Como funcionam os sensores capacitivos de humidade do solo

Compreender o teor volumétrico de água (VWC)

Para compreender como estes dispositivos funcionam, temos de compreender primeiro o que medem, por isso vamos dar um passo atrás e olhar para a humidade do solo - mais especificamente, o Conteúdo Volumétrico de Água (VWC).

O VWC é uma medida da quantidade de água presente num volume de solo, expressa em percentagem do volume. Por exemplo, se 1m³ for constituído por 0,15m³ de ar, 0,35m³ de água e 0,50m³ de minerais do solo, o VMC será 35%.

O VMC é um parâmetro fundamental na ciência do solo e na hidrologia, uma vez que desempenha um papel crítico na determinação das propriedades físicas, químicas e biológicas do solo e no movimento da água através do perfil do solo. A medição do VMC é importante para uma variedade de aplicações, incluindo agricultura, silvicultura, ciências ambientais e engenharia civil. Pode ser medido utilizando várias técnicas, sendo uma das mais eficientes os sensores capacitivos.

A ciência por detrás dos sensores capacitivos de humidade do solo

Para medir o VWC, estes sensores tiram partido da polaridade da água. A polaridade da água refere-se à separação de cargas eléctricas dentro de uma molécula de água. Uma molécula de água é composta por dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio, e os electrões na molécula não estão distribuídos uniformemente. O átomo de oxigénio tem uma maior electronegatividade do que os átomos de hidrogénio, o que significa que atrai mais fortemente os electrões partilhados. Isto resulta numa carga negativa parcial no átomo de oxigénio e numa carga positiva parcial nos átomos de hidrogénio.

Como resultado desta distribuição desigual de cargas, as moléculas de água são polares, o que significa que têm uma extremidade positiva (os átomos de hidrogénio) e uma extremidade negativa (o átomo de oxigénio).

Quando um campo electromagnético é aplicado ao solo, as moléculas de água no seu interior tornam-se sensíveis a esta polaridade. Isto significa que quando a polaridade do campo é alterada, as moléculas de água mudam a sua orientação em resposta. Ao introduzir um campo electromagnético com um sensor de teor de água, torna-se possível detectar e medir o impacto da água no campo. Se o solo contiver mais água, o efeito no campo será maior, fornecendo uma medida indirecta do conteúdo de água do solo.

Os sensores de capacitância utilizam duas sondas (uma com uma carga positiva e outra com uma carga negativa) para formar um campo electromagnético, tal como referido anteriormente. Isto permite-lhes medir a capacidade de armazenamento de carga do material entre as sondas (o solo), que pode então ser relacionada com a quantidade de água no solo que está a ser medida.

Assim, para resumir, a ciência subjacente aos sensores de humidade do solo de capacitância baseia-se na capacidade do solo para armazenar carga eléctrica e os sensores são concebidos para medir a alteração na capacitância entre duas placas condutoras no solo em função do teor de humidade do solo.

Porquê utilizar sensores capacitivos de humidade do solo?

O VWC do solo é um factor importante na produtividade agrícola. É utilizado para determinar a quantidade e o momento da irrigação necessária para manter as condições ideais de humidade do solo para as culturas. A sobre-irrigação pode levar ao encharcamento da água, à lixiviação de nutrientes e à erosão do solo, enquanto a sub-irrigação pode levar à diminuição do rendimento e da qualidade das culturas.

Ao utilizar estes dispositivos, é possível recolher um fluxo constante de dados do solo ao longo do tempo, o que constitui uma ferramenta poderosa para obter informações sobre o comportamento do solo e é especialmente valiosa para tomar decisões baseadas em factos na agricultura de precisão.