são com o Atmega 168, Atmega 328 entre outras.

O Arduino é um microcontrolador de placa única e um conjunto de software para

programá-la. O hardware consiste em um projeto simples de hardware livre para o

controlador, com um processador Atmel AVR e suporte embutido de entrada/saída. O

software consiste de uma linguagem de programação padrão e do bootloader que na placa

(MCROBERTS,2011).

Em termos práticos, um Arduino é um pequeno computador que pode ser programado

para processar entradas e saídas entre dispositivos e os componentes externos conectado com

ele. O Arduino é o que chamamos de plataforma de computação física ou embarcada, ou seja,

um sistema que pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software

(MCROBERTS, 2011).

É possível utilizá-lo para controlar, monitorar, automatizar, etc. Existem projetos de

monitoramento da qualidade do ar, medição da temperatura de um líquido, sistemas de

irrigação, robôs, impressoras 3D, dentre vários outros.

14

O Arduino pode interagir com seu ambiente por meio de hardware e software, além

disso, todo material (software, bibliotecas, hardware) é open-source, ou seja, pode ser

reproduzido e usado por todos, sem a necessidade de pagamento de direitos autorais.

A figura 12 mostra os blocos do Arduino Uno.

Figura 12: Blocos do Arduino

Fonte: ARDUXOP, 2019

O ambiente de desenvolvimento do Arduino é um compilador que utiliza a linguagem

(C e C++), e que usa uma interface gráfica construída em Java, que pode ser vista na figura

13. Basicamente, se resume a um programa concebido na IDE (interface Development

Environment), simples de utilizar e de manusear com bibliotecas que podem ser facilmente

encontradas. As funções da IDE do Arduino são basicamente duas: permitir desenvolvimento

de um software e enviar à placa para que possa ser executado (JACEE, 2012).

Figura 13: Ambiente de programação

Fonte: JACEE, 2012

15

Existem diversas placas de Arduino, sendo que o que diferencia é o numero de

entradas analógicas e digitais, a quantidade de memória disponível e o microcontrolador.

Interface de sinais ( adequação de entrada e saída de sinais): O Arduino opera com

uma alimentação de 5v, mas dependendo do projeto torna-se necessário a ligação de

motores, válvulas solenoide, sendo que estes itens necessitam de uma tensão para

acionamento de 110 a 220 Volts. Para realizar o acionamento, de uma válvula

solenoide que opera com uma tensão 220Volts, é necessário o uso do relé que

funciona como interruptor, mas que é acionado por baixa tensão.

Figura 14: Relé shield

Fonte: FILIPEFLOP, 2019

A figura 14 mostra o relé shield, que são placas desenvolvidas para serem acopladas

diretamente ao Arduino. Desta forma aumenta-se as funcionalidades do arduino . Esta placa

possui quatro relés sendo que cada um suporta tensão de até 250volts em corrente alternada,

ou 30volts de corrente contínua e corrente de 10 Amperes. Para o acionamento deve-se

aplicar uma tensão de 5volts entre dois pinos de controle (bobina) que os outros dois

comandos fecharão o circuito.

Este dispositivo permite uma integração com microcontroladores como Arduino,

AVR, PIC, ARM. A partir das saídas digitais pode-se, através do relé, controlar cargas

maiores e dispositivas como motores AC/DC, eletroímãs, solenoides, lâmpadas

incandescentes e eletrodomésticos.

16

2. DESENVOLVIMENTO DA PROPOSTA DO SISTEMA DE IRRIGAÇÃO

AUTOMATIZADO

Existem basicamente dois tipos de controladores em um sistema de irrigação, o

sistema de controle de malha aberta e o sistema de controle de malha fechada, sendo que a

diferença entre eles é que, os sistemas em malha fechada possuem realimentação.

A figura 15 mostra o diagrama de blocos do circuito do projeto proposto, sendo que o

funcionamento ocorre da seguinte forma:

Os sensores de umidade do solo e o sensor RHT03 ficam enviando um valor ao

microcontrolador, que neste projeto é o Arduino. Assim que chegar ao set point pré-

estabelecido na programação, o Arduino envia um sinal para a válvula solenoide, sendo que

esta válvula tem a função de realizar o processo de liberar e trancar a passagem da água, para

que ocorra a irrigação.

Figura 15: Controle de malha fechada da irrigação

Fonte: Do Autor, 2019

O sistema hidráulico da proposta do sistema de irrigação automatizado utiliza um

sistema convencional, que consiste em transmitir a água de uma bomba até aos canos onde

são acopladas as mangueiras.

A figura 16 mostra o funcionamento da rede hidráulica desta proposta de sistema de

irrigação, sendo que uma mangueira de ½ polegada (A), é acoplada na válvula solenoide (B),

e ao final da mangueira de ½ polegada é acoplada o mini bocal rotativo (C), sendo fixado

através de uma abraçadeira (D).

