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Automação de estufa para hortaliças
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia Engenharia de Controle e Automação (Mecatrônica)
ESTUFA INTELIGENTE: Sustentabilidade Automatizada
ESTUFA INTELIGENTE: Sustentabilidade Automatizada
Trabalho de curso como parte do requisito para obtenção do título de graduação em Engenharia de Controle e Automação (Mecatrônica) apresentado à Universidade Paulista – UNIP.
Orientadora: Profª Esp. Priscilla A. Juá Stecanella
Dedicamos esse trabalho a todos os responsáveis que atuaram direta ou indiretamente no projeto e empenharam para que este sonho se tornasse realidade. Às mães sempre pacientes, às esposas sempre tolerantes, às namoradas sempre um pouco intransigentes, aos pais ausentes e também aos presentes, aos amigos de hoje, ontem e amanhã.
Agradecemos primeiramente a DEUS, pois sem ELE nada disso seria possível, e posteriormente aos nossos familiares que nos apoiaram nas horas difíceis, apoiando financeiramente e/ou psicologicamente, não nos deixando desistir jamais. Não podemos deixar de lado os nossos colegas de curso que estudaram, reclamaram, brincaram e ajudaram para a concretização desse sonho, e também nossos queridos e amados professores que são os grandes responsáveis por adquirirmos conhecimento e que tiveram muita paciência com a turma.
O Brasil é um país com um grande território e muitas riquezas naturais, seu clima é muito favorável ao cultivo de várias culturas agrícolas, mas as variações climáticas mundiais vêm se tornando um grande problema para essas culturas. Essas variações estão se tornando cada vez mais frequentes, sejam por atuação do homem e seu completo desinteresse ou pela “mãe natureza”, exigindo do homem uma resposta cada vez mais rápida para um problema cada vez maior, na tentativa de diminuir os estragos por ele feitos. É com este propósito que o objetivo deste projeto foi criado e desenvolvido uma estufa automatizada para plantas, sejam elas decorativas ou hortaliças para consumo, e verificar como o controle das variáveis (temperatura, umidade, ar, água) podem influenciar na produção de alimentos tanto para fins comerciais ou para o autossustento. A cultura plantada e utilizada para este projeto foi a do tomate, onde foram levantados dados de plantação, manejo e cultivo, para efeito de resultados comparativos ao final do projeto. O projeto realizado teve caráter experimental, contendo como principais componentes para a automação do sistema a plataforma Arduino, para controle dos sistemas embarcados, o supervisório Elipse E3, para supervisionamento de todo o processo. Aplicaram-se ideias de sustentabilidade já existentes, aliadas a processos automatizados utilizados no curso de Engenharia de Controle e Automação (Mecatrônica) na cidade de Goiânia. Ao final do projeto foram feitos testes para avaliação e verificou-se que é possível o cultivo da cultura em estudo nessa estufa automatizada, que há um processo sustentável e houve sim a diminuição de recursos utilizados no cultivo. Todavia é preciso fomentar mais pesquisas para tornar o projeto viável para grandes escalas de produção.
Palavras-chave: Estufa Sustentável. Controle e Automação. Arduino. Elipse E3.
Brazil is a country with a large territory and many natural resources, its climate is very favorable for the cultivation of various crops, but global climate changes are becoming a big problem for these crops. These variations are becoming increasingly common, whether by action of man and his complete disinterest or the "mother nature", requiring the man an increasingly rapid response to a growing problem in an attempt to reduce the damage by he made. It is with this purpose that the aim of this project was created and developed an automated greenhouse for plants, whether decorative or vegetables for consumption, and see how the control variables (temperature, humidity, air, water) can influence the production of both food for commercial purposes or for self-support. The crop planted and used for this project was the tomato, where data were collected planting, cultivation and management, for purposes of comparative results at the end of the project. The project was carried out experimentally, containing as main components for the automation system the Arduino platform to control embedded systems, the supervisor Elipse E3, for supervising the entire process. Applied to existing ideas of sustainability, coupled with automated processes used in the course of Automation and Control Engineering (Mechatronics) in Goiânia. At the end of the project were tested for evaluation, and found that it is possible to cultivate the crop in this study greenhouse automated, there is a sustainable process, and so there was a reduction of resources used in cultivation. However we must encourage more research to make the project viable for large scale production.
Keywords: Sustainable Greenhouse. Control and Automation. Arduino. Elipse E3.
ºC - Grau Celsius μA - microampére A - Ampére CO 2 - Gás Carbônico Hz - Hertz K - Kelvin Kb - Kilobyte Lt - Litros m - metros mA - miliampére MHz - Megahertz mm - milímetros mV - milivolts V - Volts Vca - Voltagem corrente alternada Vcc - Voltagem corrente contínua
Com o aumento populacional e uma crescente migração da população para os grandes centros urbanos, faz-se necessário o aumento da produção de alimentos. Uma forma de aumentar essa produção é a otimização e o aproveitamento de espaços que outrora não seriam usados na produção de alimentos, tais como prédios, casas, restaurantes e outros espaços subaproveitados. Com isso diminuem-se as distâncias entre o produtor, fornecedor e o consumidor, de forma a amenizar a utilização do transporte rodoviário, que por sua vez, prejudica o ar com emissões de gases poluidores. Com a produção próxima aos moradores desses centros urbanos, será mais fácil o acesso a alimentos frescos e saudáveis. O crescimento das plantas depende de um conjunto de fatores, dos quais os mais importantes são: temperatura, água, luz, ar e nutrientes. Dentre os nutrientes considerados necessários (essenciais) estão o carbono que é retirado do ar, o hidrogênio e o oxigênio que são retirados da água e, os demais, do próprio solo.
