CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
SISTEMA PROGRAMÁVEL DE CONTROLE DE ESTUFA por
DOUGLAS FERNANDES DA CUNHA RICARDO ANDRADE RANAL ROBSON ALVES NASCIMENTO ANTÔNIO CATEGERÓ DE PAULA
Acadêmicos do 6º Módulo do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial
WILTON NEY DO AMARAL PEREIRA Professor Orientador
RELATÓRIO DO NAT III Dez 2006
SISTEMA PROGRAMÁVEL CONTROLE DE ESTUFA
DE
DOUGLAS FERNANDES DA CUNHA RICARDO ANDRADE RANAL ROBSON ALVES NASCIMENTO ANTÔNIO CATEGERÓ DE PAULA
Relatório apresentado à Faculdades Radial como parte dos requisitos para o NAT III.
ORIENTADOR: Prof. Amaral Pereira
Wilton
Ney
do
São Paulo (SP)
2006
ii
Dedicamos este trabalho às nossas famílias. Aos nossos pais, esposas, noivas e filhos pelo apoio, amor e incentivo. Eles são as razões do nosso empenho e dedicação na busca de nosso desenvolvimento.
iii
AGRADECIMENTOS Agradecemos a Deus, pelas nossas vidas.
Ao nosso orientador, Prof. Wilton Ney do Amaral Pereira, pela a ajuda nos momentos necessários.
Ao supervisor do Centro Tecnológico MWM International, José Luiz Calmazini, pelo incentivo e viabilização do projeto através da liberação do uso de materiais e equipamentos. Aos amigos da MWM International, Agnaldo Roberto Okura, Renan Peixoto, Edson Marcos Vilela, Eder Martinez Bellangeiro Alvarez, Gaudêncio Luís Miranda de Oliveira e Eduardo Angelo Martins, pelo apoio e colaboração nas diversas etapas da realização do projeto.
iv
RESUMO A agricultura tradicional realizada em campo aberto é dependente do meio físico natural, sendo sua prosperidade resultado de circunstâncias favoráveis do solo, do clima e água, entre outros. A necessidade crescente de se produzir vegetais com alta qualidade, do planejamento da produção agrícola em termos de quantidade e prazo, da redução dos custos por unidade de produção, com a manutenção ou aumento da qualidade tem levado a um aumento da utilização de cultivo protegido. A realização da produção agrícola com certa independência das condições climáticas pode ser obtida através da utilização de casas de vegetação, comercialmente conhecidas como estufas. Diversos estudos mostram que as principais variáveis climáticas envolvidas no processo de produção vegetal são a temperatura, a umidade, a luminosidade e a concentração de gás carbônico, além do controle da irrigação e dosagem de fertilizantes. A presença desses fatores, dentro de certos limites mínimos e máximos, proporciona condições propicias para o desenvolvimento vegetal, enquanto que fora desses limites, o desenvolvimento é prejudicado. Portanto, uma boa política de controle dessas variáveis torna-se imprescindível. Neste trabalho projetou-se um sistema de controle programável onde será possível configurar a climatização da estufa e a freqüência e duração da fertirrigação para os mais diversos tipos de cultura independente das condições climáticas regionais. O sistema utiliza elementos comumente encontrados em automação industrial, módulos eletrônicos de controle e aquisição de dados e uma linguagem de programação direcionada para automação onde estarão contempladas as lógicas de controle baseadas em “Diagrama de Máquina de Estados” e a interface gráfica com o usuário. A interligação dos módulos com o computador pessoal foi realizada via protocolo serial. O sistema foi instalado em uma maquete de uma estufa em escala reduzida para que os testes fossem realizados. Palavras-chave: controle, temperatura, umidade, luminosidade, estufa, climatização, fertirrigação.
v
ABSTRACT Traditional open field agriculture is dependent on the natural environment, and its profit is a result of derives from favorable soil, weather and water conditions, among other factors. The increasing need to produce high quality crops, to plan agricultural production in terms of quantity and time, to decrease costs, while maintaining or increasing quality has led to protected agriculture. Agricultural production with some independence of weather conditions can be obtained using greenhouses. There are many studies showing that the main variables related to crop production are the temperature, humidity, solar radiation and carbon dioxide concentration, beyond the irrigation control and fertilizer dosage. The presence of these variables between a minimum and a maximum limits provides good conditions for crop development, whereas, beyond these limits, the development is restrained. Therefore, a good control policy for these variables is essential. In this work a programmable control system was projected where it will be possible to configure the climatization of the greenhouse and the fertirrigation frequency and duration for the most diverse culture types independently of the regional climatic conditions. The system uses common joined elements in industrial automation, electronic modules of data control and acquisition and a programming language directed for automation where will be contemplated the based logics of control in "State Machine Diagram of Machine of States" and the graphical interface with the user. The interconnection of the modules with the personal computer was carried through way serial protocol. The system was installed in a greenhouse mockup greenhouse in reduced scale so that the tests were carried through. Keywords: control, temperature, humidity, luminosity, greenhouse, fertirrigation, climatization.
vi
SUMÁRIO p. 1. INTRODUÇÃO
1
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1.
Termopares
1
2.2.
Método para Medição de Umidade Relativa
1
2.2.1. Instrumentos convencionais utilizados para determinação da umidade do ar
2
2.2.2. Psicômetros
2
2.2.3. Tipos de Psicômetro
2
2.2.4. Psicômetro Ordinario
2
2.2.5. Cáculo de Umidade Relativa
3
2.3.
Módulos Remotos de Controle e Aquisição de Dados
3
2.3.1. Módulo 7520
3
2.3.2. Módulo 7050
4
2.3.3. Módulo 7018
4
2.3.4. Módulo 7017
5
2.4.
Conceitos de Controle Climático de Temperatura e Umidade para Cultivos Protegidos
2.4.1. Quantidade de água que se necessita para resfriar uma estufa
5 6
2.4.2. Determinação da duração do pulso de neblina e o intervalo entre os pulsos 2.4.3. Resfriamento
6 6
2.4.4. Importância do tamanho das gotas geradas pelo sistema de nebulização
6 vii
2.4.5. Projeto de Instalação de Sistema com nebulizadores de 7l/h (em “T)
6
2.4.6. Umidificação
6
2.4.7. Pulverização
7
2.4.8. Qualidade da Água
7
2.5.
Sombreamento Artificial com o uso de Tela Plástica
7
2.6.
Conceitos de Fertirrigação
7
2.7.
Conceitos de Medição de Nível
7
2.8.
Linguagem de Programação utilizada para o Software de Controle
9
2.8.1. Sobre NI LabVIEW
9
3. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3.1.
Estrutura
10
3.2.
Sistema de Resfriamento
11
3.3.
Sistema de Nebulização de Água
12
3.4.
Medição de Temperatura e Umidade Relativa do Ar
13
3.5.
Sistema de Sombreamento Artificial
13
3.6.
Sistema de Controle de Fertirrigação
16
3.7.
Circuito de Comando
19
3.8.
Software de Controle
20
3.8.1. Declaração de Variáveis
21
3.8.2. Diagrama de Máquina de Estados – Controle de Temperatura e Umidade Relatva
22
3.8.3. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “MANUAL”
23
3.8.4. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “RESFRIAR?”
