MÓDULO DE CONTROLE APLICADO À AUTOMAÇÃO AGRÍCOLA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

MÓDULO DE CONTROLE APLICADO À AUTOMAÇÃO AGRÍCOLA

Antônio Daniel Catunda Peres

Fortaleza Junho de 2011

ii

ANTÔNIO DANIEL CATUNDA PERES


Monografia submetida à Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Profª. Ph.D.Ruth Pastôra Saraiva Leão

Fortaleza

Junho de 2011


Esta monografia foi julgada adequada para obtenção do título de

Engenheiro Eletricista e aprovada em sua forma

Graduação em Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Ceará.


Fortaleza,


foi julgada adequada para obtenção do título de

Engenheiro Eletricista e aprovada em sua forma final pelo programa de



Banca Examinadora:

Fortaleza, 17 de junho de 2011

iii


final pelo programa de


iv

A Deus,

Aos meus pais, Antônio Manoel e Cleide,

A meus avós, Clóvis Catunda e Hermengarda Catunda e meus irmãos e irmãs,

A todos os familiares e amigos

v

RESUMO

É sabido que cada vez mais necessita-se de sistemas automatizados, para nossas casas, para

nossos trabalhos dentre outros locais. Assim também ocorre para a irrigação, cada vez mais se

torna necessário a sua implementação, principalmente por incentivo do governo federal com o

trabalho em períodos noturnos, como sugerido pelo Programa Rural Irrigante. Um método

que se encaixa a essas propostas é o projeto de um sistema automatizado para o comando a

distância do acionamento de motores e a verificação de seu status, utilizando o micro

controlador PIC 16F877 como módulo de controle e o PIC 16F84 como módulo de comando

ligado diretamente aos motores, com uma comunicação via RF (Rádio Freqüência) usando a

porta serial e o protocolo RS-232.

Palavras - Chave: Automação. Rural Irrigante. PIC 16F877. RF.

vi

ABSTRACT

It is known that automated systems are increasingly needed to homes, jobs and other places.

This also is true to irrigation, where more and more it becomes necessary this implementation,

especially when you are encouraged by the federal government to work in night time, as

suggested by the resolution 207/2006 from ANEEL for the program Rural Irrigante. This

paper aims to design a automated system for remote control of motor drives and status checks.

Using the PIC 16F877 microcontroller as the control module and 16F84 as command module

connected directly to the engines, with a communication via RF (Radio Frequency) and using

the serial port with the RS-232 protocol.

Keywords: Automation. Rural Irrigante. PIC 16F877. RF.

vii

SUMÁRIO INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1

CAPÍTULO 2

UMA VISÃO SOBRE A IRRIGAÇÃO AGRÍCOLA .............................................................. 3

2.1 IRRIGAÇÃO .................................................................................................................. 3

2.2 TOMADA DE DECISÃO SOBRE A IRRIGAÇÃO ..................................................... 3

2.2.1 QUANTIDADE E DISTRIBUIÇÃO DE CHUVAS ................................... 4

2.2.2 NECESSIDADE DE ÁGUA DAS CULTURAS ......................................... 5

2.2.3 PRINCIPAIS MÉTODOS E SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO ...................... 7

2.2.3.1 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO ........................................................... 7

2.2.3.2 IRRIGAÇÃO POR GOTEJAMENTO ................................................. 8

2.2.3.3 IRRIGAÇÃO POR SULCOS ................................................................. 9

2.3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE IRRIGAÇÃO ............................................................... 9

2.4 PROGRAMA RURAL IRRIGANTE .......................................................................... 10

2.5 BOMBAS ..................................................................................................................... 10

2.5.1 BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO ........................................ 11

2.5.2 MOTOBOMBAS ........................................................................................ 11

2.5.3 MOTORES ELÉTRICOS ........................................................................... 13

2.5.4 MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO ...................................................... 14

2.5.5 PARTIDA DE MOTORES ......................................................................... 15

2.5.5.1 PARTIDA DIRETA ............................................................................ 16

2.5.5.2 PARTIDA COM CHAVE ESTRELA-TRIANGULO ........................ 16

2.5.5.3 PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA ................................ 17

2.5.5.4 PARTIDA ELETRONICA .................................................................. 18

2.5.5.5 LIMITAÇÕES DA REDE E NORMA DA CONCESSIONÁRIA

QUANTO A PARTIDA DOS MOTORES ...................................................... 19

2.6 SISTEMA DE COMUNICAÇÃO................................................................................ 20

CAPÍTULO 3

MÓDULO DE COMANDO E MÓDULO DE CONTROLE .................................................. 22

3.1 PLACA DE ACIONAMENTO DOS MOTORES ....................................................... 22

3.2 PLACA DO CONTROLE REMOTO .......................................................................... 27

viii

CAPÍTULO 4

RESULTADOS DE SIMULAÇÃO ......................................................................................... 30

CAPÍTULO 5

CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 32

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 33

ANEXOS ................................................................................................................................ 35

1

INTRODUÇÃO

A agricultura é uma arte e ao mesmo tempo uma engenharia com milhares de

anos de existência, e o seu avanço é diretamente conectado ao avanço de um povo. O

que faz da agricultura uma arte e uma engenharia é sua dependência forte de fatores

ambientais que são aleatórios e muito diferentes para locais distintos, sendo a irrigação

um aspecto fundamental para o seu desenvolvimento. Um sistema de irrigação bem

projetado tende a garantir um melhor desenvolvimento de culturas com um maior

aproveitamento dos insumos, uma vez que a água está cada vez mais escassa em nosso

planeta, e uso eficiente de energia elétrica contribui para um menor impacto ao meio

ambiente.

No interior do Ceará, mais especificamente na cidade de Ipueiras onde o clima

semi-árido predomina, e a base da economia ainda está diretamente ligada à agricultura,

as secas que ocorrem frequentemente são prejudiciais à produção agrícola, que passa

então a depender bastante dos sistemas de irrigação que são implantados para prover a

quantidade de água necessária para cada tipo de cultura plantada.

Muitos dos métodos de irrigação atuais são altamente dependentes da energia

elétrica, energia essa que tem uma alta participação nos custos de produção e um projeto

que diminua o uso de energia sem contudo diminuir a produção garante ao agricultor

maior atratividade econômica em seu negócio.

Em 2006, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) promulgou a

Resolução Normativa No. 207/2006 que estabelece os procedimentos para aplicação de

descontos especiais na tarifa de fornecimento relativa ao consumo de energia elétrica

das atividades de irrigação e na aquicultura. Segundo a resolução, a concessionária de

energia deverá conceder desconto sobre o consumo de energia elétrica verificado em um

período diário contínuo de oito horas e trinta minutos compreendidos no período de

21h30min às 6h do dia seguinte. O desconto para as unidades consumidoras sediadas na

região nordeste do Brasil é de 90% para unidade consumidora pertencente ao grupo

tarifário A (tensão ≥ 2.3 kV) e desconto de 73% para unidade consumidora pertencente

ao grupo tarifário tipo B (tensão < 2.3 kV). A resolução promove incentivo tarifário

para a irrigação agrícola praticada durante período noturno, de baixo consumo de

energia elétrica. Por razões óbvias, o trabalho noturno manual se torna inconveniente, e

surge então a necessidade de automatização do sistema de irrigação.

2

Um sistema de irrigação pode operar em modo manual com comando local ou a

distância e modo automatizado em que, por programação pré-estabelecida, a irrigação é

iniciada e finalizada sem intervenção humana. Os comandos e controles são

transmitidos fazendo-se uso de um meio de comunicação para transmissão de dados.

Em Ipueiras há uma grande produção de citros, como laranja, limão e tangerina.

A irrigação de citros depende de vários fatores, mas o que vale salientar é que a laranja

se adéqua a praticamente todos os tipos de irrigação, inclusive a irrigação por aspersão,

utilizada neste trabalho.

A irrigação por aspersão é dependente de bombas para gerar a pressão e fazer a

água ser aspergida nas plantações, bombas essas que são melhores aproveitadas com o

uso de motores elétricos.

Este trabalho tem como objetivo apresentar o projeto de um sistema de irrigação

automatizado para produção de citros na região semiárida do Inhamuns, no município

de Ipueiras – CE.

