MACHADO ACN; MONTEIRO
JC; ALVES
NS; MACEDO
RH; SILVA
JBC. 2008. Sistema
de segurança
para bombeamento de solução
Retenção
de carotenóides
durante
o armazenamento
de farinha
de batata-doce
nutritiva em cultivos hidropônicos. Horticultura Brasileira 26: S809-S814.
SISTEMA DE SEGURANÇA PARA BOMBEAMENTO DE
SOLUÇÃO NUTRITIVA EM CULTIVOS HIDROPÔNICOS
1
2
3
Carlos Arthur N. Machado , Juliana Geseíra Monteiro , Nancy dos Santos Alves ,
3
4
Raissa Hamanda Macedo , João Bosco C. da Silva
1
Eng. Elet. da Embrapa Hortaliças, C. postal 218, CEP 70.359.970, Brasília-DF e-mail:
2
3
[email protected]; Estagiária de agronomia da UEGO, Estagiária de agronomia da FTB.
4
Eng. Agro da Embrapa Hortaliças
RESUMO
ABSTRACT
O cultivo de plantas por meio do sistema
de hidroponia exige disponibilidade permanente
de energia para o bombeamento de solução
nutritiva, podendo ocorrer grandes perdas se
houver falhas prolongadas de fornecimento de
energia. A instalação proposta é um sistema
paralelo ao bombeamento convencional, acionado
automaticamente durante os intervalos de
interrupção de energia e que utiliza baterias
automotivas, para mover as motobombas
auxiliares. O sistema contém também o carregador
de baterias, relê, temporizador, chave contactora
e chave de nível, que são peças utilizadas para
automatizar o conjunto. A energia contida em uma
bateria nova, de 45 ampèr foi suficiente para manter
em funcionamento três motobombas modelo 500
ghp, de 2,5 ampèr/h, durante 6 horas e 20 minutos,
com o temporizador programado para cinco
minutos de funcionamento e trinta segundos de
interrupção. Cada motobomba movimentou de
400 a 600 L/h, com altura de recalque de 2,5 metros.
Utilizando-se uma bateria em final de vida útil, o
sistema funcionou por três horas e vinte minutos,
até atingir a carga mínima de 7,5 volts, necessários
para o funcionamento das motobombas. A partir
deste exemplo é possível então dimensionar
bancos de baterias e conjuntos de motobombas
para realizar a movimentação do volume de solução
nutritiva desejado.
System security for pumping nutrient
solution on hydroponics crops
The plant cultivation using hydroponics
system requires permanent availability of
energy for pumping nutrient solution. It’s
possible to have losses when there are
prolonged failures of energy supply. The facility
proposed is a parallel system to the
conventional pumping, triggered automatically
during the intervals of energy interruption. It
uses an automotive battery, to run auxiliary
pumps. The system also contains the charger
of batteries, relay, timer, contactor key and key
of level control. These are pieces for automate
the facility. The energy contained in a brand new
battery, having 45 ampèr was enough to keep
running three pumps model 500ghp of 2.5
ampèr / h during six hours and twenty minutes.
The timer was set for five minutes running and
thirty seconds off. Each motor had moved 400
to 600 L / h, pressing 2.5 meters height. Using
a second hand battery, the system operated
by three hours and twenty minutes, reaching a
minimum of 7.5 volts, necessary for pumps
running. With this example it’s possible to
program banks of batteries and sets of pumps
to circulate the volume of nutrient solution
desired.
PALAVRAS-CHAVE: hidroponia, sistema de
segurança, controle de energia
KEYWORDS: Hydroponics, safety pumping,
energy control
Hortic. bras., v. 26, n. 2 (Suplemento - CD Rom), jul-ago. 2008
S 809
Retenção de carotenóides durante o armazenamento de farinha de batata-doce
O sistema de hidroponia mais utilizado consiste em cultivar plantas em calhas ou outros
contentores por onde circula a solução nutritiva de forma intermitente. A solução nutritiva é
inicialmente recalcada para um depósito superior, localizado acima do nível das calhas de
cultivo. A solução escorre por gravidade, passa pelas calhas e é recolhida em um depósito
inferior de onde é novamente recalcada para para o depósito superior.
