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Tipo do documento: Dissertação
Title: Desenvolvimento e avaliação de um sistema automático de controle da pressão em ensaios de caracterização de aspersores rotativos
Other Titles: Development and evaluation of an automatic pressure control system in characterization tests for rotary sprinklers
Authors: Melo, Mateus Gomes Corrêa de
Orientador(a): Pinto, Marinaldo Ferreira
Primeiro membro da banca: Pinto, Marinaldo Ferreira
Segundo membro da banca: Silva, Leonardo Duarte Batista da
Terceiro membro da banca: Rocha, Hermes Soares da
Keywords: Engenharia de irrigação;aspersão;controle de processos;controlador PI;Irrigation engineering;sprinkling;process control;PI controller
Área(s) do CNPq: Engenharia Agrícola
Idioma: por
Issue Date: 28-Feb-2023
Publisher: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UFRRJ
Departamento: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola e Ambiental
Citation: MELO, Mateus Gomes Corrêa de. Desenvolvimento e avaliação de um sistema automático de controle da pressão em ensaios de caracterização de aspersores rotativos. 2023. 50 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola e Ambiental) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2023.
Abstract: Ensaios de caracterização de materiais de irrigação são essenciais para o correto dimensionamento de novos sistemas, melhorias de sistemas em operação e o desenvolvimento de novos produtos. Esses ensaios são realizados em laboratórios específicos e necessitam da supervisão de profissionais qualificados e treinados, além de demandar tempo e capital para serem realizados. O emprego de sistemas automáticos para realização desses ensaios é uma forma de reduzir custos, otimizar o tempo gasto para realização dos mesmos e agregar qualidade aos resultados obtidos por eles. Nesse sentido, a presente pesquisa teve como objetivo desenvolver, implementar e avaliar um sistema de controle automático da pressão em ensaios para determinação da curva vazão versus pressão de aspersores rotativos. O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Automação e Controle de Sistemas Agrícolas e no Laboratório de Hidráulica e Irrigação, situados no Departamento de Engenharia do Instituto de Tecnologia da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ), no município de Seropédica/RJ. O sistema proposto foi desenvolvido por meio da plataforma de prototipagem arduino (Mega), utilizando como técnica de controle as ações do controlador PI (Proporcional-Integrativo). Um transdutor realizava as tomadas de pressão no tubo de subida do aspersor e enviava essas informações para o arduino, que por meio de um algoritmo previamente programado, realizava o controle da pressão, de modo a fazer com que essa variável atingisse os valores de setpoint desejados e se mantivesse estabilizada durante a execução dos ensaios. Avaliou-se outros modos de controle da pressão, utilizando o controlador PI do inversor de frequência e o controle manual por meio de potenciômetro, e por meio da interface (IHM) do inversor de frequência. Foram avaliados os coeficientes de variação e o desvio (erro), a integral do erro absoluto (IEA), integral do erro quadrático (IEQ) e a integral do erro ponderado pelo tempo (IEAT), o tempo de subida (tr) e o tempo de assentamento (ts). Os resultados expressos pelos índices de desempenho baseados na integral do erro mostram que o controlador PI do arduino (bocais 4,0 x 2,8 mm) obteve melhor desempenho para IEA, IEQ e IEAT, 20 mca, enquanto o PI do inversor de frequência obteve melhor desempenho apenas para IEQ, 40 mca. O controlador PI arduino (bocais 6,4 x 3,2 mm) apresentou melhor desempenho para IEA, IEQ e IEAT para as três pressões ensaiadas, exceto para o índice IEA, 40 mca, onde não houve diferença entre os controladores. Para os índices tr e ts, o controlador PI do inversor de frequência (bocais 4,0 x 2,8 mm) obteve melhor desempenho para 30 e 40 mca. Os coeficientes de variação registrados em todas as modalidades de ensaio foram aceitáveis, com variações inferiores a 4%. O controlador PI do arduino apresentou os menores valores de desvio, enquanto o controle manual com inversor de frequência (4,0 x 2,8 mm) e o PI do inversor de frequência (6,4 x 3,2 mm) registraram os maiores desvios. Conclui-se que o controlador PI do arduino obteve melhor desempenho frente às demais modalidades de ensaio, sendo o método de controle da pressão mais indicado para determinação da curva vazão versus pressão de aspersores rotativos. O controlador PI do inversor de frequência e o controle manual com inversor de frequência não apresentam resultados compatíveis com o controlador PI.
Abstract: Irrigation materials characterization tests are essential for the correct design of new systems, improvements of systems in operation and the development of new products. These tests are carried out in specific laboratories and require the supervision of qualified and trained professionals, in addition to demanding time and capital to be carried out. The use of automatic systems to carry out these tests is a way to reduce costs, optimize the time spent to carry them out and add quality to the results obtained by them. In this sense, the present research aimed to develop, implement and evaluate an automatic pressure control system in tests to determine the flow versus pressure curve of rotary sprinklers. The work was carried out at the Laboratory of Automation and Control of Agricultural Systems and at the Laboratory of Hydraulics and Irrigation, located in the Engineering Department of the Institute of Technology of the Federal Rural University of Rio de Janeiro (UFRRJ), in the municipality of Seropédica/RJ. The proposed system was developed using the Arduino prototyping platform (Mega), using the actions of the PI controller (Proportional-Integrative) as a control technique. A transducer performed the pressure measurements in the sprinkler riser pipe and sent this information to the arduino, which, through a previously programmed algorithm, controlled the pressure, in order to make this variable reach the desired setpoint values and remained stabilized during the execution of the tests. Other modes of pressure control were evaluated, using the PI controller of the frequency inverter and manual control through a potentiometer, and through the interface (HMI) of the frequency inverter. The coefficients of variation and the deviation (error), the integral of the absolute error (IEA), integral of the squared error (IEQ) and the integral of the weighted error by time (IEAT), the rise time (tr) and the settling time (ts). The results expressed by the performance indices based on the error integral show that the arduino PI controller (4.0 x 2.8 mm nozzles) obtained better performance for IEA, IEQ and IEAT, 20 mca, while the frequency inverter PI obtained better performance only for IEQ, 40 mca. The Arduino PI controller (nozzles 6.4 x 3.2 mm) showed better performance for IEA, IEQ and IEAT for the three tested pressures, except for the IEA index, 40 mca, where there was no difference between the controllers. For the tr and ts indices, the frequency inverter PI controller (4.0 x 2.8 mm nozzles) obtained the best performance for 30 and 40 mca. The coefficients of variation recorded in all test modalities were acceptable, with variations of less than 4%. The arduino PI controller showed the lowest deviation values, while the manual control with frequency inverter (4.0 x 2.8 mm) and the frequency inverter PI (6.4 x 3.2 mm) recorded the highest values. deviations. It is concluded that the Arduino PI controller performed better compared to the other test modalities, being the most suitable pressure control method for determining the flow versus pressure curve of rotary sprinklers. The frequency inverter PI controller and the manual control with frequency inverter do not show PI controller compatible results.
URI: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/21127
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