No capítulo 2 são apresentados conceitos sobre irrigação, bombas, e sobre o

programa Rural Irrigante.

No capítulo 3 são apresentados os diagramas de força e comando para partidas

de motores, tanto em partida direta quanto em partida com chave estrela – triângulo, e

também o projeto de módulos de comando e um de controle para a automação do

sistema de irrigação agrícola.

No capítulo 4 são discutidos alguns resultados da simulação, onde será visto o

que funcionou, o que não funcionou e as razões para cada escolha.

Finalmente, no capítulo 5 são apresentados os resultados deste trabalho, com

recomendações sobre melhorias que podem ser agregadas ao que foi desenvolvido para

trabalhos futuros relacionados à automação e melhoria da eficiência energética de

sistemas de irrigação agrícola.

3

Capítulo 2

Uma Visão sobre a Irrigação Agrícola

2.1 Irrigação Agrícola

A irrigação é uma técnica milenar cujo objetivo é fornecer água a uma região

agrícola na quantidade necessária e no momento apropriado, para obter níveis

adequados de produção e melhor qualidade do produto. A irrigação visa equalizar de

forma eficiente a carência hídrica de uma área agrícola às condições exigidas pelo

cultivo [NETO, 2011]. Sabe-se que a irrigação já era utilizada pelos antigos egípcios a

mais de 4 mil anos utilizando-se da água do rio Nilo. Na mesma época há registros que

os babilônios também utilizaram técnicas de irrigação.

O interesse pela irrigação aparece em variadas condições de clima, solo, cultura

e sócio-economia. Não há como projetar um único sistema de irrigação que satisfaça a

todas essas condições, portanto é necessário um estudo que ofereça a técnica que melhor

se encaixe nas condições oferecidas e nos resultados esperados. Um adequado sistema

de irrigação deverá ser capaz de propiciar ao produtor a possibilidade de fazer uso do

recurso água com a máxima eficiência, aumentando a produtividade das culturas,

reduzindo os custos de produção e, consequentemente, maximizando o retorno dos

investimentos.

Um aspecto importante que deve ser lembrado sobre a irrigação é que, antes de

iniciar o processo de seleção de um sistema de irrigação, deve-se verificar a necessidade

e a possibilidade de irrigar. Acontece às vezes de um sistema de irrigação ser adotado

apenas pelo modismo ou por pressão comercial, sem a verificação da cultura em relação

a precisar ou não de irrigação ou se a fonte de água é suficiente para atender a

necessidade.

2.2 Tomada de decisão sobre a irrigação

A decisão de irrigar ou não deve considerar alguns pontos, como a quantidade e

distribuição de chuva na região e a disponibilidade da água. Dentro dessa tomada de

4

decisão entram os fatores socioeconômicos: como aumento da produção, melhoria da

qualidade do produto e rendimento maior da terra [ANDRADE, 2001, p. 1].

2.2.1 Quantidade e distribuição de chuvas

A necessidade de irrigação aumenta na medida em que se move das regiões

úmidas para as regiões áridas e semi-áridas. Usualmente, nas regiões mais secas, a

quantidade de chuvas ao longo do ano é insuficiente para a maioria das culturas,

fazendo muitas culturas sofrerem com a falta de água, enquanto que em regiões mais

úmidas, a irrigação pode ter caráter apenas complementar e os sistemas serem de

menores custos.

Portanto, é de interesse fundamental saber o histórico de chuvas ao longo do ano

para a tomada de decisão sobre a irrigação. O Ceará possui o clima predominantemente

semi-árido com regiões em que a precipitação anual chega a ser menor que 500 mm,

como na região dos Inhamuns, e trechos que podem ser superiores a 1300 mm anuais,

como em cidades próximas da faixa litorânea e regiões serranas (Figura 1). A cidade de

Ipueiras está localizada a aproximadamente 300 km da capital Fortaleza, na região dos

Inhamuns (Figura 2), possui clima tropical quente e média pluviométrica anual de 977

mm [FUNCEME]. A principal fonte de água é o rio Jatobá, que está seco a maior parte

do ano, e o açude de maior porte é o açude de mesmo nome.

Figura 1: Índice pluviométrico no estado do Ceará no ano de 2000. [Fonte: www.funceme.br]

5

Figura 2: Localização de Ipueiras – Região do Inhamuns.

[http://defensoriaecidadania.blogspot.com/2010/08/mapas-do-ceara.html]

Índice pluviométrico Anual - Ipueiras 2010

116,9

6,4

77

177,1

26,725,30 0 0

5217

224,2

050100150200250

jan/10

mar/10

mai/10

jul/10

set/10

nov/10Ín

dic

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luvi

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co

(mm

)

Figura 3: Índice pluviométrico na cidade de Ipueiras – Ano de 2010. [Fonte: www.funceme.br]

Nota-se pela figura 3 que durante uma faixa de sete meses, a cidade de Ipueiras

passa por um período de estiagem, sendo a irrigação de vital importância para a

agricultura.

2.2.2 Necessidade de água das culturas

A demanda sazonal de água de uma cultura é a quantidade de água que a mesma

utiliza durante o seu ciclo. Este valor não é fixo, variando entre regiões de climas

diferentes. Em regiões mais quentes, como o semi-árido, normalmente as culturas

requerem mais água que em regiões mais frias.

6

Existem várias publicações que indicam o requerimento de água das principais

culturas [CASTRO, 2003], [LUZ, BEZERRA, SANTANA, DIAS, 1998], [STONE,

2004]. Contudo, para culturas de clima tropical essa informação nem sempre está

disponível.

A determinação da necessidade de água da cultura dos citros irrigados leva ao

bom projeto de como os irrigar. A quantidade de água a ser aplicada é normalmente

determinada pela necessidade hídrica da cultura, podendo ser estimada através da

evapotranspiração ou por meio da tensão de água no solo ou na planta. As necessidades

de água dos citros variam de acordo com seu estado fenológico (ramo da ecologia quês

estuda os fenômenos periódicos dos seres vivos e suas relações com o meio ambiente), a

semelhança do que ocorre com outras culturas agrícolas [LOBATO, 1995].

Na brotação, emissão de botões florais, frutificação e início de desenvolvimento

dos frutos há uma maior demanda de água e as plantas ficam mais sensíveis à falta de

água. O crescimento do fruto está altamente relacionado com a absorção de água. Na

fase de maturação, colheita e semidormência, a demanda hídrica é menor e o período do

ciclo dos citros mais crítico vai da brotação até o fruto atingir 2,5 cm de diâmetro

[ROTONDANO, A. K. F. MELO, B., 2003].

Após saber qual a necessidade de água da cultura, resta saber qual a quantidade

de água proveniente da irrigação que necessita ser aplicada. Nessa conta entram os

dados de balanço entre os ganhos de água pelo solo e pelas plantas através da

precipitação, período de irrigações anteriores e escoamento superficial.

Os métodos de controle de irrigação baseiam-se em manter as raízes da planta

expostas à quantidade de água necessária para realizarem suas funções fisiológicas. Esse

controle pode ser feito baseando-se no monitoramento de água presente no solo através

de sensores ou de acordo com o clima.

O pomar de citros pode ser irrigado por qualquer método de irrigação, seja por superfície, aspersão ou localizada. Não existe um mais indicado, e sim vantagens e desvantagens que precisam ser superadas, com um manejo adequado. [ROTONDANO, A. K. F. MELO, B., 2003]

Portanto, além da necessidade da água da cultura, a escolha para irrigação de

citros fica a critério de fatores como: socioeconômico e condições de clima e solo.

7

2.2.3 Principais métodos e sistemas de irrigação

Todos os métodos de irrigação (superfície e pressurizada, por exemplo) têm sido

usados nas culturas cítricas, visando à economia de água e de energia elétrica sem uma

redução de produtividade, ou seja, visando a eficiência.

Segundo [COELHO, MAGALHÃES, 2004] na Circular 72 da Embrapa, o

cálculo da eficiência de um projeto de irrigação é feito com o produto de dois fatores, a

eficiência de aplicação e a eficiência de condução da água.

A irrigação tem por finalidade transferir água para as camadas do solo onde se

encontram as raízes. Isso pode ser feito por condutos livres (canais) ou condutos

forçados (tubulações). Isso pode ser feito de três formas: borrifando a água sobre o

terreno; deixando que ela escorra pela superfície do terreno e penetre no solo; ou a

colocando em profundidade para que as raízes a peguem através da capilaridade

[NETO, 2011].