1.1. Objetivo geral
Construção de um protótipo de uma estufa que controle de forma automatizada as intempéries dos agentes meteorológicos (ar, temperatura e umidade). A produção de alimentos pode ser considerada diretamente proporcional às condições climáticas, podendo ser favorável ou não.
1.2. Objetivos específicos
Demonstrar a utilização da plataforma Arduino e seus periféricos (sensores) no controle e automação de todo o sistema; Supervisionar os dados coletados pelos sensores de umidade do solo, temperatura e umidade relativa do ar, através de um supervisório denominado Elipse E3; Mostrar o funcionamento do conjunto Arduino, Elipse e sensores. Este conjunto que serve para controle, supervisão e ativação dos coolers , válvulas do sistema e resistência elétrica, estes últimos que serão responsáveis diretos pela mudança das variáveis climáticas dentro da estufa.
1.3. Justificativa
Atualmente no mercado existem estufas destinadas à produção de várias culturas, e nessas estufas estão sendo usados métodos de irrigação e umidificação sem muito controle, sem um feedback do sistema para melhor controle dos desperdícios. A automação que foi feita através da plataforma Arduino permite: Menor intervenção por parte do homem, diminuindo assim a possibilidade de erros comuns, pois é tudo automatizado; Monitoramento 24hs, através do supervisório; Diminuição da contratação de mão de obra, não utilizando pessoas para a área de irrigação; Maior produtividade e qualidade dos produtos, pois com a automação na estufa a planta receberá aquilo de que necessita na quantidade e na hora certa; Diminuição dos gastos com água e energia na irrigação, pois o gotejamento utiliza o mínimo de água possível e consequentemente energia, que é utilizada para o bombeamento;
2.1 Estufa
Estufa é um ambiente protegido que propicia um micro clima adequado ou próximo ao ideal para o desenvolvimento das culturas. As estufas podem ser pequenas, cobrindo somente uma bancada, ou podem ser grandes e cobrir várias bancadas. O objetivo de uma estufa é absorver o calor proveniente dos raios solares e mantê-lo em seu interior, como pode ser visto na Figura 1. Além desse processo a estufa também protege a planta contra ameaças externas, tais como: pragas, insetos e outros. Outro fator a considerar: como a estufa é coberta, pode-se assim controlar a umidade do solo, evitando que grandes precipitações metereológicas encharquem o solo, atrapalhando a produção. O calor pode ser definido da seguinte forma:
O calor é definido como sendo a forma de transferência de energia através da fronteira de um sistema, numa dada temperatura, a outro sistema (ou o ambiente), que apresenta uma temperatura inferior, em virtude da diferença entre as temperaturas dos dois sistemas. Isto é, o calor é transferido do sistema com temperatura superior ao sistema que apresenta temperatura inferior e a transferência de calor ocorre unicamente devido a diferença entre as temperaturas dos dois sistemas. (BORGNAKKE e SONNTAG, 2009, p.230).
Figura 1 - Processo dentro da estufa Fonte:
2.1.1 Estrutura
Geralmente a estrutura de uma estufa é constituída por materiais plásticos transparentes, que permitem passar toda a radiação emitida pelo sol, fazendo um processo de convecção térmica dentro da estufa, em que as massas de ar quente sobem e as massas de ar frio descem. Essa massa de ar quente, ao ser elevada para a parte superior da estufa, é impedida de se propagar para o meio externo juntamente com a radiação infravermelha. A maioria das estufas são construídas com barras de aço galvanizado e seu teto coberto por plástico denominado filme agrícola, mas também existem estufas com outras estruturas e coberturas, tais como madeira, vidro etc. Define-se convecção térmica como:
A convecção térmica é o processo de transmissão de calor em que a energia térmica se propaga através do transporte de matéria, devido a uma diferença de densidade e a ação da gravidade. Este processo ocorre somente com os fluidos, isto é, com os líquidos e com os gases, pois na convecção térmica há transporte de matéria. (BORGNAKKE e SONNTAG, 2009, p.283).
Durante os períodos favoráveis ao cultivo, todos os agricultores plantam, o que aumenta a oferta (oferta superior ao consumo), ocasionando uma queda de preços, resultando em prejuízo ou lucros baixos. Mesmo durante a época normal de plantio o produtor está sujeito a variações climáticas que de alguma forma afetam o cultivo. Foi em decorrência desses fatores que o homem começou a buscar soluções para controlar o ambiente de cultivo, surgindo então os primeiros cultivos utilizando plásticos em estufas, túneis de cultivo forçado e cobertura de solo. O uso de plástico na agricultura teve sua expansão lenta, porém à medida que seu emprego foi sendo ajustado, expandiu-se rapidamente, proporcionando o desenvolvimento de áreas improdutivas. No Brasil este processo de cobertura por plásticos nas estufas, denomina do plasticultura, teve um grande impulso nas décadas de 70 e 80 com a produção em grande escala de flores e nos meados de 80 é que a produção de hortaliças em estufas tomou amplitude.