24 viii
3.8.5. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “RESFRIANDO...”
25
3.8.6. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “ESTABILIZAÇÃO DO RESFRIAMENTO” 3.8.7. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “UMIDIFICAR”
26 27
3.8.8. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “UMIDIFICANDO...” 28 3.8.9. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) – Estado “ESTABILIZAÇÃO DA UMIDIFICAÇÃO”
29
3.8.10. Interface Gráfica com o Usuário – Controle Temp. e UR%
30
3.8.11. Diagrama de Máquina de Estados – Contr. Sombr. Artificial
31
3.8.12. Fluxograma (Contr. Sombreamento Artificial) – Estado “MANUAL”
32
3.8.13. Fluxograma (Contr. Sombreamento Artificial) – Estado “POTÊNCIA SOLAR”
33
3.8.14. Fluxograma (Contr. Sombreamento Artificial) – Estado “COBRIR ESTUFA?” 3.8.15. Fluxograma (Contr. Sombr. Artificial) – Estado “COBRINDO...”
34 35
3.8.16. Fluxograma (Contr. Sombreamento Artificial) – Estado “DESCOBRIR ESTUFA?”
36
3.8.17. Fluxograma (Contr. Sombreamento Artificial) – Estado “DESCOBRINDO...”
37
3.8.18. Interface Gráfica com o usuário – Contr. Sombreamento Artificial
38
3.8.19. Diagrama de Máquina de Estados – Controle de Fertirrigação
39
3.8.20. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MANUAL”
40
3.8.21. Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “TANQUES OK?”
41
3.8.22. Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “TEMPORIZADOR”
42
3.8.23. Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “DOSAR INSUMOS”
43
ix
3.8.24. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “NÍVEL DO MISTURADOR”
44
3.8.25. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MISTURADOR”
45
3.8.26. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “FERTIRRIGAR”
46
3.8.27. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MENSAGENS”
47
3.8.28. Interface Gráfica com o usuário – Controle de Fertirrigação
48
4. CONCLUSÃO
49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
50
ANEXOS Anexo A - DIAGRAMA Psicométrico para São Paulo – Brasil
A1
Anexo B - FOTOS do Projeto
B1
LISTA DE FIGURAS E TABELAS Figura 1 - Princípio de funcionamento do termopar
1
Figura 2 - Diagrama de funcionamento do módulo 7520
3
Figura 3 - Diagrama de funcionamento do módulo 7050
4
Figura 4 - Diagrama de funcionamento do módulo 7018
4
Figura 5 - Diagrama de funcionamento do módulo 7017
5
Figura 6 - Estrutura de hastes tubulares e teto em arco
10
Figura 7 - Ventilador
11
Figura 8 - Motor com redutor e haste de acrílico
11
Figura 9 - Nebulizador
12
Figura 10 - Bomba elétrica e mangueira ligada ao nebulizador
12
Figura 11 - Termopares usados na medição de umidade relativa (tbs e tbu)
13
x
Figura 12 - Perfil da estufa
14
Figura 13 - Detalhe do LDR
14
Figura 14 - Perspectiva da estufa descoberta
14
Figura 15 - Planta da estufa descoberta
14
Figura 16 - Perspectiva da estufa coberta
14
Figura 17 - Planta da estufa coberta
14
Figura 18 - Detalhe do sistema de transmissão de movimento
15
Figura 19 - Detalhe da tela plástica
15
Figura 20 - Detalhe da polia e correias
15
Figura 21 – Tanques para o armazenamento dos insumos
16
Figura 22 – Potenciômetro e bóia para medição de nível
16
Figura 23 – Bomba para dosagem dos insumos
17
Figura 24 – Misturador
17
Figura 25 – Tubulações de fertirrigação
18
Figura 26 – Detalhe da tubulação de fertirrigação
18
Figura 27 - Esquema de Ligação do Circuito de Comando
19
Figura 28 - Circuito de Comando
20
Figura 29 - Diagrama de Máquina de Estados do Controle de Temperatura e Umidade Relativa
22
Figura 30 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “MANUAL”
23
Figura 31 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIAR?”
24
Figura 32 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIANDO...”
25
Figura 33 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE RESFRIAMENTO”
26 xi
Figura 34 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICAR?”
27
Figura 35 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICANDO...”
28
Figura 36 - Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE UMIDIFICAÇÃO”
29
Figura 37 - Interface Gráfica com o Usuário (Controle Temp. e UR%)
30
Figura 38 - Diagrama de Máquina de Estados - Controle Sombreamento Artificial
31
Figura 39 - Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “MANUAL”
32
Figura 40 - Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “POTÊNCIA SOLAR”
33
Figura 41 - Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRIR ESTUFA?”
34
Figura 42 - Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRINDO” 35 Figura 43 - Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “DESCOBRIR ESTUFA?”
36
Figura 44 - Fluxograma (Controle Sombr. Artificial) - Estado “DESCOBRINDO...”
37
Figura 45 - Interface Gráfica com o Usuário (Controle Sombreamento Artificial)
38
Figura 46 - Diagrama de Máquina de Estados – Controle de Fertirrigação
39
Figura 47 - Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MANUAL”
40
Figura 48 - Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “TANQUES OK?”
41
Figura 49 - Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “TEMPORIZADOR”
42
Figura 50 - Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “DOSAR INSUMOS”
43
Figura 51 - Fluxograma (Controle de Fertirrig.) – Estado “NÍVEL MISTURADOR”
44
Figura 52 - Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MISTURADOR”
45
Figura 53 - Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “FERTIRRIGAR”
46
xii
Figura 54 - Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MENSAGENS”
47
Figura 55 - Interface Gráfica com o usuário – Controle de Fertirrigação
48
Tabela 1 - Determinação da Duração do Pulso da Neblina
6
Tabela 2 - Determinação dos Intervalos entre Pulsos de Neblina
7
Tabela 3 - Declaração das Variáveis do Software de Controle
21
xiii
1.
INTRODUÇÃO O cultivo protegido é uma tecnologia em rápida expansão no Brasil. Com ela, produtores de hortaliças, leguminosas, flores, peixes e mudas estão obtendo ganhos de produtividade de até 200%. Este resultado é possível graças ao crescimento do “agronegócio” e o incentivo do governo federal. Devido a isso, existe uma enorme demanda do mercado e, o plantio em estufas, é um dos principais meios de produção que atende a essa necessidade. O intuito deste trabalho é projetar um controle programável de temperatura e umidade para estufas. Utilizando um software de automação e módulos eletrônicos de controle e aquisição de dados, será possível configurar a climatização da estufa para os mais diversos tipos de cultura. O baixo custo para implementação foi levado em consideração, uma vez que pretendemos possibilitar que o pequeno produtor também tenha acesso a esse sistema.
2.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1.
Termopares
A medição de temperatura através de termopares parte do princípio de que dois condutores metálicos diferentes “A” e “B”, unidos em suas extremidades e estas, expostas a uma variação de temperatura (figura 1), geram uma força eletromotriz (F.E.M.) que é função das temperaturas de suas extremidades T1 e T2 (Junta de Medida e Junta de Referência, respectivamente) e dos metais condutores “A” e “B”. Baseado neste princípio, criou-se as tabelas de correlação, que relaciona a F.E.M. gerada em função da temperatura, supondo-se a junta de referência a 0ºC. A
T1
T2
B
ÄT = T1 – T2
Figura 1 – Princípio de funcionamento do termopar.
