BR102013009772B1

BR102013009772B1 - sensor de tensão de água, sistema para caracterização e medições contínuas de água no solo, sistema de indicação de tensão crítica no solo e haste de irrigação

Info

Publication number: BR102013009772B1
Application number: BR102013009772-1A
Authority: BR
Inventors: Adonai Gimenez Calbo; Carlos Manoel Pedro Vaz; Waldir Aparecido Marouelli; Luiz Fernando Porto
Original assignee: Embrapa - Empresa Brasileira De Pesquisa Agropecuária; Tecnicer Tecnologia Cerâmica Ltda
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2020-10-27
Also published as: WO2014172765A1; US10365196B2; US20160223450A1; BR102013009772A2; WO2014172765A8

Abstract

SENSOR DE TENSÃO DE ÁGUA, SISTEMA PARA CARACTERIZAÇÃO E MEDIÇÕES CONTÍNUAS DE ÁGUA NO SOLO, SISTEMA DE INDICAÇÃO DE TENSÃO CRÍTICA NO SOLO E HASTE DE IRRIGAÇÃO. A presente invenção apresenta um sensor de tensão de água com núcleo não sinterizado que possibilita a fabricação, de forma simples, de lotes de sensores similares e padronizados para operação pneumática e com saída de fluxo de ar aproveitável para leitura de tensão de água e para propulsão de gotejamento. O sensor desta invenção é ideal para leituras manuais de tensão de água no solo e para a automatização de sistemas de irrigação por mecanismo pressostático ou de propulsão á gás.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção se refere a um sensor e à correspondente instrumentação para medição e/ou controle da tensão de água podendo ser aplicada na área agrícola e, em especial, na área de controle e automatização de irrigação.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[02] Tensiômetro é um instrumento para medir a força ou tensão com que a água é retida no solo e em outros substratos. O tensiômetro comum usado para manejo da água de irrigação, é constituído por uma cápsula porosa com cavidade cheia de água ligada hermeticamente a um vacuômetro (Soil Science, v. 53, p. 241-248, 1942). Sua faixa de trabalho é entre zero e a pressão barométrica, porém na prática é usado principalmente entre zero e 70 kPa.

[03] O tensiômetro comum é também tomado como um instrumento de referência e de pesquisa nas diversas áreas relacionadas à ciência do solo e geomateriais como a física e manejo do solo, hidrologia, geofísica, geotecnia, ecologia e meio ambiente. A cápsula porosa é empregada como elemento de transdução e de medida da força com que a água é retida no solo, por leitura de pressão negativa da tensão de água em um vacuômetro. A grande limitação do tensiômetro comum é o fato de ser facilmente sujeito ao acúmulo de ar na água contida no interior da cápsula porosa, que mantida sob pressão negativa facilita esta acumulação de ar e torna a resposta do tensiômetro cada vez mais lenta, até que este perca a capacidade útil de resposta. Adicionalmente, após sua manutenção, com a adição de água, retirada de ar e fechamento da tampa a obtenção de novas leituras válidas pode ser demorada.

[04] O aumento da faixa de trabalho e redução das dificuldades relacionadas à manutenção do tensiômetro comum têm sido grandes motivações para o desenvolvimento de novos instrumentos. Particularmente, são almejados novos tipos de tensiômetros e de sensores para manejo de irrigação que sejam mais adequados para a automatização.

[05] No sentido de aumentar sua faixa de trabalho Ridley & Burland 1993 (Geotechnique, v.43, p. 321-324, 1993) desenvolveram um tensiômetro de alto desempenho para aplicações em geologia e engenharia civil que possibilita leitura até 1500 kPa. O tensiômetro de alto desempenho funciona similarmente ao tensiômetro comum exceto por apresentar na cápsula porosa, com elevada pressão de borbulhamento, uma cavidade de volume reduzido na qual está inserido um minúsculo transdutor de pressão. Antes da operação o tensiômetro de alto desempenho é hidratado, sob uma pressão superior a 4000 kPa, por cerca de um dia, dentro de uma câmara de pressão. Este pré-tratamento tem a finalidade de dissolver todas as bolhas de ar que possam atuar como iniciadoras do processo de cavitação. É, no entanto, um instrumento instável, cuja leitura é muitas vezes interrompida pela repentina formação e expansão de bolhas de ar no interior da cavidade. O acúmulo de ar ou embolia no tensiômetro de alto desempenho possui um efeito muito mais grave do que no tensiômetro comum, pois é uma resposta instantânea que ocorre sob pressões negativas de módulo muito superior à pressão barométrica.

[06] No sentido de reduzir as dificuldades relacionadas ao serviço de abrir o tensiômetro e adicionar água (“fluxar”) sem atrasar a obtenção de uma nova leitura válida, as soluções encontradas têm sido diversas. Por exemplo, o documento US7631545 descreve um tensiômetro com um sistema de pistão e mola que possibilita remover o ar da cavidade da cápsula porosa do tensiômetro, contida em um tubo de extensão, com auxílio de um procedimento simples de adição de água que é acionado mediante um movimento rápido do pistão. Outra alternativa mais complexa para superar este mesmo problema do tensiômetro comum é descrita no documento US7437957, onde o equipamento opera na faixa entre 0 e cerca de 70 kPa e dispõe de um mecanismo automático para injeção de água para expulsar o ar que se acumula na cavidade da cápsula porosa. Adicionalmente, no tensiômetro com antena de comunicação do documento US7631545, o transdutor de pressão é colocado ao lado da cápsula porosa para não haver necessidade de correção para a profundidade de inserção do tensiômetro no solo.

[07] Também visando diminuir as atividades de manutenção e aumentar a escala de leitura do tensiômetro comum, o documento DE102009014946 trata de um sistema particular de transduzir a tensão da água no solo em condutividade térmica de um meio poroso, similar em princípio ao sistema descrito por Oliveira (Pesq. Agropec. Bras. v.34, pl417-1425, 1999). Consequentemente, no documento DE102009014946 a medida descrita é indireta e efetuada com um instrumento de medir condutividade térmica de um tecido poroso contido no interior da cápsula porosa. A leitura da tensão da água do solo é obtida mediante curva de calibração não linear entre a tensão da água no solo e a condutividade térmica do material. Como potencialidade adicional deste tipo de sistema reivindica-se a possibilidade de medição da condutividade elétrica do solo. Entretanto, uma limitação importante do sistema é a necessidade de calibração não linear específica para cada sensor.

[08] Sob baixas tensões de água o problema de cavitação, ou seja, o enchimento da cavidade da cápsula porosa do tensiômetro com ar, é pequeno. Esta característica possibilitou o desenvolvimento de sistemas populares de manejo de irrigação doméstico como aquele descrito no documento WO8604212. Neste documento é descrito um sistema no qual a tensão da água no solo é utilizada para diminuir o aperto de estrangulamento de um tubo flexível por onde ocorre a emissão da água de irrigação. E um sistema simples para automação da irrigação, que é efetivo, por exemplo, para manter o solo de um vaso sempre úmido. Trata- se, no entanto, de um sistema extremamente simplificado onde não há leitura da tensão da água no substrato e a regulagem é totalmente dependente da sensibilidade do usuário.

[09] Para um manejo automático mais preciso da irrigação com aplicação em maiores tensões de água, tipicamente entre 20 e 70 kPa, tensiômetros dotados de êmbolo e mola possibilitam o ajuste automático da tensão da água no solo como descrito no documento US3910300. A limitação causada pelo acúmulo de ar na cavidade da cápsula porosa persiste neste sentido.

[010] Com intuito de superar a necessidade de manutenção e a estreita faixa de trabalho dos tensiômetros comuns, a invenção descrita no documento US 3874590 utiliza um material, náilon, por exemplo, que se expande em presença de água para comandar a abertura de um tubo extravasor sempre que a tensão da água supera um dado valor crítico. Trata-se de um conceito interessante, porém, a concreção requer calibração individualizada dos emissores e não possui um sistema interno de quantificação e ajuste das tensões de água aplicadas. O documento W02009024962, descreve um sistema tensiométrico baseado na hidratação de um substrato poroso e expansivo com bloqueio de emissor. Trata-se de um sistema no qual é possível ajustar a tensão crítica da irrigação, em vacuômetro, entre 20 e 70 kPa. O conjunto é relativamente sofisticado e há possibilidade da integração da resposta de vários sensores/emissores para aplicações extensivas de manejo da irrigação. Além da sofisticação que tende a onerar o sistema, ainda há a limitação da faixa de tensão de trabalho como no tensiômetro comum.

