Caboclo - Repositório Institucional UFRB CCAAB - Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas PPGEA - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola CCAAB - PPGEA - Dissertações
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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.degree.level: Mestrado Acadêmico
Title: Sensores de baixo custo para monitoramento continuo da umidade do solo e radiação solar
metadata.dc.creator: Benítez, Juliana Sánchez
metadata.dc.contributor.advisor1: Vellame, Lucas Melo
metadata.dc.contributor.referee1: Castiblanco, Christian José Mendoza
metadata.dc.contributor.referee2: Cardoso, Gildeberto de Souza
metadata.dc.description.resumo: A implementação de sensores de baixo custo permite a realização de estudos de monitoramento, através da aquisição de dados em tempo real da distribuição espaço temporal de uma variável analisada, potencializando a realização de um maior número de pesquisas. A construção e uso destes sensores também possui função didática, uma vez que permite um envolvimento mais direto com as caraterísticas físicas que definem o processo a ser estudado. Na presente dissertação são caraterizados dois tipos de sensor de baixo custo, um sensor de radiação solar e outro de umidade do solo, construídos e aprimorados com o objetivo de serem usados em múltiplas pesquisas, e práticas acadêmicas. O sensor de umidade reage à variação das propriedades eletromagnéticas do solo, contido entre as hastes metálicas, as quais variam proporcionalmente com as mudanças no teor de água presente nos poros do solo. Foi desenvolvido um modelo matemático que estima a frequência de saída do circuito oscilador do sensor baseado na interação sonda-solo com o intuito de estimar a porcentagem de umidade presente no solo. Aplicando o modelo em um algoritmo computacional conseguiu-se estimar a umidade volumétrica no solo com uma incerteza menor a ± 3% em um intervalo de confiança de 95%. O algoritmo tem como parâmetros a porosidade e a condutividade elétrica do extrato de saturação do solo. A medição da radiação solar tem grande importância para estimativa da demanda evapotranspirativa da atmosfera. Apesar de sua importância, a radiação solar não tem sido medida em muitas estações meteorológicas dado o alto custo desse sensor. O piranômetro está baseado em um fotodiodo de silício, que apresenta uma corrente elétrica entre seus terminais proporcional à radiação que o atinge. Foram construídos 16 sensores para avaliação de sua acurácia na estimativa da radiação solar e o efeito das incertezas quanto a estimativa da evapotranspiração de referência. Os sensores foram instalados em campo aberto e em casa de vegetação realizando medições continuas durante um ano em conjunto com um sensor de termopilha padrão secundário durante este tempo os sensores não apresentaram deterioro físico nem mudanças no desvio padrão 0,04 MJ.m-2dia-1. A incerteza na estimativa da ETo pelo algoritmo de Penman-Monteith usando o sensor de baixo custo foi ±0,22 mm.dia-1 com 95% de probabilidade.
Keywords: Evapotranspiração - Umidade - Análise
Incerteza da medição
Oscilador astável
Fotodiodo
Física do solo - Manejo
Abstract: The implementation of low-cost sensors allows the realization of monitoring studies through spatial temporal distribution of real time data, enhancing a greater number of researches to be carried out. The construction and use of these sensors also have a didactic function, since it allows the student to get more directly involved in understanding the physical characteristics that define the process being studied. In the present dissertation, two types of low-cost sensors are characterized, a solar radiation sensor and a soil moisture sensor, built and improved with the purpose of being used in multiple research and academic practices. The working principle of the sensor for humidity estimation is capacitive-resistive. This sensor reacts to the variation in the electromagnetic properties of the soil, contained between its metallic rods. These properties vary proportionally with changes in the water content present in the soil pores. It was developed a mathematical model that estimates the output frequency of the sensor oscillator circuit based on the probe-soil interaction in order to estimate the percentage of moisture present in the soil. By applying the model in a computer algorithm, it was possible to estimate the volumetric soil moisture with an uncertainty of less than ± 3% at a 95% confidence interval. The algorithm can be used for different soil textures by entering the porosity and the electrical conductivity of the saturation extract of the soil as parameters. With regard to the pyranometer, the measurement of solar radiation is of great importance for estimating the evapotranspiration demand of the atmosphere. Despite its importance, solar radiation has not been measured at many weather stations due to the high cost of this sensor. The pyranometer is based on a silicon photodiode, which induces an electric current proportional to the radiation reaching it. Sixteen sensors were built to evaluate their accuracy in estimating solar radiation and the effect of uncertainties in estimating reference evapotranspiration. The sensors were installed in the open field and in the greenhouse, performing continuous measurements for one year in conjunction with a secondary standard thermopile sensor. During this time the sensors showed no physical deterioration nor changes in standard deviation (0,04 MJ.m-2day-1). The uncertainty in the estimation of ETo by the Penman-Monteith algorithm using the low cost sensor was ± 0,22 mm.day-1 for 95%.
metadata.dc.subject.en: Evapotranspiration - Moisture - Analysis
Measurement uncertainty
Astable oscillator
Photodiode
Soil physics - Management
Publisher: Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
metadata.dc.publisher.department: CCAAB - Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Issue Date: 6-Aug-2021
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.date.available: 2023-10-06T22:10:16Z
URI: http://ri.ufrb.edu.br/jspui/handle/123456789/2784
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