2.2.
Método para Medição de Umidade Relativa do Ar
Dentre os métodos para a medição da umidade do ar usado para propósitos operacionais e de pesquisa, os mais usados são os seguintes: a) o que se baseia na mudança de dimensões de uma sustância higroscópica. Ex.: o cabelo b) o que usa uma resistência elétrica. Ex.: resistor de LiCl c) o que utiliza um princípio termodinâmico. Ex.: Psicômetro d) o que utiliza um capacitor elétrico. Ex.: sensores capacitivos usados nas estações automáticas
1
2.2.1. Instrumentos convencionais utilizados para determinação da umidade do ar Os instrumentos convencionais utilizados com mais freqüência, para determinação dos parâmetros que caracterizam a umidade do ar, são os seguintes:
os psicômetros;
os higrômetros;
os higrógrafos.
O primeiro tipo baseia-se no método termodinâmico de determinação de umidade do ar, os dois últimos, na variação das dimensões de substâncias higroscópicas.
2.2.2. Psicômetros São designados por psicômetro, os instrumentos constituídos por dois termômetros idênticos de mercúrio-em-vidro, instalados, paralelamente, em suporte apropriado. O bulbo de um desses termômetros está revestido por um tecido fino especial - musselina ou um cadarço de algodão - que, dependendo do tipo do psicômetro usado, é mantido permanentemente molhado, ou só o é pouco antes da utilização do instrumento. Esse termômetro é conhecido por termômetro de bulbo úmido ou termômetro de bulbo molhado. O outro, funciona com o bulbo destituído de qualquer revestimento e denomina-se termômetro de bulbo seco.
2.2.3. Tipos de Psicômetro Os psicômetros mais comumente usados nas estações meteorológicas convencionais, no Brasil, podem ser reunidos em dois grupos distintos: a) psicrômetro sem ventilação artificial,
psicômetro ordinário;
b) psicômetros ventilados artificialmente;
psicômetro August;
psicômetro Assmann.
2.2.4. Psicômetro Ordinário (utilizado no projeto) E o mais simples modelo de psicômetro, tendo os termômetros montados, vertical num suporte comum de madeira ou de ferro. Nesse instrumento, o suprimento de água para a musselina (ou cadarço) do bulbo úmido é processado, a partir de um pequeno reservatório, por meio da parte da musselina (ou cadarço) que se extende até este reservatório. A água flui do recipiente pela musselina por capilaridade. Para o correto funcionamento desse psicômetro, o reservatório para abastecer o termômetro de bulbo úmido deve ser mantido permanentemente com água destilada. Entretanto, quando (por descuido do observador) houver necessidade de abastecer o reservatório antes de uma observação, esta só poderá ser executada cerca de 30 minutos mais tarde, pois a temperatura da água utilizada geralmente difere da temperatura do ar. Quando o psicômetro é exposto continuamente, torna-se necessário substituir a musselina pelo menos uma vez por semana.
2
Nos psicômetros ordinários a ventilação dos bulbos dos termômetros não é uniforme, já que depende o fluxo de ar através das venezianas do abrigo. Em determinadas circunstâncias a ventilação normal no interior do abrigo pode se tornar deficiente, acarretando um certo grau de incerteza nas leituras efetuadas. Valores mais precisos são obtidos quando se submetem ambos os bulbos as iguais correntes de ar, o que é conseguido utilizando-se psicômetros artificialmente ventilados.
2.2.5. Cálculo de Umidade Relativa
6,11 10 7 ,5tbu / 237 ,3 tbu 8 10 4 1 0,00115 tbu patm tbs tbu UR 6,11 10 7 ,5tbs / 237 ,3 tbs
100 1
UR: Umidade relativa [%] tbs: Temperatura de Bulbo Seco [°C] tbu: Temperatura de Bulbo Úmido [°C] patm: Pressão Atmosférica [mbar]
2.3.
Módulos Remotos de Controle e Aquisição de Dados
A família ICP CON 7000 de módulos de controle e aquisição de dados em rede fornecem conversão analógico-digital, digital-analógico, entrada/saída digital, temporizador/contador e outras funções. Estes módulos podem ser controlados remotamente por comandos chamados de protocolo DCON. A comunicação entre os módulos e o PC é feita através do formato do ASCII no padrão bidirecional RS-485. O baud rate é programável via software e as velocidades da transmissão podem ser selecionadas até 115.2K.
2.3.1. Módulo 7520 O módulo 7520 é um gateway que realiza a conversão da comunicação serial RS-232 do PC para o par de fios trançados RS-485 (figura 2).
Figura 2 – Diagrama de funcionamento do módulo 7520.
3
2.3.2. Módulo 7050 O módulo 7050 possui 7 Entradas Digitais e 8 Saídas Digitais (DIO) e suporta sinais TTL, entrada digital foto-isolada, saída de contato à relé, saída de relé de estado sólido, saída PhotoMOS e saída de coletor aberto (figura 3).
Figura 3 – Diagrama de funcionamento do módulo 7050.
2.3.3. Módulo 7018 O módulo 7018 possui 8 canais de Entrada Analógica com a possibilidade de aquisitar sinais de tensão, corrente ou condicionar sinais de termopar (figura 4).
Figura 4 – Diagrama de funcionamento do módulo 7018.
4
2.3.4. Módulo 7017 O módulo 7017 possui 8 canais de Entrada Analógica com a possibilidade de aquisição de sinais de tensão ou corrente (figura 5).
Figura 5 – Diagrama de funcionamento do módulo 7017.
2.4.
Conceitos de Controle Climático de Temperatura e Umidade para Cultivos Protegidos
O controle climático em estufas está baseado no princípio da troca de energia entre o ar e as gotas de água lançadas no ambiente pelo sistema de nebulização. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1cm³ de água em 1ºC. A conversão da água de seu estado líquido ao estado de vapor absorve calor do ambiente em 590 calorias por cada grama de água evaporada. Este processo diminui a temperatura do ar. A instalação adequada e o funcionamento correto do sistema permitem reduzir a temperatura da estufa em torno de 4 – 6ºC, dependendo das condições locais. A eficiência do sistema de resfriamento depende de dois fatores relacionados com o ambiente: temperatura externa; umidade externa. As condições essenciais para um resfriamento eficiente mediante o uso dos nebulizadores são as seguintes: um sistema de ventilação eficiente que, de maneira constante, introduza ar externo seco na estufa para substituir o ar úmido; o funcionamento do sistema de nebulização em forma de pulsos, para diminuir a quantidade de água que possa se depositar sobre as plantas, mudas ou substrato.
5
2.4.1. Quantidade de água que se necessita para resfriar uma estufa De acordo com nossa experiência, uma precipitação de neblina de 2,5 a 3,5 mm/h é a quantidade apropriada na maioria dos casos (3 mm/h = 30 m³ por há/hora).
2.4.2. Determinação da duração do pulso de neblina e o intervalo entre os pulsos O intervalo entre pulsos é fixado em 10 segundos. A duração de neblina depende da velocidade do ar introduzido pelo sistema de ventilação.
