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Desenvolvimento e análise da eficiência energética de um sistema de automação de precisão para irrigação localizada utilizando arduino e inversor de frequência

dc.contributor.advisor1Silva, Suedêmio de Lima
dc.contributor.advisor1ID43719368491pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6113069815332176pt_BR
dc.contributor.authorPereira, Francisco Aécio de Lima
dc.contributor.referee1Medeiros, José Francismar de
dc.contributor.referee1ID27348636420pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9567732690904131pt_BR
dc.contributor.referee2Figueirêdo, Vladimir Batista
dc.contributor.referee2ID03205218426pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/3936754292058771pt_BR
dc.contributor.referee3Queiroz Junior, Idalmir de Souza
dc.contributor.referee3ID63510731468pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8047604543096116pt_BR
dc.contributor.referee4Souza Neto, Marinaldo Pinheiro de
dc.contributor.referee4ID0276315456pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2524160890713257pt_BR
dc.creator.ID03009562403pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2308385185133877pt_BR
dc.date.accessioned2022-05-16T20:56:00Z
dc.date.available2017-05-08
dc.date.available2022-05-16T20:56:00Z
dc.date.issued2017-01-30
dc.description.abstractThe rate of growth of the world's population declines, but nonetheless continues to grow considerably, making water and energy resources increasingly limited. To become viable over time, irrigation, which is the largest consumer of fresh water and a large consumer of energy, needs to be increasingly efficient. One of the ways to improve this framework is the use of technologies. The objective of this work was to develop a precision automation system to control the service pressure in localized irrigation. A test bench was built consisting of a water reservoir, a three-phase motor pump (380 V), hydraulic valves and a commercial electronic controller for opening and closing valves. The commercial irrigation controller opened and closed the valves every 20 mim, which were adjusted so as to insert an increasing load loss from valve 1 to 6. Two tests were performed with distinct drives, one using the automated system, in which the Pump was made by the converter frequency, and the second test using direct power from the electric power grid. And the second test using direct mains power supply. The automated system consisted of an Arduino Mega board that controlled the converter frequency, monitored and recorded rotational data, power and return line pressures, status of each valve (open or closed) and date and time of the test. In automatic mode, the system worked in a closed loop, monitoring the process variables and acting on the converter frequency to change the pump speed and, consequently, to adjust the output pressure of the valves to the previously programmed value, maintaining the pressure of Constant output. In the direct drive of the network, the system worked in open loop, and the Arduino board only monitored and recorded the process variables. Electrical and hydraulic parameters were analyzed from the automatic mode with converter frequency and compared with a conventional system directly driving the electric network. The results showed that the Arduino board satisfactorily controlled the outlet pressure when using the converter frequency. The rotation in the automatic mode varied from 2,924 to 3,646 rpm, corresponding to a frequency variation of 49.67 to 62.29 Hz respectively, as well as reducing the active power by 42.8%. For the direct drive of the network, the engine speed was 3,519  4.64 rpm, with a low active power variation of 2,320,55  87,54 W. On valve 6, for the automatic system, the frequency and rotation parameters Were above that specified for the engine 62.29 Hz and 3,646 rpm. Comparing both drive systems to valve 5, which is the direct balance point of the electric grid with the automatic system, it was observed that in the electric grid the active power was 11,728.70 W and in the automatic mode was 8,341, 01 W. Regarding the automatic mode, the reduction was 40.61%. The apparent power and the inductive reactive in absolute terms rose from valves 1 to 6, but if we analyze in relation to the active power it reduced, indicating that the system became more efficient, as a consequence the power factor rose from 0.52 to 0, 67pt_BR
