Desenvolvimento e análise da eficiência energética de um sistema de automação de precisão para irrigação localizada utilizando arduino e inversor de frequência
Authors:   , Pereira Francisco Aécio de Lima 
Published: November 2024

A 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 0,67