2.4.3. Resfriamento Tabela 1 - Determinação da Duração do Pulso da Neblina Velocidade do Ar Intervalo Duração 0,1 m/s 10 segundos 1 – 2 segundos 0,5 m/s 10 segundos 3 – 5 segundos 1,0 m/s 10 segundos 10 segundos Um controlador automático deverá ser instalado para manejar os pulsos de neblina, ao qual estarão conectados os sensores de temperatura e umidade. Devido aos curtos intervalos de tempo entre os pulsos de neblina, os nebulizadores deverão ser instalados conjuntamente com um acessório antidrenagem, o que assegurará que todos os nebulizadores iniciem e interrompam seu funcionamento rápida e simultaneamente.
2.4.4. Importância do tamanho das gotas geradas pelo sistema de nebulização Com a utilização do bocal de 7 l/h a uma pressão de 4 bar, o tamanho médio das finas gotas de neblina é de 90 micra. Estas gotas evaporam-se sem umedecer as folhas as folhas e o piso da estufa.
2.4.5. Projeto de instalação de sistema com nebulizadores de 7 l/h (em “T”) Espaçamento entre linhas: 3m Espaçamento entre emissores: 1,5 – 2,0m Os nebulizadores deverão ser instalados o mais alto possível em relação ao solo e em forma de T, com dois emissores instalados perpendicularmente em relação à linha de abastecimento. Os processos de resfriamento e umidificação não são realizados simultaneamente.
2.4.6. Umidificação Se for necessário aumentar o nível de umidade do ambiente, a ventilação deverá ser interrompida. A duração do pulso de neblina deverá ser a menor possível (1 s).
6
Os intervalos entre pulsos de neblina poderão ser modificados de acordo com a umidade relativa mínima requerida. Durante as manhãs, quando a temperatura aumenta e a umidade diminui, o sensor de umidade colocará o sistema de nebulização em funcionamento. Tabela 2 - Determinação dos Intervalos entre Pulsos de Neblina Umidade Intervalo Duração 30 – 40 % 60 segundos 1 segundo 40 – 50 % 90 segundos 1 segundo 50 – 60 % 120 segundos 1 segundo
2.4.7. Pulverização A pulverização de defensivos químicos por meio do sistema de nebulizadores tem sido usada com êxito em diversos países.
2.4.8. Qualidade da água Com o objetivo de evitar a obstrução dos bocais por carbonatos e o depósito de sais sobre as folhagens, é recomendado evitar o uso de águas duras ou salobras. É necessário o uso de água filtrada ou tratada convenientemente.
2.5.
Sombreamento Artificial com o uso de Tela Plástica para Cultivos Protegidos
Em algumas regiões do Brasil, tem crescido o uso de tela plástica na agricultura com o objetivo de atenuar a densidade de fluxo de radiação solar, possibilitando o cultivo, principalmente de olerícolas, em épocas com alta disponibilidade energética. A caracterização dessa atenuação da radiação solar é importante, pois afeta os outros componentes do balanço de energia, como os fluxos de calor sensível e latente, além do processo fotossintético. Diversos trabalhos têm mostrado que o uso de sombreamento artificial através de ripados ou telas plásticas causa uma modificação no balanço de energia radiante, propiciando características mais adequadas às espécies de baixo ponto de saturação luminosa. O excesso de radiação solar pode causar um prejuízo direto à planta, afetando a assimilação de CO2 através da fotossíntese, devido a um processo conhecido como fotoinibição, sendo bastante comum em plantas que possuem as chamadas folhas de sombra, com características estruturais e concentração de pigmentos adaptados a baixa intensidade de luz. Também, o excesso de energia pode afetar o crescimento e o desenvolvimento das plantas de maneira indireta por meio, por exemplo, de uma demanda excessiva de água, causando estresse hídrico mesmo havendo água disponível no solo (PEZZOPANE et al., 2004).
2.6.
Conceitos de Fertirrigação
A fertirrigação é o sistema de aplicação de fertilizantes líquidos ou solúveis em água, através do sistema de irrigação. A utilização de água como veículo para aplicar fertilizantes nas culturas é relativamente antiga. Há centenas de anos o lançamento de esterco animal em canais de irrigação já era praticado. 7
Devido ao desenvolvimento das técnicas, associado às vantagens como economia de mão-de-obra e energia, possibilidade de aplicar fertilizantes em qualquer fase do ciclo da cultura e maior eficiência na aplicação, a aplicação de fertilizantes via água de irrigação tornou-se uma prática comum em países onde a agricultura irrigada é mais desenvolvida. No Brasil, ganhos de produção em decorrência do uso da fertirrigação já vem sendo observados. Na busca por uma maior eficiência e precisão, tem aumentado o uso da automação em sistemas de fertirrigação. Para isto, são utilizadas válvulas solenóides ou acionadas hidraulicamente, que são abertas e fechadas automaticamente através de comandos previamente estabelecidos em microprocessadores e/ou softwares de controle, flexibilizando as freqüências, horários e durações das aplicações de água e fertilizantes, otimizando o sistema de acordo com as necessidades específicas de cada caso. As principais características da fertirrigação são: - Uniformidade de aplicação (mantém constante a proporção de adubo diluído na água); - Economia de fertilizantes; - Economia de energia (não necessita de maquinário ou bombas acionais); - Aproveitamento imediato e eficaz pela planta (aplicado diretamente na zona radicular); - Baixo custo de armazenagem (adubos solúveis são mais concentrados, ocupando menos espaço); - Uso do equipamento de irrigação como aplicador; - Possibilidade de maior número de aplicações (não há necessidade de uso de maquinário, mão-de-obra e não depende do clima para aplicar); - Menor trânsito de máquinas; - Menor compactação de solo (menor uso de maquinário pesado reduz a compactação do solo); - Possibilidade de aplicação nas épocas de maiores exigências (independente do clima e solo); - Compatibilidade com micro nutrientes e defensivos; - Grande versatilidade nas relações de nutrientes (possibilita misturas de diferentes produtos); - Segurança na dose aplicada (precisão na quantidade);
2.7.
Conceitos de Medição de Nível
A medição de nível é definida como a determinação da localização de uma interface entre dois fluidos, separados por gravidade, em relação a um plano fixo. A medição mais comum é a do nível de interface entre um líquido e um gás. Este tipo de medição é amplamente utilizado nas aplicações industriais e muito simples em seus conceitos, mas que na prática requer artifícios e técnicas avançadas, principalmente para fins operacionais e de custos (transferências fiscais, inventários). Existe uma variedade de sistemas de medição de nível envolvendo líquidos, sólidos, vapor, gases; sendo que cada um possui suas vantagens e desvantagens. Podemos ter interfaces entre líquidos e sólidos, entre líquido e gás ou vapor, mais de um líquido, ou mesmo entre um sólido e um gás. Podem variar em complexidade desde simples visores para leituras locais até indicação remota, registro ou controle automático. Com o avanço tecnológico e exigências dos processos com exatidão, variabilidade dos processos, otimização de matéria-prima, existem hoje no mercado equipamentos com alta exatidão e performance.
8
2.8.
