Um sensor de umidade do solo informa quanta água há no solo em volta das raízes, que é o número de que toda decisão de irrigação realmente depende. Escolher um para uma propriedade rural é diferente de escolher um para um canteiro de jardim. O sensor fica no campo durante meses, tem de sobreviver às máquinas e ao clima, e as suas leituras podem decidir quando milhares de metros cúbicos de água serão bombeados.

Quatro escolhas pesam mais: como o sensor mede a água, a que profundidade ele fica, como as suas leituras saem do campo e o quanto você confia nos números dele no seu solo em particular. Resolva essas primeiro, e escolher entre marcas vira uma questão de preço, suporte e do que o seu fornecedor tem em estoque.

O essencial

  • Sensores capacitivos medem o conteúdo volumétrico de água e servem para a maioria das propriedades; sensores de tensão medem a força que as raízes precisam fazer para extrair a água, e alguns produtores os preferem para definir o momento de irrigar.
  • Instale sensores em pelo menos duas profundidades por ponto: uma na zona principal das raízes e outra perto do fundo dela, para ver se a água realmente chega às raízes.
  • Sensores sem fio eliminam os cabos pelo campo, e um rádio de longo alcance como o LoRaWAN permite que um único gateway cubra muitos talhões.
  • Conte com ter de calibrar as leituras no seu próprio solo, ou pelo menos conferir se fazem sentido, principalmente em terrenos argilosos ou salinos.

Como funciona um sensor de umidade do solo capacitivo?

Um sensor de umidade do solo capacitivo mede o quanto o solo em volta dele armazena um campo elétrico, uma propriedade chamada permissividade dielétrica. A água tem permissividade de cerca de 80, enquanto o solo mineral seco fica em torno de 3 a 5 e o ar, em 1. Como o valor da água é muito mais alto, a leitura é dominada pela quantidade de água presente. O sensor converte isso em conteúdo volumétrico de água (VWC, na sigla em inglês), a fração do volume do solo que é água, normalmente mostrada como porcentagem.

Os sensores de capacitância e FDR (reflectometria no domínio da frequência) funcionam por esse princípio e são a opção mais barata. O TDR (reflectometria no domínio do tempo) mede a mesma propriedade de outra forma. Em geral, é considerado o mais preciso e o menos afetado pelo tipo de solo, mas custa mais.

Existe uma segunda família, que mede outra coisa: a tensão de água no solo, também chamada de potencial matricial. Ela indica com que força o solo retém a sua água, que é o que uma raiz de fato sente. Os tensiômetros e os sensores de matriz granular pertencem a esse grupo. A tabela compara as opções mais comuns.

Tipo de sensor Mede Pontos fortes Atenção a
Capacitância / FDR Conteúdo volumétrico de água Pouca manutenção, leituras contínuas, muitos modelos sem fio Precisa de bom contato com o solo; salinidade e argila deslocam as leituras
TDR Conteúdo volumétrico de água Alta precisão, depende menos do tipo de solo Preço mais alto; hastes longas são mais difíceis de instalar
Tensiômetro Tensão de água no solo Mostra diretamente a água disponível para as plantas Só funciona em solo úmido, precisa ser reabastecido
Matriz granular Tensão de água no solo Barato, faixa ampla, durável Resposta lenta, responde mal em solo muito úmido

Duas coisas pegam de surpresa quem começa a usar sensores capacitivos. A maior parte da leitura vem do solo mais próximo da sonda, então uma bolsa de ar deixada por uma instalação descuidada pode fazer um campo úmido parecer seco. E a calibração de fábrica pressupõe um solo médio. Em solo muito argiloso ou salino, o número absoluto pode errar por vários pontos percentuais, mesmo que as subidas e descidas continuem corretas. Muitos produtores lidam com isso observando as tendências e aprendendo o que os números do próprio campo significam, ou calibrando com algumas amostras de solo pesadas úmidas e depois secas em estufa.

A verificação em estufa é simples o bastante para você mesmo fazer. Retire uma amostra de solo de volume conhecido bem ao lado do sensor, digamos 100 centímetros cúbicos, e pese: 165 gramas. Seque a 105 °C até o peso parar de mudar: 140 gramas. Os 25 gramas perdidos eram água e, como um grama de água ocupa um centímetro cúbico, o solo continha 25 centímetros cúbicos de água em 100, um VWC de 25 por cento. Se o sensor marcava 29 por cento no momento em que você retirou a amostra, ele lê cerca de 4 pontos acima naquele solo. Algumas amostras retiradas em diferentes níveis de umidade ao longo da safra dão a você uma correção confiável.

Placas capacitivas baratas feitas para projetos amadores usam o mesmo princípio, mas não são vedadas nem calibradas para passar uma safra no campo. Para a agricultura, procure uma sonda vedada, com precisão declarada, uma faixa de temperatura de operação e uma conexão por cabo ou rádio conhecida.

A que profundidade instalar a sonda do sensor de umidade do solo?