Controlador

(Arduino)

Processo

(Válvula

Solenoide)

Sensor

Entrada Saída

17

Figura 16: Componentes da rede hidráulica

Fonte: Do Autor, 2019

O circuito eletrônico da figura 17 é responsável por receber as informações dos

sensores e tomar as decisões, e através do programa contido em sua memoria irá ou não ativar

a válvula solenoide, que controlará a passagem da água para o sistema de irrigação.

Figura 17: Circuito eletrônico

Fonte: Do Autor, 2019

Os principais componentes que formam o circuito eletrônico da figura 17 são: Placa

microcontrolador, sensor de umidade do solo e sensor de umidade relativa do ar e temperatura

RHT03.

O sensor de umidade do solo faz a leitura do solo variando sua resistência de 0 a 1024

de acordo com a quantidade de água existente no solo, sendo que quanto maior a quantidade

de água menor a resistência que o sensor oferece, e quanto menor a quantidade de água no

solo, maior a resistência do sensor. Trabalha com uma tensão de 3,3v ou 5v, possui uma

18

tensão de saída de 0 à 4,2v e possui saída analógica para se comunicar com o

microcontrolador.

O sensor de umidade relativa do ar e temperatura do modelo RHT03 já são calibrados

e se comunicam com o Arduino através do protocolo MaxDetect que utiliza apenas sinal

digital para enviar e receber informações.

O valor da temperatura é aferido através de um termistor NTC e a umidade relativa

através de um sensor capacitivo. Há também uma curva de compensação de temperatura salva

dentro da memória OTP e faz ajuste por todas as faixas de atuação deste sensor. Pode operar

com umidade de 0 a 99,9% e resolução de 0,1%, suporta uma faixa de temperatura de -40°C a

80°C e resolução de 0,1ºC, e a tensão de trabalho é 3V a 5,5V.

O relé shield é um componente eletrônico utilizado em circuito eletrônico, quando

pequena tensão devem acionar equipamentos de grande potência. Ele contém internamente

uma chave magnética que é acionada quando recebe a tensão do circuito, permitindo a

passagem da tensão que estava bloqueando (NF).

A válvula solenoide (eletroválvula) é uma válvula que quando desenergizada não

permite a passagem de água para o sistema de irrigação. É uma válvula normalmente fechada

(NF), porém quando recebe tensão de (220 VCA), cria-se um campo magnético que atrai um

pistão metálico, liberando a passagem de água para o sistema.

A figura 18 mostra um fluxograma que indica a lógica utilizada para que ocorra o

acionamento do sistema de irrigação.

19

Figura 18: Fluxograma do acionamento do sistema de irrigação

Fonte: Do Autor, 2019

Leitura dos sensores de umidade do solo (S1, S2, S3 e S4)

Leitura sensor de umidade relativa do ar e temperatura (SRT)

S1ou S2 ou S3 ou S4 ≤ 65%

Ou

S1 e S2 e S3 e S4 ≤ 85% e

SRT ≥ 45%

Não

Acionamento da válvula solenoide

Sim

Tempo= 8 minutos

Desligamento da válvula solenoide

Fim

Sim

Não

Início

20

O fluxograma da figura 18 funciona da seguinte forma:

Quatros sensores de umidade do solo realizam a leitura do solo em tempo integral

onde se encontram as plantas, e no momento em que qualquer um dos sensores fica

abaixo do valor de 65% de umidade do solo, ocorrerá o acionamento da válvula

solenoide, e ficará ligada durante 8 minutos e depois fechará.

O sensor de umidade relativa do ar e temperatura RHT03 deve constar a leitura de

45ºC e todos os valores dos sensores de umidade do solo devem estar abaixo do valor

de 85%. Atendendo estas condições, a válvula solenoide ativará por 8 minutos e

depois fechará.

2.1 Resultados

Para determinar o melhor momento para o acionamento da válvula solenoide, foram

utilizados os resultados aferidos através da leitura do sensor de umidade de solo em 12 mudas

de Allium fistulosum, também conhecida como cebolinha, sendo que quatro destas mudas

encontravam-se em solo seco, quatro em solo úmido e as outras quatro estavam com excesso

de água no solo.

Os resultados da tabela 2 foram obtidos da seguinte forma: em uma plantação de

cebolinha, foram instalados quatro sensores, e estes foram observados durante um intervalo

de tempo de uma hora, em solo seco. Os cinco primeiros valores de umidade de solo aferidos

pelos sensores foram utilizados para preencher a tabela 2.

Tabela 2: Mudas de cebolinha com solo seco

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4

20% 24% 25% 27%

19% 26% 24% 26%

20% 25% 26% 26%

20% 26% 25% 27%

20% 26% 25% 27%

Fonte: Do Autor, 2019

Os resultados da tabela 3 foram obtidos da mesma forma que a tabela 2, porém, foram

utilizadas mudas com solo úmido.