[011] As limitações do tensiômetro comum também têm motivado o desenvolvimento de sensores eletrônicos para a medição da umidade volumétrica de solos para aumentar a eficiência dos trabalhos de manejo de irrigação. O documento US4837499 descreve um sensor com revestimento metálico robusto e um núcleo fibroso que entra em equilíbrio com a tensão de água do solo, possibilitando uma aferição não linear entre a capacitância e o teor de umidade do solo, com destaque para aqueles com altos teores de óxido de ferro, matéria orgânica e argila. A resposta deste sistema, no entanto, é influenciada pela salinidade do solo e requer calibração específica para alguns tipos de solo (por exemplo, solos orgânicos, muito argilosos, com altos teores de óxidos de ferro, dentre outros). Outro exemplo é relatado no documento US2009206853, que apresenta um sensor resistivo com resposta melhorada em relação ao sensor do documento US5179347, do mesmo autor, graças ao uso de um revestimento especial. Neste sensor de umidade de solo, uma carcaça de metal dutor perfurada para permeação de água, confere maior robustez ao sensor, enquanto um filtro de revestimento protege e promove o equilíbrio hídrico do núcleo de gesso com dois eletrodos. A condutividade elétrica entre os eletrodos fornece leitura da umidade e o sistema funciona entre tensões de água de 50 e 200 kPa, porém é fortemente influenciado por salinidade e por temperatura.

[012] Novos sistemas de medição de tensão da água no solo que dependem da tensão superficial da água começam a se tornar mais importantes em razão de serem praticamente imunes à variação da salinidade do solo e adicionalmente apresentam pequena variação de resposta em função das temperaturas correntes nos ambientes de cultivo.

[013] Um sistema baseado nesta propriedade é o sensor diédrico do documento WO2011079367. Trata-se de um sistema com aplicações para a determinação dos componentes do potencial e da atividade da água. No sensor diédrico, como o nome técnico sugere, mede-se a tensão da água no solo de acordo com a posição do menisco água/ar no interior de placas de vidro ou de elementos porosos planos fixados em ângulo (diedro), a partir de um ponto de contato no vértice. Uma das principais aplicações dos sensores diédricos é medir a tensão de água no solo com auxílio de elementos porosos e de sistemas ópticos, elétricos ou pneumáticos. É um sistema de resposta linear e com grandes potencialidades para fins de manejo da água de irrigação. Na aplicação pneumática um fluxo de ar sob pressão diminuta, tipicamente de 1 ou 2 kPa, é bloqueado no interior do sensor sempre que a tensão da água diminui e a água preenche o volume da placa na região do orifício de entrada de ar. Para haver durabilidade, o ar utilizado nestas concreções pneumáticas deve ser livre de impurezas e aplicado com baixa vazão.

[014] De uso mais restrito, o sensor Irrigas do documento BR0004264 também é fundamentado na tensão superficial da água, porém quando utilizado no modo pneumático opera durante longos períodos, mesmo em regiões com ar altamente poluído. No sensor Irrigas as camadas externas da cápsula porosa fazem naturalmente a separação do óleo proveniente da poluição do ar ambiente, que em quantidades diminutas não prejudica o funcionamento do sensor, pelo menos dentro de um período de vida útil da ordem de 3 anos. No sistema Irrigas, cápsulas porosas com a cavidade cheia de ar e sem água são submetidas a uma pressão de ar (p) e a tensão da água no solo é medida como a diferença entre o parâmetro pB (pressão de borbulhamento) e a leitura p. Para manejo da irrigação com o sistema Irrigas elementos porosos com valores apropriados de pB são preparados na indústria para atender as diferentes demandas de manejo de irrigação.

[015] Nos processos de aferição da pressão de borbulhamento, em secagem ou dessorção, as cápsulas porosas são colocadas na condição inicial medida por um processo de umedecimento por imersão em água, até estas pararem de succionar água do meio, o que pode ser verificado por pesagem. Na medição da pressão de borbulhamento dessa cápsula porosa imersa em água aumenta-se a pressão de ar na cavidade da cápsula, lentamente, e toma-se nota da menor pressão que causa borbulhamento de ar. Essa pressão é a pressão de borbulhamento em dessorção ou em secagem, e no caso particular dos sensores Irrigas é metaforicamente denominada tensão crítica. A razão disto é que esta pressão também pode ser medida com auxílio de uma câmara de pressão de Richards, medindo em qual tensão de água no solo a cápsula toma-se permeável ao ar. Os valores medidos com borbulhamento e na câmara de Richards são experimentalmente iguais (Bragantia, v.65, n.3, p.501-510, 2006). Comercialmente, por essa razão técnica os sensores Irrigas são vendidos com especificação de sua tensão crítica e um método muito simples de determinar no campo, quando a tensão da água no solo supera este valor. Os agricultores em consequência têm utilizado cápsulas com pressão de borbulhamento, tensão crítica, igual aos valores de tensão de água agronomi cam ente recomendados para a irrigação de diferentes cultivos.

[016] O sensor Irrigas, como descrito no documento BR0004264, possui problemas técnicos relevantes na fabricação de elementos porosos sinterizados com pressão de borbulhamento fmamente ajustada. A obtenção de produto consistente e adequado impõe dificuldades industriais mesmo quando as partículas minerais são bem ajustadas quanto à composição, a granulometria e a temperatura de sinterização. Assim, mesmo com todos estes cuidados, é comum se obter variações de mais de 20% na pressão de borbulhamento ou da tensão crítica destes sensores, quando são removidos do forno. Consequentemente, para a comercialização de sensores com propriedades rigorosas, por exemplo, com erro de 4% na tensão crítica, (e.g. 25±1 kPa), a calibração dos sensores precisa ser feita individualmente em Câmara de Richards (Soil Science, v. 51, p.377-386, 1941). A aferição individual de sensores, no entanto, é um processo lento e oneroso. Há também outros tipos de dificuldades industriais do Irrigas que tem, por enquanto, sofrido com dificuldades técnicas para a produção de sensores com tensões críticas menores que 10 kPa, importantes no cultivo de plantas em substratos, e com tensões críticas maiores que 150 kPa, destinadas principalmente para manejo de irrigação com déficits hídricos controlados em fases específicas do desenvolvimento das culturas.

[017] Um terceiro problema dos sensores Irrigas é de natureza não industrial e é causado pelo ar que vaza das cápsulas porosas e não pode ser aproveitado em tarefas especializadas de manejo de irrigação. Esta limitação, por exemplo, complica o uso do sistema de atmogotejamento descrito no documento BR0803322, um sistema no qual um fluxo de ar, que pode vir do sensor, é utilizado para elevar a água acima de um nível ajustado (propulsão). O atmogotejamento possibilita não só gotejamento sob uma ampla faixa de vazões, começando em valores muito baixos da ordem de 0,060 litros/h e subindo até mais de 4 litros/h, praticamente sem riscos de entupimento dos emissores. Seria, portanto, oportuno o desenvolvimento de um sensor mais compatível para facilitar o manejo de irrigação pelo sistema de atmogotejamento.

[018] Dentro deste contexto, a presente invenção apresenta um sensor de tensão de água no solo com núcleo não sinterizado que possibilita a fabricação, de forma simples, de lotes de sensores similares e padronizados para operação pneumática e com saída de fluxo de ar aproveitável para leitura de tensão de água e para propulsão de gotejamento. O sensor desta invenção é ideal para leituras manuais de tensão de água no solo e para a automatização de sistemas de irrigação por mecanismo pressostático ou de propulsão a gás.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[019] A presente invenção se refere a um sensor (6) de tensão de água no solo (7) e/ou em materiais semelhantes compreendendo, tal sensor, um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar.

[020] A invenção também se refere a um sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo (7) compreendendo, tal sistema: a. um sensor (6) de tensão de água no solo, b. cilindro de ar comprimido (10), c. uma válvula de fechamento (11), d. um restritor (12), e. um transdutor de pressão (13).

