AVALIAÇÃO DO MÉTODO DO FORNO MICROONDAS PARA A DETERMINAÇÃO DE
UMIDADE DO SOLO EM RELAÇÃO AO MÉTODO PADRÃO DE ESTUFA
Fonseca, S.O., Araújo, G.L., Faria, B.H.G., Liparizi Junior, A., Costa, J., Reis, E.F.
Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Agrárias/Departamento de Engenharia Rural,
CEP 29500-000, Alegre, ES, Brasil, [email protected]
Resumo- O conhecimento da umidade é muito importante para o manejo de irrigação, pois ela indica em
que condições hídricas o solo se encontra. A umidade do solo, embora seja um conceito físico simples,
apresenta dificuldades na sua determinação, de forma a se obter um valor representativo devido à inerente
variabilidade espacial e temporal das características físicas do solo. O método do forno microondas é um
processo de secagem do solo através do emprego da radiação eletromagnética. As principais vantagens
são a redução no consumo de energia e a significativa redução no tempo de secagem. O objetivo do
trabalho foi comparar o método do forno de microondas com o método padrão de estufa, a fim de
comprovar sua confiabilidade na determinação de umidade do solo. Os resultados evidenciaram que o
método do forno microondas para a determinação de umidade do solo não difere estatisticamente do
método padrão de estufa, constituindo uma metodologia confiável e que pode ser facilmente utilizada no
manejo de irrigação.
Palavras-chave: umidade do solo, método
Área do Conhecimento: Ciências Agrárias
do forno microondas, manejo de irrigação.
Introdução
O crescimento populacional mundial acelerado,
junto com a degradação cada vez mais crescente
dos recursos naturais, dentre eles a água, com
certeza vem se tornando um desafio presente na
vida de agricultores e pesquisadores, os quais
buscam tecnologias que proporcionem um uso
racional dos recursos naturais, reduzindo
amplamente o consumo de água e energia,
sobretudo na agricultura irrigada (OLIVEIRA,
2008).
Nesse contexto, destaca-se o correto manejo
de irrigação. O manejo de irrigação consiste em
monitorar e quantificar periodicamente o consumo
de água pelos vegetais, possibilitando determinar
a deficiência nas atividades fisiológicas da planta,
para a aplicação da lamina de irrigação necessária
á cultura, no momento correto. O manejo de
irrigação não pode ser considerado uma prática
isolada, é sim um conjunto de técnicas que
busquem determinar o momento coreto da
aplicação da lamina de irrigação requerida pelas
culturas, melhorando a eficiência no uso da água e
respeitando o meio ambiente (SALOMÃO, 2007).
A determinação da umidade do solo constitui
uma
importante
ferramenta
nos
estudos
relacionados á movimentação de água no solo e
manejo de irrigação (MIRANDA et al., 2001) é o
controle de irrigação associado a sistemas de
manejo mais eficientes no uso da água, levam a
resultados de produção com maior economia
deste recurso (OLIVEIRA et al., 2000). O
conhecimento de sua umidade é muito importante
para o manejo de irrigação, pois ele indica em que
condições hídricas o solo se encontra, (quantidade
de água armazenada).
A umidade do solo, embora seja um conceito
físico simples, apresenta dificuldades na sua
determinação, de forma a se obter um valor
representativo devido à inerente variabilidade
espacial e temporal das características físicas do
solo (GONÇALVES et al., 1999). Existem várias
maneiras de se medir a umidade de um solo,
segundo métodos diretos ou indiretos, cada qual
apresentando determinada precisão, tempo de
resposta e custo do equipamento envolvido.
O método padrão de estufa é um método de
elevada precisão e serve de referência para a
calibração de outros métodos (EMBRAPA, 1997).
Seu principal inconveniente é a demora no tempo
de resposta (24 horas), além da necessidade de
utilizar estufa e balança de precisão.
