Tecnology of the time domain reflectometry for measuring the soil humidity

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A tecnologia reflectometria no domínio do tempo (Time Domain Reflectometry – TDR), utilizada para medição de umidade do solo, consiste em determinar o valor da constante dielétrica do mesmo. Este valor é baseado no tempo de emissão/reflexão (tempo de trânsito) de um pulso eletromagnético, emitido por um gerador de pulsos, em hastes metálicas paralelas que servem como “guias de ondas”. O valor da constante dielétrica aparente será a do material entre as hastes metálicas, ou seja, a da matriz do solo. Como o solo é um sistema trifásico, tem-se que a constante dielétrica k para o ar é a unidade, para os componentes sólidos entre 2 e 4 e, para a água k é igual a 80. A constante dielétrica aparente é obtida pela relação: ka = ((c t)/(2 L)) 2 , em que c é a velocidade da luz no vácuo, t o tempo de trânsito e L o comprimento das hastes metálicas. Este estudo teve como objetivo determinar a correlação existente entre a constante dielétrica aparente e o conteúdo de água para um solo de textura argilosa e outro de textura arenosa, por meio de ajuste de modelo do tipo polinômio cúbico e comparar os resultados, obtidos por meio dessas equações, com um equipamento TDR comercial. Foi proposto um sistema TDR para medição da umidade do solo composto por: osciloscópio; gerador de pulsos eletromagnéticos; cabo coaxial de 50 Ω; cabo de antena de TV; casador de impedâncias; sondas (hastes metálicas paralelas) com comprimentos de 0,10, 0,15, 0,20, 0,25, 0,30 e 0,35 m, com dois diâmetros de hastes (d 1 = 3,2 mm e d 2 = 6,5 mm). Para o solo arenoso, o melhor ajuste ocorreu para a sonda de 0,30 m de comprimento, com diâmetro de hastes de 3,2 mm, obtendo um coeficiente de determinação ajustado R 2 de 0,954. Para o solo argiloso, o melhor ajuste ocorreu para a sonda de 0,30 m de comprimento, com diâmetro de hastes de 3,2 mm, obtendo-se um coeficiente de determinação ajustado R 2 de 0,923. Quando comparado com um equipamento TDR comercial, o sistema TDR proposto para a determinação da umidade do solo, no intervalo de umidade compreendido entre a capacidade de campo e o ponto de murcha, proporcionou melhores coeficientes de determinação para a sonda de 0,30 m, nos dois solos e comprimentos de sondas estudados. O sistema TDR proposto estimou a umidade do solo argiloso com erro médio relativo de 6,6%, para sonda de 0,30 m, enquanto que o sistema TDR comercial apresentou um erro médio relativo de 58,3%, para as mesmas condições, em que umidade real foi determinada em estufa. The technology of the time domain reflectometry, TDR, used for measuring soil humidity, consists of determining the dielectric constant value of the soil. This value is based on the emission/reflection time (transit time) of an electromagnetic pulse emitted by a pulse generator, in paralleled metallic guides operating as " wave guides ". The value of the apparent dielectric constant will be that of the material between the metallic guides, that is, the one of the soil matrix. Since the soil is a system with three phases, the dielectric air constant, k, is said to be the unity for the solid components between 2 and 4, while for water k equals to 80. The apparent dielectric constant is obtained by the relationship: ka = ((c t)/(2 L) ) 2 , where c is the light speed on vacuum, t the transit time, and L the length of the metallic guides. This study aimed at the determination of the correlation between the apparent dielectric constant and water content for a clayish-textured soil and a sandy-textured soil as well, by adjusting the model of the cubic polynomial type, as well as to compare the results obtained by these equations with a commercial TDR equipment. To measure the soil humidity a TDR system was proposed, which consists of: osciloscope; electromagnetic pulse generator; coaxial cable of 50 Ω; TV antenna cable; impedance matching; probes (paralleled metallic guides) with 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30 and 0.35 m lengths and two-diameter guides (d 1 = 3.2 mm and d 2 = 6.5 mm). For the sandy soil, the best adjustment was obtained with a 30 cm- long probe with 32 mm-diameter guides, then obtaining an adjusted R 2 determination coefficient of 0.954. For the clayish soil, the best adjustment was obtained with a 30 cm-long probe with a 3.2 mm-diameter guides, so obtaining an adjusted R 2 determination coefficient of 0.923. The TDR system proposed for determination of the soil humidity, within the humidity range between the field capacity and the wilting murcha point, provided the best determination coefficients for the 0.30 m probe in both soils and the studied probe lengths, compared with a commercial TDR equipment. The proposed TDR system estimated the clayish-soil humidity with relative error average of 6.6%, for the 0.30 m probe , while the commercial TDR system presented a relative error average of 58.3% for the same conditions under which the real humidity was oven-determined.