Article in PDF format
How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Avaliação de um sistema irrigação por aspersão com aplicação do inversor de freqüência
João Alberto Borges de AraújoI; Odivaldo José SeraphimII; Jair Antonio Cruz SiqueiraIII; Felix Abrão NetoIV
IProf. Dr. do Depto. De Engenharia de Produção - FATEC/Botucatu - araújo@fca.unesp.br
IIProf. Adjunto do Depto. de Engenharia Rural -UNESP/FCA - seraphim@fca.unesp.br
IIIProf. MSc. do CCET - UNIOESTE/Cascavel e Doutorando em Energia na Agricultura - UNESP/FCA - jairsiqueira@fca.unesp.br
IVProf. MSc. do DEL - UFMS/Campo Grande e Doutorando em Energia na Agricultura - UNESP/FCA - felix@nin.ufms.br
RESUMO
Este trabalho teve o objetivo de avaliar a aplicação do inversor de freqüência sobre os parâmetros elétricos e hidráulicos no manejo de um sistema de irrigação por aspersão. Utilizou-se de um sistema de bomeamento convencional por aspersão com 4 linhas manejadas alternadamente, constando o manejo da abertura de 1, 2, 3 e 4 linhas simultaneamente. Posteriormente, no sistema convencional foi acoplado um sistema de acionamento com rotação variável, composto por um transdutor de pressão e um inversor de freqüência, os quais atuaram variando a rotação do conjunto motobomba e adequando a pressão pré-estabelecida em relação a variação de vazão requerida pelo sistema. Os resultados encontrados permitiram avaliar que no sistema com inversor de freqüência, houve redução do consumo de energia e a pressão de serviço dos aspersores foi mantida, variando apenas a vazão requerida, conforme o manejo das linhas.
Palavras-chave: manejo de irrigação, consumo de energia, parâmetros hidráulicos
ABSTRACT
This work had the objective of to evaluate the application of inverter frequency drive on the electric and hydraulic parameters in the sprinkling irrigation system handling. Was used a water pump conventional system for sprinkling with 4 handled lines alternately, consisting the handling of the opening of 1, simultaneously 2, 3 and 4 lines and enrolling the electric energy consumption and the hydraulic parameters of the system. Later on, in the conventional system was coupled an starting system with variable rotation, composed by a pressure transducer and a inverter frequency drive, which acted varying the water pump rotation and adapting the preset pressure in relation to flow variation requested by the system. The found results allowed to evaluate that for the handling of 1, 2 and 3 lines simultaneously the system with inverter frequency drive, there was reduction of the electric energy consumption and the service pressure of the sprinkling was maintained, just varying the requested flow, according to the lines handling.
Keywords: irrigation handling, energy consumption, hydraulic parameters
1. Introdução
Os sistemas de irrigação são projetados para fornecer a máxima vazão requerida quando todas as linhas estão em funcionamento simultâneo e a motobomba é dimensionada para suprir esta vazão (HANSON et al., 1996). Desta forma, em sistemas em que ocorra o manejo de linhas de irrigação, quando se seleciona um número menor de linhas, o sistema opera de forma superdimensionada em termos de demanda de energia elétrica pela força motriz do sistema. Com isto, verifica-se um potencial significativo de racionalização do uso da energia elétrica nestas condições de operação (SHINDO & SOARES, 1998). Observa-se, portanto, a necessidade de adequação da força eletro-motriz à carga hidráulica requerida no manejo das linhas. TIAGO FILHO (1996) estudou um equipamento próprio para produzir este efeito com rapidez e eficiência, o inversor de freqüência, que é um equipamento eletro-eletrônico capaz de controlar a rotação de motores elétricos de indução, mantendo uma relação entre freqüência e tensão constante, onde se reduzindo a tensão, através de transformador de tensão, reduz-se automaticamente a freqüência, com conseqüente redução da corrente elétrica e, portanto, redução da potência requerida. SANGUEDO & STEPHAN (1997) e OTTOBONI (2002), citam que os inversores de freqüência podem ser empregados em diferentes processos industriais onde é necessário o controle de velocidade, abrindo espaço para o uso de máquinas de corrente alternada, trazendo como benefícios elevado rendimento e alto fator de potência.
CAMPANA et al (2000), verificou a viabilidade técnica e econômica da utilização de inversores de freqüência para racionalização do uso de energia elétrica em um sistema de irrigação tipo pivô central de média pressão.
Em vista do exposto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a aplicação do inversor de freqüência para a racionalização do consumo de energia elétrica em um sistema de irrigação por aspersão, adequando e ajustando os parâmetros hidráulicos dentro das características requeridas pelo sistema.