Linguagem de Programação do Software de Controle (LabVIEW)
O NI LabVIEW é um ambiente gráfico do desenvolvimento para criar aplicações de teste, medição, e controle flexíveis e scalable rapidamente e com custo mínimo. Com o LabVIEW, engenheiros e cientistas se conectam aos sinais do mundo real, analisam dados para a informação significativa, e a parte resulta e aplicações. Não obstante a experiência, LabVIEW faz o desenvolvimento rápido e fácil para todos os usuários.
2.8.1. Sobre o NI LabVIEW O NI LabVIEW – considerado pela indústria, acadêmicos e comunidade editorial como o melhor software em testes eletrônicos, controles industriais e projetos eletrônicos industriais – tem redefinido medições e automações com sua metodologia unicamente gráfica para desenvolvimento. Ganhador de 15 prêmios em 2004, o LabVIEW proporciona uma intuitiva e poderosa maneira de adquirir, analisar e apresentar medições em cada estágio do desenvolvimento, desde a prototipagem ao projeto para testes de fabricação. Uma plataforma aberta que possui compatibilidade com centenas de camêras, estágios de movimento, sensores e atuadores TEDS, dispositivos industriais compatíveis com OPC assim como mais de 4000 dispositivos de medição controlados por GPIB, VXI, PXI, PCI, Serial, Ethernet e USB. O LabVIEW está disponível para os sistemas operacionais Windows, Macintosh e Linux. Com o lançamento do LabVIEW em 1986, a National Instruments introduziu o conceito de instrumentação virtual. Utilizando LabVIEW para aplicações de medição e automação, pode-se adquirir dados ao conectar-se com vários dispositivos de hardware, definir uma aplicação para analisar ou tomar decisões com base nestes dados e depois apresentar suas medições por meio de interfaces gráficas, páginas Web, arquivos de banco de dados e muito mais.
9
3.
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 3.1.
Estrutura
Seguindo o padrão dos modelos reais montou-se a estrutura da estufa, em escala, com hastes tubulares (figura 6).
Figura 6 – Estrutura de hastes tubulares e teto em arco.
O teto em arco foi escolhido em razão de ser a forma que consegue um melhor aproveitamento e distribuição da radiação dos raios solares pela estufa (figura 6). Segundo as empresas do ramo, esse tipo de estrutura é a que melhor se adequa a sistemas de automação. É importante ressaltar que para esse projeto, a estrutura classifica-se como semiclimatizada, pois não controlamos todas as variáveis necessárias para a climatização.
10
3.2.
Sistema de Resfriamento
Para o resfriamento do clima da estufa utilizamos um ventilador para forçar a entrada do ar seco (figura 7). Ao mesmo tempo as janelas são abertas através de pequenos motores com redutores (figura 8) para que o ar úmido seja expulso da estufa. Micro-switchs foram utilizados como chaves fim-de-curso nas estruturas das janelas para que fosse possível detectar a abertura ou fechamento total das mesmas.
Figura 7 – Ventilador.
Figura 8 – Motor com redutor e haste de acrílico.
11
3.3.
Sistema de Nebulização de Água
A umidade relativa do ar da estufa é alterada através dos pulsos de neblina de água realizados por um nebulizador agrícola localizado na parte superior da estrutura, próximo ao teto (figura 9). No momento da nebulização, uma bomba elétrica é acionada para que a água do reservatório seja levada e pressurizada pela tubulação até o nebulizador (figura 10).
Figura 9 – Nebulizador.
Figura 10 – Bomba elétrica e mangueira ligada ao nebulizador.
12
3.4.
Medição de Temperatura e Umidade Relativa
Nesse projeto foram utilizados três sensores para a aquisição de temperatura: temperatura ambiente (tamb), temperatura de bulbo seco (tbs) e temperatura de bulbo úmido (tbu). A medição de umidade relativa baseou-se na aquisição dos valores de tbs e tbu (figura 11) que, após serem manipulados matematicamente no software, gerava-se o canal UR [%] com seu respectivo valor. O sensor de tbs foi utilizado também na medição de temperatura do ambiente interno da estufa. Comparou-se o sistema de medição de umidade com a Carta Psicométrica de São Paulo a 695,1 mmHg de pressão atmosférica (anexo A) e o erro obtido foi insignificante.
tbu
tbs
Figura 11 – Termopares usados na medição de umidade relativa (tbs e tbu).
3.5.
Sistema de Sombreamento Artificial
Mediu-se a intensidade luminosa utilizando-se um LDR – do inglês Light Dependent Resistor ou em português Resistor Variável Conforme Incidência de Luz (figura 13). Esse componente possui a característica de diminuir sua resistência quando exposto a luminosidade muito alta e de aumentar sua resistência quando exposto a luminosidade baixa.
13
Figura 12 – Perfil da Estufa.
Figura 13 – Detalhe do LDR.
Assim o sistema verifica se a estufa está sendo exposta a uma luminosidade maior do que o desejado pelo usuário. No caso da constatação de que a luminosidade esteja maior do que o setpoint do usuário, um sistema composto por um motor elétrico, polias e correias (figura 18) faz com que uma tela plástica escura (figura 19) cubra o teto da estufa, provocando um sombreamento forçado no interior da estrutura (figuras 16 e 17). Uma vez detectada a diminuição da incidência luminosa a um valor menor do que o setpoint, essa tela plástica sofre um recuo, deixando o teto totalmente descoberto (figuras 14 e 15).
Figura 14 – Perspectiva da estufa descoberta.
Figura 15 – Planta da estufa descoberta.
Figura 16 – Perspectiva da estufa coberta.
Figura 17 – Planta da estufa coberta.
14
A determinação da posição da tela plástica é feita através de um potenciômetro conectado através de engrenagens ao motor que aciona o sistema de sombreamento.
motor
redutor polia
engrenagens correias potenciômetro
Figura 18 – Detalhe do sistema de transmissão de movimento.
Figura 19 – Detalhe da tela plástica.
Figura 20 – Detalhe da polia e correias.
15
3.6.
Sistema de Controle de Fertirrigação
Para o sistema de controle de fertirrigação utilizou-se três tanques para armazenagem de água, fertilizante e mistura de água com fertilizante (figura 21).
Figura 21 – Tanques para o armazenamento dos insumos.
A determinação da quantidade de líquido nos tanques é feita através de potenciômetros de 1 k conectados às bases das hastes das bóias medidoras de nível (figura 22).
Figura 22 – Potênciometro e Bóia para Medição de Nível. 16
O sistema verifica se os tanques de água e fertilizante possuem a quantidade de insumos suficiente para um ciclo de fertirrigação. Se não estiverem, o sistema indicará através de mensagens que se faz necessário o reabastecimento dos tanques. Só então as bombas (figura 23) são acionadas fazendo fluir a quantidade de insumos desejada para o terceiro tanque.
Figura 23 – Bomba para dosagem dos insumos.
Após essa etapa aciona-se o misturador (figura 24) por um tempo préprogramado para que a mistura água/fertilizante fique homogênea.
Figura 24 – Misturador. 17
Concluída esta fase, aciona-se outra bomba para enviar a água com fertilizante para as tubulações de fertirrigação localizadas dentro da estufa (figura 25 e 26).
Figura 25 – Tubulações de fertirrigação.
