Monitoramento de sistema hidropônico

1. Fundamentação teórica

A área territorial referente à produção agrícola representa um percentual inferior a 20% do total disponível. Em função desse baixo percentual direcionado a produção tradicional, a procura por novos métodos de produção cresce constantemente. Com o objetivode diminuir a dependência do cultivo com o solo, aplicam-se métodos alternativos, como por exemplo a produção hidropônica (NETO;BARRETO, 2012).

A produção hidropônica confere vantagens aos produtores, já que promovem a facilidade no manejo da cultura,aproveitamento dos insumos, controle das condições ambientes, além de possibilitar a produção durante todo o ano (ANTÔNIO, 2004).

O sistema de produção hidropônico, ao ser comparado a métodos de cultivo tradicionais, apresenta redução na quantidade de água e agrotóxicos aplicados, eficiência na produção e maior praticidade para o trabalho manual (DRAGO, 2017).

No Brasil, destacam-se os cultivos hidropônicos baseados no sistema NFT (Fluxo Laminar de Nutrientes). Esse sistemaé composto por um reservatório, um conjunto de bombeamento com sistema de retorno da solução nutritiva e canais de cultivo para posicionamento das plantas. A solução nutritiva circula por meio dos canais, e esse fluxo irriga as raízes das plantas (COSTA, 2009).Em função da acessibilidade e facilidade na implantação e produção, o sistema NFT apresenta ampla aplicação comercial (FELTIM, 2009). A figura 1 representa o sistema NFT para cultivo. 

Figura 1. Sistema hidropônico NFT.

Fonte: Hidrogood, 2019. 

Para monitorar a solução nutritiva e as outras variáveis que interferem no desenvolvimento da produção hidropônica,aplicam-sesistemas eletrônicosquecontribuempara o aumento da produtividade e redução do custo da produção (DOMINGOS, 2019).

A automação da produção hidropônica dispensa vigilância presencial periódicae promove controle e monitoramento dos parâmetros fundamentais para o desenvolvimento do cultivo, como os fatores que influenciam a solução nutritiva (pH, temperaturae condutividade elétrica) e as variáveis provenientes do meio em que a estrutura está localizada (temperatura, umidade e luminosidade) (NETO, 2015).

Com o objetivo de estabelecer as condições necessarías para o desenvolvimento da planta, deve-se avaliar e monitorar constantemente os parâmentros relacionados a solução nutritiva, como o pH, a condutividade elétrica e a temperatura (JUNIOR; FERREIRA; CANATO, 2020). O pH de uma solução nutritiva, em um cultivo de alfaces, deve permanecer na faixa de 6,0 a 6,5, a concentração avaliada pela condutividade elétrica deve estar entre 1,5 mS/cm a 2,5 mS/cm e a temperatura da solução deve manter na faixa de 20°C a 25°C (EMBRAPA, 2000). 

Para monitorar o pH de uma solução nutritiva, pode-se aplicar o sensor pH 4502 C, já que o instrumento apresenta uma faixa de leitura adequada com a necessidade do cultivo de alface. O sensor é composto por dois eletrodos, um de referênciae o outro indicador de vidro. Os eletrodos são combinados em somente uma ponta de prova para realizar a medição (BARON, 2019). A medição do pH de uma amostra está relacionada a diferença de potencial obtida por meio das diferentes concentrações no eletrodo indicador de vidro e na solução (BARON, 2019). A figura 2 representa o sensor pH 4502 C com o eletrodo de medição. 

Figura 2. Sensor pH 4502C + eletrodo.

Fonte: DR Robot, 2016.

Para monitorar a condutividade elétrica de uma solução nutritiva, pode-se aplicar o sensor KS 0429, já que o instrumento demonstra uma faixa de operação adequada com a solicitada para um cultivo de alface. A condutividade elétrica é a capacidade que uma solução apresenta de conduzir corrente elétrica em função dos íons dissolvidos (BARON, 2019). Em uma solução, o fluxo de corrente ocorre em função do deslocamento dos íons formados pela diluição de um sólido, que resulta em cargas elétricas opostas (BARON, 2019). Os íons na solução influenciam o fluxo de corrente que se desloca entre os dois eletrodos do sensor de condutividade elétrica. A medição é feita mergulhando os eletrodos na solução, que encontram-se em uma única ponta de prova, com o objetivo de monitora a condutividade elétrica (BARON, 2019). A figura 3 demonstra o sensor KS 0429 com o eletródo de medição. 

