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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2010.tde-19022010-080513
Document
Author
Full name
Antonio Pires de Camargo
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2009
Supervisor
Committee
Botrel, Tarlei Arriel (President)
Matsura, Edson Eiji
Soccol, Olivio José
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um medidor eletrônico de vazão utilizando célula de carga
Keywords in Portuguese
Agricultura
Eletrônica
Hidrometria
Inovações tecnológicas.
Abstract in Portuguese
Novos equipamentos e tecnologias disponíveis no mercado vêm desempenhando papel crucial para o desenvolvimento e modernização do setor agrícola. A eletrônica e a automação têm-se mostrado cada vez mais importante e necessária neste processo de evolução, agilizando atividades, bem como reduzindo custos, principalmente aqueles associados à mão-de-obra demandada para execução de tarefas rotineiras. No contexto de irrigação verifica-se um objetivo comum referente à adoção de técnicas que propiciem a otimização da utilização de água pelas culturas, maximizando a eficiência dos processos de distribuição e aplicação de água e minimizando as perdas. Acerca disto, o conhecimento ou estimativa da vazão em um sistema de irrigação torna-se imprescindível ao se pensar em um plano de irrigação ou manejo de água eficiente. Existem diversos instrumentos e métodos de estimativa de vazão, cada qual com suas vantagens e limitações. Portanto, considerando um ideal de inovação tecnológica, foi proposto o desenvolvimento de um instrumento de medição de vazão utilizando dispositivos eletrônicos, de fácil utilização e baixo custo. Deste modo, este trabalho teve como objetivos: a) Desenvolver um medidor eletrônico de vazão utilizando célula de carga; b) Realizar testes hidráulicos e gerar uma equação matemática que represente a vazão instantânea em um conduto forçado, no qual o medidor estará instalado; e c) Determinar parâmetros de desempenho para o medidor desenvolvido. O experimento foi realizado no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/ USP em Piracicaba SP. Desenvolveu-se um medidor de vazão que se enquadra na categoria de medidores do tipo força, no qual estão disponíveis opções de acesso a rotinas de medição, calibração e configurações. Na rotina de medição a leitura de vazão é atualizada aproximadamente a cada 7 segundos, sendo possível selecionar e alterar a unidade de exibição da vazão instantânea. O equipamento consta de uma rotina de calibração, na qual foi implementado o Método dos Mínimos Quadrados para definição de coeficientes de ajuste de uma equação de regressão ao conjunto de dados coletados nesta rotina. O procedimento de calibração do medidor foi desenvolvido com o objetivo de dispensar a necessidade de mão-de-obra especializada, bem como equipamento, computadores e métodos mais complexos e de difícil acesso. A tela de configurações permite observar e ajustar a equação de regressão utilizada, bem como ativar ou desativar a transmissão de dados via serial (RS-232) para computadores. O medidor proposto é capaz de operar na faixa de 7 a 28 m³.h-1 com erro máximo de ±1,4 m³.h-1 (±2,7%), sendo o coeficiente K de perda de carga localizada aproximadamente 0,55. Para as condições de estudo, a força de arraste máxima esperada sobre o conjunto anteparo-alavanca é próxima de 1,87 N, acarretando um esforço na célula de carga de até 3 N.
Title in English
Development of an electronic drag-force flow meter by using load cell
Keywords in English
Agriculture
Electronic
hydrometric
technological innovations.
Abstract in English
New available equipments and technologies in the market are each time more important for the agricultural section development and modernization. The electronics and automation area have great value on this evolution, speeding up activities as well as decreasing costs, mainly those costs regarding with necessary labor to execute routine tasks. On irrigation there is a common objective of choosing techniques that optimize crops water use, increasing efficiency and reducing losses of water distribution and application processes. The flow metering in an irrigation system is indispensable stuff when an efficient water management is desired. There are many tools, devices and methods of flow metering each one with its respective features. Considering a technology innovation principle this work had the purpose to develop an electronic flow meter easy to use and low cost, using electronic devices. Nevertheless this research had the following objectives: a) An electronic flow meter development by using load cell; b) Hydraulics tests in order to determine a math equation that matches the instantly flow inside a pipeline; and c) Flow meter assess determining performance parameters. The research was done at Hydraulics Laboratory, Rural Engineering Department (Laboratório de Hidráulica - Departamento de Engenharia Rural), ESALQ/USP on Piracicaba-SP-Brazil. The developed equipment is based on drag force that a body experiences when immersed in a fluid stream. The flow meter developed has some screen options allowing user tasks definition like: metering, calibration, and make some internal configurations. In the metering task the flow value is updated on intervals close to 7 seconds being possible to select or change units showing flow results. The calibration task was developed to avoid or release the specialized labor need, equipments, computers or any sophisticated and complex method. In this task, it was implemented Least Square Method in order to calculate coefficients of a fitting equation. This equation was used to estimate flow from digital signals acquired from the electronic circuit. The configuration interface allows the visualization and change the fitting equation used by the system. It also allows the data transmission for computers by serial port (RS-232 protocol). The proposed flow meter is able to work from 7 to 28 m³.h-1 with uncertainty of ±1.4 m³.h-1 (± 2.7%). The coefficient of local head loss (K) was close to 0.55 for Reynolds number values higher than 105. In this work, the greatest drag force expected acting on the flat circular body and cylindrical object is about 1.87 N, resulting in a force on load cell up to 3 N.
 
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Antonio_Camargo.pdf (3.00 Mbytes)
Publishing Date
2010-03-01
 
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