-
USO DE INVERORES DE
FREQUÊNCIA EM
SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO
DO TIPO PIVÔ CENTRAL
Alberto Colombo
Universidade Federal de Lavras-
UFLA
Lavras, MG.
[email protected]
VARIABLE FREQUENCY DRIVE USE ON
CENTER PIVOT IRRIGATION SYSTEMS
-
Lago de Furnas
Universidade Federal de Lavras
http://www.apescapiumhi.50webs.com/mapa_da_regiao.htm
-
O Lago cobre uma superfície de
1440km², atingindo 34 municípios
de Minas Gerais .
O nível de armazenamento do lago é de 768 metros acima do nível
do mar,
com o nível máximo de 769,3 metros e o nível mínimo de operação
de 750
metros.
Ao longo de sua extensão, o lago
exibe diversas paisagens com
contornos sinuosos, por causa do
"mar de morros" sobre o qual a
represa foi formada.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Furnas
O Lago de Furnas
no Estado de Minas
Gerais
-
Q
Projeto
Máx. (Hfa+DEa)=Hfp+DEp
Desnível entre o Pto. Pivô e o Pto.
de Mínima Pressão da Lateral
Hfa+DEa (variável)
hf até o Pto. de Mínima Pressão da
Lateral
Altura Geometrica Total ( Suc.+ Recalque)
Altura de Instalação dos
Emissores
Carga Mínima de Pressão das
VRP hf na Sucção e Adutora Adutora
K
(constante)
QP
HMTp’
HMTp
HMTp = K+ Hfp+ DEp+ Extra
Extra
HMT Altura Manometrica Total- Pivô Central
-
Q
K
HMT
Terreno inclinado e motor elétrico
Hfa1+
DEa1
HMTa1
Q
K
Q
K
QP
Hfa3+
DEa3
HMTa3
HMT HMT
Hfa2+
DEa2
HMTa2
HMTp HMTp HMTp
Excesso
Excesso Excesso
QP QP
SEM Inversor
-
Q
K
HMT
Terreno Inclinado e motor elétrico
Q
K
Q
K
QP
Hfa3+
DEa3
HMTa3
HMT HMT
Hfa2+
DEa2
HMTa2
HMTp
Excesso
HMTp
Excesso
HMTp Excesso
QP QP
Hfa1+
DEa1
HMTa1
COM Inversor
-
HTMT de Projeto e HTMT requerida no giro
Posição angular da linha lateral (a em graus)
-1-0,75
-0,5-0,25
00,25
0,50,75
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Sa
Sp
10
12
14
16
8
6
4
a=90o
a=270o
a=0o a=180o
HMTp = K + Hfp + DEp
Sp
HMTa= 0 = K + 1,0 × Hfp + 0,0 × DEp
HMTa= 90 = K +1,0 × Hfp+ 1,0 × DEp
HMTa=180 = K+ 1,0 × Hfp+ 0,0 × DEp
HMTa=270 = K+ 0,0 × Hfp+ 0,0 × DEp
HMTa = K + fha × Hfp + fea× DEp
-
1- Em que Condições a Redução da
HMT de Projeto é Significativa ?