Figura 26 – Detalhe da tubulação de fertirrigação.
18
3.7.
Circuito de Comando
O comando é constituído pelos módulos de aquisição e controle e relés para os acionamentos digitais do projeto (figuras 27 e 28). T AMB
RS-232 (PC)
+ 12 VCC
2
3
5
RXD
TXD
GND
+ Vs
GND
TBS
TBU
DB-9
7520
DATA +
DATA -
+ 12 VCC
Vin0+
Vin0-
+ Vs
GND
Vin1+
Vin1-
7018
Vin2+
Vin2-
DATA +
DATA -
RS-485
RS-485
+ 12 VCC
R4 4k7
P1 1k
R5 150R
LDR
Vin0+
Vin0-
+ Vs
GND
Vin1+
N1 1k
R6 150R
Vin1-
Vin2+
N2 1k
R7 150R
Vin2-
Vin3+
N3 1k
R8 150R
Vin3-
7017
Vin4+
Vin4-
DATA +
DATA -
RS-485 +12 VCC
K1
K2
DO 0
DO 1
+ Vs
GND
K3
DO 2
K4
DO 3
K5
K7
DO 4
K8
DO 5
S1
DO 6
S4
DI 0
S3
DI 1
7050 - A
S4
K10
K11
DI 2
DI 3
DO 3
DO 4
DATA +
DATA -
+ Vs
GND
K12
DO 5
K13
DO 6
7050 - B
DATA +
DATA -
+ 12 VCC RS-485
RS-485
+ 12 VCC
K9
K6
K7
K4
K5
110 VCA K9
K1
K2
K10
K11
TELA PLÁST.
K6
K12
R3 15R 5W
K3
K8
M
R1 15R 5W
K13
B BOMBA UR%
V VENT.
B BOMBA TANQUE 1
B BOMBA TANQUE 2
B BOMBA TANQUE 3
B
JAN. DIR.
M
R2 15R 5W
M
JAN. ESQ.
BOMBA MISTURADOR
Figura 27 – Esquema de Ligação do Circuito de Comando.
19
Figura 28 – Circuito de Comando.
Como a comunicação dos módulos é feita através do protocolo serial RS-485, utilizou-se um outro módulo (7520) para converter a RS-232 do PC no protocolo desejado. A aquisição dos sinais dos sensores de temperatura foi realizada por um módulo com canais condicionados para termopar (7018). Para a aquisição da intensidade luminosa e da posição da tela plástica utilizada no sombreamento artificial utilizou-se um módulo de entradas analógicas (7017). O módulo de entradas e saídas digitais (7050) aciona os relés e recebe os sinais dos micro-switchs.
3.8.
Software de Controle
A aplicação desenvolvida em LabVIEW possibilita a parametrização dos setpoints de temperatura, umidade relativa e intensidade luminosa para climatização da estufa além do ajuste dos tempos de resfriamento, umidificação e suas respectivas estabilizações. O controle automático de temperatura, umidade relativa e luminosidade é de ordem simples e foi realizado utilizando conceitos de Diagrama de Máquina de Estados. O sistema ainda conta com uma aquisição de dados histórica onde são registradas a data e a hora, temperatura ambiente, tbs, tbu e umidade relativa com a freqüência de 1 segundo durante o tempo que o usuário quiser. Esses dados são gravados em arquivos de texto (*.txt) e podem ser posteriormente exportados para o Microsoft Excel.
20
3.8.1. Declaração de Variáveis Tabela 3 – Declaração das Variáveis do Software de Controle VARIÁVEL bomba vent abre_fecha_jan jan_dir jan_esq manual sair tbs tbu sp_tbs ur sp_ur jan_dir_ab jan_esq_ab jan_dir_fe jan_esq_fe tempo_resfr tempo_resfr_efe tempo_resfr_preset tempo_estab_resfr tempo_estab_resfr_efe tempo_estab_resfr_preset tempo_umid tempo_umid_efe tempo_umid_preset tempo_estab_umid tempo_estab_umid_efe tempo_estab_umid_preset aciona_sombra cobre_desc_sombra ldr sp_ldr pos_sombra bomba_ins1 bomba_ins2 bomba_fert misturador nivel1 nivel2 nivel_mist sp_ins1 sp_ins2 ult_vlr_nivel1 ult_vlr_nivel2 tempo_int_fert tempo_int_fert_efe tempo_int_fert_preset tempo_mist tempo_mist_efe tempo_mist_preset
TIPO boolean boolean boolean boolean boolean boolean boolean float float float integer integer boolean boolean boolean boolean float float float float float float float float float float float float boolean boolean float float integer boolean boolean boolean boolean float float float float float float float float float float float float float
DESCRIÇÃO Aciona bomba elétrica Aciona ventilador Abre (1) ou fecha (0) janelas Aciona janela direita Aciona janela esquerda Seleciona controle manual (1) ou automático (0) Fecha programa Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo úmido Setpoint da temperatura de bulbo seco Umidade relativa Setpoint de umidade relativa Janela direita totalmente aberta Janela esquerda totalmente aberta Janela direita totalmente fechada Janela esquerda totalmente fechada Temporizador de resfriamento Tempo efetivo de resfriamento Preset do temporizador de resfriamento Temporizador de estabilização de resfriamento Tempo efetivo de estabilização de resfriamento Preset do temporizador de estab. de resfriamento Temporizador de umidificação Tempo efetivo de umidificação Preset do temporizador de umidificação Temporizador de estabilização de umidificação Tempo efetivo de estabilização de umidificação Preset do temporizador de estab. de umidificação Aciona motor para posicionamento do sombrite Cobre (0) ou descobre (1) estufa com o sombrite Valor de Potência Solar medido pelo LDR Setpoint de Potência Solar Máxima Posição do sombrite na estufa (%) Aciona bomba elétrica do tanque do insumo 1 Aciona bomba elétrica do tanque do insumo 2 Aciona bomba elétrica da fertirrigação Aciona misturador Nível do tanque do insumo 1 Nível do tanque do insumo 2 Nível do tanque de mistura Setpoint do insumo 1 Setpoint do insumo 2 Último valor do nível 1 Último valor do nível 2 Temporizador do intervalo entre as fertirrigações Tempo efetivo do intervalo entre as fertirrigações Preset do temporizador - intervalo entre fertirrigações Temporizador do misturador Tempo efetivo de mistura Preset do temporizador do misturador
21
3.8.2. Diagrama de Máquina de Estados – Controle Temp. e UR%
sim RESFRIAR? RESFRIAR?
não
ESTABILIZAÇÃO ESTABILIZAÇÃO RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO
RESFRIANDO... RESFRIANDO...
manual manual
manual
MANUAL MANUAL
auto
sim não
UMIDIFICAR? UMIDIFICAR?
FIM FIM
(Tela (Tela Principal) Principal)
manual
manual
sair
UMIDIFICANDO... UMIDIFICANDO...
manual
ESTABILIZAÇÃO ESTABILIZAÇÃO UMIDIFICAÇÃO UMIDIFICAÇÃO
Figura 29 – Diagrama de Máquina de Estados do Controle de Temperatura e Umidade Relativa.