Os métodos de irrigação sob pressão, tais quais aspersão e gotejamento vêm

substituindo os métodos de irrigação por superfície, como sulcos e inundação, que são

considerados de baixa eficiência.

2.2.3.1 Irrigação por aspersão

O método de irrigação por aspersão fundamenta-se em criar uma precipitação

artificial sobre a cultura, que é devido à pulverização da água que passa através de um

jato após ser trazida sob alta pressão de sua fonte. Comumente essa pressão é feita

através do bombeamento da água, que desta forma é conduzida até o ponto de

pulverização, chamados de aspersores e localizados na ponta do jato. Os aspersores,

figura 4, podem ser fixos ou rotativos, os últimos podem ser parciais ou de giro

completo. Um fator a ser levado em consideração é a força dos ventos, pois esses

podem fazer que a distribuição de água no terreno seja prejudicada, fazendo locais

ficarem bem mais úmidos que outros, assim como fazer que a evaporação aconteça de

forma mais forte antes das gotas atingirem o solo [COELHO, MAGALHÃES, 2004].

8

Figura 4: Irrigação por aspersão. [Fonte: http://www.acquagarden.com.br/paisagismo.html]

Esse método tem como vantagens o bom controle da lâmina de água aplicada,

alta eficiência, em torno de 70%, uso em superfícies inclinadas e menos uniformes e

solos arenosos, pouca interferência nas práticas agrícolas, economia de mão-de-obra,

pois dispensa o preparo do solo, permite a aplicação de fertilizantes e tratamentos

fitossanitários e a irrigação noturna.

As principais desvantagens desse método são: o vento, como já citado antes; a

incidência de doenças nas plantas devido a esse método fazer com que as folhas fiquem

molhadas e isso pode atrair fungos e outras pragas; investimento inicial alto com a

compra dos equipamentos de operação; manutenção e erosão do solo.

2.2.3.2 Irrigação por gotejamento

Também conhecido como um método de irrigação localizada, esse método

caracteriza-se por manter uma irrigação lenta, localizada próxima a parte radicular das

plantas e sob baixa pressão através dos gotejadores [NETO, 2011].

Figura 5: Irrigação por gotejamento. [Fonte: http://jardinagemepaisagismo.com/irrigacao-por-

gotejamento]

9

A principal vantagem da irrigação por gotejamento (Figura 5) é a economia de

água devido a pouca evaporação causada pela sua localização em relação às raízes. Essa

alta eficiência (85% a 95%) acaba possuindo um custo elevado, por isso é uma irrigação

recomendada apenas para árvores frutíferas e hortaliças de alto valor comercial.

2.2.3.3 Irrigação por sulcos

Esse é um método de irrigação superficial que se resume a canais ou sulcos

paralelos às fileiras das plantas por onde a água deve ficar tempo suficiente para

penetrar no solo e atingir as raízes das plantas [NETO, 2011].

Figura 6: Irrigação por sulcos. [Fonte:

http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/Agencia4/AG01/arvore/AG01_34_1311200215102.html]

As principais vantagens deste tipo de irrigação são: adaptar-se a um grande

número de solos e culturas e possuir um custo bem abaixo dos outros métodos. Em

contraposição encontra-se a erosão do solo, ensaios de campo dificultados e uma

eficiência muito baixa, em torno de 20% a 50% [COELHO, MAGALHÃES, 2004].

Portanto, não há interesse comercial neste método de irrigação.

2.3 Seleção do método de irrigação

Na fazenda Otacilândia, localizada em Ipueiras na região do Inhamuns, no estado

do Ceará, a cultura mais desenvolvida é a da laranja, que utiliza um sistema manual de

aspersão. Em decorrência dos benefícios encontrados na irrigação por aspersão, este

trabalho visa agregar funcionalidades e benefícios ao sistema em operação numa

10

fazenda, modificando-o de manual para automático, de uso noturno, e com sistema de

acionamento que vise o uso eficiente da energia elétrica. Com isso espera-se uma

redução em custos de operação e mão-de-obra, uso de incentivos tarifários

governamentais, redução no custo de produção com economia de energia elétrica e

maximização do retorno dos investimentos.

2.4 Programa rural irrigante

A categoria Rural Irrigante é uma categoria de clientes de energia elétrica

objetivada ao consumo de energia através de irrigação. Essa categoria foi criada no ano

de 2006 na resolução nº 207 da ANEEL. Nessa categoria o cliente recebe um desconto

na tarifa de energia elétrica consumida, destinada apenas à irrigação e aquicultura.

Segundo a resolução nº 207:

O desconto será aplicado sobre o consumo de energia elétrica verificado em um período diário contínuo de oito horas e trinta minutos, facultado à concessionária ou permissionária de distribuição o estabelecimento de escala de horário para início, mediante acordo com o respectivo consumidor, garantido o horário de 21h30 às 6hs do dia seguinte. [Resolução nº207/2006 ANEEL]

Ainda segundo a mesma resolução, a região nordeste tem um desconto de 90%

da tarifa do subgrupo A (alta tensão, com potência acima de 45 kVA) e 73% para o

grupo B (baixa tensão, consumo até 45 kVA).

Como se pode notar, a categoria Rural Irrigante garante o benefício recíproco

para o sistema elétrico e para o agricultor ao limitar o consumo de energia durante

horários de pico e fazendo o consumo de energia ser um pouco mais uniforme, exigindo

que além de exercer atividade rural, a energia elétrica deve ser usada exclusivamente

para a irrigação, e apenas nos horários de baixo pico, das 21h30 à 6h do dia seguinte.

2.5 Bombas

As bombas são máquinas motrizes cujo objetivo é realizar o escoamento de um

líquido. Funcionando como máquina operatriz, a bomba transforma o trabalho mecânico

recebido em energia de pressão e cinética, que são transferidas ao líquido. As bombas

são classificadas de acordo com o modo pelo qual é feita a transformação do trabalho

11

em energia hidráulica e o recurso usado para ceder essa energia, aumentando a pressão

e/ou velocidade do líquido. Para tanto existem as:

• Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas

• Motobombas, chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou

simplesmente dinâmicas;

• Bombas especiais (bomba com ejetor, pulsômetros e bomba de emulsão de ar).

2.5.1 Bombas de deslocamento positivo

O que melhor caracteriza as bombas de deslocamento positivo é que a partícula

líquida segue praticamente a mesma trajetória do ponto da peça com o qual está em

contato. Elas possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior o movimento de um

órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seu escoamento.

Proporcionando desta forma as condições para que se realize o escoamento na tubulação

de aspiração até a bomba e na tubulação de recalque até o ponto de utilização.

Nesse tipo de bombas existe uma relação constante entre o fluxo e a velocidade

do órgão propulsor da bomba. Elas são normalmente usadas para pressões elevadas e

fluxo de líquido relativamente baixo, como exemplo temos as bombas de pistão ou

êmbolo.

2.5.2 Motobombas

As motobombas são caracterizadas por possuírem uma peça rotatória dotada de

pás, chamada rotor, que exerce sobre o liquido forças que resultam da aceleração que

lhe imprime. Essa aceleração, ao contrário do que se verifica nas bombas de

deslocamento positivo, não possui a mesma direção e o mesmo sentido do movimento

do liquido em contato com as pás. A função do rotor é comunicar aceleração à massa

líquida, para assim fazer a transformação de energia mecânica de que está dotado em

energia cinética para o líquido. É, em essência, um disco ou uma peça de formato

cônico dotada de pás.

O rotor pode ser:

• fechado quando, alem do disco onde se fixam as pás, existe uma coroa circular

também presa às pás. Pela abertura dessa coroa, o líquido penetra no rotor. Usa-se para

líquidos sem substâncias em suspensão (Figura 7).

12

• aberto quando não existe essa coroa circular anterior. Usa-se para líquidos

contendo pastas, lamas, areia, esgotos sanitários (Figura 8).

