Development of a solar photovoltaic backpack sprayer

Backpack solar photovoltaic sprayers have appeared in the market with the aim of improving spraying quality and reducing physical effort for the operator. Queries related to the duration and how to charge batteries are very common and in general they become a barrier for using this equipment in the field. With the objective to better such sprayers, this work has aimed to develop and evaluate a solar photovoltaic backpack sprayer. An electric backpack sprayer MTS brand, model Spritz 18, was used. An aluminum structure was designed and built for fixing two photovoltaic cells, Kyocera brand, model KS5. The evaluation of equipment was made for the instantaneous power generated by the photovoltaic panel with the operator in movement and with the sprayer in static, as well as the potential use of the system. At the end it was verified that the average of the instantaneous power generated was of 1.4 and 2.18 W, for in movement and in static respectively. It was observed that the developed system has wide applicability. It may be applied for field use; it may also optimize the duration of the battery up to 45% and make possible the use of backpack electric sprayers in remote or distant locations, where there is no electric supply system, once it makes possible charging the batteries just using solar energy

Air and liquid volumetric distribution in vertical in a hydro-pneumatic sprayer

The objective of this research was to evaluate the air flow and spray vertical distribution produced by a hydro-pneumatic sprayer. The sprayer was attached to a John Deere tractor, model 5705. The rotation of the fan was set at 226.19 rad s-1 (2.160 rpm). The study was performed on both sides of the sprayer, with the intent of identifying possible asymmetries in the air flow distribution. Measurements of air speed were taken at three positions along the fan periphery. The uniformity of liquid vertical distribution was analyzed at pressures of 633, 844 and 1.055 kPa using a vertical collector placed two meters from the center of the fan impeller. The experiment was arranged in a randomized blocks design, with three replications. The air average speed, taken at the ventilation outlet was of 35.5 m s-1 and the average vertical speed taken at 0.5 meters from the bar was of 5.9 and 5.1 m s-1 to the left and right side, respectively. Variation coefficients for the vertical distribution volume were 136, 136 and 141% for the working pressures of 633, 844 and 1055 kPa, respectively.Objetivou-se com esta pesquisa avaliar o fluxo de ar e a distribuição vertical da calda produzido por pulverizador hidropneumático. O pulverizador foi acoplado a um trator John Deere, modelo 5705. A rotação do rotor do ventilador foi de 226,19 rad s-1 (2.160 rpm). O estudo foi realizado objetivando determinar possíveis assimetrias na distribuição do vento. As medições da velocidade do ar foram feitas em três posições na borda do duto do ventilador axial. A uniformidade de distribuição de líquido na vertical foi analisada considerando as pressões de trabalho de 633, 844 e 1.055 kPa, utilizando um coletor vertical. O experimento foi montado no delineamento de blocos casualizados, com três repetições. A velocidade média do ar tomada na saída do ventilador foi de 35,5 m s-1 e a velocidade média de ar na vertical tomada a 0,5 metros da barra foi de 5,9 e 5,1 m s-1, para o lado esquerdo e direito, respectivamente. Os coeficientes de variação para a distribuição volumétrica vertical foram de 136, 136 e 141% para as pressões trabalho de 633, 844 e 1055 kPa, respectivamente

Desenvolvimento de um protótipo para classificação de perfis de pulverização utilizando processamento digital de sinais e redes neurais artificiais

Um dos grandes desafios da agricultura é o uso racional de agrotóxicos na prevenção e proteção das culturas contra doenças e pragas, a fim de evitar a aplicação demasiada de agentes químicos nas lavouras, evitando-se danos ao meio ambiente e a saúde humana. Atualmente, as técnicas utilizadas para avaliação da qualidade de pulverização se baseiam na análise do tamanho das gotas que são aplicadas através de etiquetas hidrossensíveis. Neste trabalho foi desenvolvida uma bancada de testes, que permite a simulação do funcionamento de pontas de pulverização, e um sistema de aquisição, condicionamento e análise de dados para realização de um estudo de sensoriamento laser aplicado na identificação de espectros de gotas. Além disso, foi proposto e avaliado um método de classificação baseado em Transformada Rápida de Fourier e Redes Neurais Artificiais. A metodologia utilizada para a avaliação da técnica proposta consiste na aquisição e análise de um sinal de luz proveniente de um raio laser interceptado por um spray de água criado pela ponta, e classificação do padrão com base nas amplitudes do espectro de frequências, obtidos a partir da Transformada Discreta de Fourier do sinal. Para a classificação, foi utilizada uma RNA do tipo Perceptron de Múltiplas Camadas a fim de identificar dois diferentes padrões de pulverização, classificando os espectros de gotas em duas classes, névoa ou jato. Foi feita a validação cruzada e a técnica proposta apresentou 91\% de acurácia. Assim, foi possível concluir que através do método proposto é possível identificar diferentes espectros de gotas