dc.description.resumoA taxa de crescimento da população mundial diminui, mas mesmo assim continua a ter crescimentos absolutos consideráveis, tornando os recursos hídricos e energéticos cada vez mais limitados. Para torna-se viável ao longo do tempo, a irrigação, que é o maior consumidor de água doce e grande consumidor de energia, precisa ficar cada vez mais eficiente. Um dos caminhos para melhorar esse quadro é o uso de tecnologias. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de automação de precisão para controlar a pressão de serviço na irrigação localizada. Construiu-se uma bancada de testes composta de reservatório de água, conjunto motobomba trifásico (380 V), válvulas hidráulicas e controlador eletrônico comercial para abertura e fechamento das válvulas. O controlador de irrigação comercial abriu e fechou as válvulas a cada 20 mim, que foram reguladas de forma a inserir uma perda de carga crescente da válvula 1 a 6. Foram realizados dois ensaios com acionamentos distintos, um utilizando o sistema automatizado, no qual a alimentação da bomba foi feita pelo inversor de frequência, e o segundo ensaio utilizando alimentação direta da rede de energia elétrica. O sistema automatizado foi composto por uma placa Arduino Mega que controlava o inversor de frequência, monitorava e gravava os dados de rotação, pressões das linhas de alimentação e retorno, status de cada válvula (aberta ou fechada) e data e hora do ensaio. No modo automático, o sistema trabalhava em malha fechada, monitorando as variáveis de processo e atuando no inversor de frequência, para alterar a rotação da bomba e, consequentemente, ajustar a pressão de saída das válvulas para o valor previamente programado, mantendo a pressão de saída constante. No acionamento direto da rede, o sistema trabalhou em malha aberta, e a placa Arduino apenas monitorou e gravou as variáveis de processo. Foram analisados parâmetros elétricos e hidráulicos do modo automático com inversor de frequência e comparou com um sistema convencional acionando direto da rede elétrica. Os resultados mostraram que a placa arduino controlou de forma satisfatória a pressão de saída quando utilizou o inversor de frequência. A rotação no modo automático variou de 2.924 a 3.646 rpm, correspondendo a uma variação de frequência de 49,67 a 62,29 Hz respectivamente, bem como reduziu a potência ativa em 42,8%. Para o acionamento direto da rede a rotação do motor foi de 3.519  4,64 rpm, com baixa variação de potência ativa de 2.320,55  87,54 W. Na válvula 6, para o sistema automático, os parâmetros de frequência e rotação ficaram acima do especificado para o motor 62,29 Hz e 3.646 rpm. Comparando ambos os sistemas de acionamento até a válvula 5, que é o ponto de equilíbrio direto da rede elétrica com o sistema automático, observou-se que na rede elétrica a potência ativa foi de 11.728,70 W e no modo automático foi de 8.341,01 W. Em relação ao modo automático, a redução foi de 40,61%. A potência aparente e a reativa indutiva em termos absolutos subiram das válvulas 1 para 6, mas se analisarmos em relação a potência ativa ela reduziu, indicando que o sistema ficou mais eficiente, como consequência o fator de potência subiu de 0,52 para 0,67pt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationPereira (2017) (PEREIRA, 2017)pt_BR
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.21708/bdtd.ppgmsa.tese.7036
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/7036
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal Rural do Semi-Áridopt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Agrárias - CCApt_BR
dc.publisher.initialsUFERSApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Manejo de Solo e Águapt_BR
dc.relation.referencesPEREIRA, Francisco Aécio de Lima. Desenvolvimento e análise da eficiência energética de um sistema de automação de precisão para irrigação localizada utilizando arduino e inversor de frequência. 2017. 74 f. Tese (Doutorado em Manejo de Solo e Água), Universidade Federal Rural do Semi-Árido, Mossoró, 2017.pt_BR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesspt_BR
dc.rights.licenseCC-BY-SApt_BR
dc.subjectAgricultura irrigadapt_BR
dc.subjectControle de pressãopt_BR
dc.subjectPotência ativapt_BR
dc.subjectVálvula hidráulicapt_BR
dc.subjectControlador de irrigaçãopt_BR
dc.subjectIrrigated agriculturept_BR
dc.subjectRotation variationpt_BR
dc.subjectActive powerpt_BR
dc.subjectHydraulic valvept_BR
dc.subjectIrrigation controllerpt_BR
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO::MANEJO E CONSERVACAO DO SOLOpt_BR
dc.titleDesenvolvimento e análise da eficiência energética de um sistema de automação de precisão para irrigação localizada utilizando arduino e inversor de frequênciapt_BR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesispt_BR

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