USO DE INVERORES DE
FREQUÊNCIA EM SISTEMAS DE
IRRIGAÇÃO DO TIPO PIVÔ
CENTRAL
VARIABLE FREQUENCY DRIVE USE ON CENTER PIVOT
IRRIGATION SYSTEMS
Alberto Colombo
Universidade Federal de Lavras- UFLA
Lavras, MG.
[email protected]
Lago de Furnas
Universidade Federal de Lavras
http://www.apescapiumhi.50webs.com/mapa_da_regiao.htm
O Lago de Furnas
no Estado de Minas
Gerais
O Lago cobre uma superfície de
1440km², atingindo 34 municípios
de Minas Gerais .
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.
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.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_Hidrel%C3%A9trica_de_Furnas
Altura Manometrica Total- Pivô Central
HMT
HMTp = K+ Hfp+ DEp+ Extra
HMTp
HMTp’
Extra
hf até o Pto. de Mínima Pressão da Lateral
Projeto
Desnível entre o Pto. Pivô e o Pto. de
Mínima Pressão da Lateral
Máx. (Hfa+DEa)=Hfp+DEp
Hfa+DEa
(variável)
Carga Mínima de Pressão das VRP
hf na Sucção e Adutora Adutora
Altura de Instalação dos Emissores
K
(constante)
Altura Geometrica Total ( Suc.+ Recalque)
QP
Q
Terreno inclinado e motor elétrico
SEM Inversor
HMT
HMT
HMT
HMTp
HMTp
HMTp
HMTa1 Excesso
Excesso
Hfa1
+
DEa1
HMTa2
Excesso
Hfa2
+
DEa2
K
QP
HMTa3
Hfa3+
DEa3
K
Q
QP
K
Q
QP
Q
Terreno Inclinado e motor elétrico COM Inversor
HMT
HMT
HMTp
HMTp
HMTa1 Excesso
HMT
HMTp
Excesso
Hfa1
+
DEa1
HMTa2
Excesso
Hfa2
+
DEa2
K
QP
HMTa3
K
Q
QP
Hfa3+
DEa3
K
Q
QP
Q
HTMT de Projeto e HTMT requerida no giro
HMTp = K + Hfp + DEp
a=90o
16
HMTa = K + fha × Hfp + fea× DEp
14
12
a=180o
10
a=0o
8
6
4
a=270o
= K + 1,0 × Hfp + 0,0 × DEp
HMTa=
0
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
Sa
Sp
1
0,75
0,5
0,25
0
-0,25
-0,5
-0,75
-1
Sp
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
Posição angular da linha lateral (a em graus)
300
330
360
1- Em que Condições a Redução da
HMT de Projeto é Significativa ?
Análise Teórica em um Plano Inclinado (i)
Declividade (Sa ) varia com o posicionamento (a) da lateral ;
Todos os pontos da lateral (0 <s<L ) estão sujeitos a mesma Sa
a=90o
Declividade em a = Sa
a
16
14
Declividade máxima = Sp
s=L
12
a=180o
10
= sen(a)
a=0o
Sa = sen(a) Sp
8
6
4
a=270o
Sa
Sp
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
Posição angular da linha lateral (a em graus)
330
360
Análise Teórica em um Plano Inclinado (ii)
Todos os pontos da lateral (0 <s< L ) estão sujeitos a mesma Sa= sen(a)SP
Nas posições ascendentes da lateral ( Sa ≥ 0), o ponto de mínima
pressão encontra-se na ponta da lateral : rmin = L
Nas posições descendentes, o ponto de mínima pressão é encontrado:
(i) No ponto do pivô , quando |Sp sen (a)| ) ≥ Jo
(ii) No ponto onde a taxa de perda de carga Js é igual a |Sp sen (a)|
Análise Teórica em um Plano Inclinado (iii)
Caso 1: Sp / Jo= 0
rmin
L
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
0 ≤ Sp / Jo< 1
Caso 2: Sp / Jo= 1
30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Posição angular da linha lateral (a em graus)
rmin
L
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Posição angular da linha lateral (a em graus)
1< Sp / Jo
rmin
L
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
Posição angular da linha lateral (a em graus)
Caso 3: Sp >>>> Jo
rmin
L
