Desenvolvimento e avaliação de um sistema automático de controle da pressão em ensaios de caracterização de aspersores rotativos

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.