Load cell adoption in an electronic drag force flowmeter

Este estudo apresenta o desenvolvimento de um medidor de vazão baseado na força de arraste que atua em um corpo imerso em uma corrente líquida. O principal objetivo foi o desenvolvimento de um Medidor de Vazão Eletrônico tipo Força (MVEF) utilizando célula de carga, bem como a avaliação do desempenho do equipamento. Esta pesquisa foi executada nas seguintes etapas: (i) desenvolvimento da estrutura mecânica do MVEF; (ii) desenvolvimento do sistema de aquisição de dados e do software embarcado; e (iii) avaliação dos parâmetros de desempenho do MVEF. O medidor de vazão desenvolvido possibilita a transmissão de dados via serial (RS-232) e possui rotinas para medição de vazão instantânea, calibração interativa e opções para ajuste de alguns parâmetros de funcionamento. O Teste de Grubbs foi utilizado no software embarcado com a finalidade de identificar e remover dados inconsistentes do conjunto amostral, sendo, portanto, um procedimento de filtragem digital de dados. A rotina de calibração do medidor de vazão consta de um algoritmo que utiliza o Método dos Mínimos Quadrados para determinação dos coeficientes de ajuste do modelo adotado. O medidor de vazão desenvolvido opera na faixa de 1,94 a 7,78 dm³ s-1 com incerteza de ± 5,7%. O coeficiente de perda de carga localizada característico do medidor de vazão foi de aproximadamente 0,55 para condições com Número de Reynolds superior a 10(5). O medidor de vazão desenvolvido apresenta baixo custo, sendo viável para utilização em aplicações agrícolas.This research introduces the development of an electronic flowmeter based on the drag force that a body experiences when immersed in a fluid stream. Its main goal was the development of an Electronic Drag Force Flowmeter (EDFF) using a load cell, as well as the evaluation of its performance parameters. The developed flowmeter should not require specialized labor, equipments, computers or any sophisticated and complex method, providing an easy and accurate way of flow estimation. This research was carried out in the following stages: (i) EDFF mechanical structure development; (ii) data acquisition system and embedded software design; and (iii) evaluation of EDFF performance parameters. EDFF has routines for instantaneous flow rate measurement, interactive calibration, and also several flow meter parameter adjustments, allowing data transmission via a RS232 protocol. The real-time flow measurement task updates values of instantaneous flow rate each seven seconds, enabling unit selection. The interactive calibration routine guides users during all calibration process showing instructions on EDFF's display. A data digital filtering procedure was implemented in an embedded software using the Grubbs' Test in order to identify and to remove outliers from the acquired data. The Method of Least Squares was also implemented in the embedded software in order to calculate the fitting model coefficients on the calibration procedure. This flowmeter is able to work from 1.94 to 7.78 dm³ s-1 with an uncertainty of ± 5.7%. The coefficient of local head loss (K) was close to 0.55 for Reynolds number values higher than 10(5). The developed EDFF is a low-cost and stand-alone system with potential for agricultural applications

Water and soil losses under different patterns of simulated rainfall and soil cover conditions

Este trabalho foi realizado com o objetivo de determinar as perdas de solo e água em um Argissolo Vermelho-Amarelo, submetido a quatro diferentes padrões de precipitação de chuva simulada e duas condições de cobertura: área com solo descoberto e com palhada após plantio de milho. O experimento foi conduzido no Campo Experimental da Embrapa-Agrobiologia, localizado no município de Seropédica-RJ, e consistiu na aplicação de chuvas simuladas com diferentes padrões, caracterizados como avançado (AV), intermediário (IN), atrasado (AT) e constante (CT), em uma área amostral de 0,80 m de largura por 1,0 m de comprimento. Utilizando um simulador de chuvas portátil, foram aplicadas chuvas com 30 mm de lâmina total durante 60 minutos. Nos padrões com intensidade variada, o pico de precipitação foi de 110 mm h-1. Os resultados obtidos possibilitaram concluir que a cobertura do solo com resíduos de milho reduziu substancialmente as taxas e perdas de água e solo, principalmente para o padrão de chuva constante, indicando que a palhada deixada sobre o solo após a colheita auxilia de maneira efetiva no controle da erosão.This study was carried out in order to determine the soil and water losses in a Yellow-red Ultisol, under four different rainfall patterns and two conditions of soil cover: area with soil uncovered and with straw after corn planting. The experiment was conducted at the experimental field of Embrapa Agrobiologia, located at Seropedica municipality, State of Rio de Janeiro, Brazil. The treatments consisted in application of simulated rainfall using variable intensity classified in different patterns as: advanced (AV), intermediate (IN), delayed (AT), and constant (CT), in a plots with 0.8 m of width and 1.0 m of length. Using a portable rainfall simulator rainfall with 30 mm total depth during 60 minutes was applied. For the patterns with varied intensity, the peak of precipitation was 110 mm h(-1). The results showed the cover of the soil with corn stubble substantially reduced the rates and the soil and water losses, mainly for the pattern of constant rainfall, indicating that the residues left on the ground after harvest helps effectively in the erosion control