O método do forno microondas é um processo
de secagem do solo através do emprego da
radiação eletromagnética que se baseia no fato
das moléculas de água serem dipolos elétricos
naturais, os quais sofrem rotação quando
expostos a um campo eletromagnético (TAVARES
et al., 2008). Segundo Aguilar (2001), o atrito
molecular resultante gera calor instantânea e
uniformemente na amostra de solo, reduzindo a
umidade. As principais vantagens são a redução
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no consumo de energia e a significativa redução
no tempo de secagem (SOUZA et al., 2002).
O objetivo do trabalho foi comparar o método
do forno de microondas com o método padrão de
estufa, a fim de comprovar sua confiabilidade na
determinação de umidade do solo.
Metodologia
O trabalho foi conduzido no Laboratório de
Análises Físicas do Solo do Centro de Ciências
Agrárias da Universidade Federal do Espírito
Santo.
Para comparar os diferentes métodos de
determinação de umidade do solo, foram
coletadas 2 amostras de solo, sendo um neossolo
quartzarênico, de textura arenosa, e um latossolo
vermelho-amarelo, de textura argilosa. Cada uma
dessas amostras foi fracionada em três subamostras, que por sua vez foram incubadas por
um período de 24 horas sob três diferentes
umidades. Dessa forma, o trabalho constou de
dois tipos de solo, sob três teores de umidade.
Os métodos de determinação utilizados foram o
método padrão de estufa (PE) e o método do forno
microondas (FM). Para cada método, foram
executadas três repetições.
Para o método Padrão de Estufa (PE), foram
retiradas três cápsulas de solo para determinação
do teor médio de umidade em estufa a 105ºC por
24 horas, para efeito de comparação, segundo
Embrapa (1997). Determinou-se a massa de cada
amostra e estas foram então levadas à estufa.
Após a secagem, determinou-se novamente a
massa da amostra e calculou-se a porcentagem
de umidade do solo pela equação:
%Ubs =
(M1 - M2)
100
(M2 - M3)
Em que: M1 = Peso do solo + Peso da
Cápsula; M2 = Peso do solo seco + Peso da
Cápsula; M3 = Peso da Cápsula.
Para o método do Forno Microondas (FM),
inicialmente pesou-se os béquers de 250 mL onde
seriam acondicionadas as amostras de solo.
Pesou-se então aproximadamente 15 g de
amostra de solo e adicionou-se nos béquers. Os
recipientes foram levados ao forno de microondas
doméstico com a seguinte rampa de aquecimento:
7 min a 100% da potência e 3 min a 50% da
potência (SOUZA et al., 2002). Cada bateria
constou de 6 amostras. Retiraram-se os frascos
do forno, esperou-se esfriar em dessecador e
pesou-se a amostra seca. Calculou-se a
porcentagem de umidade do solo pela equação:
%Ubs =
(M1 - M2)
100
(M2 - M3)
Em que: M1 = Peso do solo + Peso do béquer;
M2 = Peso do solo seco + Peso do béquer; M3 =
Peso do béquer.
Foram obtidos as equações de regressão linear
simples e os respectivos valores do coeficiente de
determinação da umidade estimada pelo método
do forno microondas comparativamente com o
método Padrão de Estufa Termogravimétrico.
A análise do desempenho do método para
estimar a umidade do solo em % foi feita
comparando-se os resultados obtidos no método a
ser testado com o método Padrão de Estufa
Termogravimétrico. A metodologia adotada para
comparação dos resultados foi aquela proposta
por Allen et al. (1989), a qual se fundamenta no
erro-padrão da estimativa (SEE), calculado pela
equação:
1
 ∑ (y − ŷ ) 2  2

SEE = 
 n −1



Em que: SEE = erro-padrão da estimativa;
y
=
ŷ
umidade Padrão de Estufa Termogravimétrico;
= umidade obtida pelo método a ser testado; n =
número de observações.
A hierarquização das estimativas de umidade
foi feita com base nos valores do erro-padrão da
estimativa (SEE), do coeficiente de determinação
(r2) e do coeficiente angular (b) das respectivas
regressões lineares simples. Sendo que quanto
maior o r² melhor, quanto menor o SSE melhor e o
b deve estar próximo de 1.
A precisão foi dada pelo coeficiente de
determinação, a qual indica o grau em que a
regressão explica a soma do quadrado total. A
exatidão está relacionada à aproximação dos
valores estimados em relação aos observados.