Figura 7: Rotor Fechado. [Fonte: http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/bombas1.html]

Figura 8: Rotor Aberto [Fonte: http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/bombas1.html]

Além do rotor, as motobombas necessitam de outro órgão que seja capaz de

transformar uma grande parte da energia cinética em energia de pressão, esse órgão é

chamado de difusor (figura 9). Isso permite que o fluido apareça na boca de saída com

uma velocidade razoável para o seu escoamento.

As motobombas usam normalmente motores elétricos para obter a energia

mecânica necessária para “puxar” a água, que na região nordeste está normalmente em

poços não muito profundos. [REBOUÇAS, BRAGA TUNDISI, 1999]

13

2.5.3 Motores elétricos

Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. O motor de indução é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. [WEG, 2011]

As máquinas elétricas podem ser classificadas como geradores (fontes de

energia elétrica) e motores (carga elétrica motora), cada uma delas podendo ser dividida

em máquinas de corrente continua (CC) ou de corrente alternada (CA), e estas últimas

como síncrona e assíncrona.

As máquinas CC podem ser utilizadas tanto como motor quanto como gerador.

Porém, uma vez que as fontes retificadoras de potência podem gerar tensão contínua de

maneira controlada a partir da rede alternada, pode-se considerar que, atualmente, a

operação como gerador fica limitada aos instantes de frenagem e reversão de um motor.

Devido ao seu alto custo, o seu uso fica restrito a operações cujas exigências

contraponham o custo mais alto dessa instalação.

A grande maioria dos sistemas de geração de energia elétrica no mundo fazem

uso de geradores CA síncronos, devido a vantagem de controle da magnitude da tensão

terminal através do sistema de excitação e de controle da frequência através da

regulação da velocidade da máquina. Os geradores assíncronos são usados de forma

minoritária, tendo seu uso mais comum nos sistema de geração eólica.

Os motores de corrente alternada são mais utilizados devido à própria estrutura

de rede de distribuição de energia elétrica. Os principais tipos são: motores síncronos e

assíncronos. Os motores síncronos são utilizados em altas potências, pois seu custo é

grande para pequenas potências, e possui como característica a sua velocidade fixa. Já o

motor de indução com rotor em gaiola, o mais usado como motor assíncrono, apesar de

manter uma velocidade constante, sofre uma leve variação de velocidade de acordo com

a carga. Devido a sua robustez, capacidade de lidar com grandes potências e baixo

custo, acaba sendo o motor mais usado no mercado, pois lida bem com quase todo tipo

de máquina acionada encontrada na prática [WEG, 2011]. Atualmente, o

desenvolvimento das técnicas de acionamentos de corrente alternada e a viabilidade

econômica têm favorecido a substituição dos motores de corrente contínua pelos

motores de indução acionados por inversores de frequência.

14

2.5.4 Motor de indução trifásico

Segundo Guedes [1994], o motor de indução trifásico (MIT) é uma máquina

elétrica de funcionamento em corrente alternada, com o circuito elétrico da parte do

estator formado por três bobinas de fase afastadas de 2π/3 radianos elétricos e ligado a

um sistema de alimentação trifásico. O rotor de um motor trifásico pode ser do tipo

bobinado ou do tipo gaiola. O rotor de um MIT trifásico de rotor bobinado é formado

por um conjunto de três bobinas, uma por fase, interligadas entre si, em delta ou estrela.

O rotor em gaiola é formado por condutores na forma de barras curto-circuitados,

submetido a fenômenos de indução magnética. Tanto os enrolamentos do rotor

bobinado como a gaiola têm em seu núcleo material ferromagnético.

(a)

(b)

Figura 9: Motor de indução com rotor em (a) gaiola (b) bobinado [Fonte:

http://testandomotores.blogspot.com/2010/07/testando-motores-eletricos.html]

Uma questão fundamental é entender como se produz um torque eletromecânico

no rotor do motor de indução. A criação do torque no rotor baseia-se nas leis de indução

de Faraday e de Lenz.

O funcionamento de um MIT pode ser dividido em 6 partes principais:

Ø O estator é ligado à rede trifásica, provocando a circulação de corrente

pelas bobinas que formam o enrolamento, o que provoca o aparecimento de um campo

girante de força eletromotriz com velocidade de sincronismo de ns = f/p {Hz} [WEG,

2011];

Ø O campo girante de força magnetomotriz cria um campo magnético

girante no circuito magnético principal da máquina;

15

Ø O movimento desse campo magnético girante na máquina induz forças

eletromotrizes alternadas nos condutores das bobinas do estator e nos condutores do

circuito do rotor;

Ø Estando o circuito elétrico do rotor curto-circuitado, aparecem correntes

elétricas que circulam nos enrolamentos do rotor devido as forças eletromotrizes

alternadas do rotor;

Ø O fato de estas correntes estarem a circular no interior de um campo

magnético provoca o aparecimento de forças mecânicas que se exercem sobre os

condutores do rotor. A combinação dessas forças mecânicas cria um torque

eletromagnético capaz de fazer o rotor girar, sendo esse torque proporcional ao fluxo

magnético e à corrente do rotor;

Ø O movimento do rotor então tende a contrariar a causa que lhe deu

origem (a velocidade relativa entre o campo magnético e os condutores do rotor), logo o

rotor tende a atingir a velocidade do campo girante.

2.5.5 Partida de motores

Durante a partida dos motores de indução a corrente no rotor é limitada apenas

pela impedância complexa do circuito, enquanto que no funcionamento em regime

normal é, também, limitada pela força contra-eletromotriz que o campo magnético

girante induz no circuito do estator. Por esta razão, a corrente de partida é muito elevada

e causa o aquecimento do motor e de todos os condutores que são percorridos pela

corrente de partida devido às perdas de energia por efeito Joule.

Caso se deseje, por construção, reduzir muito o valor da corrente, o torque

também vem reduzido, o que compromete a partida do motor quando do acionamento

de uma carga, o que gera mais uma restrição para o motor, que ele deve possuir um

elevado torque de partida para promover o crescimento da velocidade do motor até a

velocidade de regime.

No projeto do motor tudo isso é considerado e resulta que o torque de partida é

de 1.5 a 3 vezes o torque nominal do motor e uma corrente muito superior, de 4 a 8

vezes a intensidade da corrente nominal [ GUEDES, 1994].

16

2.5.5.1 Partida direta

A partida direta é caracterizada por utilizar a tensão de regime nominal do motor

em sua partida. Esse método possui uma alta corrente de partida associada a um alto

torque de partida que gera um desgaste mecânico, sendo assim necessário que sua

partida seja feita no menor tempo possível. Normalmente essa partida utiliza apenas um

relé térmico, uma chave contatora, um disjuntor e botoeiras para seus diagramas de

comando e força. Na figura 10 é mostrado um exemplo de ligação de partida direta.

Figura 10: Partida direta simples. [Fonte: http://www.potenzanet.com/documents/52.html]

2.5.5.2 Partida com chave estrela – triângulo (Y - ∆)

Já a partida com chave estrela-triângulo apresenta baixa corrente de partida,

quando a partida é bem sucedida, possui picos de transmissão em partida de carga, um

baixo torque de partida devido à tensão reduzida aplicada no estator e leva um longo

tempo para atingir o regime nominal, quando comparado a partida direta. Quando da

parada do motor utilizando a chave estrela-triângulo, é sempre usada a parada direta.

Neste método de arranque o custo é mais elevado devido a um maior numero de

17

contatores, chaves e botoeiras, como podem ser vistos na figura 11, onde um exemplo é

mostrado.

Figura 11: Partida com chave estrela – triângulo. [Fonte:

http://ewertonmarinho.blogspot.com/]

2.5.5.3 Partida com chave compensadora

A chave de partida compensadora alimenta o motor com tensão reduzida em

suas bobinas na partida. Essa redução é feita através da ligação de um

autotransformador em série com as bobinas, após o motor ter acelerado, elas voltam a

receber tensão nominal.

A redução da corrente de partida depende do TAP em que estiver ligado o

autotransformador:

Ø TAP 65% - Redução para 42% do seu valor de partida direta;

Ø TAP 80% - Redução para 64% do seu valor de partida direta

A chave de partida compensadora é utilizada em motores que partem sob carga;

o conjugado resistente de partida da carga deve ser inferior à metade do conjugado de

partida do motor.

18

Na figura 12(a) tem-se o diagrama de comando enquanto que na figura 12(b) o

diagrama de controle para esse tipo de partida.