A instalação sugerida e avaliada neste trabalho é uma alternativa de dispositivos que
evitam a interrupção da circulação da solução durante os períodos de queda no fornecimento
de energia elétrica. O sistema consiste em um conjunto de motobombas que funcionam com
energia de 12 volts, acumulada em baterias abastecidas por carregador (figuras 1 e 2). O
conjunto possui ainda relê, temporizador, chave contactora e chave de nível, que automatizam
o funcionamento e a reversão para o bombeamento convencional quando o abastecimento de
energia elétrica é restabelecido.
Os componentes do sistema proposto têm as seguintes funções:
- Reservatórios (A e C) – armazenar solução nutritiva,
- Bateria – acumular energia para movimentar as motobombas com 12 volts,
- Carregador de bateria – manter a carga de energia da bateria – o carregador deve ser
do tipo “inteligente”, dotado de sistema de controle da corrente de carga, para que a bateria
possa ficar ligada permanentemente ao carregador,
- Temporizador (R1) – permite regular o tempo de escoamento de solução nutritiva,
- Relé 12Vcc (R2) – permite acionar simultaneamente várias motobombas, com um
único temporizador,
- Relé de subtensão (R3) – desliga o circuito de 12 v quando a tensão da bateria é
menor que 10,5 volts (evita queimar as bombas quando a carga estiver baixa),
- Bomba elétrica de 12 v (Bo1) – motobomba que funciona com 12 volts,
- Chave de nível (S1) – controla o nível de solução nutritiva no reservatório inferior,
- Chave contactora (C1) – aciona o circuito de 12 v no momento que houver a interrupção
do fornecimento de energia elétrica (faz a reversão entre os sistemas de bombeamento
convencional e alternativo),
- Chave liga/desliga (Ch1) – permite ligar ou desligar o circuito alternativo de 12 v,
MATERIAL E MÉTODOS
Funcionamento do sistema: Enquanto a rede de energia elétrica convencional estiver
presente, a chave contactora (C1) permanece energizada, abrindo o circuito alternativo de 12
volts e mantendo o circuito de bombeamento convencional funcionando. Na falta de energia
elétrica da rede, a chave contactora (C1) abre o circuito de bombeamento convencional e
fecha o circuito alternativo de 12 volts. A tensão de 12 volts fecha o contato do relé de subtensão
(R3), que dispara o temporizador (R1), de acordo com tempo regulado, fechando o contato do
relé (R2) que aciona as motobombas. O líquido (solução nutritiva) contido no reservatório inferior
(C), localizado abaixo do nível da calha de cultivo é recalcado para a extremidade superior da
calha ou para outro reservatório (A). De acordo com o tempo programado, é acionada a válvula
solenóide (V1), através do temporizador (R1), fechando ou abrindo a saída de solução nutritiva
do reservatório (A).
Hortic. bras., v. 26, n. 2 (Suplemento - CD Rom), jul-ago. 2008
S 810
Retenção de carotenóides durante o armazenamento de farinha de batata-doce
A chave de nível (S1) instalada reservatório inferior (C) aciona ou desativa o
funcionamento das bombas de acordo com nível de líquido contido no reservatório. De acordo
com o tempo programado, o relé temporizado abre ou fecha o seu contato e a solenóide (V1),
permitindo ou não que a solução nutritiva armazenada no reservatório superior escoe pela
calha de cultivo.
Estes ciclos irão se repetir enquanto a carga da bateria permitir, pois quando a mesma
abaixar para 10,5 volts, o relé de subtensão (R3) abrirá o seu contato, desligando o circuito
alternativo, evitando, portanto o dano aos motores das bombas.
Avaliação do protótipo - Foi montado na Embrapa Hortaliças, um protótipo para
verificação da funcionalidade do sistema e execução de várias medições de tempo de
autonomia do circuito, vazão de recalque, tensão e corrente da bateria, consumo de energia,
etc. Os componentes do sistema montado foram:
Uma caixa d’água de 250 L; Uma bateria automotiva de 45 Ah; Um carregador de bateria;
Um temporizador ou ciclador, com controle de tempo em minutos; Um relé 12 volts; Três bomba
elétricas de 12 volts, de 500gph; Um interruptor e Conexões.
As bombas utilizadas foram do modelo 500 gph e têm capacidade para movimentar até
1840 L/h (medidos sem altura de recalque), consumindo 2,5 ampèr/h, com altura de recalque
de até três metros. Foram utilizadas bombas da marca Rule - www.piramidemotor.com
Funcionamento (veja figura 2) - o líquido contido no reservatório, em quantidade
suficiente para cobrir as bombas submersas, foi recalcado para a extremidade de um tubo a
2,5 m de altura do piso, de onde escorre por gravidade e retorna ao reservatório. O recalque é
realizado por três motobombas de 12 volts, acionadas por bateria automotiva.
