Dissertação/Tese LISÍMETRO DE PESAGEM DE BAIXO CUSTO: DESENVOLVIMENTO, CALIBRAÇÃO E AVALIAÇÃO - PPGPV

A gestão eficiente dos recursos hídricos é um dos grandes desafios da agricultura moderna, especialmente em um cenário de crescente demanda por alimentos e de escassez hídrica. A irrigação, essencial para a produção agrícola em diversas regiões, precisa ser aplicada de forma racional e sustentável para evitar o desperdício e a degradação dos recursos naturais. Nesse contexto, a determinação precisa da evapotranspiração, que é a perda de água do solo e das plantas para a atmosfera, torna-se fundamental para a otimização do uso da água na agricultura. Diversos métodos têm sido utilizados para medir a evapotranspiração, incluindo os métodos empíricos baseados em equações climáticas e os métodos diretos, como o uso de lisímetros. Os lisímetros, especialmente os de pesagem, destacam-se por sua alta acurácia, permitindo medir diretamente a variação de massa do solo e da vegetação em um recipiente controlado. No entanto, a construção e operação desses dispositivos geralmente envolvem altos custos, o que limita sua adoção em larga escala, principalmente em cenários de baixa disponibilidade de recursos financeiros. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento, calibração e avaliação de seis lisímetros de pesagem de baixo custo, projetados para se tornar uma alternativa viável e acessível para estudos de evapotranspiração em sistemas agrícolas. O lisímetro desenvolvido integra uma célula de carga a um microcontrolador ATMega 2560, utilizando a plataforma Arduino. A estrutura do equipamento foi projetada em ambiente de modelagem tridimensional e construída com materiais economicamente acessíveis. O processo de calibração do lisímetro envolveu a aplicação de massas de referência conhecidas, com o objetivo de estabelecer a relação entre a variação de massa e o sinal de saída da célula de carga. Os dados coletados permitiram a construção de curvas de calibração que evidenciaram uma alta correlação linear, com coeficientes de determinação (r²) superiores a 0,98, assegurando a precisão das medições. Além disso, foram analisados aspectos como histerese, não-linearidade e repetitividade, elementos cruciais para a validação do dispositivo como uma ferramenta de monitoramento hídrico confiável. Os resultados deste estudo indicam que é possível desenvolver lisímetros de pesagem de baixo custo, que podem se tornar uma solução economicamente viável para o monitoramento hídrico em regiões com recursos limitados. No entanto, os testes evidenciaram a necessidade de modificações e aprimoramentos no sensor utilizado para alcançar a acuracidade necessária para estudos detalhados de evapotranspiração. Embora o uso de microcontroladores como o Arduino seja uma estratégia eficaz para reduzir custos, melhoramentos adicionais são essenciais para garantir que a tecnologia atenda aos padrões de precisão exigidos em aplicações científicas rigorosas. Esses avanços contribuirão para a viabilização de tecnologias de monitoramento hídrico em larga escala, promovendo a sustentabilidade e a eficiência no uso dos recursos hídricos na agricultura.

Efficient water resource management is one of the major challenges of modern agriculture, especially in a context of increasing food demand and water scarcity. Irrigation, essential for agricultural production in various regions, must be applied in a rational and sustainable manner to prevent waste and degradation of natural resources. In this context, accurate determination of evapotranspiration, which is the loss of water from the soil and plants to the atmosphere, becomes crucial for optimizing water use in agriculture. Several methods have been used to measure evapotranspiration, including empirical methods based on climatic equations and direct methods such as the use of lysimeters. Lysimeters, especially weighing ones, stand out for their high accuracy, allowing direct measurement of the mass variation of soil and vegetation in a controlled container. However, the construction and operation of these devices generally involve high costs, limiting their widespread adoption, especially in scenarios with low financial resources. The objective of this work was to develop, calibrate and evaluate six low-cost weighing lysimeters, designed to become a viable and accessible alternative for evapotranspiration studies in agricultural systems. The developed lysimeter integrates a load cell with an ATMega 2560 microcontroller, using the Arduino platform. The equipment's structure was designed in a three-dimensional modeling environment and built with economically accessible materials. The lysimeter calibration process involved applying known reference masses to establish the relationship between mass variation and the load cell's output signal. The collected data allowed the construction of calibration curves that showed a high linear correlation, with determination coefficients (r²) higher than 0.98, ensuring measurement accuracy. Additionally, aspects such as hysteresis, non-linearity, and repeatability were analyzed, which are crucial elements for validating the device as a reliable water monitoring tool. The results of this study indicate that it is possible to develop low-cost weighing lysimeters, which can become an economically viable solution for water monitoring in regions with limited resources. However, the tests revealed the need for modifications and improvements in the sensor used to achieve the necessary accuracy for detailed evapotranspiration studies. Although the use of microcontrollers such as Arduino is an effective strategy to reduce costs, further improvements are essential to ensure that the technology meets the accuracy standards required in rigorous scientific applications. These advances will contribute to the feasibility of large-scale water monitoring technologies, promoting sustainability and efficiency in water resource use in agriculture.