Automatic control of the droplet spectrum of a hydropneumatic sprayer according to the vapor pressure deficit in the air

The principle of fractionation and droplets size are crucial for the success of pest control. This study aimed at developing and evaluating an automated system to control the spraying droplet spectrum according to the vapor pressure deficit in the air. The automatic control system consisted of a temperature and relative humidity sensor, a microcontroller, a servomotor and a hydropneumatic sprayer. Spraying was performed on water sensitive paper labels arranged on wooden supports for different vapor pressure deficits in the air. After scanning and analysing the paper labels, three working pressures were selected (633 kPa, 844 kPa and 1,055 kPa) for use in the automated system. The results indicated that the controller efficiently maintained the droplets spectrum when spraying pesticides. Automation enabled the maintenance of the spray volume by altering the working pressure, according to the vapor pressure deficit in the air. Spraying with the automated system presented a droplet spectrum quality superior to the one obtained by using the manual system at the pressure of 633 kPa

Eficiência da pulverização utilizando ponta hidráulica tipo cone vazio a partir da análise espectral das gotas

The goal of this study was to evaluate, through the droplet spectrum, the quality of the spray nozzle hollow cone JA-2. Working pressures ranged from 633 to 1477 kPa, as recommended by the manufacturer. The spraying was accomplished using a Yamaho pump, driven by an 1,5 kW electric motor. The nozzles volumetric distribution uniformity was determined according to the coefficient of variation of all operating pressures recommended by the manufacturer . For the realization of the study, five nozzles were randomly selected from a set of twenty. The analysis of droplets spectrum was performed using a laser particle analyzer. The coefficient of variation presented values varying from 13 to 22% for pressures ranging from 633 to 1477 kPa. The diameter of the volumetric median reduced from 151 to 109 μm with increase of pressure from 633 to 1477 kPa. The terminal velocity of droplets decreased from 0.77 to 0.37 m s-1 for the pressure of 633 kPa and 1477, respectively.El objetivo de este estudio fue evaluar la calidad de la boquilla de pulverización de jato cónico vacío JA-2. Las presiones de trabajo oscilaron desde 633 hasta 1477 kPa, tal como recomendado por el fabricante. En la pulverización se usó una bomba Yamaho accionada por un motor eléctrico con una potencia de 1.5 kW. La uniformidad de distribución volumétrica de las boquillas fue determinada mediante la evaluación de los perfiles de los coeficientes de variación de distribución de líquido, teniendo en cuenta todas las presiones de trabajo recomendadas por el fabricante. Para este trabajo se eligió por sorteo cinco boquillas de un conjunto de veinte. La análisis del espectro de gota fue tomada utilizando un analizador de partículas por láser. El coeficiente de variación osciló entre 13 y 22% para las presiones de 633 a 1477 kPa. El diámetro mediano volumétrico se redujo desde 151 hasta 109 μm con el aumento de la presión de 633 a 1477 kPa. La velocidad terminal de las gotas disminuyó desde 0,77 hasta 0,37 m s-1considerando el rango de presiones estudiado.Objetivou-se com este trabalho avaliar a qualidade da ponta de pulverização de jato cônico vazio JA-2. As pressões de trabalho variaram de 633 a 1477 kPa, conforme recomendação do fabricante. Na pulverização, foi utilizada uma bomba Yamaho acionada por um motor elétrico com potência de 1,5 kW. A uniformidade de distribuição volumétrica das pontas foi determinada avaliando-se o coeficiente de variação dos perfis de distribuições de líquidos, considerando-se todas as pressões de trabalho recomendadas pelo fabricante. Para a realização deste trabalho foram sorteadas cinco pontas de um conjunto de vinte. A análise do espectro de gotas foi realizada utilizando se um analisador de partículas a laser. O coeficiente de variação variou entre 13 e 22%, para as pressões de 633 e 1477 kPa. O diâmetro da mediana volumétrico reduziu de 151 para 109 μm com o aumento da pressão de 633 para 1477 kPa. A velocidade terminal das gotas reduziu de 0,77 para 0,37 m s-1 considerando o intervalo das pressões estudado

Electronic system to capture droplets aiming to increase the efficiency of electrostatic spraying