Avaliação com bateria usada - Uma bateria automotiva de 45 ampèr usada por mais
de um ano em um veículo, foi acoplada ao protótipo com três motobombas de 2,5 ampèr, com
tempo funcionamento de cinco minutos e intervalos de 30 segundos.
RESULTADO E DISCUSSÃO
A energia contida em uma bateria nova, de 45 ampèr e completamente carregada, foi
suficiente para manter em funcionamento as três motobombas durante 6 horas e 20 minutos,
com o temporizador programado para 5 minutos de funcionamento e 30 segundos de
interrupção. Estes dados foram obtidos com repetidos ciclos de carga e descarga da bateria.
Utilizando uma bateria em final de vida útil, as primeiras medições tiveram duração de três
horas e meia. Após vários ciclos de recarga, a duração do funcionamento das três bombas foi
ainda de duas horas.
Utilizando a bateria nova, durante as três horas de funcionamento, a vazão média foi de
564 L/h, com pequeno declínio da vazão ao longo do tempo (figura 3). Nas três horas seguintes,
observou-s o declínio mais acentuado da vazão até atingir 402 L/h ao final da sexta hora de
funcionamento, quando ocorreu a sinalização de “carga fraca”.
Avaliação com bateria usada
Nos primeiros ciclos de esgotamento da bateria, as bombas funcionaram por 3 h e 40
min. Após vários ciclos, foram feitas três avaliações de vazão em uma das bombas durante 10
minutos, em intervalos não regulares.
Hortic. bras., v. 26, n. 2 (Suplemento - CD Rom), jul-ago. 2008
S 811
Retenção de carotenóides durante o armazenamento de farinha de batata-doce
Na primeira medição, a vazão média da primeira hora de funcionamento foi de 536 L/h.
Depois de duas horas e meia, a vazão estava em 360 L/h e a bateria se esgotou com três
horas de funcionamento, quando a vazão era de 270 L/h (figura 4). Com a regressão linear dos
2
dados obteve-se a equação: y (L/h) = -1,867x (min) + 631,31 (R = 0,8854)
Na segunda avaliação, as medições se iniciaram aos 103 minutos e prosseguiram a
cada 10 minutos, até a descarga da bateria. Na primeira medição obteve-se 480 L/h, com
declínio até duas horas e quarenta minutos, com vazão final de 288 L/h. Com estes dados
2
obteve-se a equação: y = -2,5286x + 741,3 (R = 0,8323)
Na terceira avaliação a bateria se esgotou em duas horas, com vazão inicial de 500 L/
2
h e final de 360 L/h, com declínio linear representado pela equação: y = -1,0091x + 492,09 (R
= 0,7533)
Figura 1. Esquema para utilizar bombas de 12 volts em sistema de segurança para circulação de solução
nutritiva em cultivos hidropônicos.
Hortic. bras., v. 26, n. 2 (Suplemento - CD Rom), jul-ago. 2008
S 812
Retenção de carotenóides durante o armazenamento de farinha de batata-doce
Bombas 12v
Depósito
Carregador
de bateria
Figura 2. Sistema de segurança para circulação de solução nutritiva, utilizando bombas de 12 volts e
bateria automotiva – a) sistema em teste, b) bambas submersas de 500gph, c) carregador de bateria.
Esgotamento de bateria nova
1000
Vazão (L/h)
Polinômio (Vazão (L/h))
Vazão (L/h)
800
600
400
y = -0,0018x2 + 0,0917x + 598,31
R2 = 0,8604
200
0
0
30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
Tempo (minutos)
Figura 3. Vazão de água em motobomba de 500gph, 12 volts, durante o esgotamento de uma bateria de
45 ampèr, nova, ligada a três bombas de 2,5 ampèr.
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S 813
Retenção de carotenóides durante o armazenamento de farinha de batata-doce
Esgotamento da bateria em três medições
Vazão (L/h)
600
400
200
medição 1
medição 2
medição 3
0
0
50
100
150
200
Tempo (minutos)
Figura 4. Vazão de água em motobomba de 500gph, 12 volts, durante três ciclos de esgotamento de uma
bateria de 45 ampèr, usada, ligada a três bombas de 2,5 ampèr.
Hortic. bras., v. 26, n. 2 (Suplemento - CD Rom), jul-ago. 2008
S 814