Viabilidade do método de pulsos alternados de calor para medição de fluxo de seiva e conteúdo de água em plantas

• Processo: 21/11190-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2021
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2022
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
• Pesquisador responsável: Mario José Marques Azevedo
• Beneficiário: Paulo Ricardo da Silva Barros
• CNAE: Fabricação de aparelhos e equipamentos de medida, teste e controle ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais ; Atividades profissionais, científicas e técnicas não especificadas anteriormente
• Vinculado ao auxílio: 20/09827-9 - Viabilidade do método de pulsos alternados de calor para medição de fluxo de seiva e conteúdo de água em plantas, AP.PIPE
• Assunto(s): Hidrologia Ciclo hidrológico Transpiração vegetal Consumo de água Sensores
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Eficiência no uso de água | Fenotipagem Funcional de Plantas | fluxo de seiva | transpiração vegetal | Monitoramento de plantas

Resumo

Mudanças climáticas aliadas à mudança no uso da terra têm provocado grandes impactos nos ciclos hidrológicos e conservação de recursos hídricos. Isso representa um grande desafio para a segurança hídrica em diferentes escalas, pois quando os impactos são notados, o problema já se encontra em um estado bem avançado. Por isso é muito importante focarmos no entendimento de como esses processos ocorrem para poder antecipar possíveis respostas da vegetação a essas mudanças e tomarmos medidas preventivas necessárias. Nesse contexto, o monitoramento do funcionamento hídrico da vegetação é um ponto chave para entendermos a importância da vegetação no ciclo hidrológico, e sensores de fluxo de seiva fazem parte da tecnologia base para esse monitoramento do uso de água e status hídrico em tempo real da vegetação. Em seu formato mais simples, os sensores de fluxo de seiva são constituídos de sondas que aplicam calor ao caule das plantas. A dissipação do calor é proporcional ao fluxo de água que passa pelo caule, permitindo monitorar a transpiração e estratégias de uso de água em plantas. Porém, os modelos de sensores de fluxo de seiva disponíveis na literatura científica apresentam uma série de problemas como custo elevado da produção, consumo de muita energia e apresentam problemas para distinguir mudanças no fluxo de seiva de mudanças no conteúdo hídrico da árvore, o que inviabilizam o uso desses sensores em ampla escala. Neste projeto, a PLANTEM (Tecnologias em Plantas e Monitoramento Ambiental Ltda) propõe um novo método de medição de fluxo de seiva: o método de pulso alternado de calor, baseado em um novo princípio de funcionamento (propriedades térmicas alternadas da madeira) e desenho estrutural. Esperamos que esse novo método (1) permita a automatização completa da produção, reduzindo muito seu custo; (2) possua um consumo de energia 100-1000 vezes menor que os sensores atuais; e (3) permita distinguir de forma clara o fluxo de seiva e o conteúdo de água da planta. Para analisar a viabilidade do sensor SF Plantem, com sua nova arquitetura e usando o método de pulsos alternados de calor, iremos I) modelar o sensor de fluxo de seiva, validando fisicamente seu princípio de funcionamento, II) desenvolver e fabricar protótipos do sensor de fluxo de seiva e III) testar o seu funcionamento em relação a sensores de fluxo de seiva comerciais e métodos alternativos de medida de fluxo de água e conteúdo de água da planta. Na primeira fase, contrataremos uma consultoria em modelagem termodinâmica de fluidos, e esperamos gerar um modelo com parâmetros da fisiológicos da árvore e propriedades do sensor, que será utilizado para uma auto calibração do sensor. A segunda fase será a etapa de desenvolvimento de protótipos e testes consecutivos em laboratório para aprimoramento do protótipo. Na fase 3 iremos testar e validar os protótipos de sensores de fluxo de seiva, realizando três experimentos complementares. No primeiro, avaliaremos o funcionamento do sensor, medindo o fluxo em laboratório por meio de uma validação gravimétrica. No segundo, iremos comparar as medidas do sensor SF PLANTEM com dados coletados com um lisímetro gravimétrico, em um experimento com plantas envasadas. E por último, pretendemos comparar dados do sensor SF PLANTEM, com dados do sensor de fluxo de seiva comercial da empresa Australiana ICT e com sensor do método de dissipação de calor. Além disso, mediremos alguns parâmetros da madeira das árvores amostradas para auxiliar na validação do método. A integração de todos dados será analisada por todo o corpo de pesquisadores envolvidos nessa proposta e esperamos no final chegar a um produto viável para comercialização, de simples utilização, e econômico energeticamente. (AU)