CALIBRAÇÃO DE UM SENSOR CAPACITIVO E MONITORAMENTO DA UMIDADE DO SOLO ATRAVÉS DE UMA REDE DE SENSORES SEM FIO

Leonardo Brito Santiago Silva; Marcos Bacis Ceddia; Luiz Carlos Gomes; Cristiano de Souza de Carvalho

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Trabalho

Título do Trabalho

CALIBRAÇÃO DE UM SENSOR CAPACITIVO E MONITORAMENTO DA UMIDADE DO SOLO ATRAVÉS DE UMA REDE DE SENSORES SEM FIO

Autores

Leonardo Brito Santiago Silva
Marcos Bacis Ceddia
Luiz Carlos Gomes
Cristiano de Souza de Carvalho

Modalidade

Resumo

Área temática

Ciências Agrárias - Agronomia

Data de Publicação

27/03/2026

País da Publicação

Brasil

Idioma da Publicação

pt-BR

Página do Trabalho

https://www.even3.com.br/anais/xii-reuniao-anual-iniciacao-cientifica-da-ufrrj-raic/1326030-calibracao-de-um-sensor-capacitivo-e-monitoramento-da-umidade-do-solo-atraves-de-uma-rede-de-sensores-sem-fio

ISBN

978-65-272-2302-3

Palavras-Chave

Umidade do solo, sensores capacitativos, acurácia, calibração.

Resumo

A umidade do solo é uma variável fundamental no sistema terrestre, pois controla a troca de água e energia entre a superfície terrestre e a atmosfera, mas existe certas dificuldades em monitorá-lo em diferentes profundidades. Diversas técnicas têm sido empregadas para estimar a umidade, destacando-se aquelas baseadas em princípios eletromagnéticos (como a constante dielétrica, capacitância, e resistência elétrica do solo), que permitem medições em diferentes profundidades e facilitam a transmissão sem fio dos dados e auxiliando em tomadas de decisão, mas sensores eletromagnéticos utilizados no Brasil são todos desenvolvidos em outros países (importados), o que acarreta custos bastante elevados. O objetivo deste trabalho foi avaliar a acurácia de um sensor capacitivo de alta frequência (HFC) para monitorar a umidade do solo, desenvolvido pelo grupo de pesquisa em água e solos (GASA-UFRRJ). Para avaliar a sensibilidade e acurácia do sensor, foi realizada a calibração em laboratório com vasos de 4,1 L preenchidos com diferentes tipos de solo (constituição orgânica, textura de Areia-franca e Argilo-arenosa). Ao todo, foram montados 8 vasos de monitoramento (quatro tipos de solo e duas repetições). Cada vaso foi preenchido com os referidos solos e em cada um deles foi colocado um tubo de acrílico para permitir que o elemento sensor fizesse leituras sem contato direto com o solo. Em cada vaso, foi calculado a densidade do solo para converter umidade gravimétrica (Ug) em umidade volumétrica (Θ). Cada vaso foi colocado sobre uma balança (modelo: US 31/2 POP-S) com capacidade para 31 quilos para monitoramento da variação do peso conforme variou-se o teor de umidade do solo (Ug). Determinou-se a tensão elétrica (multímetro-modelo: ET-2402B) em diferentes condições de umidade de solo. Iniciou-se o monitoramento medindo a tensão elétrica do solo na condição de TFSA (umidade residual), em seguida, efetuou-se sucessivas leituras conforme o solo ia sendo umedecido até atingir a sua saturação (curva de sorção). Após a saturação, deixou-se o solo secando e efetuou-se sucessivas leituras de tensão elétrica, gerando uma curva dessorção. Ao fim, para cada tipo de solo, gerou-se curvas de sorção e dessorção (Θ x Tensão elétrica) permitindo avaliar a acurácia considerando o efeito histerésico. Para cada curva ajustou-se modelos da estimativa de umidade a partir da tensão elétrica. A acurácia dos modelos foi avaliada através das seguintes métricas: RMSE (Raiz quadrado do erro médio), SD (desvio padrão), MAE (erro médio absoluto), R² e MSE (erro quadrático médio). Com exceção do solo de constituição orgânica, para o qual ajustou-se um modelo polinomial de ordem 2, os demais solos minerais apresentaram um modelo linear que relaciona umidade e tensão. Os resultados obtidos da calibração dos solos em condição de laboratório com diversas classes texturais em função do coeficiente de correlação (R2) e raiz do erro quadrático médio (RMSE), foram: Areia franca obteve R2 = 0,93 e RMSE = 0,0204; Argila-arenosa (1) R2 = 0,95 e RMSE = 0,0187; Argila-arenosa (2) R2 = 0,90 e RMSE = 0,0362, e por último, orgânico R2 = 0,92 e RMSE = 0,0400. Em todos os casos, os modelos apresentaram R2≥0.90 (0.90 a 0,95) e com MAE entre 1.6 a 3,6%, demonstrando que a acurácia do sensor é compatível com os encontrados no mercado e de acordo com as métricas observadas em diferentes trabalhos científicos de calibração. Esses primeiros resultados indicam que a sonda capacitiva apresenta boa estabilidade e reprodutibilidade, gerando curvas de calibração consistentes. Conclui-se que a unidade de monitoramento de umidade desenvolvida apresenta grande potencial como solução tecnológica nacional, aplicável em diferentes áreas e capaz de fornecer informações em tempo real, com perspectivas de patente e ampla utilização em práticas de manejo agrícola e monitoramento ambiental.

Título do Evento: XII Reunião Anual de Iniciação Científica da UFRRJ (RAIC 2025) & VI Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação (RAIDTec 2025)
Cidade do Evento: Seropédica
Título dos Anais do Evento: Anais da Reunião Anual de Iniciação Científica e Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da UFRRJ - Justiça climática: por um mundo mais sustentável, justo e igualitário
Nome da Editora: Even3
Meio de Divulgação: Meio Digital

Como citar

SILVA, Leonardo Brito Santiago et al.. CALIBRAÇÃO DE UM SENSOR CAPACITIVO E MONITORAMENTO DA UMIDADE DO SOLO ATRAVÉS DE UMA REDE DE SENSORES SEM FIO.. In: Anais da Reunião Anual de Iniciação Científica e Reunião Anual de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da UFRRJ - Justiça climática: por um mundo mais sustentável, justo e igualitário. Anais...Seropédica(RJ) UFRRJ, 2025. Disponível em: https//www.even3.com.br/anais/xii-reuniao-anual-iniciacao-cientifica-da-ufrrj-raic/1326030-CALIBRACAO-DE-UM-SENSOR-CAPACITIVO-E-MONITORAMENTO-DA-UMIDADE-DO-SOLO-ATRAVES-DE-UMA-REDE-DE-SENSORES-SEM-FIO. Acesso em: 30/05/2026