22
3.8.3. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “MANUAL”
INÍCIO INÍCIO
bomba bomba==00 vent vent==00 abre_fecha_jan abre_fecha_jan==00 jan_dir jan_dir==00 jan_esq jan_esq==00
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não sair sair == == 11 ?? sim não
manual manual == == 00 ??
bomba bomba==00 vent vent==00 abre_fecha_jan abre_fecha_jan==00 jan_dir jan_dir==00 jan_esq jan_esq==00
sim
RESFRIAR? RESFRIAR? FIM FIM
Figura 30 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “MANUAL”.
23
3.8.4. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIAR?”
OU OU
ESTABILIZAÇÃO ESTABILIZAÇÃO UMIDIFICAÇÃO UMIDIFICAÇÃO
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ?? sim
UMIDIFICAR? UMIDIFICAR?
não
tbs tbs >>sp_tbs sp_tbs ?? sim
RESFRIANDO... RESFRIANDO...
Figura 31 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIAR?”.
24
3.8.5. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIANDO...”
RESFRIAR? RESFRIAR?
MANUAL MANUAL
não
(Tela (TelaPrincipal) Principal)
manual manual == ==00??
sim vent vent==11 abre_fecha_jan abre_fecha_jan==11 jan_dir jan_dir==11 jan_esq jan_esq==11
não
jan_dir_ab jan_dir_ab== ==11AND AND jan_esq_ab jan_esq_ab== ==11??
sim jan_dir jan_dir==00 jan_esq jan_esq==00 tempo_resfr tempo_resfr==11
não
tempo_resfr_efe tempo_resfr_efe>= >=tempo_resfr_preset tempo_resfr_pres et??
sim tempo_resfr tempo_resfr==00
ESTABILIZAÇ ESTABILIZAÇÃO ÃO RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO
Figura 32 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “RESFRIANDO...”.
25
3.8.6. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE RESFRIAMENTO”
RESFRIANDO... RESFRIANDO...
MANUAL MANUAL
não
(Tela (TelaPrincipal) Principal)
manual manual == ==00 ??
sim vent vent==00 abre_fecha_jan abre_fecha_jan==00 jan_dir jan_dir==11 jan_esq jan_es q==11
não
jan_dir_fe jan_dir_fe== ==11AND AND jan_esq_fe jan_esq_fe== ==11??
sim jan_dir jan_dir==00 jan_esq jan_es q==00 tempo_estab_resfr tempo_estab_resfr==11
não
tempo_ tempo_estab_resfr_efe estab_resfr_efe>= >=tempo_estab_resfr_preset tempo_estab_resfr_preset??
sim tempo_estab_resfr tempo_estab_resfr==00
UMIDIFICAR? UMIDIFICAR?
Figura 33 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE RESFRIAMENTO”.
26
3.8.7. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICAR?”
OU OU
ESTABILIZAÇÃO ESTABILIZAÇÃO RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ?? sim
REFRIAR? REFRIAR?
não
ur ur << sp_ur sp_ur ?? sim
UMIDIFICANDO... UMIDIFICANDO...
Figura 34 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICAR?”.
27
3.8.8. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICANDO...”
UMIDIFICAR? UMIDIFICAR?
MANUAL MANUAL
não
(Tela (TelaPrincipal) Principal)
manual manual == ==00??
sim
bomba bomba==11 tempo_umid tempo_umid==11
não
tempo_umid_efe tempo_umid_efe>= >=tempo_umid_preset tempo_umid_preset??
sim
tempo_umid tempo_umid==00
ESTABILIZAÇ ESTABILIZAÇÃO ÃO UMIDIFICAÇ UMIDIFICAÇÃO ÃO
Figura 35 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “UMIDIFICANDO...”.
28
3.8.9. Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE UMIDIFICAÇÃO”
UMIDIFICANDO... UMIDIFICANDO...
MANUAL MANUAL (Tela (TelaPrincipal) Principal)
não
manual manual == ==00??
sim
bomba bomba==00 tempo_estab_umid tempo_estab_umid==11
não
tempo_estab_umid_efe tempo_estab_umid_efe>= >=tempo_estab_umid_preset tempo_estab_umid_pres et??
sim
tempo_estab_umid tempo_estab_umid==00
RESFRIAR? RESFRIAR?
Figura 36 – Fluxograma (Controle Temp. e UR%) - Estado “ESTABILIZAÇÃO DE UMIDIFICAÇÃO”.
29
3.8.10.
Interface Gráfica com o Usuário – Controle Temp. e UR%
Figura 37 – Interface Gráfica com o Usuário (Controle Temp. e UR%).
30
3.8.11. Diagrama de Máquina Sombreamento Artificial
não
COBRIR COBRIR ESTUFA? ESTUFA?
de
Estados
–
Controle
sim COBRINDO... COBRINDO...
de
fim
manual manual
alta manual MANUAL MANUAL
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR
sair
FIM FIM
(Tela (Tela Principal) Principal)
auto baixa
manual manual não
DESCOBRIR DESCOBRIR ESTUFA? ESTUFA?
sim
DESCOBRINDO... DESCOBRINDO...
fim
Figura 38 – Diagrama de Máquina de Estados do Controle de Sombreamento Artificial.
31
3.8.12. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “MANUAL”
INÍCIO INÍCIO
aciona_sombra aciona_sombra == 00
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal) não sair sair == == 11 ?? sim não
manual manual == == 00 ?? sim
aciona_sombra aciona_sombra == 00
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR FIM FIM
Figura 39 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) – Estado “MANUAL”.
32
3.8.13. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “POTÊNCIA SOLAR”
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
DESCOBRINDO... DESCOBRINDO...
OU OU
COBRINDO... COBRINDO...
DESCOBRIR DESCOBRIR ESTUFA? ESTUFA?
OU OU
COBRIR COBRIR ESTUFA? ESTUFA?
não
manual manual == == 00 ??
sim
não
sim ldr ldr >= >= sp_ldr sp_ldr ??
Figura 40 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “POTÊNCIA SOLAR”.
33
3.8.14. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRIR ESTUFA?”
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
manual manual == == 00 ??
não sim
pos_sombra pos_sombra << 100 100 ??
não
sim
COBRINDO... COBRINDO...
Figura 41 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRIR ESTUFA?”.
34
3.8.15. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRINDO...”
COBRIR COBRIR ESTUFA? ESTUFA?
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ??
sim
aciona_sombra aciona_sombra == 11 cobre_desc_sombra=1 cobre_desc_sombra=1
não
pos_sombra pos_sombra == == 100 100 ??
sim
aciona_sombra aciona_sombra == 00
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR
Figura 42 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “COBRINDO...”.
35
3.8.16. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “DESCOBRIR ESTUFA?”
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR
MANUAL MANUAL manual manual == == 00 ?? (Tela (Tela Principal) Principal)
não sim
pos_sombra pos_sombra >> 00 ??
não
sim
DESCOBRINDO... DESCOBRINDO...
Figura 43 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “DESCOBRIR ESTUFA?”.
36
3.8.17. Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “DESCOBRINDO...”
DESCOBRIR DESCOBRIR ESTUFA? ESTUFA?