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
30
60
90
120 150 180 210 240 270 300 330 360
Posição angular da linha lateral (a em graus)
Análise Teórica em um Plano Inclinado (v)
Ao Longo de um giro completo, valor médio de fha será:
Ao Longo de um giro completo, valor médio de fea será:
Análise Teórica em um Plano Inclinado (vi)
Valor médio da HMT por giro completo “com inversor”
HMTc = K + fh (0,546LJo)+ fe (LsP)
1
0,9
fh
0,8
fh
fe
0,7
0,6
0,5
0,4
fe
0,3
0,2
0,1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SP
10 JO
Análise Teórica em um Plano Inclinado (viii)
HMTP = K + Hfp+ DEp
HMTP = K +
(0,546LJ0) + (LSP)
HMTc = K + fh Hfp+ fe DEp
HMTc = K + fh (0,546LJo) + fe (LSP)
DADOS DE 11 PIVÔS
DA REGIÂO
% Red. HMT
25
20
15
10
y = 2.5126x + 3.4142
R² = 0.7479
5
0
0
1
2
3
4
5
Sp (m/100m)
6
7
8
9
2- Em Condições Reais de Campo a
Redução da HMTp Também é
Significativa ?
Análise Teórica com Topografia Real (i)
Análise Teórica com Topografia Real (ii)
Avaliação Preliminar em 8 Sistemas
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.
É Possível Alcançar ? (viii)
Reservatorio
Variação da Cota Durante o Giro
110
Torre2
HMTp = K  DEp  Hfp
Cota (m)
105
Pto. Pivô
100
95
90
85
0
40
80
120
160
200
240
280
Posição Angular da Linha Lateral - Graus
320
360
É Possível Alcançar ? (xi)
105
100
95
95
90
90
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
20
40
60
80
Posição
Rs=56,2
m AngularAda Lateral (a)
HS72 = 17,6
Rs= 0 m
Rs=34,7m
Rs=71,4 m
HS0=16,9
26
28
26
24
24
22
22
20
20
18
18
16
16
14
14
12
12
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
B
Posição Angular
da Lateral (a)
0
20
40
60
80
57
57
56
56
Projetado
Medido
55
54
0
20
40
60
55
54
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Posição Angular da Lateral (a)
Cota (m)
100
110
Carga de Pressão (mca)
Cota (m)
Pto Pivô
28
Carga de Pressão (mca)
Meta:17mca
(14 +3)mca
105
0
Frequência: f (Hz)
Com Inversor
de
Frequência:
Torre 2
Freqência: f (Hz)
A
110
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)
É Possível Alcançar no Campo ? (iii)
Na primeira fase redução de 20%
na HMT de (111 para 85 mca )
100
95
HMT (mca)
90
85
80
75
MCAcb = 4.1879HZ - 140.35
R² = 0.9951
70
65
60
49
50
51
52
53
54
55
Frequência da rede- HZ
56
57
58
É Possível Alcançar no Campo ? (iv)
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)
65
60
Carga de pressão - mca
55
50
45
40
35
Ultim.Saída
Torre 6
25
Torre 5
Torre 4
20
Torre 3
Torre 2
30
15
Ponto Pivô
10
0
30
60
90
120
150
180
Posição Angular do Pivô
210
240
270
300
330
360
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 !
Alberto Colombo
Universidade Federal de Lavras
[email protected]
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
Análise Teórica em um Plano Inclinado (iv)
O valor de HMT para qualquer valor de α é:
O valor de projeto de HMT corresponde a α =90 e rmin = L
Análise Teórica em um Plano Inclinado (vii)
HMTP = K + Hfp+ DEp
HMTP = K +
HMTc = K + fh Hfp+ fe DEp
(0,546LJ0) + (LSP)
HMTc = K + fh (0,546LJo) + fe (LSP)
DADOS DE 11 PIVÔS
DA REGIÂO
% Redução da HMT
20
25
15
10
5
0
0
0,5
1
1,5
2
(Sp/Jo)
2,5
3
3,5
% Red. HMT
% Red. HMT
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
JO (m/100m)
7
8
9
10