[021] A invenção se refere, ainda, a um sistema (60) de indicação de tensão crítica de água no solo (7) compreendendo, tal sistema (60): a. um visor de borbulhamento (37), b. óleo mineral (39), c. uma fonte de ar comprimido, d. um sensor (6) de tensão de água no solo, e. um elemento poroso plano (38), f. resina (41), g. um duto (42A) de entrada de ar do sensor (6), h. um duto (42B) de saída de ar do sensor (6) e, i. um restritor (12).

[022] Adicionalmente, a invenção se refere também a uma haste de irrigação (17) compreendendo, tal dispositivo: a. um sensor (6) de tensão de água no solo, b. um duto (33) de admissão de ar, c. uma câmara (70) contendo um flutuador (21), uma tampa (28) dotada de um orifício de escape de ar (32) e um duto de admissão de água (22), d. um duto (34) de saída de ar, e. um duto de saída de água (30) e, f. uma placa impermeável (24).

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[023] Figura 1: A - Sensor (6) de tensão de água no solo onde (1) elemento poroso de suporte, (2) núcleo não sinterizado, (3) blocos porosos, (4) duto de entrada de ar, (5) duto de saída de ar, (7) solo. B - Sensor (6) de tensão de água no solo dotado de dispositivo de aferição onde (1) elemento poroso de suporte, (2) núcleo não sinterizado, (3) blocos porosos, (4) duto de entrada de ar, (5) duto de saída de ar, (7) solo, (8) cavidade de aferição, (9) duto de aferição.

[024] Figura 2: A - Sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo onde (6) sensor de tensão de água no solo, (10) cilindro de ar comprimido, (11) válvula de fechamento, (12) restritor, (13) transdutor de pressão, (50) duto de ar. B - Sistema para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo adicionado de equipamentos para aferição do sensor (6) onde (10) cilindro de ar comprimido, (11) válvula de fechamento, (12) restritor, (13) transdutor de pressão (14) câmara de Richards, (15) bomba de vácuo, (16) regulador de vácuo, (50) duto de ar, (51) duto de vácuo, (52) duto intermediário.

[025] Figura 3: A - Ilustração de curva típica de leitura de pressão de ar em resposta à tensão de água no solo (7) ajustada com câmara de Richards (14). B - Resposta típica contada a partir do momento da abertura da válvula de fechamento (11), durante uma medição de tensão de água no solo (7) com um sensor (6) de tensão de água no solo (7) previamente equilibrado. A seta contínua representa a leitura da dissipação de pressão tomada no modo dessorção ou de secagem e a seta tracejada representa a leitura da dissipação de pressão causada pelo fluxo de ar, tomada no modo sorção ou umedecimento.

[026] Figura 4: Sistema de aferição da tensão da água no sensor (6) de tensão de água no solo (7), previamente umedecido por imersão em água efetuada por regulação de vácuo parcial com uma bomba de vácuo (seringa) (15) onde (1) elemento poroso de suporte, (2) núcleo não sinterizado, (3) blocos porosos, (4) duto de entrada de ar, (5) duto de saída de ar, (6) sensor de tensão de água, (7) solo, (8) cavidade de aferição, (9) duto de aferição, (10) cilindro de ar comprimido, (11) válvula de fechamento, (12) restritor, (13) transdutor de pressão, (16) regulador de vácuo.

[027] Figura 5: A - Sistema (60) de indicação de tensão crítica de água no solo (7) onde (6) sensor de tensão de água no solo, (7) solo, (10) cilindro de ar comprimido, (11) válvula de fechamento, (12) restritor, (18) vaso, (37) visor de borbulhamento, (38) elemento poroso plano, (39) óleo mineral, (40) diedro, (41) resina, (42A) duto de entrada de ar do sensor, (42B) duto de saída de ar do sensor. B - Sistema de indicação de tensão crítica de água solo (7) onde (6) sensor de tensão de água no solo, (7) solo, (12) restritor, (18) vaso, (37) visor de borbulhamento, (38) elemento poroso plano, (39) óleo mineral, (40) diedro, (41) resina, (42A) duto de entrada de ar do sensor, (42B) duto de saída de ar do sensor, (43) bulbo de borracha, (44) reservatório, (45) válvula unidirecional.

[028] Figura 6 - Sistema (100) de irrigação para rega propelida compreendendo: A) conexão em série de hastes de irrigação (17), instalados em vasos (18) de plantas, alimentados por bifurcações gêmeas (19) de água e de ar e tubos gêmeos (20) de água e de ar; B) bifurcação gêmea (19) para derivação de ar (35), através de um restritor (12), e derivação de água (36) e C) haste de irrigação (17) onde (1) elemento poroso de suporte, (2) núcleo não sinterizado, (3) blocos porosos, (4) duto de entrada de ar, (5) duto de saída de ar, (6) sensor de tensão de água no solo, (7) solo, (21) flutuador , (22) duto de admissão de água, (23) duto superior, (24) placa impermeável, (25) elemento de interface A, (26) elemento de interface B, (27) vedação, (28) tampa, (29) passagem, (30) duto de saída de água, (31) nível da água, (32) orifício de escape de ar, (33) duto de admissão de ar, (34) duto de saída de ar, (70) câmara.

[029] Figura 7: Diagrama de blocos ilustrando as possibilidades de utilização do sensor (6) de tensão de água onde (A) ar comprimido, (B) ajuste de pressão, (C) restritor, (D) sensor de tensão de água, (E) transdutor de pressão, (F) manejo de irrigação, (G) leitura de tensão de água no solo, (H) escape de ar, (I) irrigação automática, (J) escape intermitente de ar, (K) escape contínuo de ar.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[030] O sensor (6) de tensão de água no solo que trata a presente invenção é destinado ao manejo da água de irrigação e pode ser facilmente fabricado em lotes de sensores padronizados e com otimização de faixa de trabalho. E um sensor ideal para aplicações de monitoramento da umidade ou tensão de água no solo e substratos em geral. O sensor funciona por mecanismo pneumático, podendo ser utilizado tanto para leituras manuais, quanto para leituras com coletor de dados. Suas leituras de tensão de água podem ser utilizadas para definir quando e quanto irrigar, e também para automatizar a irrigação. Adicionalmente, por ser um sensor que pode funcionar sem dissipação de ar, é ideal para a fabricação de emissores denominados de haste de irrigação, que atuam automaticamente mediante propulsão pneumática gerada por um fluxo de ar.

[031] Preparado em corpo de elemento poroso (1) com elevada pressão de borbulhamento, impermeável ao ar, quando úmido, o sensor (6) de tensão de água no solo (7) contém partículas hidrofílicas, rígidas e compactadas com dimensões conhecidas para medir, linearmente, a tensão da água do solo entre zero e a pressão de borbulhamento das partículas que compõem o núcleo (2) não sinterizado. É um sensor propicio à fabricação padronizada para atender faixas especificas de tensão de água necessárias em aplicações de manejo de irrigação. O sensor (6) possibilita medidas pneumáticas da tensão da água no solo sem perdas de fluxo de ar, o que facilita o acionamento de novos emissores de água denominados de hastes de irrigação. Nestes emissores o fluxo de ar propulsiona a irrigação, que cessa logo que a frente de molhamento umedece o sensor (6) e bloqueia o fluxo de ar. O sensor desta invenção também pode ser utilizado na fabricação de sistemas de leitura e de aquisição de dados de tensão de água portáteis e estacionários. A faixa de trabalho destes sistemas é entre zero e o módulo da tensão crítica de água, ou pressão de borbulhamento.

[032] O sensor (6) de tensão de água da presente invenção compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1) sendo tal núcleo (2) limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) elásticos e preferencialmente hidrofóbicos de espuma conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) de saída de ar.

[033] Neste sensor (6), a passagem de um fluxo de ar intemamente ao elemento poroso (1) e através do núcleo (2) é possibilitada mediante uma dissipação de pressão que é função da tensão da água no solo e que se torna nula acima de um dado valor crítico característico das partículas utilizadas como enchimento do núcleo (2) (equação 1).

