Sistema Automatizado para Determinação de Teor de Umidade do Solo por Micro-ondas: Automated system for microwave soil moisture content determination

GILMAR GONCALVES DE BRITO; Meuse de Nogueira Nogueira Junior; Roberto Quental Coutinho

doi:10.26848/rbgf.v16.5.p2450-2463

Autores/as

GILMAR GONCALVES DE BRITO Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Pernambuco-IFPE / Universiade Federal de Pernambuco-UFPE. https://orcid.org/0000-0003-1288-7318
Meuse de Nogueira Nogueira Junior Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Pernambuco-IFPE https://orcid.org/0000-0001-7670-0765
Roberto Quental Coutinho Universidade Federal de Pernambuco-UFPE https://orcid.org/0000-0003-0471-3908

DOI:

https://doi.org/10.26848/rbgf.v16.5.p2450-2463

Palabras clave:

gravimetria, determinação do teor de umidade, caracterização geotécnica.

Resumen

Neste artigo é apresentado o desenvolvimento de um sistema para determinação do teor de umidade do solo. Um forno de micro-ondas foi modificado com a introdução de um módulo de célula de carga e um módulo microprocessado Arduino, de forma a permitir a captura das medidas de massa. Todo o sistema é controlado e monitorado por um software instalado em um computador, sendo possível a geração de dados gravimétricos das amostras de solo, de modo a se detectar o patamar de massa mínima (massa do solo seco). Para os testes de avaliação do sistema, foram utilizados diferentes tipos de solo, sendo a verificação da precisão dos dados comparados ao método padrão de estufa. Os resultados preliminares demonstraram que o sistema para a determinação de umidade do solo foi capaz de traçar curvas dos padrões de evaporação da água durante o processo de desumidificação, tonando possível a inferência sobre o comportamento das amostras em análise. Estas informações reforçam a ideia da identidade do solo em função das características químicas e estruturais e apontam que essas curvas de saídas de água podem ser usadas como “assinaturas” do tipo e características do solo sob análise e vem acrescentar informações relevantes as áreas de geociências. Além disso, o sistema desenvolvido representa um método rápido, prático, preciso e de baixo custo, sendo uma alternativa acessível para uso em laboratórios.

Palavras-chave: gravimetria, determinação do teor de umidade, caracterização geotécnica.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Biografía del autor/a

GILMAR GONCALVES DE BRITO, Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Pernambuco-IFPE / Universiade Federal de Pernambuco-UFPE.

Departamento de Engenaharia Civil e Ambiental. Grupo de Engenharia Geotécnica de Desastres e Planíceis (GEGEP-UFPE.

Meuse de Nogueira Nogueira Junior, Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Pernambuco-IFPE

especialização em Fotônica pela Universidade Federal de Pernambuco (2000), mestrado em Biofísica pela Universidade Federal de Pernambuco (1998) e doutorado em Ciências da Computação pela Universidade Federal de Pernambuco (2006). Atualmente é professor do ensino técnico e tecnológico do Instituto Federal de Pernambuco, sendo líder do Grupo de Pesquisa em Sistemas Embutidos e Redes de Sensores (GPSERS) e coordenador das ações do Lócus Inovatel de Eletroeletrônica de Pernambuco no IFPE. Tem experiência na área de Sistemas Embutidos, com ênfase em Engenharia Biomédica. Realiza pesquisas acadêmicas e aplicadas atuando principalmente nos seguintes temas: sistemas embutidos em tempo real, IoT e Design System.

Roberto Quental Coutinho, Universidade Federal de Pernambuco-UFPE

graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Pernambuco (1973), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro(1976), doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1986) e pós-doutorado pela University of California at Berkeley - Geotechnical Engineering Group (Prof. James K. Mitchell) nos Estados Unidos (set/1990 a out/1992). Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Pernambuco. Atuou na administração central da UFPE como Diretor da Pós-Graduação na PROPESQ no período de Dez/1995 a Jan/1999; E Pro-Reitor Acadêmico da UFPE no período de Jan/1999 a Out/2003. Neste período foi Presidente do FORGRAD - Fórum de Pró-Reitores de Graduação das Universidades Brasileiras maio/2002 a Out/2003. Tem coordenado e Atuado (desde 1978) em diversos projetos de pesquisas Financiados por CNPq, FACEPE, PRONEX e INTC/MCTI, Ministério das Cidades e Ministério da Integração, etc.

Citas

ABNT. 2012. Associação Brasileira de Normas Técnicas, NBR 16097: Solo – Determinação do Teor de Umidade – Métodos Expeditos de ensaio. Rio de Janeiro.

Alrazaaq, S. N. A. 2016. LabVIEW Based Fuzzy Controller Designed for a Microwave Oven. Tikrit Journal of Engineering Sciences, 23(1), 61–68.

Ansari, S., & Deshmukh, R. R. 2017. Estimation of Soil Moisture Content--A Review. International Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 12(3), 571–577. Retrieved from http://www.ripublication.com

Araújo, M. M. de. 2015. Caracterização de um Modelo Numérico Utilizando Fdtd para uso em Processos de Aquecimento por Micro-ondas em Cavidades Multimodo. Universidade Federal Rural do Semi-Árido.

