Sistemas Selecionados de Automatização

Sistemas Selecionados de Automatização

CAPÍTULO 1

SISTEMAS SELECIONADOS DE AUTOMATIZAÇÃO Adonai Gimenez Calbo & Washington L.C. Silva

Neste capítulo são apresentados alguns sistemas de controle automático da irrigação muito interessantes, nos quais o sensor Irrigas é utilizado com e sem o uso de eletricidade. Todos os sistemas descritos neste capítulo usam ar comprimido e válvulas apropriadas para prover água sob pressão e vazão apropriadas a cada aplicação de manejo de irrigação.

1# Como se automatiza com o Irrigas?

O Irrigas é um sensor estável, preciso e robusto com o qual se faz irrigação automatizada, usando-se gás comprimido com o uso de energia elétrica ou por fontes alternativas.

Com eletricidade pode-se automatizar a irrigação utilizando-se um mini compressor (e.g. compressor de aquário), um pressostato, uma válvula solenóide e água sob pressão (Fig. 1.1). O acionamento de compressores de água para irrigação, por outro lado, é obtido mediante a ação de um relê que também é acionado pelo pressostato.

Sem uso de eletricidade, o controle da Irrigação pode ser feito com ar comprimido e válvulas mecânicas apropriadas.

2# Como é a automatização da irrigação com válvula solenóide e o sensor Irrigas?

Em um sistema automatizado com um ou mais sensores Irrigas (em paralelo), a perda de água do solo causa permeação de ar através da cápsula porosa do sensor Irrigas. Em conseqüência, ocorre uma diminuição da pressão na linha de transmissão de ar, alimentada pelo mini compressor (Fig. 1.1) e ajustada por um capilar. Sob esta despressurização, o pressostato fecha o circuito e energiza a válvula solenóide que abre a passagem da água. A irrigação, então, perdura até que o solo volte a umedecer e a obstruir os poros do sensor Irrigas. Neste novo estado, sem vazamentos, o fluxo de ar causa aumento de pressão, fazendo com que o pressostato desligue a válvula solenóide e termine a irrigação.

O capilar deve ajustar um fluxo adequado de gás.

Tipicamente fluxos da ordem de 10 a 20 ml min-1 funcionam bem para o sensor Irrigas comum com Td entre 10 e 40 kPa. Sob fluxo muito elevado pode ocorrer que não haja despressurização suficiente antes que o solo atinja tensões de água muito mais altas que Td.

Para montagens experimentais de baixo custo, pressostatos com limites de pressão inferior e superior entre 0,1 e 1,0 m de coluna de água são adequados para a aplicação ilustrada. Para pequenos fluxos de irrigação válvulas solenóides usadas em máquinas de lavar roupas podem ser empregadas. Para fluxos maiores há válvulas solenóides de uso agrícola apropriadas no mercado.

3# Que fluxo de ar pode ser empregado nas pressurizações do Irrigas para fins de automatização?

O fluxo de ar que pode ser utilizado depende da cápsula ou sensor Irrigas empregada. Quanto maior a cápsula e quanto menor a tensão crítica de dessorção (Td) maior o fluxo de ar que pode ser empregado. Para aplicações com sensor Irrigas comum (diâmetro 50 m, comprimento 100 m, parede 10 m) de 25 kPa de tensão crítica, o uso de fluxos de ar de até 20 ml min-1 não causa aumento substancial da tensão da água em que a irrigação é iniciada. O efeito exato do fluxo de ar sobre a tensão de água estimada com o sensor Irrigas é representado por uma curva não linear de pressão de gás aplicada versus fluxo através da cápsula porosa. Este comportamento descrito nos capítulo 2 e 5 apesar de pontencialmente útil não tem sido empregado, visto que requer calibração individualizada de sensores em faixa não linear, o que é trabalhoso e pouco prático.

4# A irrigação pode ser acionada com ar ou gás comprimido e sem o uso de eletricidade?

Sim, ar comprimido é uma fonte de energia conveniente para automatizar a irrigação com Irrigas. Neste caso a irrigação automatizada pode ser acionada por válvulas pressostáticas magnéticas. Precisa-se simplesmente de tomar cuidado de não deixar faltar gás. Para isto, o bujão de gás comprimido deve conter uma válvula de regulação de pressão adequada. Outro ponto importante é o capilar (ou registro) de ajuste de fluxo. Para o sensor Irrigas comum de 25 kPa o fluxo deve ser ajustado entre 10 e 20 ml min-1 .

5# Como utilizar o ar comprimido para acionar irrigação por aspersão ou gotejamento sem uso de eletricidade?

O ar comprimido pode ser utilizado para acionar uma válvula pressostática magnética, através de um flutuador que levanta um imã e desta forma termina a irrigação conforme esta ilustrado na figuras 9.1, 1.2 e 1.3. A válvula que se usa neste caso é uma simples válvula solenóide, da qual a ação magnética do solenóide, ou eletroimã, é substituída pela atração magnética de um imã permanente.

