Perfilômetro de hastes eletrônico para mensuração da mobilização do solo

Abstract

Resumo: A perfilometria do solo, avalia a área mobilizada, o empolamento, a espessura da camada e a rugosidade, sendo uma técnica eficaz para monitorar a qualidade do preparo mecanizado em lavouras. Embora a perfilometria eletrônica tenha avançado, desafios ambientais como a incidência solar e a refletância do solo ainda persiste. Assim, novos estudos com sensores de elevada precisão são alternativas para superar desafios atuais relacionados à precisão das medições em campo. O emprego das hastes é uma alternativa para mitigar as dificuldades de aferição na interface sensor solo, o que associa técnicas avançadas às já validadas e difundidas. Portanto, objetivou-se desenvolver um perfilômetro de hastes com funcionamento eletrônico e determinar o princípio de medição mais adequado para avaliar a rugosidade do solo. Para isso, foram comparados diferentes sensores, baseados em emissão e recepção de luz, pulsos de laser e reflexão de ondas sonoras. A validação do perfilômetro foi conduzida em distintas condições de rugosidade e avaliadas em três operações de preparo do solo, com os resultados comparados ao método padrão, em laboratório e campo. O experimento em laboratório foi realizado em um delineamento inteiramente casualizado, no qual foram avaliados os perfilômetros convencional e eletrônico (laser, lidar e ultrassônico), considerando cinco parâmetros de perfilometria (rugosidade modificada, área elevada, área mobilizada, empolamento e espessura), com sete repetições para cada tratamento. No campo, o experimento em faixas, conduzido no delineamento de blocos casualizado, avaliou os dois perfilômetros e diferentes tipos de grades (grade aradora, grade niveladora e duas passadas da grade niveladora), também com sete repetições. No uso da ferramenta, avaliou o perfilômetro eletrônico e a operação de preparo do solo clássico (grade aradora e duas passadas da grade niveladora), com cinco repetições. Os dados coletados foram submetidos aos testes de normalidade e homogeneidade da variância. Para os dados que atenderam os pressupostos, foi aplicado o teste F, enquanto para aqueles que não atenderam, utilizou-se o teste H. Após verificar essas condições, foi realizada a análise de variância para identificar os efeitos significativos. Quando os testes F e H indicaram significância, as médias foram comparadas pelo teste de SNK (p = 0,05). Em ambiente laboratorial, o perfilômetro eletrônico demonstrou desempenho e confiabilidade satisfatórios quando comparado ao método convencional, evidenciando a validação da fase do equipamento desenvolvido. O sensor ultrassônico se destacou como o mais confiável para a leitura das hastes, devido à maior amplitude de seu feixe, que favoreceu a detecção. No campo, o perfilômetro apresentou variações de medida associadas principalmente a área elevada e mobilizada. A maior imersão das hastes do perfilômetro convencional pode ter subestimado os valores altimétricos. As variações nos parâmetros de preparo estão diretamente relacionadas às condições do solo e às características do implemento utilizado. Durante o uso da ferramenta em campo, as diferentes operações de preparo do solo não provocaram alterações significativas nos parâmetros de perfilometria avaliados

Abstract: Soil profilometry evaluates the mobilized area, swelling, layer thickness and roughness, and is an effective technique for monitoring the quality of mechanized tillage in crops. Although electronic profilometry has advanced, environmental challenges such as solar incidence and soil reflectance still persist. Thus, new studies with high-precision sensors are alternatives to overcome current challenges related to the accuracy of field measurements. The use of rods is an alternative to mitigate the difficulties of measurement at the soil-sensor interface, which associates advanced techniques with those already validated and disseminated. Therefore, the objective was to develop an electronic rod profilometer and determine the most appropriate measurement principle to assess soil roughness. For this purpose, different sensors based on light emission and reception, laser pulses and sound wave reflection were compared. The profilometer validation was conducted under different roughness conditions and evaluated in three soil preparation operations, with the results compared to the standard method, in the laboratory and in the field. The laboratory experiment was carried out in a completely randomized design, in which conventional and electronic profilometers (laser, lidar and ultrasonic) were evaluated, considering five profilometry parameters (modified roughness, raised area, mobilized area, swelling and thickness), with seven replicates for each treatment. In the field, the strip experiment, conducted in a randomized block design, evaluated the two profilometers and different types of harrows (plowing harrow, leveling harrow and two passes of the leveling harrow), also with seven replicates. In the use of the tool, the electronic profilometer and the classic soil preparation operation (plowing harrow and two passes of the leveling harrow) were evaluated, with five replicates. The collected data were subjected to normality and homogeneity of variance tests. For the data that met the assumptions, the F test was applied, while for those that did not, the H test was used. After verifying these conditions, the analysis of variance was performed to identify the significant effects. When the F and H tests indicated significance, the means were compared by the SNK test (p = 0.05). In a laboratory environment, the electronic profilometer demonstrated satisfactory performance and reliability when compared to the conventional method, evidencing the validation of the developed equipment phase. The ultrasonic sensor stood out as the most reliable for reading the rods, due to the greater amplitude of its beam, which favored detection. In the field, the profilometer presented measurement variations associated mainly with the elevated and mobilized area. The greater immersion of the conventional profilometer rods may have underestimated the altimetric values. The variations in the preparation parameters are directly related to the soil conditions and the characteristics of the implement used. During use of the tool in the field, the different soil preparation operations did not cause significant changes in the evaluated profilometry parameters