(a) (b)

Figura 12: (a) Diagrama de Comando (b) Diagrama de controle

2.5.5.4 Partida eletrônica (Soft-Starter)

A partida por Soft-Starter é caracterizada por ter tensão reduzida e não alterar as

conexões do bobinado do motor. A tensão é controlada eletronicamente e fundamentada

nas chaves eletrônicas chamadas tiristores.

A partida suave com as soft starters é possível devido à redução da tensão na partida de motores de indução em corrente alternada. As soft starters empregam componentes de estado sólido para controlar o fluxo de corrente e, conseqüentemente, a tensão aplicada no motor de indução. As soft starters podem ser ligadas em série, na mesma linha de alimentação aplicada ao motor, ou podem ser conectados em triângulo, de uma conexão do motor, controlando a voltagem aplicada ao motor conforme uma parametrização previamente realizada pelo usuário. Na verdade, o funcionamento de uma Soft Starter (ou chave de partida) é baseado na utilização de tiristores (SCR – “Silicon Controlled Rectifier”, Retificador Controlado a Silício). Os tiristores tem sido utilizados com muita freqüência no controle de potência em corrente alternada, para cargas resistivas indutiva, como solenóides, elementos aquecedores e os próprios motores de indução, sem contar que o tiristor é mais útil que o diodo de quatro camadas, devido ao seu condutor extra estar ligado á base da seção NPN. O SCR seria equivalente a uma trava com disparo na entrada. [FERNANDES, R.G., 2011]

19

Este método de partida se baseia em criar partidas e paradas suaves da carga a

ser movimentada, diferentemente do inversor de freqüência, cuja aplicação se dá no

controle da velocidade ponto a ponto.

A ligação dos soft-starters ao motor é feita quase de forma direta, normalmente

apenas com a inclusão de um relé de proteção e de um disjuntor, como na figura 13.

Figura 13: Ligação do motor com soft starter. [Fonte:

http://softstarter.blogspot.com/]

2.5.5.5 Limitações da rede e norma da concessionária quanto à partida dos

motores

Conforme a norma técnica NT 001/2008 da COELCE (Companhia de Energia

Elétrica do Ceará) as unidades consumidoras ligadas em redes aéreas de distribuição

com carga instalada até o limite de 75 kW devem ser atendidas através de três fases e

neutro 380/220 V, podendo ser ligadas as seguintes cargas individuais:

Ø motor trifásico com potência individual até 30 cv, em 380 V;

Ø aparelho trifásico não resistivo, com potência individual até 20 kVA;

20

Ø máquina de solda a transformador trifásico com potência até 15 kVA;

Ø aparelho de Raios X trifásico com potência até 20 kVA.

Com referencia a ligação de motores e equipamentos, ainda de acordo com a NT

001/2008, tem-se:

a) motores trifásicos, com potência nominal até 5 cv, podem ser acionados, na

partida, com ligação direta à rede;

b) motores trifásicos, com potência nominal superior a 5 cv, devem ser

equipados com dispositivos para a redução da corrente de partida;

c) as chaves compensadoras e reostatos de partida devem reduzir a tensão, no

mínimo a 65% (sessenta e cinco por cento), na partida;

d) nos motores com rotor bobinado deve ser previsto dispositivo de bloqueio que

impeça em qualquer condição a partida do motor com o rotor em curto-circuito;

e) no caso de instalação consumidora suprida por três fases, para a alimentação

de motor trifásico, deve possuir antes e próxima ao motor, além da proteção de sobre-

corrente, a proteção para falta ou queda de tensão conforme previsto na NBR 5410;

2.6 Sistema de Comunicação

Para um controle mais “limpo” do ponto de vista de quantidade de circuitos e

cabos e ao mesmo tempo devido a um ambiente hostil para uma fiação dentro de uma

floresta, por exemplo, a utilização de um protocolo de comunicação que usa o ar como

meio de transmissão se encaixa melhor que as que utilizam fios.

Como afirma Daibes Jr., S.N. e Mota, C.A [2006], os sistemas de comunicação

por RF (Rádio-Frequência) podem transmitir informações de voz, vídeo e dados

utilizando uma frequência específica para outros equipamentos sintonizados na mesma

frequência. Esta transmissão utiliza-se de alguma técnica de modulação, sendo que para

os sistemas convencionais as mais usadas ao a modulação por amplitude (AM) e a

modulação por frequência (FM).

Transmissões de rádio-frequência, são amplamente utilizadas hoje em dia no

nosso cotidiano em diversos equipamentos eletrônicos, tais como rádio, televisores,

portões de garagem, telefones, etc.

Por utilizar uma plataforma simples de ser montada, vários módulos

transmissores e receptores estão disponíveis no mercado. Para este projeto foram

escolhidos os módulos:

21

Ø Modelo Transmissor : TWS-DS-3 (433.92MHz)

Ø Modelo Receptor : RWS-375-6 (433.92MHz)

São módulos que operam com a frequência de 433.92MHz, com alcance médio

de 140m e que operam com a modulação ASK (Modulação por chaveamento de

amplitude) atingindo uma velocidade de até 4800 bps. Seus datasheets são apresentados

nos Anexos A e B.

22

Capitulo 3

Módulo de acionamento e módulo de controle

Neste projeto foi implementado um controle do acionamento a distância de um

conjunto de motores e a partir de um único ponto de controle. O sistema de

acionamento é automático no intuito de aproveitar todos os benefícios do programa

Rural Irrigante, definido na resolução 207/2006 da ANEEL.

Segundo a NT 001/2008 da COELCE, não é permitido utilizar a partida direta de

motores com potência superior a 5 cv devido à queda de tensão imediata na rede que é

causada pela alta corrente de partida. Para tanto, na simulação do circuito foi utilizado

tanto partida direta, levando em consideração bombas usuais com potência 3 cv, como

foi utilizado partida com chave estrela-triângulo para reduzir a corrente de partida e

atender às normas da concessionária considerando bombas com uma potência de 7,5 cv.

Vale salientar que a partida com chave estrela-triângulo não é o mais ideal uma

vez que os dispositivos eletrônicos de partida suave (soft-starter) estão presentes no

mercado e são capazes além de oferecer partida assistida de motores, evitar a queda de

tensão na rede elétrica próxima às cargas acionadas. Este é, porém, um projeto que

levaria mais tempo e mais foco num software de controle, que não é o objetivo deste

trabalho.

3.1 Placa de acionamento dos motores

Poucos softwares no mercado são específicos para a simulação do acionamento

de motores. Um simulador gratuito e com poucos recursos chamado CADe_SIMU

implementa a função de chaves seccionadoras, contatores, botoeiras, disjuntores,

dispositivos de proteção como relés térmicos, fusíveis dentre outros. O objetivo deste

simulador é apenas mostrar o funcionamento de diagramas de força e de controle para o

acionamento de motores, sem, contudo, levar em conta valores para tensão e corrente.

Portanto, para visualização da sequência de ações, o CADe_SIMU é uma ótima opção,

sendo utilizado neste projeto.

Na figura 14 temos a visualização do diagrama de força e de controle de uma

bomba com partida direta.

23

Figura 14: Diagramas de controle e comando por partida direta – CADe_SIMU

Na figura 14, Q1 e Q2 são disjuntores para ligação a rede da concessionária, k1 é

o contator, onde os contatos de 1 a 6 são usados no diagrama de força ligados ao relé

térmico F1 que está diretamente conectado ao motor. Observando o diagrama de

comando a direita, vemos o uso dos contatos normalmente abertos (13 e 14) do contator

k1, a bobina de acionamento do contator k1 com os terminais A1 e A2 e mais as

botoeiras para ligar e desligar o motor.

Na figura 15, em seguida, vemos o uso da partida com chave estrela-triângulo.

Vemos o uso dos contatores k1, k2 e k3, onde após a conexão dos diagramas a rede da

concessionária, e acionamento da botoeira S1, temos o fechamento das chaves dos

contatores k1 e k2, caracterizando uma conexão em estrela, e com a ativação do

contator temporizado, que ao ser ativado abre suas chaves garantindo a abertura dos

contatos de k2 ao mesmo tempo em que provoca o fechamento dos contatos de k3,

formando uma conexão em delta (triângulo).

