Desenvolvimento de sensor de baixo custo para monitorar cama em compost barn

A Pecuária de precisão surgiu com diversas ferramentas tecnológicas capazes de solucionar gargalos de manejo na produção animal, como por exemplo, a possibilidade de otimização do tempo gasto com práticas de inspeção animal e monitoramento ambiental, assim como de melhorias no controle zootécnico e tratamento de dados.

Essas práticas têm sido gradativamente impulsionadas por soluções computacionais como: Big data, Inteligência Artificial, robótica, automação, Internet das Coisas (IoT), dentre outras.

Nesse sentido, diversos fatores contribuem para que essas tecnologias venham a romper barreiras culturais no Brasil, fazendo com que mais produtores busquem acompanhar a modernização tecnológica em suas fazendas. Dentre estes fatores podemos destacar: o maior acesso de produtores a dispositivos móveis, tais como celulares e smartphones, a atuação de empresas privadas atuando na transferência de tecnologias via consultorias, assim como políticas de incentivo governamental para a ampliação da conectividade no campo.

Nos últimos anos muito tem se falado sobre os avanços da nova era digital aplicados no campo, como parte da chamada Indústria 4.0. Pensando nisso, pesquisadores do Núcleo de Estudos em Ambiência Agrícola e Bem-estar Animal (NEAMBE), da Universidade Federal do Ceará, em parceria com o pesquisador Dr. Flávio Alves Damasceno, da Universidade Federal de Lavras e pesquisadores da Universidad Nacional de Colômbia estão desenvolvendo um sensor para o monitoramento da cama em instalações do tipo Compost barn. Esse sensor permitirá registrar os valores de temperatura e umidade da cama, compreendendo um dos principais passos na busca por eficiência do manejo nesse sistema.

A ideia surgiu devido à dificuldade dos produtores em manejar a cama, realizando o monitoramento dos principais parâmetros, sendo esse um dos seus maiores desafios no sistema Compost Barn.

Segundo a estudante de doutorado da UFC, Simone Mendes: “Isso ocorre porque o sucesso do manejo depende da combinação de diversos outros fatores. Atividades como, registro diário de temperatura e umidade da cama, monitoramento das condições de temperatura, umidade e ventilação do galpão, ajuste da densidade de alojamento e manejo de revolvimento da cama, não são tarefas fáceis para uma fazenda que precisa lidar diariamente com muitas outras decisões. Além disso, todo trabalho de monitoramento requer recrutamento de mão-de-obra”.

Diante disso, os pesquisadores passaram a desenvolver alguns dispositivos equipados com sensores de baixo custo para a mensuração das condições térmicas da cama. A pesquisa está sendo conduzida em fazendas leiteiras situadas no estado do Ceará que adotam o sistema Compost Barn e tem por objetivo propor técnicas práticas e modernas para o melhor manejo da cama, as quais se relacionam também com os aspectos voltados para o conforto animal.

Os processos de desenvolvimento do dispositivo baseiam-se na coleta da temperatura interna e superficial da cama, seguidos da mensuração da umidade da cama, com a finalidade de que os dados tão logo coletados possam ser enviados via Wi-Fi para uma central de acesso remoto.

Um serviço de aplicativo instalado no celular e no computador receberá os dados da central, os quais serão armazenados para uso oportuno. O sensor de temperatura e umidade para uso em cama de Compost barn já está em processo de registro de patenteamento no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI).

O projeto inclui a possibilidade de obter leituras de dados em tempo real além de projetos futuros para a automatização de ventiladores a partir de comandos programados com base em parâmetros de qualidade da cama, determinados pela comunidade científica.

O equipamento contará também com um acessório de acoplamento dos sensores a uma haste, a qual terá seu comprimento ajustável conforme a altura do trabalhador que maneja a cama na fazenda. Além disso, com o uso de sensores é possível engajar os funcionários, pois as técnicas de mensuração permitem a eles o menor esforço físico e maior agilidade nas medições, dando assim, maiores garantias na constância das coletas.

A aplicação prática do método proposto consiste na otimização do tempo dedicado a atividade de monitoramento, sobretudo no que diz respeito ao intervalo entre o registro da informação a campo e a geração de relatórios computacionais. Por exemplo, se os sensores detectam uma queda acentuada da temperatura da cama, o avaliador poderá identificar possíveis decisões de manejo e associá-las a problemas com a umidade da cama.

Os registros permanecerão armazenados em um banco de dados, o qual será programado para a elaboração de relatórios que serão expressos por aplicativo celular, em tempo real. A partir disso, será possível traçar planos estratégicos de manejo tais como: revolvimento de cama, densidade animal, taxa de ventilação e reposição oportuna de cama.

A metodologia proposta compreende a divisão da área de cama em seções para melhor representatividade de análise. O monitoramento do desempenho dos sensores, bem como do mecanismo de envio dos registros por via “wireless”, está sendo estudado simultaneamente, como meio de comparação ao método de coleta convencional.

Dados referentes às variáveis ambientais, como velocidade dos ventos, temperatura e umidade relativa do ar, também estão sendo coletados com o uso de miniestações meteorológicas. Até o momento, a pesquisa conta com a participação de sete fazendas leiteiras situadas no estado do Ceará.