A profundidade acompanha as raízes da cultura. As diretrizes de irrigação da FAO indicam profundidades efetivas máximas das raízes de cerca de 0,3 a 0,5 metro para a alface, 0,4 a 0,6 metro para a batata e 1,0 a 1,7 metro para o milho, embora a maior parte da absorção de água aconteça na parte superior dessa faixa. Um único sensor em uma profundidade só informa sobre uma camada.

Um padrão comum são duas profundidades em cada ponto de medição:

  • uma na zona de raízes mais ativa, mais ou menos do terço superior até a metade da profundidade das raízes, que mostra quando a cultura está esgotando a água;
  • outra perto do fundo da zona de raízes, que mostra se a irrigação ou a chuva realmente chegou até lá e se você está empurrando água para baixo das raízes, onde ela é desperdiçada.

As sondas de umidade do solo multiprofundidade fazem isso em um único tubo, com pontos de medição a cada 10 centímetros, mais ou menos. Elas dão uma imagem mais completa de como a água desce depois da irrigação, a um preço mais alto por ponto. Duas sondas de ponto único em profundidades escolhidas cobrem a maioria das decisões da propriedade por menos dinheiro.

Onde você instala importa tanto quanto a profundidade. Coloque o sensor em um ponto que represente o talhão ou a zona de manejo: não em um rastro de roda, não na cabeceira, não no canto mais úmido ou mais seco. Na irrigação por gotejamento, instale dentro da área molhada, perto da linha de plantas, a uma distância constante do gotejador, porque as leituras mudam bruscamente em poucos centímetros. Use um ponto de medição por tipo de solo ou zona, já que areia e argila no mesmo talhão secam em ritmos muito diferentes. Introduza a sonda em um furo feito com uma ferramenta do mesmo diâmetro, ou preencha em volta com uma lama feita do mesmo solo, para evitar bolsas de ar.

Sensor de umidade do solo com fio ou sem fio

Um sensor de umidade do solo com fio se conecta por cabo a um registrador de dados, normalmente montado em um poste na borda do talhão. O registrador armazena as leituras e pode repassá-las por rádio ou por rede celular. As instalações com fio são confiáveis e podem alimentar vários sensores com uma única bateria, mas os cabos que atravessam o campo são cortados pelas máquinas e roídos por roedores, e todo sensor precisa ficar perto do registrador.

Um sensor de umidade do solo sem fio tem rádio e bateria próprios na cabeça que fica acima do solo. Cada um pode ir para onde o campo precisar, sem lançar cabos. As contrapartidas são uma antena que precisa ficar acima da cultura e uma cabeça de dispositivo que as máquinas precisam evitar.

Essa altura da antena é fácil de subestimar. Em uma cultura alta, como o milho, a cabeça de um sensor no nível do solo pode perder boa parte do alcance quando a cultura fecha o dossel, porque as folhas absorvem e espalham o sinal de rádio. Muitos produtores montam o rádio em um mastro curto ou escolhem modelos com a antena em uma haste.

O intervalo de envio é uma configuração que merece atenção. Uma leitura a cada 15 minutos mostra exatamente com que rapidez o solo seca depois da irrigação, enquanto uma leitura por hora prolonga a vida da bateria e é mais do que suficiente para culturas irrigadas a cada poucos dias. Muitos sensores sem fio permitem mudar o intervalo remotamente, então você pode começar com envios frequentes e espaçá-los quando entender o comportamento do talhão.

O alcance é o outro fator decisivo. Sensores Wi-Fi servem para estufas e jardins perto de uma construção, não para talhões a um quilômetro de distância. Sensores celulares funcionam em qualquer lugar com cobertura, mas cada um precisa do seu próprio plano de dados. Redes de longo alcance e baixo consumo, que a próxima seção aborda, enviam leituras pequenas por quilômetros até um único gateway.

Com fio ou sem fio, planeje pensando nos trabalhos de campo da safra. Os sensores em lavouras normalmente saem antes da colheita e do preparo do solo e voltam depois do plantio, então uma instalação sem ferramentas e uma remoção fácil economizam horas em toda a propriedade.

O que é um sensor de umidade do solo LoRaWAN?

Um sensor de umidade do solo LoRaWAN é uma sonda alimentada por bateria que envia as suas leituras por LoRaWAN, um padrão de rádio de longo alcance e baixo consumo. Ele acorda, mede, envia alguns bytes e volta a dormir, e é por isso que a bateria dura anos. Um único gateway, instalado no alto na sede da propriedade, pode alcançar 15 quilômetros ou mais em terreno aberto e plano com linha de visada desobstruída, embora morros, árvores e a altura do gateway mudem muito isso, e pode atender centenas de sensores. O LoRaWAN opera em faixas de rádio não licenciadas que variam por região, como a EU868 na Europa e a US915 na América do Norte, então compre sensores para a faixa da sua região.