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ??
sim
aciona_sombra aciona_sombra == 11 cobre_desc_sombra=0 cobre_desc_sombra=0
não
pos_sombra pos_sombra == == 00 ??
sim
aciona_sombra aciona_sombra == 00
POTÊNCIA POTÊNCIA SOLAR SOLAR
Figura 44 – Fluxograma (Controle Sombreamento Artificial) - Estado “DESCOBRINDO...”.
37
3.8.18. Interface Gráfica com o Usuário – Controle Sombreamento Artificial
Figura 45 – Interface Gráfica com o Usuário (Controle Sombreamento Artificial).
38
3.8.19. Diagrama Fertirrigação
de
Máquina
de
Estados
–
tempo == sp
Controle
de
DOSAR DOSAR INSUMOS INSUMOS
TEMPORIZADOR TEMPORIZADOR
manual
manual
tempo < sp
fim
sim manual MANUAL MANUAL
manual
TANQUES TANQUES OK? OK? (Tela (Tela Principal) Principal)
NÍVEL NÍVEL DO DO MISTURADOR MISTURADOR
sair
auto
FIM FIM
não
ok
manual manual
fim MENSAGENS MENSAGENS
FERTIRRIGAR FERTIRRIGAR
fim
MISTURAR MISTURAR
fim
Figura 46 – Diagrama de Máquina de Estados do Controle de Fertirrigação.
39
não
3.8.20.
Fluxograma (Controle de Fertirrigação) - Estado “MANUAL”
INÍCIO INÍCIO
bomba_ins1 bomba_ins1 == 00 bomba_ins2 bomba_ins2 == 00 bomba_fert bomba_fert == 00 misturador misturador == 00
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal) não sair sair == == 11 ?? sim não bomba_ins1 bomba_ins1 == 00 bomba_ins2 bomba_ins2 == 00 bomba_fert bomba_fert == 00 misturador misturador == 00
manual manual == == 00 ?? sim
TANQUES TANQUES OK? OK? FIM FIM
Figura 47 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MANUAL”.
40
3.8.21. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) - Estado “TANQUES OK?”
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
manual manual == == 00 ?? não sim
sim
sim nivel1 nivel1 <= <= sp_ins1? sp_ins1?
nivel2 nivel2 <= <= sp_ins2? sp_ins2?
não
não
ult_vlr_nivel1 ult_vlr_nivel1 == nivel1 nivel1
ult_vlr_nivel2 ult_vlr_nivel2 == nivel2 nivel2
EE
TEMPORIZADOR TEMPORIZADOR
OU OU
MENSAGENS MENSAGENS
Figura 48 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “TANQUES OK?”.
41
3.8.22. Fluxograma (Controle “TEMPORIZADOR”
de
Fertirrigação)
-
Estado
TANQUES TANQUES OK? OK?
MANUAL MANUAL manual manual == == 00 ?? (Tela (Tela Principal) Principal)
não sim
tempo_int_fert tempo_int_fert == 11
tempo_int_fert_efe tempo_int_fert_efe >= >= tempo_int_fert_preset tempo_int_fert_preset ??
não sim
tempo_int_fert tempo_int_fert == 00
DOSAR DOSAR INSUMOS INSUMOS
Figura 49 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “TEMPORIZADOR”.
42
3.8.23. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) - Estado “DOSAR INSUMOS”
TEMPORIZADOR TEMPORIZADOR
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
manual manual == == 00 ??
não
sim
bomba_ins1 bomba_ins1 == 11
nivel_1 nivel_1 <= <= ult_vlr_nivel1 ult_vlr_nivel1 -- sp_ins1? sp_ins1?
bomba_ins2 bomba_ins2 == 11
não
não
sim
nivel2 nivel2 <= <= ult_vlr_nivel2 ult_vlr_nivel2 -- sp_ins2? sp_ins2? sim
bomba_ins1 bomba_ins1 == 00
bomba_ins2 bomba_ins2 == 00
NÍVEL NÍVEL DO DO MISTURADOR MISTURADOR
Figura 50 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “DOSAR INSUMOS”.
43
3.8.24. Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “NÍVEL DO MISTURADOR”
DOSAR DOSAR INSUMOS INSUMOS
MANUAL MANUAL manual manual == == 00 ?? (Tela (Tela Principal) Principal)
não sim
nivel_mist nivel_mist == == sp_ins1 sp_ins1 ++ sp_ins2? sp_ins2?
não
MENSAGENS MENSAGENS
sim
MISTURAR MISTURAR
Figura 51 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “NÍVEL DO MISTURADOR”.
44
3.8.25. Fluxograma “MISTURADOR”
(Controle
de
Fertirrigação)
-
Estado
NÍVEL NÍVEL DO DO MISTURADOR MISTURADOR
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ??
sim
misturador misturador == 11 tempo_mist tempo_mist == 11
não
tempo_mist_efe tempo_mist_efe >= >= tempo_mist_preset tempo_mist_preset ??
sim misturador misturador == 00 tempo_mist tempo_mist == 00
FERTIRRIGAR FERTIRRIGAR
Figura 52 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MISTURADOR”.
45
3.8.26. Fluxograma “FERTIRRIGAR”
(Controle
de
Fertirrigação)
-
Estado
MISTURADOR MISTURADOR
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
não
manual manual == == 00 ??
sim
bomba_fert bomba_fert == 11
não
nivel_mist nivel_mist == == 00 ??
sim
bomba_fert bomba_fert == 00
TANQUES TANQUES OK? OK?
Figura 53 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “FERTIRRIGAR”.
46
3.8.27. Fluxograma “MENSAGENS”
(Controle
de
Fertirrigação)
-
Estado
NÍVEL NÍVEL DO DO MISTURADOR MISTURADOR
TANQUES TANQUES OK? OK?
“Verificar “Verificar nível nível do do misturador.” misturador.”
“Verificar “Verificar níveis níveis dos dos tanques tanques de de insumos.” insumos.”
MANUAL MANUAL (Tela (Tela Principal) Principal)
Figura 54 – Fluxograma (Controle de Fertirrigação) – Estado “MENSAGENS”.
47
3.8.28.
Interface Gráfica com o Usuário – Controle de Fertirrigação
Figura 55 – Interface Gráfica com o Usuário (Controle de Fertirrigação).
48
4.
CONCLUSÃO Com a possibilidade de se automatizar uma estufa através da parametrização de um software de controle com setpoints de temperatura, umidade relativa, intensidade luminosa, tempos de resfriamento e umidificação e dosagem de fertilizantes, o objetivo do projeto foi alcançado. Constatou-se também que com algoritmos de controle relativamente simples foi possível efetuar a automação da estufa sem maiores problemas. É de se levar em consideração que este trabalho foi realizado em cima de uma maquete com as devidas proporções. Porém, o funcionamento do sistema em uma estufa no tamanho real não teria alterações significativas. É importante ressaltar que, apesar do sistema ser programável e teoricamente poder se adequar a qualquer estufa, constatou-se que se faz necessário que o usuário considere o tamanho da estufa a ser climatizada, a quantidade de nebulizadores, o fluxo de ar gerado pelos ventiladores, a porcentagem de escurecimento desejada, as condições da água utilizada, proporções dos fertilizantes e, principalmente, o tipo de cultura a ser produzida na estufa antes de se efetivar a instalação de um sistema automatizado desse porte.
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