Figura 1 – Etapas de prototipagem e validação de sensores de baixo custo para uso em camas de Compost barn.

Fonte: NEAMBE/UFC.

O coordenador do NEAMBE e professor da UFC, José Antonio Delfino, explica que “O monitoramento das variáveis ambientais é uma importante ferramenta para o diagnóstico de ambiência no confinamento em Compost barn, que ao combinar-se com registros da temperatura e umidade da cama tornam a caracterização do ambiente muito mais abrangente. Do mesmo modo, as próprias vacas confinadas podem sinalizar problemas de manejo, como resposta à alguma condição desfavorável relacionada ao estresse térmico”.

Apesar dos desafios citados é importante ressaltar que existe um erro que não pode ser cometido, que consiste em não realizar monitoramento algum. Segundo Prof. Flávio Damasceno “Esta pesquisa dará um norte aos produtores no manejo correto da cama, pois irá auxiliar na tomada correta de decisões. Além disto, como o dispositivo utiliza sensores de baixo custo, a tecnologia desenvolvida terá um custo de aquisição pelo produtor muito baixo, com uma confiabilidade nos dados coletados de modo remoto, podendo ser observado os valores em qualquer lugar por meio da tela do celular”.

Por outro lado, em parâmetros de eficiência técnica, ainda há um longo caminho a ser percorrido pelos produtores que manejam a cama de forma convencional. Ocorre que muitas fazendas adotam o monitoramento da cama de forma empírica, e utilizam como base para a interpretação dos seus resultados os dados de temperatura e umidade oriundos de pesquisas desenvolvidas em países de clima que diferem das condições do Brasil.

Segundo Simone Mendes: “Compreender essas diferenças torna-se importante ao lembrarmos o quanto as variáveis ambientais influenciam o manejo de cama. Alguns estudos já apontaram que a temperatura ambiente é tida como a única variável associada à concentração de agente causadores de mastite ambiental, em modelos multivariáveis avaliados. As bactérias termófilas são oriundas de muitas fontes, incluindo área de cama, ração e fezes de animais, podendo sobreviver a elevadas temperaturas. A partir disso, surge a importância em controlar a atividade microbiana a partir do monitoramento da temperatura da cama. Assim, para se obter um equilíbrio no sistema de compostagem devemos buscar manter a cama na faixa de temperatura interna entre 45 e 55 °C”.

Um segundo aspecto a ser considerado é a mensuração do teor de umidade da cama. Para o prof. Flávio Damasceno, “caso a umidade não seja determinada pelo método da estufa, o produtor pode adotar uma técnica mais rápida conhecida como “Teste da mão”. Nesse teste, com uma porção da cama em mãos o avaliador deve apertar o material coletado e em seguida observar se essa amostra possui um aspecto seco e se não retém a forma feita pela mão, ou mesmo se apresenta excesso de umidade quando se observa um resíduo líquido escorrendo por seus dedos”.

Embora esse teste seja conhecido é importante ressaltar o seu caráter subjetivo, visto que não conseguimos saber com precisão se o teor de umidade se encontra na faixa de 40 a 60%, considerada ideal. Além disso, existe a subjetividade humana que pode variar conforme o avaliador.

Quanto a mensuração convencional da temperatura da cama, os produtores costumam utilizar um termômetro culinário do tipo espeto, o qual geralmente possui um comprimento de haste variando de 10 a 20 cm, dependendo do fabricante. No entanto, o uso do termômetro culinário pode até desempenhar sua função de forma pontual, mas sabemos que esta ferramenta não foi feita para essa finalidade. Além disso, podemos questionar a eficiência da mensuração da temperatura interna, dado que as camas de Compost barn comumente possuem profundidade média acima de 30 cm.

As técnicas de monitoramento automatizado possibilitam aos produtores uma maior facilidade e confiabilidade de dados ao se utilizar sensores integrados a dispositivos portáteis, em vez de métodos convencionais de controle, realizados a partir de anotações em papéis e sem qualquer facilidade de compartilhamento de dados para outras plataformas.

Por fim, é importante destacar que apesar de a utilização de sensores de precisão implicar em menos horas de trabalho para determinadas práticas de manejo, todo o sistema de monitoramento requer treinamento de funcionários. Assim, preocupação especial deve ser dada ao fato de que não basta apenas gerar um grande volume de dados, é necessário treinamento humano para análise e interpretação de resultados, de forma que seja possível em tempo hábil estabelecer modelos preditivos e inteligentes baseados em banco de dados, o qual foi planejado para a propriedade em questão.

Espera-se que com as tecnologias mencionadas nessa matéria possamos contribuir com os avanços da Pecuária de precisão ao impulsionar a prática de manejo de cama de forma eficiente, seguido da análise crítica dos resultados, e com isso promover melhorias nas tomadas de decisão nas fazendas que utilizam o sistema Compost barn.

Caros leitores, comentem aqui embaixo se esse artigo fez sentido e como tem sido sua experiência com monitoramento da cama em Compost barn.