EFEITO DA PRESENÇA DE MATERIAL MAGNÉTICO SOBRE A MEDIDA DA
UMIDADE, UTILIZANDO A TÉCNICA DE TDR.
M. A. TRINTINALHA1, E. BLAINSKI 2, A. C.A. GONÇALVES 3, A. C. S. COSTA3, C. A.
TORMENA3, M. V. FOLEGATTI4, R. M. L. GUIMARÃES2
1
Engº Agr., Doutorando do curso de Pós -graduação em Agronomia da UEM, bolsista CAPES;
Engº Agrônomo, Mestrando, Depto de Agronomia, Universidade Estadual de Maringá, UEM,
Maringá – PR, (0XX44 –262 0269), e-mail: [email protected];
3
Prof. Doutor, depto. de Agronomia, UEM, Maringá – PR;
4
Prof. Doutor, depto. de Agronomia, Esalq/USP, Piracicaba –SP.
2
Escrito para apresentação no
XXXIV Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola
25 a 29 de julho de 2005 – Canoas -RS
RESUMO: A medida da umidade do solo a partir do valor da constante dielétrica (Ka) tem sido
utilizada em vários trabalhos, principalmente em solos tropicais, onde havia apenas alguns estudos
preliminares sobre a aplicação da técnica de TDR. Devido à rapidez de resposta, à pouca modificação
causada no meio, à condição de possibilidade de repetição de leitura, a não radioatividade, esta técnica
ganhou rápida aceitação para medir a umidade do solo. Uma questão em relação à técnica é a
necessidade de calibração para cada classe de solo. O presente trabalho teve como objetivo determinar
a influência da presença de material magnético (óxidos de ferro) sobre as medidas de umidade do solo
realizadas com a TDR, uma vez que esse material é freqüentemente encontrado em solos tropic ais.
Baseado nos resultados obtidos constatou-se que ocorre influência de óxidos de ferro com
características magnéticas, na determinação da constante dielétrica (Ka), causando alterações na
determinação da umidade do solo.
Palavras-chave: TDR, materiais magnéticos, umidade, calibração.
MAGNETIC MATERIALS EFFECTS ON SOIL MOISTURE READING BY TDR
ABSTRACT: Soil water measurements based on dielectric constant readings (Ka) have been studied,
more recently on tropical soils, because TDR is not frequently applied on this soils. This techniques is
not destructive, radioactive material is not used, the reading is ease to do and the accuracy can be high.
Then, the interesting by this technique has been high. Since calibration is necessary, it is important to
evaluate the influence of magnetic material (magnetic iron oxides) on its readings. Results showed that
influence of these materials can be high and must be take account on calibrations works of TDR
technique.
Keywords: TDR, magnetic materials, soil moisture, calibration.
INTRODUÇÃO: O uso da água na agricultura irrigada implica em consideráveis investimentos e
proporciona custos relativamente elevados. É necessário um cuidadoso planejamento do sistema e da
aplicação de água, como forma de se garantir o retorno esperado dos investimentos. Para definir a
aplicação de água no solo, deve-se saber qual a umidade do mesmo e, para isso, existem diversos
métodos que permitem realizar a sua medida. Entre esses métodos, a técnica da Reflectometria no
Domínio do Tempo (TDR) vem gradativamente ganhando espaço no cenário agrícola por ter a
vantagem de ser não destrutiva e de não usar radioatividade. Porém necessita de calibração para solos
com características diferentes, contrariando TOPP et al. (1980), os quais mostram que a constante
dielétrica dos solos é fortemente afetada pelo seu conteúdo de água, sendo praticamente independente
de outras variáveis. Os trabalhos mais recentes têm demonstrado, no entanto, que esta relação única
entre umidade e constante dielétrica não pode ser aceita, no sentido de se fazer uso do TDR para obter
medidas com maior grau de precisão (TRINTINALHA 2000, TOMMASELLI & BACCHI 1995). Os
óxidos de ferro são muito abundantes nos solos. Fazem -se presentes em muitos solos e em diferentes
regiões climáticas, em variáveis níveis de concentração. Eles podem ocorrer eventualmente dispersos
por todo horizonte do solo de forma friável ou de baixa consistência, ou concentrado em um horizonte
ou em características morfológicas particulares como nódulos, etc. (SCHWERTMANN, 1989). Nos
solos tropicais brasileiros, existe uma grande concentração de óxidos de ferro, o que levou à realização
do trabalho com a TDR, na tentativa de se estabelecer critérios para leituras de umidade nos solos da
região.