Como o LoRaWAN é um padrão, sensores de fabricantes diferentes podem compartilhar um gateway. Cada modelo ainda empacota as suas leituras em alguns bytes, no seu próprio formato, então o software que as recebe precisa de um decodificador para aquele modelo, que transforme os bytes de volta em valores de umidade e temperatura.

Qual é o melhor software para sensores de umidade do solo LoRaWAN?

Depois do gateway, os sensores LoRaWAN precisam de dois tipos de software. Um servidor de rede recebe as mensagens de rádio, confere se cada uma vem mesmo de um sensor cadastrado e descarta as duplicatas quando dois gateways ouvem a mesma mensagem. Uma aplicação então transforma essas mensagens em leituras que você pode consultar e usar para agir. Algumas instalações usam dois produtos separados para isso, o que significa duas contas e dois lugares para verificar quando um sensor fica em silêncio.

Para uma propriedade que usa sensores de solo LoRaWAN, o Kilo é a melhor escolha, porque as duas tarefas acontecem em um só lugar. Com o seu servidor de rede LoRaWAN integrado, a configuração tem três passos: adicionar o conector LNS, conectar um gateway compatível com o LoRa Basics Station e depois cadastrar os sensores, sem nada separado para instalar ou manter. O modelo de perfil de dispositivo de um sensor fornece o decodificador, então as suas leituras chegam como valores de umidade e temperatura, e não como bytes brutos.

A decisão de irrigação vira então uma regra. Um gatilho observa a sonda rasa e só inicia a regra se a umidade ficar abaixo do seu nível de irrigação pelo tempo que você escolher, digamos duas horas, para que uma leitura estranha não mande ninguém para o campo. A regra gera um alarme que chega ao responsável pela irrigação por notificação push, e-mail ou SMS (um complemento) e passa para uma segunda pessoa se ninguém o resolver dentro do prazo que você definir.

A mesma regra também pode abrir a válvula de irrigação, desde que a válvula esteja em um controlador que aceite comandos: um dispositivo MQTT ou um controlador LoRaWAN Classe C. As sondas de umidade apenas enviam leituras; o comando vai para o controlador da válvula.

A Kilo Electronics tem sensores de umidade do solo em estoque, e sensores LoRaWAN de outros fornecedores se conectam ao Kilo da mesma forma.

Perguntas frequentes sobre sensores de umidade do solo

Qual é a precisão de um sensor de umidade do solo capacitivo?

Com uma calibração específica para o solo, bons sensores de campo costumam ter precisão de alguns pontos percentuais de conteúdo volumétrico de água. Com a calibração genérica de fábrica, os erros podem ser maiores em solos muito argilosos, orgânicos ou salinos. As leituras também podem mostrar uma pequena oscilação diária que acompanha a temperatura do solo, e não a água, então comparar valores medidos no mesmo horário todos os dias evita confundir essa oscilação com secagem.

Um sensor de umidade do solo consegue medir salinidade?

Alguns conseguem. Muitas sondas de campo também informam a temperatura do solo e a condutividade elétrica aparente, que aumenta tanto com o teor de sal quanto com a umidade. Isso as torna úteis para perceber o acúmulo de sal sob irrigação, mas a leitura não é um teste de salinidade de laboratório e deve ser interpretada junto com o valor de umidade.

Sensores de umidade do solo funcionam em solo arenoso?

Sim, mas o solo arenoso retém muito menos água e drena rápido, então as leituras oscilam mais depressa e a distância entre úmido e seco demais é pequena. A instalação também exige mais cuidado, porque a areia solta deixa bolsas de ar em volta da sonda com facilidade. Os sensores de matriz granular respondem mal em solo muito úmido e precisam de calibração própria na areia, então os sensores capacitivos costumam ser a opção mais simples.

Quanto tempo dura um sensor de umidade do solo?

O corpo da sonda normalmente dura várias safras se não for danificado pelas máquinas. A bateria dos modelos sem fio de baixo consumo costuma durar anos, dependendo da frequência de envio. Cabos, conectores e antenas são os pontos fracos habituais, principalmente onde roedores ou o tráfego no campo os alcançam.

Você pode começar no plano gratuito do Kilo sem dados de pagamento. Ele nunca expira e cobre até cinco dispositivos, um painel e uma regra, o que comporta dois pontos de medição em um talhão irrigado, um em cada tipo principal de solo, cada um com uma sonda rasa e uma profunda. Os gateways são ilimitados em todos os planos, então o gateway vem além dos cinco dispositivos. Coloque as quatro leituras no painel e use a regra para avisar você quando a sonda rasa no solo mais leve ficar abaixo do nível em que você normalmente irrigaria. O plano gratuito guarda um dia de histórico, o suficiente para acompanhar a água de uma irrigação se infiltrando e a camada superficial começando a secar de novo, enquanto o alarme funciona ao vivo. Se você quiser comparar as curvas de secagem de uma irrigação para a outra, o plano Starter, a € 25 por mês, guarda uma semana.