[034] A Figura IA mostra o respectivo sensor (6). O núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) da invenção é, preferencialmente, constituído de material hidrofílico. Ainda preferencialmente, o material hidrofilico do qual o núcleo (6) é constituído apresenta ângulo de molhamento próximo de zero e menor que 26 graus, isto é, com co-seno do ângulo de molhamento superior a 0,9. Diversos tipos de materiais podem ser utilizados na constituição do núcleo (2) do sensor (6) da invenção. Entre estes materiais podem-se citar esferas de vidro e coríndon. O elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) da invenção também é constituído preferencialmente de material hidrofilico apresentando este material, também preferencialmente, co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos materiais podem ser utilizados na constituição do elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) da invenção. Dentre estes materiais podem ser citados a cerâmica, gesso e concreto poroso. Também parte do sensor (6) de tensão de água da presente invenção, os blocos porosos (3) que limitam suas extremidades são constituídos preferencialmente, de materiais porosos, elásticos e preferencialmente hidrofóbicos, como espumas com pressão de borbulhamento menor do que a do material do núcleo, para não obstruir o fluxo do ar. Para o funcionamento com exatidão do sensor (6) de tensão de água no solo (7) da invenção, o elemento poroso de suporte (1) deve possuir, preferencialmente, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que o valor da tensão crítica do núcleo não sinterizado (2). Do ponto de vista prático, para sensores de tensão de água que operam na faixa de zero a 150 kPa é interessante o uso de elementos porosos com pressão de borbulhamento entre 600 kPa e 1200 kPa, sempre que velocidades de resposta menores que 15 minutos não sejam demandadas nas aplicações técnicas.

[035] No sensor de tensão de água da invenção, partículas hidrofílicas, com uniformidade, rigidez e estabilidade, como coríndon ou esferas de vidro, formam o núcleo (2) acomodado no interior de um elemento poroso (1), que é um corpo robusto e com elevada pressão de borbulhamento. Os Blocos porosos (3) mantêm as partículas do núcleo (2), compactadas e em posição estável, independentemente de estarem secas ou conterem água preenchendo os interstícios. Em senso estrito os blocos porosos (3) são dispensáveis, por exemplo, quando o sensor é construído em forma de U. O preparo do sensor sem os blocos porosos, no entanto, não é recomendável, visto que é importante manter-se as partículas não sinterizadas do sensor firmemente posicionadas. Preferencialmente os dois blocos porosos (3) devem ter tensão crítica menor que 2,0 kPa, para não causar erros nas leituras de tensão da água de solos muito umedecidos.

[036] O elemento poroso (1) com elevada pressão de borbulhamento, que é o corpo do sensor, assegura impermeabilidade ao ar através de suas paredes, enquanto mantido em equilíbrio com solos sob tensão de água menor do que a sua pressão de borbulhamento. Como consequência, um fluxo de ar introduzido no duto de entrada de ar (4) do elemento poroso (1), sob condição de equilíbrio, pode ser forçada para o duto de saída de ar (5) mediante a dissipação de uma pressão de ar p dependente da tensão da água no solo (7) de acordo com a equação 1 a seguir: Ts = Pb - p (equação 1) onde Ts é a tensão da água no solo (kPa), Pb é a pressão do ar (kPa), medida com relação a pressão barométrica, aplicada para forçar o borbulhamento através do núcleo (2) do sensor (6) imerso em água e p é a diferença de pressão de ar entre o duto de entrada de ar (4) e o duto de saída de ar (5) tubular do sensor de núcleo (6). Em outras palavras p é a dissipação de pressão do sensor (6) induzida pela passagem de um dado fluxo de ar através do seu núcleo (2) impregnado de água. É importante observar que a pressão de borbulhamento do elemento poroso (1) e dos blocos porosos (3) não entra na equação 1. Primeiro por funcionar como uma parede impermeável, dada a sua elevada tensão crítica e segundo por possuir tensão crítica muito menor que as partículas não sinterizadas do núcleo (2).

[037] Como alternativa de configuração do sensor (6) da invenção pode-se citar a presença adicional de um dispositivo de aferição adjacente ao dito sensor (6). Tal dispositivo é composto por uma cavidade de aferição (8) envolta por um elemento poroso de suporte (1) e por um duto de aferição (9) conforme pode ser observado na Figura 1B. A esta cavidade de aferição (8), pode-se adicionar água, por exemplo, com o auxílio uma seringa, para reduzir a tensão da água no sensor para zero. A seguir, a tensão da água do sensor (6) é ajustada por aplicação de vácuo parcial durante a leitura. Este procedimento dispensa o uso de instrumentos lentos, sofisticados e onerosos de aferição, e pode ser utilizado sempre que o parâmetro tensão critica Pb do sensor (equação 1) é de magnitude inferior ao módulo da pressão barométrica local.

[038] O elemento poroso de suporte (1) do respectivo dispositivo é constituído preferencialmente de material hidrofílico apresentando este material, também preferencialmente, co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos materiais podem ser utilizados na constituição do elemento poroso de suporte (1) do dispositivo de aferição adjacente ao sensor (6) da invenção. Dentre estes materiais podem ser citados a cerâmica, gesso e concreto poroso.

[039] A presente invenção também se refere a um sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo (7), compreendendo: a. um sensor (6) de tensão de água no solo, b. cilindro de ar comprimido (10), c. uma válvula de fechamento (11), d. um restritor (12), e. um transdutor de pressão (13).

[040] O sensor (6) de tensão de água no solo do respectivo sistema (80) compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar. O núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) componente do sistema (80) é constituído, preferencialmente, de material hidrofílico. Ainda, preferencialmente, o material hidrofílico componente do núcleo (2) apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos tipos de materiais podem ser utilizados na constituição do núcleo (2) do sensor (6) componente do sistema (80) da invenção. Entre estes materiais podem-se citar esferas de vidro e coríndon. O elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente do sistema (80) também é, preferencialmente, constituído de material hidrofilico apresentando este material, também preferencialmente, co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos materiais podem ser utilizados na constituição do elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente do sistema (80). Dentre estes materiais podem ser citados cerâmica, gesso e concreto poroso. Os blocos porosos (3) que limitam as extremidades do sensor (6) componente do sistema (80) são constituídos, preferencialmente, de materiais selecionados dentre materiais porosos elásticos e, preferencialmente, hidrofóbicos.

[041] Para o correto funcionamento do sensor (6) componente do sistema (80) da invenção, o elemento poroso de suporte (1) deve possuir, preferencialmente, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que a tensão crítica do núcleo não sinterizado (2).

[042] No referido sistema (80) da invenção, (Figura 2A) o duto (4) de entrada de ar no sensor (6) se conecta ao cilindro de ar comprimido (10) preferencialmente através de um duto de ar (50). Ainda dentro do sistema da invenção (80) a válvula de fechamento (11), o restritor (12) e o transdutor de pressão (13) estão conectados ao duto de ar (50).

[043] Para uso do sensor de núcleo (6) no modo de tensiometria a gás, ou seja, no sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo (7) da invenção, as partículas não sintetizadas do núcleo (2) (Figura 2A) devem estar firmemente fixadas entre os blocos porosos (3) para que não se desloquem, mesmo sob a ação de pressões de ar de até 500 kPa. Neste sistema (Figura 2A), o sensor (6) com as partículas não sinterizadas retendo água por capilaridade mede a tensão de água de maneira contínua de acordo com a dissipação de pressão (p), do fluxo forçado de ar que atravessa o núcleo (2). Esta é a forma simples pela qual a tensão da água no solo (7) modula a diferença de pressão cuja medida é utilizada para aplicar a equação 1 e estimar a tensão da água.

[044] Para o funcionamento do sistema (80), o sensor (6) é acoplado através de um restritor (12), de cobre, vidro ou plástico, que ajusta o fluxo de ar, tipicamente da ordem de 0,5 ml/min. Este fluxo de ar medido à pressão barométrica local é obtido de forma estável e com variação menor que 25%, quando o diferencial de pressão de ar aplicado através da resistência é superior a quatro vezes o valor Pb. Outro aspecto importante neste sistema é que o valor de p é influenciado de maneira muito tênue pelo aumento do fluxo de ar, de tal modo que um aumento de dez vezes no fluxo de ar, por exemplo, um aumento de 0,5 ml/min para 5 ml/min, causa aumento da pressão p menor que 5%. Para a regulagem da pressão de entrada usa-se um cilindro de ar comprimido (10), ou um compressor de ar, por exemplo, com ajuste de pressão de 400 kPa, acima da pressão barométrica, e uma válvula de fechamento (11), que é mantida aberta durante as leituras.