Modeling for the design of a micro-irrigation system using branched microtubes

Este trabalho foi realizado com o objetivo de se modelar e avaliar o comportamento hidráulico de microtubos ramificados, com base na relação entre vazão e comprimento dos microtubos para uma pressão de entrada, operando sob regime laminar. Dois modelos matemáticos foram estudados, em que um considerou a perda localizada de carga no dimensionamento dos microtubos ramificados e o outro a desconsiderou. O experimento para validação dos modelos foi conduzido no Laboratrio de Hidráulica da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ-USP), Piracicaba, SP, medindo-se a vazão dos emissores para as pressões de 14,7; 18,6; 39,2 e 58,9 kPa. A configuração do sistema de irrigação consistiu de uma linha lateral com diâmetro nominal (DN) de 10,0 mm, na qual foram inseridos microtubos conectores com DN de 0,8 mm conectados a um segmento de tubo de derivação e acoplados seis microtubos emissores com DN de 0,7 mm. Verificou-se que, dentre os modelos matemáticos, aquele que considerou a perda localizada de carga apresentou maior exatidão pois teve elevado, um bom índice de Willmott e baixo erro quadrático médio

Automação em bancada para ensaios hidráulicos de válvulas reguladoras de pressão / Bench automation for hydraulic tests of pressure regulator valves

A automação é uma alternativa para proporcionar melhorias ao ensaio de caracterização hidráulica das válvulas reguladoras de pressão. O objetivo do trabalho foi desenvolver e avaliar uma bancada para realização de ensaios automáticos de caracterização hidráulica de válvulas reguladoras de pressão. A bancada é constituída por tubulação em circuito fechado, bomba hidráulica, medidor de vazão e emissor. Os instrumentos utilizados foram: inversor de frequência, transdutores de pressão, medidor de vazão eletromagnético e dispositivo eletrônico de controle. O dispositivo eletrônico se comunica com computador via porta serial RS-232, no qual era efetuado o processamento, monitoramento e armazenamento de dados. Para tanto se desenvolveu um aplicativo em Linguagem Pascal. Avaliou-se a bancada por meio da caracterização de uma válvula reguladora (Fabrimar, Exact 15) com pressão de regulação de 10,5 mca (15 PSI). Foram analisadas duas vazões (1,66 e 3,23 m3 h-1) submetidas a cinco pressões de entrada (10, 15, 20, 25 e 30 mca), com três repetições e duração de 5 minutos. A variação máxima de vazão foi 2,19%, sendo as pressões de entrada ajustadas em até 40s, após acionamento da motobomba. Os resultados comprovaram a eficácia do sistema de controle, aquisição e armazenamento de dados

Development and assessment of filtration in irrigation system with high frequency reversal flow