24

Figura 15: Diagramas de controle e comando por partida com chave estrela – triangulo –

CADe_SIMU

Um grande desafio encontrado neste trabalho foi simular o acionamento de

motores controlado por lógica eletrônica, não há simuladores que unam essas duas áreas

em toda sua abrangência. Por isso, foi escolhido o software PROTEUS 7 DEMO, de

forma que contatores foram simulados como sendo relés e apenas o diagrama de

comando foi implementado.

Figura 16: Montagem do módulo de comando no simulador ISIS na plataforma PROTEUS

25

Na figura 16 encontra-se o acionamento de um motor por partida direta, esta

placa estaria conectada a carga. Tentando-se manter a semelhança no diagrama de

comando no programa CADe_SIMU, logo a direita temos as chaves seccionadoras,

DISJUNTOR 1 e EMERGÊNCIA 1, onde o índice 1 é no sentido de representar o

acionamento do Motor 1, as botoeiras LIGAR e DESLIGAR, para acionamento manual

e dois relés que serão comandados pelo PIC e poderão comandar tanto o acionamento

quanto a parada do Motor 1. A esquerda encontra-se o microcontrolador PIC 16f87

trabalhando numa freqüência de 2MHz, com o terminal A5 ligado a um botão de

RESET e os pinos B3 e B4 para indicarem o recebimento e o envio de dados

respectivamente. Também se tem o sinal que aciona o diagrama de comando no pino B0

enquanto que no pino A4 o sinal de desligar, além disso, também se tem o pino A1 para

verificar se há corrente na saída do motor e assim poder sinalizar se o motor está ligado

ou não. Não podendo esquecer-se dos pinos RX e TX, que, no programa, estão

considerados conectados aos pinos TX e RX do controle remoto respectivamente,

levando em conta que na prática estariam conectados aos módulos de transmissão e

recepção RF citados anteriormente.

Na figura 17 agora se mostra o acionamento do motor com chave de partida

estrela-triângulo, da mesma forma que para a partida direta simples, foi tentado aqui

manter a similaridade quanto ao diagrama de comando utilizado no software

CADe_SIMU. No canto superior direito da figura vemos três sinalizadores, k1 M3, k2

M3 e k3 M3 que indicam quais contatores estão ativados. Tem-se então a montagem do

circuito de acionamento que foi mostrado na figura 14 (CADe_SIMU), com a inclusão

das chaves LIGAR M3 e DESLIGAR M3 que são feitas pelo PIC 16F87.

A programação do micro controlador ligado as placas de acionamento possuem

alguns objetivos específicos, são eles:

Ø Enviar comandos de Ligar e Desligar ao circuito de comando;

Ø Verificar o status do motor;

Ø Receber e enviar informações para o controle geral, o micro controlador

mestre;

A programação foi feita utilizando o software PIC C Compiler versão Demo,

capaz de gerar o arquivo “.hex”, convertido a partir do código escrito na linguagem C,

necessário para o funcionamento do micro controlador.

As ações para o PIC 16F87 são então baseadas em algumas poucas operações

detalhadas a seguir:

26

Ø Verificar por comandos: esta unidade fica sempre a verificar a porta de

entrada RX para averiguar se há dados vindo do controle geral, podendo

receber três pedidos, Ligar, Desligar ou status do motor, sendo o comando

caracterizado por possuir o caractere 1, 2 ou 3 para determinar qual unidade

está enviando os dados;

Ø Quando a unidade de processamento recebe o comando ligar motor, ela

verifica se este comando foi enviado para ela, e então coloca o pino B0 com

valor alto (5V) por 1s e então o volta para nível baixo (0V), logo em seguida

é verificado se k1 M1 está em nível lógico alto (se estiver o motor foi ligado)

e então responde para o controle geral dizendo que o motor foi ligado com

sucesso.

Ø Quando a unidade recebe o comando de desligar ela repete o processo de

ligar, porém enviando um sinal de nível lógico baixo o pino A4, o que vai

fazer o circuito de comando abrir, desligando a carga;

Ø Quando o PIC escravo recebe o comando Status ele apenas verifica k1 M1 e

caso este estiver em nível lógico alto, responde como Motor_On, caso

contrario responde como Motor_OFF.

27

Figura17: Diagrama de comando com chave estrela-triângulo no simulador ISIS –

Plataforma PROTEUS.

3.2 Placa de controle remoto

Para o controle geral, foi utilizado um microcontrolador PIC 16F877, de 40

pinos, conectado a um LCD para prover as informações ao usuário e a um teclado

matricial para receber os comandos. A montagem deste circuito no simulador

PROTEUS 7 versão DEMO aparece na figura 18.

28

Figura: 18: Placa de controle geral no simulador ISIS – Plataforma PROTEUS.

Utilizando os exemplos do próprio simulador, [LABCENTER ELECTRONICS]

foi feita a conexão do LCD e do teclado matricial ao PIC 16F877, que trabalha com a

freqüência de 16MHz. Também foram conectados pinos de teste para saída e chegada

de dados, assim como foi feito para o lado escravo. Além disto, os pinos TX e RX desta

unidade de controle foram conectados aos módulos transmissor e receptor

respectivamente.

O controle geral foi feito com o objetivo de controlar os motores a distância de

dois modos, manual e automático, possui um relógio para agir no modo automático

atuando quando do horário que se beneficie do programa Rural Irrigante, ou seja, de

21h30 às 6hs.

Ao iniciar-se pela primeira vez, o módulo de controle geral vai pedir o ajuste do

relógio, pedindo hora e minutos, depois vai mostrar no LCD qual modo está ativo,

29

(como default o modo manual está ativo) e oferecer 3 opções de acordo com a tecla que

o usuário pressionar:

Ø ‘#’ para ver Detalhes, que inclui ver quais motores estão ligados neste

momento e se algum foi desligado sem o comando do controle geral, voltando a tela

inicial depois de mostrar os dados;

Ø ‘*’ para mudar o Modo. Está opção tanto serve para colocar em modo

automático quanto para fazer alterações manualmente pelo modo manual;

Ø ‘0’ verifica a hora atual.

Partindo da escolha de Modo, quando da escolha por Modo Automático, o

controle geral vai verificar primeiramente o horário, e então quais motores estão

ligados, se houver motores ligados e for durante o período em que o programa Rural

Irrigante não está operando, o controle geral deve desligar todos os motores, caso esteja

no horário de 21h30 às 6h, os motores deverão ser todos ligados, com um tempo de 10s

entre cada ligação para evitar a corrente de partida de vários motores ao mesmo tempo.

Agora considerando que o usuário escolheu o modo manual, primeiramente será

visualizado no LCD quais motores estão ligados para então o usuário ter a opção de

ligar ou desligar os motores em questão.

O comando para ligar envolve enviar uma string do controle geral para os

módulos de controle de cada motor, todos os módulos irão receber, mas apenas aquele

com a descrição enviada (1, 2 ou 3) irá enviar o sinal de ligar o motor e retornar a

mensagem Motor_ON.

30

Capítulo 4

Resultados de Simulação

Após executadas as simulações do circuito no programa PROTEUS 7 versão

DEMO, usando o seu simulador de circuitos ISIS, observou-se a ocorrência de alguns

fatos.

A comunicação entre o controle geral e um módulo é feita de forma que todos os

dados sejam recebidos. Sempre que o controle geral envia um comando ele espera uma

resposta como confirmação, caso não haja uma resposta em até 3 tentativas, é

considerado que o comando não foi realizado, cabendo ao usuário tentar novamente.

O controle geral foi capaz de, individualmente, ligar, desligar e pedir por status

tanto dos motores com partida direta quanto do motor com partida de chave estrela -

triangulo.