[045] Utilizando-se de fluxos de ar maiores através do núcleo (2), a leitura é mais rápida, porém elevados fluxos de ar seco podem causar erro de secamento, que pode inflar a leitura. Assim, o valor do fluxo de ar utilizado em medições de tensão de água no solo com o sensor (6) deve ser proporcional à secção transversal do núcleo (2) e deve guardar relação não linear com a granulometria das partículas do núcleo (2) que retém a água por capilaridade. Consequentemente, presumindo-se que não haja limitação de permeabilidade de água no elemento poroso (1), maiores fluxos de ar podem ser aplicados à medida que o diâmetro do núcleo (2) e a granulometria de suas partículas não sinterizadas aumentem. Por segurança, no entanto, é sempre interessante utilizar fluxos de ar reduzidos, o que é facilitado quando se trabalha com baixos volumes mortos de ar no sistema. Baixos volumes mortos (< 2 ml) podem ser conseguidos, por exemplo, utilizando-se tubos e conexões com pequeno diâmetro interno, tipicamente da ordem de 0,2 mm.

[046] Em uma concretização preferencial (Figura 2B) o sistema (80) da presente invenção apresenta, adicionalmente, dispositivos responsáveis pela aferição/caracterização do sensor (6) de tensão de água. Os respectivos dispositivos compreendem uma bomba de vácuo (15), um regulador de vácuo (16) e uma câmara de Richards (14). Na respectiva concretização preferencial o regulador de vácuo de conecta à bomba de vácuo (15) e à câmara de Richards através, respectivamente, de um duto intermediário (52) e um duto de vácuo (51). Nesta concretização preferencial (Figura 2B), a tensão da água no solo para a aferição e caracterização do sensor (6) pode ser ajustada, por exemplo, mediante o uso de vácuo parcial, utilizando-se a câmara de Richards (14). No sistema da Figura 2B, a câmara de Richards (14) é um item auxiliar que possibilita os ajustes na tensão de água no solo (7) para aferições do sensor (6) desta invenção. No caso ilustrado, a câmara de Richards é de pressão negativa, e deixa o solo continuamente exposto, o que facilita a aferição dos sensores (6) na faixa entre 0 e 80 kPa. A tensão da água do solo contido na câmara de Richards (14) é, no equilíbrio, igual ao vácuo parcial ajustado através do regulador de vácuo (16) parcial ligado à bomba de vácuo (15).

[047] Na Figura 3A é mostrado o comportamento de resposta linear, com declividade próxima de 1,0, entre a tensão da água no solo e a redução da pressão gasosa indicada pelo sistema (80) contendo a câmara de Richards (14), a bomba de vácuo (15) e o regulador de vácuo (16). No sensor (6), um fluxo contínuo de moléculas de gás a 0,5 ml/min atravessa o núcleo (2) não sinterizado e possibilita a leitura da tensão de água no sistema de aferição ilustrado na Figura 2B. A Figura 3B mostra uma resposta típica contada a partir do momento da abertura da válvula de fechamento (11), durante uma medição de tensão de água no solo (7) com o sensor (6) não sinterizado, previamente equilibrado. A seta contínua representa a leitura da dissipação de pressão tomada no modo dessorção ou de secagem e a seta tracejada representa a leitura da dissipação de pressão causada pelo fluxo de ar, tomada no modo sorção ou umedecimento.

[048] Conforme pode ser observado na Figura 3B, ocorre um aumento de pressão inicial, seguido pela ocorrência de um pico enquanto as partículas do núcleo (2) sofrem desidratação. Após o pico ocorre uma acomodação por histerese, e uma estabilização em valor de pressão ligeiramente menor que o pico em um processo de tênue umedecimento. As leituras apresentadas na Figura 3A foram tomadas após a estabilização da pressão (p), conforme é ilustrado pela seta tracejada na Figura 3B. O crescimento da pressão, ilustrado na figura 3B, ocorre inicialmente sem fluxo de ar através do sensor (6), na fase linear, depois envolve escape de ar, atinge um valor máximo (seta contínua) e finalmente diminui e se estabiliza (seta tracejada).

[049] Um detalhe relevante relativo à equação 1 é que o parâmetro Pb para as partículas do núcleo (2) possui valores ligeiramente diferentes, quando medido no modo secagem (seta contínua - Figura 3B), inicio de borbulhamento, e no modo umidificação, quando passa de pressão de borbulhamento maior para pressão menor (seta tracejada - Figura 3B).

[050] As ilustrações contidas na Figura 3 são válidas para a calibração de um lote de sensores (6) preparados com as mesmas partículas de uma dada especificação granulométrica. Consequentemente, curvas deste tipo são características e representativas dos sensores (6) do lote, preparado com as referidas partículas, ainda que estes possuam dimensões e formas diversas, ou que estejam acomodados em diferentes tipos de elementos porosos (1). Por exemplo, sensores de núcleo (6) miniatura ou sensores de núcleo maiores para facilitar o contato e o equilíbrio de tensão de água com o solo (7). Todos têm a mesma resposta, desde que utilizados com fluxo de ar por unidade de área do núcleo (2) suficientemente pequeno, por exemplo, 0,5 ml/(min.cm2).

[051] O procedimento para a caracterização e a aferição do sensor (6) é mais simples quando este contém uma cavidade de aferição (8), como ilustrado em uma concretização preferencial da invenção mostrada na Figura 4. Com a cavidade de aferição, sempre que Pb para o núcleo (2) seja menor que a pressão barométrica, o uso da Câmara de Richards (14) para as aferições é dispensável. Esta simplicidade existe porque o equilíbrio de tensão da água (T) pode ser induzido em minutos enquanto a estabilização é acompanhada pela leitura contínua do sensor. Na concretização preferencial da Figura 4, é mostrado um sistema de aferição da tensão da água no sensor (6), previamente imerso em água, efetuado por regulação de vácuo parcial com uma bomba de vácuo (15) e um regulador de vácuo (16), ligado ao duto de aferição (9) da cavidade de aferição (8), do sensor (6). A cavidade de aferição (8) possibilita a aferição de sensores com elemento poroso de elevada tensão crítica sem o uso da câmara de Richards (14). Os demais componentes não descritos na Figura 4 são iguais aos anteriormente considerados na figura 2A.

[052] Na figura 4, uma bomba de vácuo (15) muito simples como uma seringa pode ser utilizada. Antes de se definir a tensão de água no sensor este pode ser imerso, ou então pode ser umedecido pela introdução de água na cavidade com auxilio desta seringa. Na sequência ajusta-se a tensão de água mediante o ajuste do vácuo parcial na cavidade.

[053] O uso de cavidade de aferição (8) para calibrações rápidas de sensores de umidade e de tensão de água é muito prática para os sensores de núcleo. O benefício da cavidade de aferição, adicionalmente, pode também ser estendido a outros tipos de sensores, como o Irrigas e o sensor de diedro. A condição necessária é que estes sensores incluam uma cavidade de aferição (8) e que utilizem elementos porosos de elevada tensão critica, de modo que a tensão da água possa ser ajustada conforme descrito anteriormente. A funcionalidade da cavidade de aferição (8) pode ser aplicada a qualquer tipo de sensor de tensão de água ou de umidade do solo.

[054] A presente invenção também se refere a um sistema (60) de indicação de tensão crítica de irrigação. O respectivo sistema (60) compreende: a. um visor de borbulhamento (37), b. óleo mineral (39), c. uma fonte de ar comprimido, d. um sensor (6) de tensão de água no solo, e. um elemento poroso plano (38), f. resina (41), g. um duto (42A) de entrada de ar do sensor (6), h. um duto (42B) de saída de ar do sensor (6) e, i. um restritor (12).