A obstrução de emissores tem sido um entrave para a microirrigação. Porém, tem-se notado poucos estudos relativos ao desenvolvimento de equipamentos que auxiliam na prevenção da obstrução de emissores nos últimos anos. Os estudos realizados nesta linha estão geralmente ligados à caracterização dos sistemas em uso. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de filtragem com reversão automática de fluxo, de alta frequência. O sistema foi concebido para operar com água de baixa qualidade, com inversão de fluxo e limpezas automáticas e com volume mínimo de água para realização das limpezas. As decisões do controlador do sistema de filtragem têm como base a perda de carga, obtida por meio de transdutores de pressão instalados na entrada e na saída do sistema. O protótipo final é composto, basicamente, por três filtros de tela e onze válvulas solenoides controladas eletronicamente. Determinou-se a curva de perda de carga em função da vazão, a eficiência de retenção e o volume mínimo de água para limpeza dos filtros. A eficiência de retenção de partículas foi determinada em delineamento experimental inteiramente aleatorizado em esquema fatorial, sendo testados três fatores: tempo de reversão (15 e 30 s); incremento da perda de carga (25 e 50%) e concentração de sólidos (500 e 1000 mg L-1). A eficiência de retenção de sólidos totais foi de 71,7 e 78,3% para as concentrações de 500 e 1000 mg L-1, respectivamente, tendo apresentado diferença significativa a 1% de probabilidade. Entretanto, a eficiência retenção de sólidos maiores que 50 ?m (Ed > 50) foi de 98,6 ± 0,7%, não sendo significante para nenhum dos tratamentos ao nível de significância de 1%. O volume médio de água despendido durante as limpezas foi de 5,39 L por limpeza, que representou um volume de água de limpeza por volume de água filtrada de 8,0 e 12,6 L m-3, para as concentrações de 500 e 1000 mg L-1, respectivamente. Os valores de eficiência energética do sistema de filtragem variaram de 80 a 90% para a vazão de 2 m3 h-1 com pressão de entrada entre 15 a 40 mca. As limpezas do sistema de filtragem não foram totalmente eficazes na retomada da perda de carga, com tendência de aumento com o tempo. A inversão de fluxo com frequências de 11,11 e 22,22 mHz influenciou na evolução da perda de carga do sistema de filtragem, tornando-a mais lenta que a evolução para o sistema funcionando sem inversão de fluxo. Considerou-se que o sistema de filtragem desenvolvido apresentou potencial para filtragem da água de irrigação com baixa qualidade, porém necessita de manutenções periódicas para limpeza do elemento filtrante. A perda de carga admissível do sistema de filtragem deve ser o valor mais restritivo entre o critério de desempenho de retenção de partículas e o de variação de vazão do sistema de irrigação.Emitters clogging have been a barrier to trickle irrigation. Just a few studies have been performed concerning equipments which assist in preventing emitters clogging in recent years, especially regarding to development equipment. Studies carried out on this issue are usually linked to the characterization of systems in use. The aim of this study was to develop a filtering system with automatic flow reversal of high frequency. The system is designed to operate with low quality water, with reverse flow and automatic cleanings and with minimum volume of water to perform the cleaning. Decisions by the controller of the filtration system are based on head loss, obtained by pressure transducers installed at the upstream and downstream of the system. The final prototype consists of three screen filters and eleven electronically controlled solenoid valves. The curve of head loss was determined as a function of water flow, retention efficiency and minimum volume of water required for cleaning the filters. The efficiency in particle retention was determined following a completely randomized experimental design in a factorial scheme in which three factors were tested: reversal time (15 and 30 s) increase in head loss (25 and 50%) and solids concentration (500 and 1000 mg L-1). The total solids retention efficiency was 71.7 and 78.3% for concentrations of 500 and 1000 mg L-1, respectively, presenting a significant difference at 1%. However, when analyzing the retention efficiency of solids larger than 50 ?m (Ed> 50), none of the treatments was significant at 1%, whose efficiency was 98.6 ± 0.7%. The mean volume of water expended during the cleaning was 5.39 L. It represented a volume of water for cleaning per volume of filtered water from 8.0 and 12.6 L m-3, to concentrations of 500 and 1000 mg L-1, respectively. The energy efficiency values of filtering system ranged from 80 to 90% considering flow rate of 2 m3 h-1 and inlet pressure ranging from 15 to 40 mca. The filtering system cleaning was not totally effective in reestablishing the head loss, with an upward trend over time. The reverse flow with frequency of 11.11 and 22.22 mHz influenced the head loss evolution of the filtration system, making it slower than the trend for the system running without flow reversal. The developed filtration system has potential for filtering low quality irrigation water, but it requires periodic maintenance to clean the filter element. The allowable head loss of the filter system should be the most restrictive value between the criterion of particle retention performance and the flow variation of the irrigation system because of the increase in head loss in the filters