Nas programações dos PIC’s tentou-se utilizar a comunicação entre eles através

de suas portas seriais com o protocolo RS232, o que funcionou corretamente enquanto o

controle geral buscava apenas um módulo de acionamento de motores, mas quando da

tentativa de deixar vários módulos ativos foi-se encontrado um erro. O fato do pino TX

de cada módulo de acionamento estar conectado fisicamente, no simulador, fazia com

que a simulação não ocorresse da forma esperada, pois quando um módulo tentava

enviar dados, outro estava segurando a tensão e não permitindo que dados fossem

enviados. E devido a isso não se pode concluir a simulação com êxito. Como tentativa

de corrigir este problema, colocou-se resistência entre os pinos TX de cada módulo de

acionamento, mas sem sucesso. Porém, esse erro foi ocasionado por uma falta de

componentes necessários para a simulação, tais como os próprios módulos de

comunicação RF, pois levando em conta que cada módulo somente enviará dados

quando for requisitado e que o código do controle geral não tenta se comunicar com

dois módulos de acionamento ao mesmo tempo, acredita-se que em campo este módulo

seria sim capaz de controlar todos os módulos com este protocolo de comunicação.

Na figura 19, mostra-se o comando de ligar o Motor_1, que é feito com sucesso

e a resposta também, podendo assim o controle geral guardar em uma de suas variáveis

que agora este motor está ligado.

31

Figura 19: Simulação – Motor 1 Ligado

32

Capítulo 5

Conclusões

Após a análise dos atuais sistemas de irrigação verificou-se que muitos

agricultores utilizam ainda um modo manual de irrigação e gastos excessivos com o uso

de água e eletricidade, o que pode ser melhorado projetando um sistema para cada tipo

de cultura e clima e automatizando-os, de forma a obter um rendimento mais elevado.

Na tentativa da obtenção de um controle geral para automatizar um sistema de

acionamento de bombas d’água, verificou-se uma grande dificuldade para achar

plataformas que permitissem uma simulação de um novo projeto de automação.

Foram verificados problemas na comunicação utilizada, o protocolo RS-232, que

é um protocolo através de porta serial ponto–a–ponto. Este problema poderia ser

resolvido num futuro trabalho utilizando o protocolo de comunicação I2C que já é

aceito na grande parte dos micro controladores PIC’s ou mesmo através da serial RS -

422, onde ambas atingem maiores velocidade de comunicação, embora não seja uma

característica pertinente a uma escolha, e principalmente porque foram feitas no estilo

de plataforma Master-Slaves (Mestre-Escravos), onde temos um centro de controle que

pode se comunicar com vários outros módulos, sendo apenas um o mestre e enviando os

comandos necessários.

Outros pontos que poderiam ser revisados para trabalhos futuros seria a

implementação de uma função que permita que o modo automático seja programado,

além do mais o acréscimo de uma memória externa que permita o acúmulo de dados por

uma semana, mês ou outro período de tempo de forma que possa se criar um registro de

dados para uma análise de investimentos e horas trabalhadas de cada motor.

Os resultados das simulações mostraram que é um projeto de base, que possui

funções limitadas, mas capaz de progredir para formar um sistema mais robusto, com

boa capacidade e capaz de concorrer com os atuais módulos de automação agrícola no

mercado, de custo elevado.

33

Referências Bibliográficas

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Milho e Sorgo, 2001. (Embrapa Milho e Sorgo, Circular técnica, nº14) • Castro, N., Apostila de Irrigação. Rio Grande do Sul, UFRGS, 2003. • Luz, M. J. S., Bezerra, J. R. C., Santana, J. C. F., Dias, J. M., Efeito de diferentes

épocas de supressão da água de irrigação na qualidade da fibra do algodão. Paraíba, UFPB, 1998.

• Stone, L. F., Arroz Irrigado por Aspersão. 1. Ed. Goiânia: Embrapa Arroz e

Feijão, 2004. (Embrapa Arroz e Feijão, Circular técnica, nº64) • LOBATO, E. J. V.; SILVA, S. C. da., Parâmetros meteorológicos, fenologia e

produtividade do arroz de sequeiro sob condições de cerrado. Goiânia: Embrapa-CNPAF, 1995.

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estudo em fruticultura no Cerrado, 2003. • Coelho, E. F., Magalhães, A. F. de J. Irrigação e Fertirrigação de Citros. 1. Ed.

Cruz das Almas. Embrapa Mandioca e Fruticultura, 2004. (. Embrapa Mandioca e Fruticultura, Circular técnica, nº72)

• REBOUÇAS, A. da C., BRAGA, B., TUNDISI, J. G., Águas Doces no Brasil:

capital ecológico, uso e conservação. Instituto de Estudos avançados da USP, 1999.

• WEG, Motores Elétricos. Disponível em: http://www.weg.net/br. • Guedes, M. V., O motor de indução trifásico, seleção e aplicação. Faculdade de

Engenharia da Universidade de Porto, 1994. • Sales, J. M. M., Ferreira, J. D., Silva, K. M., Fornecimento de Energia Elétrica

em tensão secundária de distribuição. COELCE. 2008. (COELCE: NT001). • Daibes Junior, S. N ET Mota, C. A., Sistemas de comunicação para segurança

pública, Revista digital, vol 6, Abril/2006. • Folha de dados PIC16F877. Disponível em <HTTP://www.alldatasheet.com>

Acesso em 12/04/2011.

34

• Folha de dados PIC16F87. Disponível em <HTTP://www.alldatasheet.com> Acesso em 12/04/2011.

• ANEEL, Resolução Nº 207/2006. Disponível em < http://www.aneel.gov.br/ >

http://www.wenshing.com.tw ; http://www.rf.net.tw RWS-375 Series Datasheet P.1

WENSHING®© RWS-375 RF MODULE Series

Wireless Hi Sensitivity Receiver Module (RF ASK)

Version History

Version Date Changes

V1.01 Apr.4, 2008 1st. Edition

35

ANEXO A

DATASHEET RECEPTOR RF � RWS-375


Model : RWS-375-6

l Frequency Range: 433.92MHz

l Modulate Mode: ASK

l Circuit Shape: LC

l Date Rate: 4800bps

l Selectivity: -108dBm

l Channel Spacing: 500KHz

l Supply Voltage: 5V

l High Sensitivity Passive Design.

l Simple To Apply with Low External Count

Electrical Characteristic

Characteristic Sym Min Type Max Unit

Operating Radio Frequency FC 433.420 433.92 434.420 MHz

Sensitivity Pref -106 -108 -110 dBm

Channel Width -500 + 500 KHz

Noise Equivalent BW NEB 5 4

Baseboard Data Rate 3 KB/S

Receiver Turn On Time 3 ms

DC Characteristic

Symbol Parameter Condition Min Type Max Unit

VccOperatingSupply Voltage

4.9 5 5.1

I TotOperatingSupply Voltage

4.5

V Data Data Out

1 Data=+200uA

(High)

Vcc-0.5

Vcc V

1 Data=-10uA

(Low)0.3 V

36


Size

Pin Assignment

Pin Function

1 GND

2 Digital Output

3 Linear Out

4 VCC

5 VCC

6 GND

7 GND

8 ANT(About 13cm)

37


Demo Circuit

38

http://www.wenshing.com.tw ; http://www.rf.net.tw TWS-DS Series Datasheet P.1

WENSHING®© TWS-DS RF MODULE Series

Wireless Hi Power Transmitter Module (RF ASK)

Version History

Version Date Changes

V1.01 May. 20, 2009 1st. Edition

V1.02 Mar. 03, 2011 2st. Edition

ANEXO B

DATASHEET TRANSMISSOR RF � TWS-DS

39


Model : TWS-DS-3

l Frequency Range: 433.92 MHz

l Modulate Mode: ASK

l Circuit Shape: SAW

l Date Rate: 8Kbps

l Supply Voltage: 1.5~12V

l Electric Current: 23mA(5V) ; 40mA(9V) ; 53mA(12V)

l Power: 10dBm(5V) ; 14.5dBm(9V) ; 20dBm(12V)

l Working temperature: -20~+85

l Solder temperature: 230 (10 seconds).

l High sensitivity is designed.