[055] O sensor (6) de tensão de água no solo do respectivo sistema (60) compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar. O núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) componente do sistema (60) é constituído, preferencialmente, de material hidrofílico. Ainda, preferencialmente, o material hidrofílico componente do núcleo (2) apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos tipos de materiais podem ser utilizados na constituição do núcleo (2) do sensor (6) componente do sistema (60) da invenção. Entre estes materiais podem-se citar esferas de vidro e coríndon. O elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente do sistema (60) também é, preferencialmente, constituído de material hidrofílico apresentando este material, também preferencialmente, co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos materiais podem ser utilizados na constituição do elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente do sistema (60). Dentre estes materiais podem ser citados cerâmica, gesso e concreto poroso. Os blocos porosos (3) que limitam as extremidades do sensor (6) componente do sistema são constituídos, preferencialmente, de materiais selecionados dentre materiais porosos elásticos e, preferencialmente, hidrofóbicos.

[056] Para o correto funcionamento do sensor (6) componente do sistema (60) da invenção, o elemento poroso de suporte (1) deve possuir, preferencialmente, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que o valor da tensão crítica do núcleo não sinterizado (2). Valores menores que quatro vezes o valor da tensão crítica do núcleo podem facilitar o escapamento lateral de ar através do elemento poroso suporte (1), o que ocorre caso o solo seque a ponto de atingir tensões varias vezes superior à tensão crítica do núcleo (2) não sinterizado.

[057] No referido sistema (60) o restritor (12) é um restritor de fluxo de ar e o visor de borbulhamento (37) é de vidro, no qual óleo (39) mineral permanece retido dentro do elemento poroso plano (38) fixado em diedro contra a placa de vidro do visor de borbulhamento (37) com uma resina (41). Um orifício no diedro (40) conduz o ar proveniente do sensor (6) de tensão de água através do duto de saída de ar do sensor (42B), quando o solo está seco. A constituição deste indicador de tensão crítica de irrigação assegura que o óleo permaneça sempre sob o visor de borbulhamento (37). O volume de óleo neste borbulhador de diedro é ajustado adicionando-se óleo ao elemento poroso com um conta-gotas. Preferencialmente, sobre o orifício no diedro (40), a distância entre o elemento poroso plano (38) e placa de vidro do visor de borbulhamento varia entre 60 a 90pm. Ainda mais preferencialmente, a distância é de 75 pm.

[058] Em uma concretização preferencial do referido sistema (60) mostrada na Figura 5 A, a fonte de ar comprimido é um cilindro de ar comprimido (10) ou um compressor de ar. Nesta concretização preferencial o sistema (60) compreende, ainda, uma válvula de fechamento (11). Para o funcionamento do sistema a saída de pressão deve ser regulada. Preferencialmente, a saída de pressão é regulada entre 1 a 4 kPa. Ainda mais preferencialmente, a saída de pressão é regulada em 3 kPa. A respectiva pressão de 3 kPa de ar é pequena e não é suficiente para forçar o ar através da água que impregna o núcleo (2) poroso constituído por partículas hidrofílicas, exceto quando o solo já esteja com a tensão da água próxima ou maior que o parâmetro Pb (equação 1).

[059] O bloqueio do fluxo de ar, percebido como o término do borbulhamento é indicativo de que o solo está úmido e a tensão da água no solo é reduzida. Ao contrário, em solo seco, há borbulhamento, porque a tensão da água no solo é maior do que o valor critico característico do sensor (6).

[060] Em outra configuração preferencial do sistema (60) mostrada na Figura 5B o sistema (60) indicador de tensão crítica de irrigação é mais simplificado e mais leve, removendo-se o cilindro de ar comprimido, ou o compressor de ar. Neste caso a pressão é gerada pelo aperto manual de um bulbo de borracha (43) e a limitação da pressão máxima é definida com o auxílio do reservatório (44) para produzir-se o ar comprimido preferencialmente saída de pressão regulada entre 1 a 4 kPa. Ainda mais preferencialmente, a saída de pressão é regulada em 3 kPa. Uma válvula unidirecional (45) de entrada de ar possibilita o acionamento manual repetido. A respectiva pressão de ar (1 a 3 kPa) é pequena e não é suficiente para forçar o ar através da água que impregna o núcleo (2) poroso constituído por partículas hidrofílicas, exceto quando o solo já esteja com a tensão da água próxima ou maior que o parâmetro Pb (equação 1).

[061] O bloqueio do fluxo de ar, percebido como o término do borbulhamento é indicativo de que o solo está úmido e a tensão da água no solo é reduzida. Ao contrário, em solo seco, há borbulhamento, porque a tensão da água no solo é maior do que o valor crítico característico do sensor (6).

[062] Para manejo de irrigação, o sensor (6) é preferencialmente instalado à metade da profundidade efetiva do sistema radicular, enquanto que os dutos 42A e 42B podem ser dependurados com a ponta pendendo em uma estaca, para evitar a entrada de água. Para aferir se a irrigação foi adequada e não está sendo restritiva à exploração do solo pelo sistema radicular, outros sensores de núcleo (6) podem ser instalados em profundidade duas vezes maior que o utilizado para indicar quando irrigar, ou seja, na profundidade efetiva do sistema radicular, onde estão contidas cerca de 80% das raízes.

[063] A medida do sistema (60) de indicação de tensão crítica de irrigação é de natureza discreta e define se o solo está abaixo ou acima de um valor de tensão crítica de água. Este dado é útil e prático porque há valores definidos de tensão crítica de água para o manejo de irrigação da maioria dos sistemas pl anta/sub strato/amb i ente.

[064] A invenção se refere, ainda, a uma haste de irrigação (17) mostrada na Figura 6 e compreendendo tal dispositivo: a. um sensor (6) de tensão de água no solo, b. um duto (33) de admissão de ar, c. um duto (34) de saída de ar, d. uma câmara (70) contendo um flutuador (21), uma tampa (28) dotada de um orifício de escape de ar (32) e um duto de admissão de água (22), e. um duto de saída de água (30) e, f. uma placa impermeável (24).

[065] Na referida haste de irrigação (17), o duto (33) de admissão de ar e o duto (34) de saída de ar são conectados às extremidades do sensor (6) de tensão de água no solo. A câmara (70) contém água de irrigação e é reabastecida pelo duto de admissão de água (22). O duto de saída de água (30) se comunica diretamente com a câmara (70) e indiretamente com o duto de saída de ar (34) através de passagem (29).

[066] O sensor (6) de tensão de água no solo parte integrante da haste de irrigação (17) compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar. O núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) componente da haste (17) é constituído, preferencialmente, de material hidrofílico. Ainda, preferencialmente, o material hidrofílico componente do núcleo (2) apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos tipos de materiais podem ser utilizados na constituição do núcleo (2) do sensor (6) componente da haste (17) da invenção. Entre estes materiais podem-se citar esferas de vidro e coríndon. O elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente da haste (17) também é, preferencialmente, constituído de material hidrofílico apresentando este material, também preferencialmente, co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9. Diversos materiais podem ser utilizados na constituição do elemento poroso de suporte (1) do sensor (6) componente da haste (17). Dentre estes materiais podem ser citados cerâmica, gesso e concreto poroso. Os blocos porosos (3) que limitam as extremidades do sensor (6) componente da haste (17) são constituídos, preferencialmente, de materiais selecionados dentre materiais porosos elásticos e, preferencialmente, hidrofóbicos.

[067] Para o correto funcionamento do sensor (6) componente da haste (17) da invenção, o elemento poroso de suporte (1) deve possuir, preferencialmente, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que o valor da tensão crítica do núcleo não sintetizado (2).

[068] Em uma concretização preferencial, a referida haste de irrigação é parte de um sistema (100) de irrigação para rega propelida compreendendo, tal sistema: A) conexão em série de hastes de irrigação (17), instalados em vasos (18) de plantas, alimentados por bifurcações gêmeas (19) de água e de ar e tubos gêmeos (20) de água e de ar; B) bifurcação gêmea (19) para derivação de ar (35), através de um restritor (12), e derivação de água (36).