𝟏
𝟐𝛑 𝐊 + 𝐟𝐡𝛂 × 𝐇𝐟𝐩 + 𝐟𝐞𝛂 × ∆𝐄𝐩 𝐝𝛂 𝟐𝛑
𝟎
≪ 𝐊+𝐇𝐟𝐩 + ∆𝐄𝐩=
𝐇𝐌𝐓𝐏
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (i)
Posição angular da linha lateral (a em graus)
10
12
14
16
8
6
4
a=90o
a=180o
a=270o
-1-0,8-0,6-0,4-0,2
00,20,40,60,8
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
a=0o
Declividade em a = Sa
Declividade máxima = Sp = sen(a)
Sa = sen(a) Sp
Sa
Sp
Declividade (Sa ) varia com o posicionamento (a) da lateral
;
a
Todos os pontos da lateral (0
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (ii)
Todos os pontos da lateral (0
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (iii)
Caso 1: Sp / Jo= 0
Caso 2: Sp / Jo= 1
Caso 3: Sp >>>> Jo
0 ≤ Sp / Jo< 1
1< Sp / Jo
Posição angular da linha lateral (a em graus)
00,20,40,60,8
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
rmin
L
00,20,40,60,8
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Posição angular da linha lateral (a em
graus)
rmin
L
00,20,40,60,8
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
rmin
L Posição angular da linha lateral (a em
graus)
Posição angular da linha lateral (a em graus)
rmin
L 0
0,20,40,60,8
1
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (v)
𝒇𝒉 =
𝟏𝟐𝝅
𝑱𝟎𝑳𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
−𝟏, 𝟖𝟓𝟐𝟑
𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
𝟐
+𝟎. 𝟖𝟓𝟐𝟓, 𝟏𝟒𝟖
𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
𝟓.𝟏𝟒𝟖
𝒅𝜶𝟐𝝅
𝟎
𝑱𝟎𝑳 𝟎, 𝟓𝟒𝟔
Ao Longo de um giro completo, valor médio de
fha será:
𝒇𝒆 =
𝟏𝟐𝝅 𝑺𝒑𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝒔𝒆𝒏 𝜶 𝒅𝜶
𝟐𝝅
𝟎
𝑺𝒑𝑳
Ao Longo de um giro completo, valor médio de
fea será:
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (vi)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
fh fe
SP
JO
fh
fe
HMTc = K + fh (0,546LJo)+ fe (LsP)
Valor médio da HMT por giro completo “com inversor”
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (viii)
y = 2.5126x + 3.4142 R² = 0.7479
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sp (m/100m)
%
Red
. H
MT
HMTc = K + fh Hfp+ fe DEp HMTc = K + fh (0,546LJo) + fe
(LSP)
HMTP = K + Hfp+ DEp HMTP = K + (0,546LJ0) + (LSP)
DADOS DE 11
PIVÔS DA REGIÂO
-
2- Em Condições Reais de Campo a
Redução da HMTp Também é
Significativa ?
-
Análise Teórica com Topografia Real (i)
-
Avaliação Preliminar em 8 Sistemas
Análise Teórica com Topografia Real (ii)
HMTp = K+ Hfp+ DEp+ Extra
-
3- É possivel Alcançar a Redução da
HMTp desejada?
-
É Possível Alcançar ? (i)
Resultados obtidos
na UFLA
L= 72m
DEP =8m
Sp = 8/72 x100 = 11%
Q= 20m3/h
d= 6 5/8’= 168mm
Jo= 0,04m/100m
HFP=0,017m
SP/J0 = 251
-
É Possível Alcançar ? (ii)
-
É Possível Alcançar ? (iii)
-
É Possível Alcançar ? (iv)
-
É Possível Alcançar ? (v)
ESTRATRATÉGIAS DE CONTROLE DO INVERSOR
(1) Tempo – Ciclo automático com:
6 velocidades (P500, P501...P505)
6 intervalos (P506, P507....P5111)
Limite de 9999 segundos....
(2) - Multispped : 8 Velocidade
-
É Possível Alcançar ? (vi)
ESTRATRATÉGIAS DE CONTROLE DO INVERSOR
(3) Transdutores
de pressão ao longo
da lateral móvel .
-
É Possível Alcançar ? (vii)
ESTRATRATÉGIAS DE CONTROLE DO INVERSOR
(4) (i) Microcontrolador medindo e transmitindo a
posição angular do resolver para um segundo
microcontrolador que controla o inversor segundo
tabela predeterminada.
-
HfpEpKHMTp D=
Variação da Cota Durante o Giro
85
90
95
100
105
110
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360
Posição Angular da Linha Lateral - Graus
Cot
a (m
)
Torre2 Pto. Pivô
Reservatorio
É Possível Alcançar ? (viii)
-
Com Inversor
de
Frequência:
90
95
100
105
110
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
340 360
Posição Angular da Lateral (a)
Co
ta (
m)
90
95
100
105
110
Co
ta (
m)
Torre 2
Pto Pivô
A
12
14
16
18
20
22
24
26
28
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
340 360
Posição Angular da Lateral (a)
Carg
a d
e P
ressão
(m
ca)
12
14
16
18
20
22
24
26
28
Carg
a d
e P
ressão
(m
ca)
Rs=34,7m Rs=56,2 m
Rs=71,4 m HS72 = 17,6
HS0=16,9 Rs= 0 m
A
É Possível Alcançar ? (xi)
Meta:17mca
(14 +3)mca
54
55
56
57
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
340 360
Posição Angular da Lateral (a)
Fre
qu
ên
cia
: f
(Hz)
54
55
56
57
Fre
qên
cia
: f
(Hz)
Projetado
Medido
B
-
É Possível Alcançar ? (xii)
SEM IF Potência Ativa 13,2 KW/giro
COM IF Potência Ativa 10,8 KW/giro
Redução: 19%
-
4- É Possível Alcançar a Redução
Desejada da HMTp em Condições de
Campo?