Developement of a control system of the pH water for drip irrigation

A obstrução de emissores por causas químicas, em sistemas de irrigação localizada, é um problema crucial enfrentado pelos irrigantes, que em muitos casos, dependendo da gravidade, são obrigados a substituir o sistema existente. Isso se deve à presença de íons específicos, que em determinadas condições precipitam, provocando a obstrução dos emissores e tubulações. No entanto, pode-se intervir nas condições propícias a esse processo, de modo a preveni-lo. Uma forma de intervenção é a injeção de ácido, uma vez que este processo ocorre com maior proporção quando a água de irrigação apresenta valores de pH acima de 7. Neste contexto, objetivou-se com este trabalho desenvolver um dispositivo eletrônico de controle do pH da água para irrigação localizada. O trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia de Biossistemas (LEB) da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP). O sistema de controle apresenta de um dispositivo de injeção de ácido (atuadores) controlado através de uma válvula solenóide, comandada por pulsos elétricos, enviados pelo processador, que está associado a um circuito de leitura de um sensor, que detecta o pH da água em tempo real. A lógica de controle é baseada na diferença entre as entradas e as saídas do controlador, de modo que, as decisões futuras são baseadas nas respostas proporcionadas pelas ações anteriores. O ciclo de cada ação sobre os atuadores tem uma duração média de 3 s, que compreende o tempo entre 2 leituras consecutivas do pH e injeção de ácido na água. O sistema foi testado em águas de diferentes valores iniciais de pH (variando de 6,2 a 9,2) sob vazão constante (264 L h-1) e variável. Além disso, foi instalada uma linha lateral de irrigação com comprimento de 44 m, composta de microtubos (emissores) espaçados de 1 m, aonde foi verificado os valores de pH da água na saída dos emissores ao longo da linha lateral (início, 1/3, 2/3 e fim) e em diferentes intervalos de tempos a partir do início dos testes. Os resultados obtidos comprovam a eficiência do dispositivo em manter o pH da água na faixa desejada, tanto para a condição de vazão constante, quanto variável. Em relação ao pH da água medido na saída dos emissores, não foi verificado variações significativas, tanto temporal quanto espacial, sempre se mantendo dentro da faixa desejada.The clogging of emitters by chemical causes, in drip irrigation systems, is a crucial problem faced by the irrigators that in many cases, depending of the gravity, are ordered to replace the existent system. This is occurring due to the presence of the specific ions, which it precipitates in determined conditions, causing the clogging of emitters and pipes. However, it can intervene in the conditions for these processes to prevent them. A way of intervention is the acid injection, since this process occurs in major proportion, when the irrigation water shows values of pH above 7. In this context, the aim of this work was to develop an electronic device of control of the pH water for irrigation drip. The work was developed in the Laboratory of Hydraulic of Department of Biossystems Engineering (LEB), at Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP). The system of control shows a device of acid injection (actuators) controlled though a solenoid valve, commended by electrics pulse that it sent by the processor, that is associated with a reading circuit of sensor, that it detects the pH of water in the real time. The logical control is based on the difference between the input and output of controller, so that the future controller decisions are based on answers caused by early actions. The cycle of each action on the actuator has the medium duration of 3 s, that it meaning the time between 2 consecutive reading of pH and acid injection in the water. The system was tested in waters of different values of pH (ranging 6.2 to 9.2) under constant (264 L h-1) and variable flow. Moreover, it was installed a lateral line of irrigation with length of the 44 m, it was composed of microtubes (emitters) spaced 1 m, where it was verified the pH of water in outlet of emitters along of lateral line (begin, 1/3, 2/3 and end) and in different intervals of time after starting of tests. The results obtained proved the efficiency of the device to maintain the water pH in the desired range, for the both conditions, constant as variable flow. In relation to the water pH in the outlet of emitters, it wasnt verified meaningful variations, both temporal and spatial, it always maintained into the desired range

Growth and production of tomato fertilized with ash and castor cake and under varying water depths, cultivated in organic potponics

Two experiments were performed to evaluate the effect of ash (40, 80, and 120 g per plant), castor cake (140 and 280 g per plant) and water depth (135, 165, 191, and 213 mm) on the growth and production of organic tomato cultivated in pots in a greenhouse. The experimental design was randomized blocks, and the irrigation was managed using an automatic irrigation device. The following variables were evaluated: plant heights, numbers of leaves, bunches, flowers and fruits, total mass of fruits, mass of marketable fruits, mass of fruits with blossom-end rot, total diameter of fruits, and diameter of marketable fruits. Most of the growth variables showed gains with the application of 140 g of ash and 280 g of cake. The dose of 280 g of castor cake was responsible for the greatest mass of marketable fruits (1.78 kg per plant), regardless of the ash dose. The water deficit reduced values of most of the variables of growth and production. The irrigation depth of 213 mm was responsible for the greatest mass of marketable fruits (4.04 kg per plant). The highest water use efficiencies, 37.00 and 37.93 kg m-3, were observed at irrigation depths of 191 and 213 mm, respectively.