A água escoa sob pressão através da válvula magnética pode ser utilizada para acionar a irrigação por gotejamento ou por aspersão.

Observação:

a- Não pode faltar pressão de gás no cilindro, visto que sem pressão a aplicação de água continuará indefinidamente.

b- O ajuste da pressão de entrada deve ser feito de modo a assegurar que o gás só escapa através do sensor Irrigas quando o solo estiver seco. Deste modo nunca haverá perda de gás causada por borbulhamento em baixo do flutuador.

8# Como se usa a um tensiômetro a gás com válvula pressóstática diferencial elétrica para o controle automático da irrigação?

Observa-se na figura 1.4 que a válvula diferencial elétrica possui duas câmaras separas por uma membrana com um contator elétrico. As duas câmaras são alimentadas por ar proveniente de um regulador de pressão de gás, através de tubos capilares idênticos. Enquanto o solo ainda contém reserva de umidade suficiente, isto é o sensor Irrigas se mantém impermeável ao ar, as duas câmaras se encontram com pressão de ar iguais. Assim, não há passagem de corrente elétrica na válvula solenóide, porque o contator permanece afastado dos eletrodos. Nesta situação irrigação não ocorre. Quando o solo seca, ao contrário, o sensor Irrigas se torna permeável ao ar e a pressão na câmara superior diminui, fazendo com que o contator encoste nos eletrodos, dê passagem de corrente e dê início à irrigação.

Quando a umidade atinge o sensor Irrigas este novamente se torna impermeável ao ar, as pressões nas câmaras superior e inferior se igualam, o contador se desprende dos eletrodos e a irrigação é terminada.

9# Como se usa tensiometria a gás no modo diferencial para o manejo de irrigação com gás comprimido e sem energia elétrica ?

É muito similar ao que foi descrito para o manejo de irrigação com energia elétrica. Na figura 1.5 nota-se que a válvula solenóide, com a remoção do eletro-imã (solenóide) foi fixada ao corpo da válvula diferencial. Neste caso, a irrigação durante a despressurização no(s) sensor(es) Irrigas é induzida pela aproximação do imã fixado à membrana central da válvula magnética. Vê-se que o imã permanente substitui o eletroimã também denominado solenóide.

O regulador de pressão é alimentado diretamente por um cilindro de ar ou gás comprimido. A segurança deste sistema é tamanha que pode, inclusive, ser acionado com compressor de ar alimentado por pilha solar. A Irrigação só ocorre, quando, ao mesmo tempo, houver solo seco e energia solar para acionar o compressor.

Neste capítulo foram apresentadas diversas possibilidades de automatização com pressostato comum, e com válvulas pressostáticas magnéticas com e sem o uso de flutuador. Os sistemas mais simples acionam a aplicação de água quando a tensão da água no solo se torna maior que o valor da tensão crítica do sensor Irrigas utilizado, enquanto os mais sofisticados fazem uso de princípios de tensiometria a gás e possibilitam o ajuste da tensão da água na qual a irrigação ocorre entre zero e a tensão crítica de dessorção do sensor Irrigas.

Todos os sistemas experimentais apresentados são soluções que podem ser utilizadas dependendo das necessidades e das disponibilidades de recursos locais. Para a escolha do sistema mais apropriado a simplicidade, o custo, a disponibilidade de energia elétrica e o interesse de usar um ajuste de tensão de água contínuo são fatores que foram considerados para selecionar sistemas de manejo de irrigação descritos.

Assim, os sistemas com flutuadores (Fig. 1.1) podem ser fabricados com sensibilidade para operarem com minúsculas diferenças de pressão de ar, da ordem de poucos centímetros de coluna de água, geradas por sistemas, como o termo-compressor.

A operação dos sistemas com pressostato comum e válvula solenóide (Fig. 1.1), requer eletricidade, porém é eficaz e muito fácil de implementar. É importante que o compressor e a válvula solenóide sejam alimentados pela mesma rede elétrica, para que a passagem de água seja interrompida quando faltar energia elétrica. É um sistema que pode ser utilizado no campo e em casa-de-vegetação

O sistema com válvula pressostática magnética é conveniente para uso sem energia elétrica, basta a disponibilidade de ar comprimido. Com a válvula magnética de membrana (Fig. 1.5) pode-se utilizar manejo de irrigação por tensiometria a gás. A tensão de água na qual a irrigação é aplicada é ajustada com perfeição. Se faltar ar comprimido a irrigação é simplesmente interrompida. Nesse modo pode também ser operado com compressores acionados por painel solar.

Com termo-compressores a válvula magnética opera adequadamente e pequenas diferenças de pressão, da ordem de 5 cm no máximo. Neste caso, a irrigação irá ocorrer quando a tensão da água no solo tiver se tornado maior que a tensão crítica do sensor Irrigas (Td).

Comentários