-
É Possível Alcançar no Campo ? (i)
L= 409m
DEP =25m
Sp = 25/409 x100 = 6,12%
Q= 200m3/h
d= 6 5/8’= 168mm
Jo= 3,71m/100m
HFP=8,18m
SP/J0 = 1,65
-
É Possível Alcançar no Campo ? (ii)
-
MCAcb = 4.1879HZ - 140.35 R² = 0.9951
60
65
70
75
80
85
90
95
100
49 50 51 52 53 54 55 56 57 58
HM
T (m
ca)
Frequência da rede- HZ
É Possível Alcançar no Campo ? (iii)
Na primeira fase redução de
20% na HMT de (111 para 85
mca )
-
É Possível Alcançar no Campo ? (iv)
-
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Car
ga d
e p
ress
ão -
mca
Posição Angular do Pivô
Ultim.Saída Torre 6
Torre 5 Torre 4
Torre 3 Torre 2
Ponto Pivô
É Possível Alcançar no Campo ? (v)
Existe possibilidade de uma maior redução com a implantação
dos
microcontroladores ( pto. pivo- pto. baixo= 25m , carga nas VPR
=13)
-
RESUMO FINAL
1. Análise teórica resulta em reduções de consumo de
15 a 20% em áreas com declividades entre 4,5 e 8%
;
2. Simulações na região do lago de FURNAS resultam
em valores pouco superiores aos da análise teórica;
3. Na UFLA, um estudo experimental resultou em
economia de 18% no consumo de energia;
4. Resultados de um estudo em área comercial indicam
uma economia de 10% e sinalizam para uma maior
redução;
-
Obrigado !
Agradecimentos:
CNPq- Bolsa produtividade e
Projeto- Eficácia do Inversor de
Frequência de um Pivô Central
Sob Diferentes Estratégias de
Controle da Rotação da Bomba
FAPEMIG Projetos CAG-1607/06 e APQ-02656-
10.
Organizadores INOVAGRI – IV WINOTEC
Alberto Colombo
Universidade Federal de Lavras
[email protected]
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (iv)
𝑯𝑴𝑻𝜶 = 𝑲+ 𝑱𝟎𝑳𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
−𝟏, 𝟖𝟓𝟐
𝟑
𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
𝟐
+𝟎, 𝟖𝟓𝟐
𝟓, 𝟏𝟒𝟖
𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝑳
𝟓.𝟏𝟒𝟖
+ 𝑺𝒑𝒓𝒎𝒊𝒏𝜶𝒔𝒆𝒏 𝜶
O valor de projeto de HMT corresponde a α =90 e rmin
= L
𝑯𝑴𝑻𝑷 = 𝒌 + 𝑱𝟎𝑳𝑳
𝑳−𝟏, 𝟖𝟓𝟐
𝟑
𝑳
𝑳
𝟐
+𝟎, 𝟖𝟓𝟐
𝟓, 𝟏𝟒𝟖
𝑳
𝑳
𝟓.𝟏𝟒𝟖
+ 𝑺𝒑𝑳𝒔𝒆𝒏 𝟗𝟎𝟎
𝑯𝑴𝑻𝒑 = 𝒌 + 𝑱𝟎𝑳 𝟎, 𝟓𝟒𝟔 + 𝑺𝒑𝑳
O valor de HMT para qualquer valor de α é:
-
Análise Teórica em um Plano Inclinado (vii)
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
JO (m/100m)
(Sp/Jo)
0
5
10
15
20
25
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
% Redução da HMT =𝐻𝑀𝑇𝑃 − 𝐻𝑀𝑇𝐶
𝐻𝑀𝑇𝑃
%
Re
d.
HM
T
%
Red
. H
MT
HMTc = K + fh Hfp+ fe DEp HMTc = K + fh (0,546LJo) + fe
(LSP)
HMTP = K + Hfp+ DEp HMTP = K + (0,546LJ0) + (LSP)
DADOS DE 11
PIVÔS DA REGIÂO