Arezou, R., Maria, P., & Mehrdad, R. 2020. Assessment of Soil Moisture Content Measurement Methods: Conventional Laboratory Oven versus Halogen Moisture Analyzer. Journal of Soil and Water Science, 4(1), 151–160. doi: 10.36959/624/440

Brocca, L., Ciabatta, L., Massari, C., Camici, S., & Tarpanelli, A. 2017. Soil Moisture for Hydrological Applications: Open Questions and New Opportunities. Water (Switzerland), 9(2). doi: 10.3390/w9020140

Casagrande, A. 1948. Classification and Identification of Soils. Iransactions of the American Society of Civil Engineers, 113(1), 901–930. doi: https://doi.org/10.1061/TACEAT.0006109

Chung, P. W., & Ho, T. Y. 2008. Study on the Determination of Moisture Content of Soils by Microwave Oven Method. Geotechnical Engineering Office, Civil Engineering and Development Department.

Coelho, K. D. S. 2022. Determinação da Matéria Seca de Alimentos Volumosos Úmidos em Estufa e em Micro-ondas. Monografia, Universidade Federal de Uberlândia.

Cordeiro, J. S., Eloi, D. M., Araújo, S., Brito, H., & Da Luz, J. A. M. 2022. Microwave Aquametry According to ASTM D4643-17 for Moisture Determination in Iron ore Tailings / Aquametria de Microondas de acordo com a ASTM D4643-17 para Determinação da Humidade em Rejeitos de Minério de Ferro. Brazilian Journal of Development, 8(1), 5673–5686. doi: 10.34117/bjdv8n1-384

Cormick, A. 2015. Comparing Different Heating Methods for Determination of Moisture Content in Soils (Issue October) [University of Southern Queensland Faculty]. Retrieved from https://eprints.usq.edu.au/29189

Cremon, C., Longo, L., Mapeli, N. C., Silva, L. A. M., & Silva, W. M. da. 2014. Determinação da Umidade de Diferentes Solos do Pantanal Matogrossense via Micro-ondas e Método Padrão. Revista Agrarian, 7(24), 280–288.

de Lima Pereira, F. A., de Medeiros, J. F., da Silva Dias, N., da Silva Sá, F. V., de Lima Silva, S., & Neto, M. F. 2021. Desenvolvimento de Sensor de Umidade do Solo Utilizando o Princípio da Resistência Elétrica. Irriga, 26(1), 29–41.

De Oliveira, L. F. C., & Roque, C. G. 2016. Determinação Da Umidade Do Solo Por Micro-Ondas E Estufa Em Três Texturas De Um Latossolo Vermelho-Amarelo Do Cerrado. Journal of Neotropical Agriculture, 3(4), 60–64. doi: 10.32404/rean.v3i4.1163

Dos Santos, S. L. M., & Da Silva Filho, E. P. 2019. Determinação da Umidade de Solo pelos Métodos Estufa e Forno Micro-Ondas em Diferentes Texturas de um Latossolo Vermelho-Amarelo Sul-Amazônico. Geografia (Londrina), 28(2), 41. doi: 10.5433/2447-1747.2019v28n2p41

Gaspard, K. 2022. Rapid Drying Soils with Microwave Ovens. Louisiana Transportation Research Center. Retrieved from www.vulcanhammer.org

Gomes, R. M. S., Faria, L. F. ., & Sarmento, A. P. 2022. Determinação da Umidade de um Solo Franco Arenoso por Diferentes Métodos de Ensaio. Revista Brasileira de Engenharia e Sustentabilidade, 10(1), 16–27.

Jalilian, J., Moghaddam, S. S., & Tagizadeh, Y. 2017. Accelerating Soil Moisture Determination with Microwave Oven. Journal of Chinese Soil and Water Conservation, 48(2), 101–103.

JASTRZĘBSKA, M. 2019. Practical Application of the Microwave Oven in the Geotechnical Laboratory. Architecture, Civil Engineering, Environment, 12(2), 91–104. doi: 10.21307/acee-2019-026

Kaczmarek, Ł., Jastrzębska, M., & Wejrzanowski, T. 2022. The Impact of Microwave Drying on the Structure of Exemplary Soils—Insights Using X-ray Microtomography. Materials, 15(17), 1–14. doi: 10.3390/ma15175891

Kalnar, Y., Balakrishnan, R., Mann, S., Bidyalakshmi, T., Dawange, S., & Indore., N. 2018. Microcontrollers and Sensors in Post-harvest Application of Agricultural Commodity’s Sorting/ Grading and Storage. 197–202. Retrieved from https://krishi.icar.gov.in/jspui/handle/123456789/13894

Kramarenko, V. V., Nikitenkov, A. N., Molokov, V. Y., Shramok, A. V., & Pozdeeva, G. P. 2016. Application of Microwave Method for Moisture Determination of Organic and Organic-mineral Soils. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 33(1). doi: 10.1088/1755-1315/33/1/012040

Miller, R. J., Smith, R. B., & Biggar, J. W. 1974. Soil Water Content: Microwave Oven Method. Soil Science Society of America Journal, 38(3), 535–537. doi: 10.2136/sssaj1974.03615995003800030042x

Mohamad, H. M., Adnan, Z., Razali, S. N. M., & Zolkefle, S. N. A. 2020. Assessment for Applicability of Microwave Oven in Rapid Determination of Moisture Content in Peat Soil. Journal of Engineering Science and Technology, 15(3), 2110–2118.