Figura 3. Sensor KS 0429 + eletrodo. 

Fonte: KeyeStudio, 2021.

Para monitorar a temperatura da solução, pode-se aplicar o sensor DS18B20, por apresentar uma ampla faixa de medição que atende a necessidade do cultivo de alface. A temperatura da solução influencia diretamente a região radicular da cultura, já que temperaturas superiores a 27 °C podem prejudicar o processo fotossintético, o teor de água nas folhas, a taxa de expansão foliar e o crescimento da raiz (BREMANKAMP et. al, 2012). A figura 4 representa o sensor DS18B20. 

Figura 4. Sensor DS18B20.

Fonte: Dallas Semiconductor, [2000?].

O controle e monitoramento de um cultivo hidropônico pode ser realizado por meio de sistemas automatizados com aplicação de sensores e atuadores (SOUZA, et. al, 2016).Pode-se ainda agregar aplicativos desenvolvidos para dispositivos móveis que permitam monitorar e auxiliar a produção hidropônica  (VIDI, 2019). A comunicação entre sistemas eletrônicos e interfaces gráficas pode ser aplicada para o controle de uma produção hidropônica (ANTONIOLLI, 2019). Essa transmissão de dados está relacionada ao conceito de IoT (Internet das Coisas), e refere-se a ferramentas que possibilitam o acesso remoto, em conjunto com o fornecimentodeinformações em tempo real (ANTONIOLLI, 2019). Pretende-se monitorar os parâmetros que interferem no desenvolvimento das plantas por meio de sensores. O controle e monitoramento pode ser feito meio do Esp 32. A figura 5 representa o Esp 32. 

Figura 5. Esp 32. 

Fonte: Amazon, 2020.

 

2. Objetivo Geral

O objetivo geral do projeto é desenvolver um sistema de monitoramento de uma horta hidropônica por meio do Esp32 e da interface desenvolvida no Node-Red.

2.1 Objetivos Específicos

O projeto tem como objetivos específicos:

Definir e estudar sensores/atuadores de baixo custo disponíveis e adequados para o sistema hidropônico;

Estudar o Esp 32.

 

3. Materiais e Métodos

Atividade: Revisão bibliográfica. - Materiais/Métodos: Scielo, Portal de Periódicos Capes, Scholar Google, etc.;

Atividade: Definir e avaliar os componentes eletrônicos (sensores, atuadores, conversor AD, bomba d’água) de baixo custo. - Materiais/Métodos: Scielo, Portal de Periódicos Capes, Scholar Google, etc.;

Atividade: Definir e avaliar o Esp32. - Materiais/Métodos: Scielo, Portal de Periódicos Capes, Scholar Google, etc.;

Atividade: Instalar os componentes eletrônicos;

Atividade: Desenvolver a programação. - Materiais/Métodos: Visual Code, Node-Red, Arduino.

 

4. Resultados

Para o desenvolvimento do projeto aplicado para máteria de sistemas embarcados, foi realizado a comunicação dos sensores responsáveis pela leitura das grandezas relacionadas a solução nutritiva (pH, condutividade elétrica e temperatura) com a placa ESP32. Para visualizar dos dados lidos pelos sensores, foi elaborado um dashboard por meio da ferramenta Node-Red. Foi utilizado também o editor de código-fonte Visual Code para elaborar a programação, bem como uma máquina virtual, para possibilitar a comunicação. A figura 6 representa o desenvolvimento da interface pelo Node-Red. 

Figura 6. Desevolvimento dashboard para sensores. 

Fonte: Próprio autor. 

A figura 7 representa o dashboard desenvolvido com os dados de monitoramento da solução nutritiva da horta hidropônica. Na interface, pode-se observar os valores de temperatura da solução, pH e condutividade elétrica ao longo do tempo, e o valor lido instantaneamente pelo Esp32.

Figura 7. Dashboard Node-Red.

Fonte: Próprio autor.

5. Referências

ANTONIOLLI, A.Sistema de monitoramento automatizado para controle de qualidade de água em sistema aquapônico.2019.Trabalho de Conclusão de Curso(Bachareladoem Engenharia de Computação e Informação) -Universidade do Vale do Taquari, Lajeado, 2019.

