Tecnologia de um Transdutor Térmico para Medida do Teor
de Umidade do Solo
Leonardo Costa Beber, [email protected]
Luciana DellaFlora, [email protected]
Pedro Augusto Pereira Borges, [email protected]
Artur Muller, [email protected]
UNIJUI, DeFEM
Rua São Francisco, 501, Ijuí, RS 98 700 000
RESUMO
A medida do teor de umidade do solo é uma
informação técnica fundamental para uma
série de atividades econômicas da área da
agricultura, ecologia e engenharia civil, além
de atividades na área científica, como em
física dos solos. Os métodos de medida direta
como o método gravimétrico, são precisos,
porém são trabalhosos, não pontuais,
destrutivos e demorados. Por isso os métodos
indiretos, que usam transdutores eletrônicos
ganharam importância. O transdutor térmico é
pouco difundido e apresenta grande potencial
de utilização devido ao seu baixo custo de
fabricação. A construção de um transdutor de
umidade do solo implica em uma série de
análises para determinar a influência de
fatores variantes nas medições, tais como a
constituição química, a estrutura, a massa
específica e a textura do solo. O objetivo do
presente trabalho é desenvolver a tecnologia
da construção de um transdutor térmico para a
estimativa do teor de umidade de solos, em
experimentos de laboratório, com base na
variação da difusividade térmica em função da
quantidade de água presente no solo. Foi
montada uma bancada em laboratório onde
foram obtidas curvas de temperatura por
tempo para solos com diferentes teores de
umidade. Utilizando a equação da energia em
coordenadas
cilíndricas,
foi
resolvido
numericamente, em diferenças finitas, o
problema direto de transferência de calor
considerando uma fonte de calor pontual no
eixo do cilindro de solo e condições de
fronteira de primeira espécie constantes. A
difusividade térmica foi calculada resolvendo
o problema inverso com base nos dados
experimentais da curva de temperatura por
tempo, para cada teor de umidade, obtendo-se
a curva de calibração do transdutor. Foram
desenvolvidas curvas de calibração para solos
com diferentes graus de compactação e
analisada a influência da variação da massa
específica na curva de calibração. O método
de cálculo da difusividade apresentou boa
performance computacional podendo ser
implementado futuramente em um dispositivo
eletrônico a ser desenvolvido para a aplicação
prática do transdutor. A comparação da
medida obtida pelo transdutor com outros
métodos apresentou resultados bem próximos,
considerando que o transdutor fornece
medidas pontuais e os outros métodos
fornecem medidas médias de volumes de solo.
References
[1] Campbell, G.S., J.D. Jungbauer, Jr., W.R.
Bidlake, and R.D. Hungerford. 1994.
Predicting the effect of temperature on soil
thermal conductivity. Soil Sci. 158:307313.
[2] DeVries, D.A. 1963. Thermal proprieties
of soil. P.210-235. In Physics of Plant
Environments. W.R. van Wijk (ed.) North
Holland Pub. Co., Amsterdam. The
Netherlands.
[3] Ozisik, M. N. and Orlande, H. R. B., Inverse
Heat
Transfer:
Fundamentals
and
Applications,. Taylor & Francis, New York
(2000).
[4] Reece, C.F. 1996. Evaluation of a line
heat dissipation sensor for measuring soil
matric potential. . Soil Sci. Soc. Am. J.
60:1022-1028.