MATERIAL E MÉTODOS: O experimento foi conduzido na unidade de pesquisa em agricultura
irrigada da Universidade Estadual de Maringá, o Centro Técnico de Irrigação – CTI. Esta área está
localizada no município de Maringá – Pr. Para a obtenção dos óxidos de ferro, inicialmente coletou-se
material a partir da superfície do solo, até a camada de 0,20 m. Esse material proveniente de um
Nitossolo Vermelho Distroférrico, foi seco e peneirado em malha 2 mm constituindo TFSA. Para
separação do material magnético, submeteu-se o material a uma solução de NaOH 98%, na
concentração de 40 gr de NaOH/litro de água. Em seguida realizou-se a dispersão das partículas, com
a utilização de uma máquina que promoveu a agitação. Após decantação, concentrou-se no fundo do
recipiente a parte mais grossa das partículas, juntamente com os minerais magnéticos presentes no
solo. Com auxilio de um jato d’água retirou-se o restante de argila que ainda estava em contato com o
material magnético. Para facilitar o processo de coleta, passou-se a retirar o material de locais onde
havia escorrimento superficial de água, nesses locais observou-se que, devido à ação da água, houve
uma remoção da argila e um acúmulo de materiais magnéticos, o que facilitava o processo de coleta de
material. Posteriormente, o mesmo foi seco ao ar e peneirado na malha de 2 mm, constituindo Terra
Fina Seca ao Ar. Foi aplicado nessa material o mesmo procedimento do material proveniente do
Nitossolo. Logo após ser separado, o material passou pelo teste da suscetibilidade magnética. O valor
da susceptibilidade magnética encontrada para o material óxido foi de 10659x10 -8 m3/kg. Determinada
a susceptibilidade, o material foi todo tamisado e homogeneizado, formando uma só amostra. O
material foi misturado com areia lavada de granulometria que passou pela peneira de 1 mm e ficou
retida na peneira de 0,42 mm. O material foi misturado com a areia em proporções conhecidas.
Colocou-se nos recipientes uma massa correspondente a 0, 10, 20, 30, 40, 50 e 60% do material
magnético em cada amostra que foram acondicionadas em colunas de PVC, com 100mm de diâmetro
interno e uma altura correspondente a 0,25 m. Em seguida o material foi saturado e após a saturação
foi instalado, em cada recipiente, uma sonda de 0,20 m de comprimento. Após a instalação das sondas,
iniciou-se o processo de leitura da massa do recipiente utilizando-se uma balança, da constante
dielétrica (Ka) e de umidade base volume (θ) com a utilização da TDR. Com os dados de cada
recipiente, e da concentração de óxidos presente em cada um , pode-se descrever a influência exercida
pelos óxidos de ferro na leitura da constante dielétrica do solo (Ka), e o que isto pode ocasionar na
medida da umidade do solo. Em seguida, para confirmar se a diferença de umidade apresentada na
leitura em concentrações diferentes do material óxido em estudo era relativa ao aumento da
concentração de óxido presente e não do tamanho das partículas, realizou-se novamente o
experimento, porém, o material magnético foi substituído por um Argissolo Vermelho-amarelo, com
susceptibilidade magnética de 138x10-8 m3/kg, seguindo a mesma metodologia utilizada para o
material magnético.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 01 mostra que a partir das leituras de umidade e de Ka, é
possível determinar a influência que os materiais magnéticos exercem sobre a determinação de
umidade com a utilização da TDR. Pode-se observar que, com o aumento da concentração dos óxidos
de ferro, para um mesmo valor de umidade do solo (θ), obteve-se valores diferentes de Ka. Assim,
pode-se verificar que a presença de material magnético influencia fortemente a leitura realizada com a
TDR, devendo ser considerada nos processos de calibração, particularmente em solos tropicais.