21

Tabela 3: Mudas de cebolinha com solo úmido

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4

68% 62% 70% 78%

67% 64% 69% 80%

68% 63% 71% 79%

68% 63% 71% 79%

67% 63% 71% 79%

Fonte: Do Autor, 2019

Os resultados da tabela 4 foram obtidos após molhar o solo excessivamente, depois

foram utilizados os mesmos procedimentos da tabela 2.

Tabela 4: Mudas de cebolinha com excesso de água no solo

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4

90% 93% 94% 98%

89% 94% 94% 97%

91% 93% 93% 99%

91% 93% 93% 96%

91% 94% 94% 97%

Fonte: Do Autor, 2019

Com base nos resultados obtidos nas tabelas 2,3 e 4, conclui-se que o momento ideal

para a irrigação da planta avaliada é quando o valor aferido pelos sensores de umidade de solo

atingirem a umidade igual ou inferior a 65%.

A tabela 5 mostra os números de atuações e o tempo em que o sistema automático

esteve ativo em um período de cinco dias. O sistema automático de irrigação atua num

período de 8 minutos quando está ativada.

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Tabela 5: tempo de atuação da irrigação automatizada

Dias Atuação do solenoide durante o

dia todo

Tempo total de atuação do

solenoide

1 15 2h e 00 min

2 13 1h e 44 min

3 0 0h e 00min

4 4 32 min

5 13 1 h e 44 min

Fonte: Do Autor, 2019

A tabela 5 mostra o número de vezes em que o sistema automático de irrigação ativou

durante cinco dias. Nota-se que no terceiro dia o sistema não atuou. Isto ocorreu porque

choveu na maior parte do tempo e o solo foi irrigado de forma excessiva, e já no quarto dia o

sistema atuou quatro vezes, devido à umidade do solo após a chuva.

Na figura 19 a temperatura está em 27°C. As leituras dos quatro sensores de umidade

do solo estão respectivamente com os valores 74%, 78%, 76%, 72%. A válvula solenoide

encontra-se desligada, porque a umidade do solo é superior a 65% de solo.

Figura 19: controle eletrônico com a válvula solenoide desligada

Fonte: Do Autor, 2019

23

Na figura 20 mostra a temperatura está em 27°C e as leituras dos quatros sensores de

umidade de solo estão respectivamente com os valores 75%, 78%, 76%, 65%. A válvula

solenoide encontra ligada, pois o set point para o acionamento do sistema é menor ou igual a

65% de umidade de solo.

Figura 20: controle eletrônico com a válvula solenoide ligada

Fonte: Do Autor, 2019

Na figura 21, o retângulo vermelho indica o local onde o sensor de umidade do solo

encontra-se na mudas de cebolinha.

Figura 21: Sensor de umidade do solo na muda de cebolinha

Fonte: Do Autor, 2019

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CONCLUSÃO

O desenvolvimento do trabalho proposto, um sistema de irrigação automatizado,

ocorreu da forma esperada, ou seja, sua eficiência em detectar, com precisão, a necessidade de

água no solo, permitindo assim, a irrigação no tempo ideal e quantidade de água necessária

para proporcionar um crescimento das plantas rápido, uniforme, e não atuando em dias

chuvosos, reduzindo assim, o consumo de água e fornecendo um melhor desenvolvimento da

planta, neste caso, a cebolinha.

A utilização da tecnologia Arduino é de fácil entendimento, não exigindo do usuário

um conhecimento profundo de microcontroladores, eletrônica ou programação.

Para ampliar esse estudo, e implementar mais sensores, faz-se necessário, a criação de

uma central de monitoramento, para que o microcontrolador (Arduino), e o display não

fiquem expostos ao sol e a chuva.

O método de microaspersão funcionou como desejado, porém, de acordo com

pesquisadores, ele possui uma desvantagem em relação ao método de gotejamento, pois com a

presença de vento, os microaspersores sofrem uma variação em seu raio de água, efeito este,

que pode provocar uma irrigação não uniforme nas mudas. Isto não ocorre no método de

gotejamento, já que este não sofre interferência com o vento.

Ao realizar uma irrigação através do método de gotejamento, deve-se efetivar um

sistema de filtragem de alta eficiência, pois os orifícios da mangueira obstruem-se com

facilidade. Motivo este, que pode inviabilizar este recurso, tendo em vista a relação custo-

benefício.

A partir deste projeto é possível dar continuidade, pois pretende-se estudar um sistema

com conexões remotas via web ou mobile, e reduzir os custos no método de gotejamento, para

que se torne viável sua implantação. Proporcionando assim ainda mais praticidade no manejo

de irrigação. Desta forma, pode-se garantir que este trabalho atende aos alvos estabelecidos

ainda na fase de projeto.

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