Monteiro, R. L., Gomide, A. I., Link, J. V., Carciofi, B. A., & Laurindo, J. B. 2020. Microwave Vacuum Frying of foods with Temperature Control by Power Modulation. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 65, 102473.

Passos, M. N. S., Oliveira, A. M. de, & Gomes, A. K. F. 2019. Aplicações das equações de maxwell. Revista Acadêmica - Ensino de Ciências e Tecnologias IFSP, 4(4), 260–273.

Prokopowicz, P., Pires, P., Michałek, A., Rybak, A., & Khairutdinov, A. M. 2020. Time Necessary for Microwave Drying of Mineral Soils. Journal of Physics: Conference Series, 1614(1). doi: 10.1088/1742-6596/1614/1/012021

Quintino, A. da C., Andrade, P. de J., Silva, T. J. da, & Caneppele, M. A. 2015. Métodos de Determinação de Umidade nos Solos de Cerrado. Enciclopédia Biosfera, 151, 10–17. doi: 10.1145/3132847.3132886

Ribeiro, K. M., Castro, M. H. de C., Ribeiro, K. D., Lima, P. L. T., Abreu, L. H. P., & Barros, K. L. C. 2018. Estudo Comparativo do Método Padrão da Estufa e do Método Speedy na Determinação do Teor de Água no Solo. Brazilian Journal of Biosystems Engineering, 12(1), 18–28.

Rodrigues, M. G. A. 2017. Determinação da Umidade do Solo por Meio do Forno Micro-ondas. Faculdade de Ciências Gerenciais de Manhuaçu.

Sagayaraj, A. S., Kabilesh, S. K., Mohanapriya, D., & Anandkumar, A. 2021. Determination of Soil Moisture Content Using Image Processing-A Survey. Proceedings of the 6th International Conference on Inventive Computation Technologies, ICICT 2021, January, 1101–1106. doi: 10.1109/ICICT50816.2021.9358736

Salas, F. B. F., Gandra, M. de A., & Bertequini, A. B. T. 2018. Controle de Compactação do Solo. Revista Engenharia Em Ação UniToledo, 3(1), 130–146.

Santos, S. L. M. dos, & Filho, E. P. da S. 2019. Determinação da umidade de solo pelos Métodos Estufa e Forno Micro-Ondas em Diferentes Texturas de um Latossolo Vermelho-Amarelo Sul-Amazônico. Geografia (Londrina), 28(2), 41. doi: 10.5433/2447-1747.2019v28n2p41

Shamir, O., Goldshleger, N., Basson, U., & Reshef, M. 2018. Laboratory measurements of subsurface spatial moisture content by ground-penetrating radar (GPR) diffraction and reflection imaging of agricultural soils. Remote Sensing, 10(10). doi: 10.3390/rs10101667

Silva, E. A., Antônio, P., & Benevenute, N. 2021. Influência da Textura e Mineralogia na Determinação da Umidade de Solos Utilizando Micro-ondas. Revista Engenharia de Interesse

Social, 6(7), 90–101. Retrieved from http://revista.uemg.br/index.php/reis/index

Thamer, F. A., Al-wakeel, H. B., Mohammadridha, T., & Ibraheem, Z. T. 2021. An Overview on a Technique to Measure and Control of the Electromagnetic Radiation Inside a Microwave Oven. Iraqi Journal of Computer, Communication, Control and System Engineering, 38–52. doi: 10.33103/uot.ijccce.21.1.4

Usmen, M. A., & Yan Kheng, H. 1986. Use of Microwave Oven for Rapid Determination of Moisture Content of Highway Materials. Transportation Research Record, 68–75.

Younis, S. M. Z., & Iqbal, J. 2015. Estimation of Soil Moisture Using Multispectral and FTIR Techniques. Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 18(2), 151–161. doi: 10.1016/j.ejrs.2015.10.001

Yu, L., Gao, W., Shamshiri, R. R., Tao, S., Ren, Y., Zhang, Y., & Su, G. 2021. Review of Research Progress on Soil Moisture Sensor Technology. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 14(4), 32–42. doi: 10.25165/j.ijabe.20211404.6404

Zolini, G. N., Costa, T. R., Costa Nobre, D. A. da, & Silva, R. S. da. 2022. Eficiência do uso de Micro-ondas para Determinação de Umidade em Grãos de Soja (Glycine max (l.) Merr.): Uso na Radiação Não-ionizante na Agricultura. Diversitas Journal, 7(1), 0071–0081. doi: 10.48017/dj.v7i1.1713