Desenvolvimento e avaliação de um sistema de controle de nitrato em soluções nutritivas

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Salvador, Conan Ayade
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Automação; Automation; Controlador eletrônico; Electronic control; Eletrodo de íon específico; Fertigation; Fertirrigação; Hidroponia; Hydroponics; Inovação Tecnológica; Specific ion electrode; Technology Innovation
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11143/tde-13022014-083519/

O crescimento populacional e a consequente demanda adicional de alimentos exigem uma agricultura cada vez mais intensa e tecnificada. Essa conjuntura tem contribuído para se buscar a maximização do rendimento das culturas, além da otimização do uso de recursos, em especial, fertilizantes e água. Nos sistemas que aplicam a fertirrigação, como é o caso do cultivo hidropônico, realizam-se o manejo químico da solução nutritiva mediante monitoramento da concentração salina com condutivímetro portátil. Essa prática comum entre os produtores pode ocasionar desequilíbrios nutricionais, tendo em vista que a leitura fornecida por esse aparelho não distingue os nutrientes especificamente. Contudo, o desenvolvimento e a disponibilização de novos sensores, como os eletrodos de íon específico, permite explorar novas estratégias de monitoramento e controle de nutrientes em soluções. Diante do exposto, o objetivo desse trabalho foi desenvolver e avaliar um sistema eletrônico de controle automático da concentração de nitrato em solução nutritiva por meio de um sensor de íon seletivo. O sistema desenvolvido constou, basicamente, de um Sistema de Aquisição, Processamento e Acionamento (SIAPEA), o qual realizava o processamento do sinal de sensores e o acionamento de atuadores (válvulas solenoides); um sensor seletivo a íons de nitrato; um sensor de pH; e, um sistema de injeção de solução concentrada comandada por pulsos elétricos enviados pelo SIAPEA. Além da comunicação com computador, via serial RS-232, o SIAPEA possuía uma interface amigável com o usuário, por meio de LCD, para exibição dos resultados, e botões de navegação. Assim, possibilitava-se ao usuário alterar a concentração de ajuste desejada para a solução nutritiva. Construiu-se uma bancada hidropônica para os testes do sistema, com quatro perfis, um reservatório de 120 L e bombas para circulação da solução, sendo que, para a inserção do sensor de nitrato na bancada, montou-se uma unidade de leitura. O ajuste automático da concentração da solução foi baseado em uma lógica de controle proporcional, a qual é fundamentada na diferença entre as entradas e saídas do controlador, sendo que cada ciclo de ação do controlador (medição da concentração da solução nutritiva e injeção de solução concentrada) tinha uma duração de 20 s. O valor inicial de concentração de nitrato na solução nutritiva era cerca de 524 mg L-1, sob vazão constante de 0,1 L s-1, injetando-se solução concentrada de nitrato de potássio de 30000 mg L-1 na tubulação de retorno, próximo ao reservatório, e realizando a medição à jusante do bombeamento. Realizaram-se ensaios para valores finais da concentração de 780, 1002 e 1445 mg L-1, sendo coletadas amostras de 15 mL em tempos definidos, para se determinar a concentração de nitrato no espectrofotômetro. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência da lógica de controle aplicada na automação, além do desempenho satisfatório do sistema em manter a concentração do nitrato no intervalo desejado. Para aquelas concentrações finais desejadas os tempos requeridos pelo sistema para os respectivos ajustes foram cerca de 12, 22 e 35 min, após o início dos testes.