ANTONIO, I. C.; ARAÚJO, J. A. C. Perfil horizontal da temperatura diurna em cultivo de alface, no sistema de hidroponia NFT, em Jaboticabal (SP).Científica, v.32,n. 1,p.30-34, 2004. Disponível em: https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/191676/1/306-8-Cientifica-pg-30-34.pdf

BARON, L. C. Avaliação da viabilidade técnica de dispositivos de baixo custo para automação de um sistema hidropônico NFT. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Energia na Agricultura) - Universidade Estadual do Oeste Paulista, Cascavel, 2019. 

BREMENKAMP, D. M. et. al. Efeito da temperatura da solução nutritiva no crescimento da alface (Lactuca sativa L.) em hidroponia. Horticultura Brasileira, v. 30, n. 2, p. 596-604, jul. 2012. Disponível em: http://www.abhorticultura.com.br/EventosX/Trabalhos/EV_6/A5373_Comp.pdf. Acesso em: 12 mai. 2021. 

COSTA, E.; LEAL, P. A. M. Produção de alface hidropônica em três ambientes de cultivo.Engenharia Agrícola,v. 29,n. 3,p.358-369,jul./set. 2009. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/eagri/v29n3/a03v29n3.pdf

DOMINGOS, A. S. Sistema de monitoramento de cultivo hidropônico.Orientador: Odilson Tadeu Valle. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso(Bacharelado em Engenharia de Telecomunicações) -Instituto Federalde Santa Cataria, São José, 2019.

DRAGO, A. Z. PENA, J. G. C. Estudo e desenvolvimento de um sistema automático para cultivo de hortaliças pelo sistema hidropônico através de controleembarcado.Esfera Acadêmica Tecnologia,v. 2,n. 2,p.25-28, 2017. Disponível em:https://multivix.edu.br/wp-content/uploads/2018/10/revista-esfera-tecnologia-v02-n02-artigo-02.pdf

EMBRAPA. Circular Técnica: Principios de Hidroponia. Brasília: [s.n.], 2000. 

FELTRIM, A. L. et al. Produção de alface americana em solo e em hidroponia no inverno e verão, em Jaboticabal, SP.Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental,v. 9,n. 4,p. 505-509,mai.2005. Disponível em:https://www.scielo.br/pdf/rbeaa/v9n4/v9n4a10.pdf

NETO, A. J. et al. Monitoramento de um circuito hidropônico através de um circuito de automação e controle.Ciência exatas e tecnológicas,v. 3,n. 1,p. 105-116, nov. 2015. Disponível em: https://periodicos.set.edu.br/fitsexatas/article/view/2644/1534

NETO, E. B., BARRETO, L. P. As técnicas de hidroponia.Anais da Academia Pernambucana de Ciência Agronômica, v. 8-9, p. 107-137, 2011-2012. Disponível em: https://core.ac.uk/download/pdf/228884069.pdf

OHSE, S. et al. Qualidade de cultivares de alface produzidos em hidroponia. Scientia Agrícola, v.58, n.1, p.181-185, jan./mar. 2001. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/sa/v58n1/a27v58n1.pdf

OLIVEIRA, F. P. Desenvolvimento de aplicativos nativos Android e IOS para restaurante universitário da UFRJ.2018. Trabalho de Conclusão de Curso(Bachareladoem Engenharia da Computação) -UniversidadeFederal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2018.

SOUZA, A. S. et. al. Horta hidropônica automatizada por microcontrolador. In: MOSTRA NACIONAL DE ROBÓTICA, 6., 2016, Bahia. Anais eletrônicos[...]. Bahia: MNB, 2016. Disponível em: http://sistemaolimpo.org/midias/uploads/041a39b02a1a5bb1d271f19551ba9396.pdf.

VIDI, A. F. Megapônico:automação de estufa agrícola para plantio hidropônico controlada por aplicativo. Revista Científica Semana Acadêmica,v.1, n.167, p.1-18, mai. 2019. Disponível em: https://semanaacademica.com.br/system/files/artigos/artigo_final_tcc_ii_corrigido_1_0.pdf

 

[ID:15] Autor: - Criado em: 2021-04-27 03:57:49 - [ Compartilhar ]