[069] Em uma outra concretização preferencial da invenção, o sistema (100) de irrigação contendo a haste de irrigação (17) mostrada na Figura 6 é uma forma simples de irrigar uma linha de vasos (18) utilizando-se um regulador de pressão de água de, preferencialmente, 50 kPa, de ar comprimido (10), de um compressor de membrana, por exemplo, tendo a pressão de saída regulada, preferencialmente, entre 3 e 4 kPa, tubos gêmeos (20) de água e ar conectados ao longo do comprimento, e bifurcações gêmeas (19) de água e ar. O engate da bifurcação gêmea (19) e o tubo gêmeo (20) facilita a organização e evita erros no momento de conectar as hastes de irrigação (17) em série. Nestes tubos gêmeos (20) o diâmetro interno do tubo de água é, preferencialmente, duas vezes maior do que o do ar, por exemplo, 6 mm para a condução de água e 3 mm para a condução do ar, isto porque a viscosidade da água é cerca de 10 vezes maior. A razão de arraste entre os volumes de água e os volumes de ar depende de dimensionamento, porém para o modelo descrito os valores preferenciais são da ordem de 0,3 a 0,7 ml de água por ml de ar. Os tubos gêmeos (20) são acoplados de um lado na bifurcação gêmea nas derivações de ar (35) e derivação de água (36) e do outro ao duto superior (23) de passagem de ar e ao tubo extravasor (22) de água. As bifurcações gêmeas (19), por outro lado, são práticas por incluírem uma derivação de ar (35) com restritores (12) de ajuste do fluxo de ar.

[070] Dentro da haste de irrigação o fluxo controlado de ar impele a água através do duto de saída de água (30) e, deste modo, define a vazão da água aplicada, enquanto o solo permaneça seco e o sensor (6) bloqueia a passagem do fluxo de ar. Neste caso o bloqueio ocorre porque a pressão de entrada é reduzida sendo insuficiente para forçar a passagem do ar através das partículas do núcleo (2), enquanto estas contenham suficiente quantidade de água retida por capilaridade em seus interstícios (equação 1). Para que a haste de irrigação (17) funcione corretamente, o nível de água (31) em seu interior é mantido estável por um flutuador (21) com borracha de vedação que pressionada contra o duto de admissão de água (22) obstrui a entrada de água. Na operação, o duto de admissão de água (22) mantém-se fixado na tampa (28), que é dotada de um orifício de escape (32) de ar.

[071] O ar que entra pelo duto superior (23), desce pelo duto de admissão de ar (33) para o duto de entrada de ar (4), atravessa o núcleo (2) do sensor (6), escoa pelo duto de saída de ar (5), passa pelo duto de saída de ar (34) e atravessa a passagem (29) para finalmente adentrar o duto de saída de água (30) tubular, que conduz a água de rega, por flotação.

[072] No duto de saída de água (30) a tensão superficial da água é um componente chave, pois possibilita que as bolhas de ar introduzidas no duto (30) coalesçam, aumentem de volume e empurrem a água para o alto, ao invés de escoarem juntamente com a água do tubo, na forma de bolhas. Este comportamento de crescimento das bolhas de ar no duto de saída de água (30) é consistente e seguro para aplicações de irrigação sempre que esta estrutura tubular tenha, preferencialmente, diâmetro inferior a 6 mm e, mais preferencialmente, de 2 a 4 mm.

[073] A vedação (27) para obturar aberturas na haste de irrigação (17) facilita a preparação de peças em cerâmica dentro de moldes perfurados. A placa impermeável (24) também pode ser fabricada em termoplástico injetado e deve possuir elemento de interface A (25) e elemento de interface B (26) para conduzir o ar.

[074] Em uma concretização preferencial para ambiente doméstico, os restritores (12) ajustam o fluxo de ar a 3 kPa entre 0,5 e 5 ml/min para a rega de vasos (18). Em uma outra concretização preferencial de aplicação para plantas arbóreas este fluxo de ar através do restritor (12) possui uma ordem de magnitude maior. As hastes de irrigação (17) alongadas da presente invenção contêm relevantes aperfeiçoamentos com relação aos documentos do estado da técnica. As melhorias referem-se à maior simplicidade na distribuição das tubulações, bifurcações gêmeas (19), tubos gêmeos (20), e sensor (6) que possibilita fixação e acionamento direto da haste de irrigação (17).

[075] Em outra concretização preferencial da invenção, a haste de irrigação tem cerca de 150 mm de altura e diâmetro da ordem 35 mm sendo facilmente enterrada no substrato do vaso (18) ou no solo. De maneira opcional, um tubo em L pode ser acoplado, saindo ao nível do topo do duto de saída de água (30), caso se queira gotejamento posicionado lateralmente ao sensor de núcleo (6). Opcionalmente o comprimento da haste de irrigação pode ser aumentado ampliando-se a espessura da placa impermeável (24).

[076] No caso do sistema (100) de irrigação para rega propelida, a conexão em série das hastes de irrigação (17) é feita com simplicidade utilizando as bifurcações gêmeas (19) (Figura 6) para conectar, sem possibilidade de erro, tubos gêmeos (20) que conduzem separadamente o ar e a água. Estes tubos extrudados são preferencialmente pretos para impedir o crescimento de algas. Tipicamente, um compressor de ar miniatura com fluxo de 4 litros por minuto, possibilita a aplicação de mais de 1000 litros de água por dia, o que é suficiente para a maioria das aplicações domésticas.

[077] O sensor (6) da presente invenção é simples e pode ser preparado para atender a demandas agronômicas variadas, começando com tensões de água modestas de 2 a 10 kPa para substratos de vasos (18), passando por valores intermediários entre 15 e 40 kPa para aplicações em horticultura e alcançando valores elevados de até pelo menos 200 kPa para aplicações na fruticultura e na produção de cereais

[078] Em aplicações ao manejo da água de irrigação de substratos com baixa capacidade de retenção de água, demandados tecnicamente para uso em vasos e para mudas, é indicado que a tensão crítica da água ou pressão de borbulhamento (Pb) do núcleo (2) em água na equação 1 seja definido com valores ente 5 e 12 kPa, enquanto que para manejo a campo esta tensão crítica Pb pode ser, na maioria das aplicações, entre 10 e 50 kPa. Sensores (6) com tensões de água maiores, por exemplo, acima de 200 kPa, poderão ser utilizados e, principalmente, para cultivos tolerantes a déficit hídrico e para condições de cultivo que requerem a aplicação de déficit de irrigação regulado, em estádios de desenvolvimento específicos da cultura.

[079] Aplicações de manejo de irrigação podem ser efetivamente implementadas com o sensor (6), tanto com procedimentos manuais quanto com procedimentos automatizados, conforme é ilustrado no diagrama de blocos da Figura 7, que resume os diferentes procedimentos automáticos ou manuais possíveis com a utilização do sensor (6). Na Figura 7, as possibilidades de utilização do sensor (6) de tensão de água envolvem o uso de (A) ar comprimido, (B) o ajuste de pressão, (C) o restritor, (D) o sensor de tensão de água, (E) o transdutor de pressão, (F) o manejo de irrigação, (G) a leitura de tensão de água no solo, (H) o escape de ar, (I) a irrigação automática, (J) o escape intermitente de ar, e (K) sendo o escape contínuo de ar.

[080] Com automatização a despressurização na entrada do sensor de núcleo (6), pode, por exemplo, ser detectada em um pressostato que aciona a irrigação através de uma válvula solenoide. Um temporizador pode complementar o sistema para manter a irrigação durante tempo suficiente para umedecer todo o sistema radicular. Alternativamente, a irrigação é simplesmente desligada quando há aumento da pressão no sensor (6) devido ao umedecimento do solo após a irrigação. Os técnicos de irrigação, em geral, consideram melhor o procedimento temporizado, que assegura infiltração da água em toda a profundidade efetiva do sistema radicular. O método manual de manejo de irrigação, de custo mais reduzido, também pode ser executado com sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo construído com sensor (6), conforme mostrado na Figura 2A, ou com custo ainda mais reduzido empregando- se indicadores de tensão crítica de irrigação conforme é mostrado nas Figuras 5A e 5B.

[081] Tanto o controle com acompanhamento manual, quanto com aquisição automatizada de dados, possibilita o manejo de irrigação correto. Em particular, o manejo automático pode ser efetuado com simplicidade usando o sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água no solo (Figura 2A) e um sistema eletrônico para a coleta automática dos dados (tensão da água no solo, determinada pela equação 1). \n

Claims

1. Sensor (6) de tensão de água caracterizado pelo fato de que compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) de saída de ar, sendo que o elemento poroso de suporte (1) possui, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que a tensão critica do núcleo não sinterizado (2).