0.30
0.20
3
m m
-3
0.25
0.15
0.10
0.05
6
11
16
21
26
31
36
Ka
0 % Óxidos
10% Óxidos
20% Óxidos
40% Óxidos
50% Óxidos
60% Óxidos
30% Óxidos
Figura 01 - Relação entre valores de Ka e umidade base em volume correspondente para os sete
recipientes preenchidos com óxidos e areia.
O modelo apresentado na Figura 02 para todas as concentrações de óxidos estudadas apresentou um
coeficiente de correlação de 0,49. Isto torna evidente a necessidade de calibração do equipamento,
para solos que tenham concentrações diferentes de óxidos.
0.30
0.25
3
-3
θ− m m
0.20
0.15
y = -0.0001x2 + 0.0109x + 0.0654
2
R = 0.4925
0.10
0.05
5
10
15
20
25
30
35
Ka
Figura 02 - Relação entre constante dielétrica e a umidade base volume para todos os recipientes.
O modelo apresentado na Figura 03, para todas as concentrações de Argissolo estudadas, apresentou
um coeficiente de correlação de 0,90. Isto nos permite afirmar que, ao contrário do trabalho realizado
com óxido, para o Argissolo, apenas um único modelo, pode ser ajustado para as diversas
concentrações. Isso afirma que concentrações diferentes de óxidos no solo podem ou não alterar a
leitura do equipamento. Isto vai depender da existência de materiais magnéticos no solo. Assim,
particular atenção de ser dada ao uso do TDR em vários solos tropicais, as quais apresentam
concentrações diversas de óxidos de ferro. Um modelo único não pode ser adotado.
0,350
0,300
θ - m3m-3
0,250
0,200
0,150
0,100
2
y = -0,0003x + 0,0234x - 0,0218
2
R = 0,9096
0,050
0,000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Ka
Figura 03 - Relação entre constante dielétrica e a umidade base volume para todos os recipientes
preenchidos com Argissolo e areia.
CONCLUSÃO: A partir dos resultados obtidos nesse trabalho foi possível observar a influência que
os materiais magnéticos (óxido de ferro) exercem sobre a determinação da umidade realizada a partir
da constante dielétrica (Ka), demonstrando a necessidade do desenvolvimento de difer entes modelos
para calibração do TDR, quando este for utilizado em diferentes solos tropicais, os quais apresentam
diferentes concentrações de óxidos de ferro. Esse trabalho ressalta a importância da calibração do
equipamento para medida da constante dielé trica para cada tipo de solo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
SCHWERTMANN, U., TAYLOR, R.M. Iron Oxides, chapter 8. Minerals in Soil Environments. 2
Ed.-SSSA Book ;series, no I. Soil Science Society of America. Madison. 1989.
TOMMASELLI, J.T.G.; BACCHI, O. O. S. Calibração de um equipamento de reflectometria de
microondas para dois solos paulistas típicos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA DO
SOLO, 25., Viçosa, 1995. Resumos ... Viçosa: UFV, 1995, v.I, p.24.
TOPP, G. C.; DAVIS, J.L.; ANNAN, A. P. Electromagnetic determination of soil water content:
measurements in coaxial transmission lines. Water Resources Research , v. 16, p.574-582, 1980.
TRINTINALHA, M. A. Avaliação da técnica de reflectometria no domínio do tempo (tdr) na
determinação de umidade em NI TOSSOLO VERMELHO Eutroférrico. Maringá, 2000.
(Dissertação de mestrado). Universidade Estadual de Maringá. 67p.