Application

l Wireless Data Transmission l Wireless Game Pad

l Remote Control l Wireless Toys

l Car Key l Home Automation

l AMR- Automatic Meter Reading l Remote Keyless Entry

Absolute Maximum Rating

Rating Value Unit

Power Supply and All Input/ Output Pins -0.3~+12.0 V

Non-Operating Case Temperature -20~+85

Soldering Temperature(10 seconds) 230

40


Electrical Characteristic

Characteristic Sym Min Type Max Unit

Operating Frequency

( 250KHz)Vcc 433.67 433.92 434.17 MHz

Data Rate ASK 8 Kbps

Transmitter

Performance([email protected])

Peak Input Current,12Vdc

SupplyITP 53 mA

Peak Output Power (20dBm) PO 10 40 mW

Turn On/ Turn Off TimeT ON/

T OFF40 US

Power Supply Voltage Range Vcc 1.5 12 Vdc

Operating Ambient

TemperatureTA -20 +85

Tx Antenna Out (3V) +2.4dBm Vcc mA

Pin Assignment

Pin Function

1 GND

2 Data in

3 Vcc

4 ANT

41


Size

42


R5

100R

C10

104P

ANT1

ANTENNA

R7

1M

VDD 2V~6V

S2

SW DIP-8

1

2

3

4

5

6

7

8

16

15

14

13

12

11

10

9

S4

SW DIP-4

1

2

3

4

8

7

6

5

S3

Key

VDD 2V~9V

U3

TT8494

A01

A12

A23

A34

A45

A56

A67

A78

VSS9

D810

D911

D1012

D1113

TE14

OSC215

OSC116

DOUT17

VDD18

DEMO Operating voltage 2V~6V

U2

TWS-DS

ANT

1

VCC

2

DATA

3

GND

4

Demo Circuit

43

The Power Managed PIC16F818/819 and PIC16F87/88

MCU family merges the FLASH-based PIC16F architecture

that is easy-to-program, with only 35 single word instructions,

with new low power features that are ideal for battery

management applications. New power managed features

can include new oscillator sources, a new low current

Watchdog Timer, Two-Speed Start-up, Fail-Safe Clock

Monitor and up to three new Power Managed modes.

These devices provide low cost solutions for intelligent

small systems that require extended battery life and energy

efficient operation. This PICmicro MCU family features

data EEPROM, Self-programming, a 10-bit ADC with up to

7 analog input channels, one 16-bit Timer and two 8-bit

Timers, and ICD capability, all packed into an 18-pin package.

The low power features make the devices ideal for battery

powered and power consumption critical applications,

including instrumentation and monitoring, data acquisition,

power conditioning, environmental monitoring and sensor

applications.

High Performance RISC CPU:

• 35 single word instructions

• FLASH program memory up to 4K x 14 words

• 256 bytes of backup EEPROM data memory

• Up to 5 MIPs operation:

– DC - 20 MHz clock input

Power Managed Features:

• Power Managed modes:

– Primary RUN XT, RC oscillator, 87 µA, 1 MHz, 2V

(PIC16F87/88 only)

– RC_RUN 7 µA, 31.25 kHz, 2V

(PIC16F87/88 only)

– SEC_RUN 14 µA, 32 kHz, 2V (PIC16F87/88 only)

– SLEEP 0.2 µA, 2V

• Timer1 Oscillator 1.3 µA, 32 kHz, 2V

• Watchdog Timer 0.7 µA, 2V

• Two-Speed Oscillator Start-up (PIC16F87/88 only)

• Fail-Safe Clock Monitor

Peripheral Features:

• High current sink/source: 25 mA

• Timer0 module: 8-bit timer/counter



• One Capture/Compare/PWM (CCP) module

• Synchronous Serial Port (SSP) module with two modes

of operation:

– 3-wire SPITM (supports all 4 SPI modes)

– I2CTM Slave modes

• Addressable USART module supports

interrupt-on-address bit (PIC16F87/88 only)

Advanced Analog Features:

• 10-bit, up to 7-channel Analog-to-Digital

Converter A/D (not available on PIC16F87)

• Analog Comparator module (PIC16F87/88 only) with:

– Two analog comparators

– Programmable on-chip voltage reference

– Programmable input multiplexing form device inputs and

internal voltage reference

– Comparator outputs are externally accessible

Special Microcontroller Features:

• 100,000 erase/write cycle Enhanced FLASH program memory

• 1,000,000 erase/write cycle Data EEPROM memory

• Data EEPROM retention > 40 years

• Self-reprogrammable under software control

• Selectable oscillator options including:

– Internal oscillator block:

Frequency range of 125 kHz to 8 MHz

– Internal RC oscillator of 31.25

• Multiple Low Power modes:

– CPU in various operational states

• Clock failure recovery mechanism ensures

robust operation

• Enhanced low current Watchdog Timer (WDT)

• Programmable code protection

• Power saving SLEEP mode

• In-Circuit Serial ProgrammingTM (ICSPTM) via two pins

• MPLAB® In-Circuit Debug (ICD) via two pins

CMOS Technology:

• Low power, high speed FLASH technology

• Fully static design

• Wide operating voltage range (2.0V to 5.5V)

• Industrial temperature range

M i c r o c h i p T e c h n o l o g y I n c . · T h e E m b e d d e d C o n t r o l S o l u t i o n s C o m p a n y ®

PICmicro®MCU Power Managed PIC16F Family Featuring nanoWatt Technology

ANEXO C

DATASHEET - FAM�LIA PIC 16F

44

Additional Information:

• Microchip’s web site: www.microchip.com

• Microchip’s Technical Library CD-ROM, Order No. DS00161

• Application Notes are available in:

– Embedded Control Handbook, Order No. DS00092

– Embedded Control Handbook Update 2000,

Order No. DS00711

• Microchip’s Overview, Quality Systems and Customer

Interface System, Order No. DS00169

PIC16F81X/8X Microcontroller Family

FLASH Program Data Program ADC Memory RAM Memory EEPROM I/O Channels Serial Device Bytes Bytes Type Data Pins (10-Bits) I/O Comp. CCP Timers ICSP Pins

PIC16F818 1792 128 FLASH 128 16 5 I2C/SPI N/A 1 2-8 bit, 1-16 bit, Yes 18L PDIP, 18L SOIC,

1-WDT 20L SSOP, 28L QFN

PIC16F819 3584 256 FLASH 256 16 5 I2C/SPI N/A 1 2-8 bit, 1-16 bit, Yes 18L PDIP, 18L SOIC,

1-WDT 20L SSOP, 28L QFN

PIC16F87 7168 368 FLASH 256 16 N/A AUSART/ 2 1 2-8 bit, 1-16 bit, Yes 18L PDIP, 18L SOIC

I2C/SPI 1-WDT 20L SSOP, 28L QFN

PIC16F88 7168 368 FLASH 256 16 7 AUSART/ 2 1 2-8 bit, 1-16 bit, Yes 18L PDIP, 18L SOIC

I2C/SPI 1-WDT 20L SSOP, 28L QFN

Abbreviations: ADC = Analog-to-Digital Converter AUSART = Addressable Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

PWM = Pulse Width Modulator QFN = Quad Flat No Leads

SPI = Serial Peripheral Interface WDT = Watchdog Timer

Development Tools from Microchip

MPLAB® IDE Integrated Development Environment

(Hardware/Software Project Manager)

MPASMTM Assembler Universal PICmicro® Macro-Assembler Software

MPLINKTM Object Linker/ Linker/Librarian Software

MPLIBTM Object Librarian

MPLAB® SIM Simulator Software

MPLAB® ICD 2 In-Circuit Debugger

MPLAB® ICE 2000 Full featured, modular In-Circuit Emulator

PRO MATE® II Full featured, modular Device Programmer

Americas

Atlanta (770) 640-0034Boston (978) 692-3848Chicago (630) 285-0071Dallas (972) 818-7423Detroit (248) 538-2250Kokomo (765) 864-8360Los Angeles (949) 263-1888San Jose (408) 436-7950Toronto (905) 673-0699

Asia/Pacific

Australia 61-2-9868-6733China - Beijing 86-10-85282100China - Chengdu 86-28-86766200China - Fuzhou 86-591-7503506China - Hong Kong SAR 852-2401-1200China - Shanghai 86-21-6275-5700China - Shenzhen 86-755-82901380China - Qingdao 86-532-5027355India 91-80-2290061Japan 81-45-471-6166Korea 82-2-554-7200Singapore 65-6334-8870Taiwan 886-2-2717-7175

Europe

Austria 43-7242-2244-399Denmark 45-4420-9895France 33-1-69-53-63-20Germany 49-89-627-144-0Italy 39-039-65791-1United Kingdom 44-118-921-5869

As of 12/05/02

45

Documents

MÓDULO DE CONTROLE APLICADO À AUTOMAÇÃO AGRÍCOLA