2. Sensor (6) de tensão de água de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) é constituído de material hidrofílico.

3. Sensor (6) de tensão de água de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pelo fato de que o material hidrofílico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

4. Sensor (6) de tensão de água de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) é constituído por material selecionado dentre coríndon e esferas de vidro.

5. Sensor (6) de tensão de água de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído de material hidrofílico.

6. Sensor (6) de tensão de água de acordo com a reivindicação 5 caracterizado pelo fato de que material hidrofílico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

7. Sensor (6) de tensão de água de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído por material selecionado dentre cerâmica, gesso e concreto poroso.

8. Sensor (6) de tensão de água de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado pelo fato de que os blocos porosos (3) são constituídos por material selecionado dentre materiais porosos elásticos.

9. Sensor (6) de tensão de água de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8 caracterizado pelo fato de que é dotado de um dispositivo de aferição adjacente ao dito sensor (6).

10. Sensor (6) de tensão de água de acordo com a reivindicação 9 caracterizado pelo fato de que o dispositivo de aferição é composto por uma cavidade de aferição (8) envolta por um elemento poroso de suporte (1) e por um duto de aferição (9).

11. Sistema (80) para caracterização e medições contínuas de tensão de água caracterizado pelo fato de que compreende um sensor (6) de tensão de água, um cilindro de ar comprimido (10), uma válvula de fechamento (11), um restritor (12) e um transdutor de pressão (13), sendo que: i. o sensor (6) de tensão de água compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar, sendo que o elemento poroso de suporte (1) possui, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que a tensão crítica do núcleo não sinterizado (2); ii. o duto (4) de entrada de ar se conecta ao cilindro de ar comprimido (10) através de um duto de ar (50); e iii. a válvula de fechamento (11), o restritor (12) e o transdutor de pressão (13) estão conectados ao duto de ar (50).

12. Sistema (80) de acordo com a reivindicação 11 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) é constituído de material hidrofílico.

13. Sistema (80) de acordo com a reivindicação 12 caracterizado pelo fato de que o material hidrofílico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

14. Sistema (80) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sintetizado (2) é constituído por material selecionado dentre coríndon e esferas de vidro.

15. Sistema (80) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído de material hidrofilico.

16. Sistema (80) de acordo com a reivindicação 15 caracterizado pelo fato de que material hidrofilico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

17. Sistema (80) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído por material selecionado dentre cerâmica, gesso e concreto poroso.

18. Sistema (80) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 17 caracterizado pelo fato de que os blocos porosos (3) são constituídos por material selecionado dentre materiais porosos elásticos.

19. Sistema (80) de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 18 caracterizado pelo fato de que compreende uma bomba de vácuo (15), um regulador de vácuo (16) e uma câmara de Richards (14).

20. Sistema (80) de acordo com a reivindicação 19 caracterizado pelo fato de que o regulador de vácuo de conecta à bomba de vácuo (15) e à câmara de Richards através, respectivamente, de um duto intermediário (52) e um duto de vácuo (51).

21. Sistema (60) de indicação de tensão crítica de água caracterizado pelo fato de que compreende um visor de borbulhamento (37), óleo mineral (39), uma fonte de ar comprimido, um sensor (6) de tensão de água no solo, um elemento poroso plano (38), resina (41), um duto (42A) de entrada de ar e um duto (42B) de saída de ar do sensor (6), e um restritor (12), sendo que: i. o sensor (6) de tensão de água compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar, sendo que o elemento poroso de suporte (1) possui, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que a tensão crítica do núcleo não sinterizado (2); ii. o elemento poroso plano (38) é fixado em diedro (40) contra a placa de vidro do visor de borbulhamento (37) por resina (41); iii. o diedro (40) possui um orifício através do qual é conduzido o ar proveniente do sensor (6); e iv. o ar proveniente do sensor (6) é conduzido pelo duto 42B.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 21 caracterizado pelo fato de que a fonte de ar comprimido é um cilindro de ar comprimido (10) ou um compressor de ar.

23. Sistema de acordo com a reivindicação 22 caracterizado pelo fato de que compreende uma válvula de fechamento (11).

24. Sistema de acordo com a reivindicação 21 caracterizado pelo fato de que a fonte de ar comprimido é um bulbo de borracha (43).

25. Sistema de acordo com a reivindicação 24 caracterizado pelo fato de que o ar comprimido é gerado por meio de compressão manual do bulbo de borracha (43).

26. Sistema de acordo com a reivindicação 24 caracterizado pelo fato de que o sistema compreende um reservatório (44) e uma válvula unidirecional (45) de ar.

27. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 26 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) do sensor (6) é constituído de material hidrofílico.

28. Sistema de acordo com a reivindicação 27 caracterizado pelo fato de que o material hidrofílico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

29. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 28 caracterizado pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) é constituído por material selecionado dentre coríndon e esferas de vidro.

30. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 29 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído de material hidrofdico.

31. Sistema de acordo com a reivindicação 30 caracterizado pelo fato de que material hidrofílico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

32. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 31 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído por material selecionado dentre cerâmica, gesso e concreto poroso.

33. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 32 caracterizado pelo fato de que os blocos porosos (3) são constituídos por material selecionado dentre materiais porosos elásticos.

34. Haste de irrigação (17) caracterizado pelo fato de que compreende um sensor (6) de tensão de água, um duto (33) de admissão de ar, um duto (34) de saída de ar, uma câmara (70) contendo um flutuador (21), uma tampa (28) dotada de um orifício de escape de ar (32) e um duto de admissão de água (22), um duto de saída de água (30) e uma placa impermeável, sendo que: i. o sensor (6) de tensão de água compreende um núcleo não sinterizado (2) envolto por um elemento poroso de suporte (1), tal núcleo limitado em suas extremidades por blocos porosos (3) conectados a um duto (4) de entrada de ar e um duto (5) e saída de ar, sendo que o elemento poroso de suporte (1) possui, no mínimo, uma pressão de borbulhamento 4 vezes maior do que a tensão crítica do núcleo não sinterizado (2); ii. o duto (33) de admissão de ar e o duto (34) de saída de ar são conectados às extremidades do sensor (6) de tensão de água no solo; iii. câmara (70) contém água de irrigação e é reabastecida pelo duto de admissão de água (22); iv. o duto de saída de água (30) se comunica diretamente com a câmara (70) e indiretamente com o duto de saída de ar (34) através de passagem (29); v. o duto (33) de admissão de ar se comunica com duto (4) de entrada de ar através de um elemento de interface A (25) e o duto (34) de saída de ar se comunica com duto (5) de saída de ar através de um elemento de interface B (26); e vi. a placa impermeável (24) juntamente com os elementos de interface A (25) e B (26) separam o sensor (6) de tensão de água no solo dos demais elementos do dispositivo (17).

35. Haste de irrigação (17) de acordo com a reivindicação 34 caracterizada pelo fato de que o núcleo não sintetizado (2) do sensor (6) é constituído de material hidrofilico.

36. Haste de irrigação (17) de acordo com a reivindicação 35 caracterizada pelo fato de que o material hidrofilico apresenta co-seno do ângulo de molhamento maior que 0,9.

37. Haste de irrigação (17) de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 36 caracterizada pelo fato de que o núcleo não sinterizado (2) é constituído por material selecionado dentre coríndon e esferas de vidro.

38. Haste de irrigação (17) de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 37 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído de material hidrofilico.

39. Haste de irrigação (17) de acordo com a reivindicação 38 caracterizado pelo fato de que material hidrofilico apresenta co-seno do ângulo de molhamento superior a 0,9.

40. Haste de irrigação (17) de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 39 caracterizado pelo fato de que o elemento poroso de suporte (1) é constituído por material selecionado dentre cerâmica, gesso e concreto poroso.

41. Haste de irrigação (17) de acordo com qualquer uma das reivindicações 34 a 40 caracterizado pelo fato de que os blocos porosos (3) são constituídos por material selecionado dentre materiais porosos elásticos.