Matematicamente, essa aproximação é dada por
um índice designado de concordância ou ajuste,
representado pela letra “d” (WILLMOTT et al.,
1985). Seus valores variam de zero para nenhuma
concordância a 1 para a concordância perfeita. O
índice é dado pela seguinte expressão:
N
d =1−
∑ (Pi
∑ [( Pi
N
i =1
− O
i =1
− Oi
)2
)+ (Oi
− O
)]
2
Em que: d = índice de concordância ou ajuste;
Pi = umidade obtida pelo método a ser testado; Oi
= umidade obtida pelo Padrão de Estufa
Termogravimétrico; O = média dos valores
obtidos pelo Padrão de Estufa Termogravimétrico;
n = número de observações.
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Solo argiloso Metodo Forno Eletrico
Resultados
38
Tabela 1 – Umidade média do solo nos diferentes
tratamentos obtidas por ambos os métodos de
determinação de umidade.
solo
Umidade
Arenoso
1
2
3
1
2
3
Argiloso
UMIDADE (%)
PE
FM
1,609
1,257
5,855
5,305
6,782
6,245
25,705
25,281
32,001
31,749
36,074
35,831
36
Umidade metodo Forno Eletrico
As umidades médias determinadas pelos métodos
padrão de estufa e forno microondas estão
dispostas na tabela 1.
34
32
30
28
ŷ = 0,9905x - 0,0272
26
r² = 0.9865
24
24
26
28
30
32
34
36
38
Umidade Metodo Padrão de Estufa %
Figura 2 – Método forno elétrico x método padrão
de estufa para o solo argiloso.
Os resultados para o solo arenoso estão
dispostos na figura 1 complementada pela análise
estatística da regressão disposta na tabela 2. Os
resultados para o solo argiloso estão dispostos na
figura 2 complementada pela análise estatística da
regressão disposta na tabela 3.
Tabela 3 - Valores do erro-padrão da estimativa
(SEE), índice de concordância de Willmott (d),
coeficiente de determinação (r2), coeficiente
angular (b).
SEE
d
r2
b
0,55927
0,962343
0,9906
1,0182
Solo arenoso Metodo Microondas
Observa-se que o método do forno microondas
não se diferiu estatisticamente do método padrão
de estufa, constituindo-se em um método confiável
e eficiente na determinação de umidade do solo.
Umidade Forno microondas %
8
6
Discussão
4
2
yˆ = 0,9607x - 0,2936
r ² = 0,9988
0
0
2
4
6
8
Umidade Padrão de estufa %
Figura 1 – Método forno microondas x método
padrão de estufa para o solo arenoso.
Tabela 2 - Valores do erro-padrão da estimativa
(SEE), índice de concordância de Willmott (d),
coeficiente de determinação (r2), coeficiente
angular (b).
SEE
d
r2
b
0,52360
0,938161
0,9988
0,9607
Resultados similares foram obtidos por Souza
et al. (2002), concluindo que o procedimento
proposto apresenta-se como uma alternativa ao
método convencional de secagem (método padrão
de estufa). Segundo Tavares et al. (2008), o
processo de secagem no forno de microondas tem
maior efeito sobre solos argilosos em relação
àqueles arenosos.
Vinholis et al. (2008), avaliando o potencial
econômico, social e ambiental do microondas
doméstico para determinação de matéria seca e
do teor de água em solos e plantas, concluiu que
o uso de microondas para determinação do
conteúdo de água em solo permite otimizar
atividades de irrigação em sistemas intensivos de
produção agrícola, gerando impacto positivo do
ponto de vista econômico, social e ambiental nos
sistemas de controle da qualidade e de produção
agrícola. Além disso, o método do microondas
apresenta-se como um método rápido para
determinação de umidade, sendo que cada bateria
tem capacidade de 6 amostras e o tempo gasto
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em cada bateria é de aproximadamente 20
minutos.
Conclusão
O método do forno microondas é um método
eficiente para a determinação de umidade do solo,
podendo ser utilizado em análises de rotina para o
manejo de irrigação.
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