Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPDispositivo a base de grafito: resistente a la corrosiónLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
Los productores agrícolas brasileños tienen a su disposición dos nuevos modelos de sensores de humedad del suelo desarrollados en el país. Uno de estos dispositivos, creado en el Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (IB-Unicamp) y licenciado a la empresa Galembetech, una spin-off de la universidad, difiere de otros instrumentos similares que existen en el mercado debido a un detalle importante: emplea material conductor no metálico, a base de grafito, lo que lo hace resistente a la corrosión. De este modo, su durabilidad es mayor. Por esta innovación, el biólogo Eduardo Galembeck y el estudiante de ingeniería Yago Sampaio Guido recibieron el Premio Inventores Unicamp 2023, en la categoría Propiedad Intelectual Licenciada.
La firma ya ha fabricado un lote de 50 unidades del sensor. “Nuestra idea inicial es dar a conocer el producto y luego de ello ponerlo a la venta en tiendas de productos agrícolas y páginas web agropecuarias”, dice Galembeck. A futuro, para ganar escala, la startup tercerizará la producción. Según el investigador, miembro asociado de Galembetech y docente en el IB-Unicamp, ya se ha presentado una solicitud de patente del sensor.
El segundo sensor es fruto de un trabajo realizado en la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (la estatal Embrapa). El equipo de la unidad Embrapa Instrumentación, con sede en la ciudad de São Carlos (São Carlos), ha centrado su objetivo en aparatos para medir lo que se conoce como potencial matricial del agua en el suelo; en otras palabras, la fuerza o tensión con la que las partículas del suelo retienen el agua. También llamados tensiómetros, se trata de dispositivos compuestos por un material cerámico permeable que contiene agua en su interior. A medida que el suelo se seca, el agua tiende a escapar del sensor generando un vacío equivalente a la tensión del agua en el suelo. Su funcionamiento es cíclico: cuando la lluvia o el riego humedecen el suelo, los sensores absorben agua y retornan a su estado inicial.
El proyecto, financiado por la FAPESP, apunta a perfeccionar dos modelos lanzados en 2015 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 234). El físico Carlos Manoel Pedro Vaz, responsable del desarrollo, explica que estos dispositivos han perdido sensibilidad y tuvieron que ser devueltos al laboratorio. Un nuevo modelo, bautizado IGstat, diseñado en forma conjunta con la empresa Tecnicer Cerâmica, de São Carlos, ya se encuentra disponible en el mercado.
El uso sostenible del agua
Los sensores que apuntan a un uso racional del agua en el campo tienden a ser cada vez más empleados en los sistemas de riego debido al calentamiento global y al escenario de escasez hídrica más acentuado que este plantea. “Tenemos que usar los recursos tecnológicos disponibles para aplicar el agua en los cultivos en el momento justo y en cantidad adecuada”, sostiene el ingeniero agrónomo Rubens Duarte Coelho, docente de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP). Él es uno de los autores del libro Agricultura irrigada no Brasil: Ciência e tecnología [Agricultura de regadío en Brasil: Ciencia y tecnología] (Esalq, 2022).
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPEl sensor de la Unicamp, con dos electrodos, fue licenciado a la startup GalembetechLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
En los últimos 15 años, según el agrónomo, han surgido consultoras centradas en la gestión de la irrigación, que incluyen en sus protocolos la instalación de sensores para evaluar el estatus del agua en los suelos. Existen varios modelos a disposición, con diferentes principios de funcionamiento. A grandes rasgos, es posible clasificarlos en tres categorías: los que miden el volumen de agua en el suelo (resistivos), los que son sensibles a la constante dieléctrica del suelo (capacitivos) y los que miden la tensión con la que el agua es retenida (tensiométricos).
“Los sensores más modernos y confiables son los tensiométricos y los capacitivos, con el 98 % del mercado. No tienen elementos metálicos en contacto con el suelo y son estables a lo largo de los años. Por esto son los más vendidos”, dice Coelho.
El sensor de la Unicamp es del tipo resistivo. Se basa en una propiedad física del suelo, la resistencia eléctrica, que varía según la cantidad de agua presente. Galembeck explica que el aparato mide el volumen de agua a partir de la variación de la resistencia eléctrica entre dos electrodos que se insertan en el suelo. “Cuanto mayor es la cantidad de agua, menor es la resistencia eléctrica medida”, dice.