2. Material e Métodos
O experimento foi realizado na Fazenda Experimental Lageado na Faculdade de Ciências Agronômicas - FCA/UNESP, município de Botucatu - SP, situado nas coordenadas de 48º 25' 42" W e 22º 51'04" S, na altitude de 760 metros em relação ao nível do mar. O sistema de irrigação foi instalado em uma área de 1.728 m2, composto por uma linha principal de 2" e quatro linhas laterais, também de 2", com válvula solenóide de 1 ½" instalada no inicio da tubulação lateral. O espaçamento entre linhas e aspersores foi de 12 x 12 m, conforme apresentado pelo esquema elétrico e hidráulico da Figura 1. Em cada linha lateral foram instalados dois aspersores rotativos operando com pressão de serviço definida em 215,74 kPa para uma vazão de 1,33 m3/ h. Para fornecer a vazão requerida pelos aspersores, instalou-se uma bomba da marca WORTINGTON, tamanho 1 ½" x 1"x 6", diâmetro do rotor 6" com vazão máxima 14m3/ h , pressão máxima de 588,40 kPa, com rotação de 3530 rpm, motor KOLBACH, modelo KT112M, trifásico, potência de 5 cv. Para a medição de vazão do sistema utilizou-se um hidrômetro HIDROMETER Modelo 900-D, PN-10, BSP com fundo de escala de 10 litros. Avaliou-se o volume registrado no hidrômetro a cada 5 minutos. Pela relação entre o volume registrado e o intervalo de tempo, calculou-se a vazão. Na tubulação de saída da bomba e no final das linhas laterais foram instalados manômetros analógicos da marca RECORD com escala de 19,61 a 980,67 kPa. No sistema com variação de rotação foi instalado um Inversor de freqüência da marca YASKAWA, modelo vs-606 v7, trifásico em 220 volts e um transdutor de pressão ZURICH, modelo psi-420. O transdutor de pressão foi conectado ao inversor e instalado na tubulação de saída da bomba, de forma a transmitir para o inversor o sinal correspondente à pressão de serviço dos aspersores. A rotação da motobomba foi avaliada por meio de um tacômetro digital, com escala de 0 a 4000 rpm, marca EURO-CONTROL, modelo Tm -500. Conectou-se à rede elétrica um analisador e registrador de grandezas elétricas da marca ESB, modelo SAGA 4000 para aquisição dos valores de tensão, corrente e potência elétrica consumida pelo conjunto motobomba, como pode ser observado na Figura 2. Os parâmetros elétricos e hidráulicos foram coletados manejando-se as linhas laterais com a abertura e fechamento das válvulas solenóides. Sendo que simulou-se o sistema funcionando com 1, 2, 3 e 4 linhas abertas. Os dados obtidos foram tabulados e elaborados gráficos e tabelas para a avaliação dos parâmetros hidráulicos do sistema.
3. Resultados e Discussão
Os Quadros 1 e 2 apresentam os valores dos parâmetros hidráulicos e elétricos medidos para o sistema com acionamento convencional e o sistema com o uso de inversor de freqüência, respectivamente. Observou-se que em todas as combinações de linhas abertas, o consumo de energia no sistema de irrigação com inversor de freqüência foi inferior ao sistema sem inversor, como apresentado na Figura 4. A redução do consumo de energia deve-se a redução da rotação do conjunto motobomba obtida no sistema com inversor de freqüência (Figura 3). Verificou-se, também que a corrente elétrica no sistema com inversor apresentou valores inferiores ao do sistema convencional com a abertura de até 3 linhas simultaneamente, sendo que para abertura do número máximo de linhas o valor da corrente excedeu o valor medido no sistema convencional (Figura 5). O valor de corrente elétrica encontrado para o sistema com inversor quando as quatro linhas estavam abertas foi majorado devido ao consumo de energia do próprio inversor. O sistema com inversor apresentou um consumo de energia elétrica total, para o manejo de todas as combinações de linhas de irrigação, 58,45% inferior em média ao do sistema sem inversor de freqüência. Na Figura 6 observa-se que no sistema com rotação constante, quando se manejou um número de linhas laterais inferior ao total, o valor da pressão do sistema elevou-se significativamente. Sendo que, para o manejo de 1, 2 e 3 linhas os valores de pressão do sistema foram de 529,56, 500,14 e 333,43 kPa, como pode ser observado no Quadro 1. Enquanto que no sistema com rotação variável com o uso do inversor de freqüência e transdutor de pressão, a pressão do sistema foi mantida de acordo com a pressão de serviço do sistema com qualquer número de linhas manejadas, como pode ser visualizado na Figura 7. Sendo que para isto o inversor, através do sinal enviado pelo transdutor, reduziu a rotação do motor e portanto, a rotação da bomba, ajustando a pressão de serviço e fornecendo a vazão requerida pelo número de linhas laterais abertas, como pode ser verificado no Quadro 2.
4. Conclusão
Os resultados obtidos nas condições de realização do experimento permitiram concluir que o sistema com rotação variável com o uso do inversor de freqüência conectado ao transdutor de pressão reduziu o consumo de energia elétrica no sistema na ordem de 58%.
Conclui-se, também, que o sistema com inversor de freqüência e transdutor de pressão possibilitou o controle efetivo da pressão de serviço do sistema de irrigação, sem prejuízo para a vazão requerida pelo sistema de acordo com o manejo das linhas laterais de irrigação do sistema.
5. Referências Bibliográficas
CAMPANA, S. et al. Inversor de freqüência - uma alternativa para racionalização do uso de energia elétrica em sistemas de irrigação Pivô Central. In: AGRENER 2000 - ENCONTRO DE ENERGIA NO MEIO RURAL, 3, 2000, Campinas. Anais... Campinas: NIPE/UNICAMP, 2000. CD-ROM.
HANSON, B., WEIGAND, C., ORLOFF, S. Performance of electric irrigation pumping plants using variable frequency drives. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, May/June, p. 179-82, 1996.
OTTOBONI, A. A evolução do controle de velocidade. Saber Eletrônica, São Paulo, p.14, set. 2002.
SANGUEDO, C.A.; STEPHAN, R. Aplicação de conversores eletrônicos em áreas classificadas. Eletricidade Moderna, São Paulo, n. 276, p. 48-60, 1997.
SHINDO R.; SOARES G. A. Avaliação da precisão de métodos práticos de determinação do carregamento de motores de indução trifásicos. In: CONFERÊNCIA DE APLICAÇÕES INDUSTRIAIS, São Paulo: 1998. Anais... Editora Tec Art., v. 3, p. 177 e 179.
TIAGO FILHO, G.L. Uso de bombas com rotação variável. Itajubá: Escola Federal de Engenharia de Itajubá, 1996. 19 p.