El mismo Funciona de manera idéntica que otros modelos de sensores resistivos existentes en el mercado, pero el uso de grafito como material conductor, en reemplazo de los componentes metálicos, puede convertirlo en una opción más duradera y económica. “El costo de los sensores resistivos parte de los 15 reales, pero pueden llegar a costar 1.000 reales, según el material con que estén fabricados, su durabilidad y si son nacionales o importados. El nuestro cuesta unos 25 reales al público y se ubica en el rango de los más económicos, pero tiene la durabilidad de los más caros”, dice Galembeck.
Según el investigador, algunos sensores metálicos empiezan a presentar fallos a los pocos meses de uso. El dispositivo de la Unicamp no sufrió deterioro tras 18 meses de uso continuo en pruebas de campo. La durabilidad fue el tema que motorizó la investigación, iniciada en 2017. “Estaba trabajando en otro proyecto, relacionado con la vida microscópica, cuando me enfrenté a dificultades para montar un experimento en un terrario”, recuerda Galembeck. “El mismo era monitoreado por varios sensores, entre ellos el de humedad, cuya durabilidad era menor a la del experimento. Me puse en contacto con el equipo de otro proyecto en el cual participaba, que estaba estudiando un nuevo material a base de grafito, y decidimos utilizarlo para resolver el problema de desgaste del sensor”.
Embrapa InstrumentaçãoEl modelo IGstat durante las pruebas de laboratorioEmbrapa Instrumentação
El estudiante de iniciación a la investigación científica Yago Guido y Galembetech, participaron en el proceso de desarrollo, que contó con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) de la FAPESP. “La llegada de este producto al mercado cierra un ciclo que comenzó con una investigación básica en un proyecto en el área de la enseñanza de ciencias y ha dado lugar a una patente y una innovación tecnológica”, celebra Galembeck.
En Galembetech, ahora están preparando una campaña publicitaria para captar consumidores. Puede que no sea una tarea sencilla. Según Vaz, de Embrapa, el uso de sensores para la gestión y el control del riego no es una práctica que esté afianzada entre los agricultores. “Para gran parte de los productores, el costo de la energía eléctrica determina el horario del riego. No se atiende demasiado a la demanda del suelo o del cultivo, y eso genera un desperdicio de agua”. Él espera que la llegada de más productos nacionales al mercado y la oferta de asistencia técnica a los agricultores ayuden a cambiar este panorama.
El ingeniero agrícola Everardo Mantovani, creador del Grupo de Estudios y Soluciones para la Agricultura de Regadío de la Universidad Federal de Viçosa (UFV), en Minas Gerais, y profesor emérito de la institución, sostiene que el conocimiento técnico es fundamental para el éxito de esta tecnología. “Si no se los utiliza en forma adecuada, los sensores se tornan económicamente inviables”, dice.
El tamaño de la propiedad también condiciona el uso del dispositivo. En superficies agrícolas más extensas, explica Mantovani, puede haber diferencias en las características del suelo según la ubicación, lo que haría necesaria la instalación de varios sensores para una evaluación más acertada, cosa que encarece el costo de implementación de la tecnología. “Los sensores funcionan muy bien en plantaciones pequeñas y en cultivos de mayor valor agregado, como las hortalizas”, considera.
Proyectos
1. Fabricación y aplicaciones de materiales multifuncionales (nº 22/01668-4); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Fernando Galembeck (GG & FG Consultores); Inversión R$ 752.600,00.
2. Pinturas, adhesivos y revestimientos conductores a base de grafito exfoliado aplicados a la fabricación de componentes y circuitos eléctricos (no18/00834-2); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Fernando Galembeck (GG & FG Consultores); Inversión R$ 494.619,08.
3. INCT 2014. En Materiales Complejos Funcionales – Inomat (nº 14/50906-9); ModalidadAyuda de Investigación – Temático; Investigador responsable Fernando Galembeck (Campinas); Inversión R$ 3.613.721,29.
4. Desarrollo y evaluación de nuevos dispositivos sensores para la medición del potencial matricial del agua en el suelo (n° 20/16179-3); Modalidad Ayuda de Investigación ‒Regular; Investigador responsable Carlos Manoel Pedro Vaz (Embrapa); InversiónR$ 178.547,61.
Libro
PAOLINELLI, Alysson et al. (org). Agricultura irrigada no Brasil: Ciência e tecnologia (recurso eletrônico). Piracicaba: Esalq/USP; Viçosa: Abid, 2022.