A pulverização eletrostática é um sistema que carrega eletricamente as gotas, fazendo com que elas sejam atraídas pela planta, aumentando a eficiência na aplicação de agrotóxicos e diminuindo as perdas para o meio ambiente. Sabe-se que a pulverização eletrostática, quando utilizada de maneira correta, proporciona vantagens em relação aos sistemas convencionais, no entanto, diversos fatores podem interferir na eficiência do sistema. Sendo assim, objetivou-se com este trabalho, avaliar o efeito da distância de pulverização, a condutividade elétrica da solução na eficiência de eletrificação da gota, e a eficiência de deposição de líquido em alvos posicionados em diferentes distâncias. Também, de acordo com a lei de Coulomb, em que cargas elétricas opostas se atraem, desenvolveu-se um sistema de atração de gotas, visando aumentar a deposição de líquido no alvo e reduzir a contaminação ambiental e os riscos de contaminação dos trabalhadores. Para avaliar o efeito da distância da pulverização e da condutividade elétrica na eficiência de eletrificação da gota, foram preparadas soluções com condutividade elétrica de 0,00; 17,03; 19,44; 35,92 e 64,59 mS cm -2 . Posteriormente, pelo método da gaiola de Faraday, determinou-se as relações carga/massa (Q/M) em diferentes distâncias longitudinais (0; 1; 2; 3; 4 e 5 m). A estas distâncias, combinadas com quatro distâncias transversais (0; 0,15; 0,30 e 0,45 m), avaliou-se a deposição de calda em alvos artificiais em três sistemas de pulverização (sistema eletrostático desligado; sistema eletrostático ligado e sistema de atração de gotas ligado). Para desenvolver o sistema de atração de gotas, utilizou-se um osciloscópio para determinar a polaridade da carga presente na gota, e uma fonte de alta tensão para eletrizar o alvo com carga de polaridade oposta à da gota. E utilizando plantas de café, avaliou-se o sistema de pulverização eletrostática e de atração de gotas em campo. Observou-se que a distância afetou a carga presente na gota, sendo que a relação Q/M próximo ao alvo foi de 4,11 mC kg -1 , e nas distâncias de 1, 2, 3, 4 e xi5 m, esta relação foi reduzida para 1,38; 0,64; 0,31; 0,17 e 0,005 mC kg -1 , respectivamente. A condutividade elétrica afetou a relação Q/M, no entanto, aumentando a condutividade elétrica, não acarretou, necessariamente, aumento da relação Q/M. Com relação à deposição de líquido no alvo, observou-se que o sistema eletrostático, foi afetado tanto pela distância longitudinal como transversal, sendo que, a maior eficiência foi à distância transversal zero, com aumento de deposição com o sistema eletrostático até a distância de dois metros. Na avaliação do sistema de atração de gotas, este demonstrou-se eficiente e possibilitou eletrizar tanto alvo artificial como também natural. Em alvos artificiais, o sistema de atração de gotas ocasionou aumento de deposição de até 180 % em relação ao sistema eletrostático convencional e foi mais eficiente, principalmente, na distância transversal igual a zero, decaindo à medida que se aumentou tal distância. Nos ensaios de campo, o sistema eletrostático ligado proporcionou aumento de 37,21 % em relação ao sistema desligado. Quanto ao sistema de atração de gotas, demonstrou resultados satisfatórios, e proporcionou uma maior penetração de líquido nas copas do cafeeiro, com aumento de deposição de 33,9 % no interior do dossel da planta comparado ao sistema eletrostático convencional.Electrostatic spraying is a system which electrically charges the droplets, so that they are attracted by the plant, increasing the efficiency of pesticide application and reducing losses to the environment. It is known that electrostatic spraying, if used correctly provides advantages over conventional systems. However, several factors can affect the efficiency of the system. Therefore, the aim of this work was to evaluate the effect of spray distance, the electrical conductivity of the solution in the efficiency of electrification of the droplets, and the efficiency of deposition of liquid on targets positioned at different distances. Also, according to Coulomb's law, in which opposite electrical charges attract each other, it was developed a system of attracting droplets aiming to increase the deposition of liquid on the target and reduce pollution and risks of contamination of workers. To evaluate the effect of distance from the spray and electric conductivity on the efficiency of droplet electrification, solutions were prepared with electrical conductivity of 0.00, 17.03, 19.44, 35.92 and 64.59 mS cm -2 . Subsequently, by the Faraday cage method, we determined the relationship charge/mass (Q/M) at different longitudinal distances (0, 1, 2, 3, 4 and 5 m). At these distances, combined with four transverse distances (0, 0.15, 0.30 and 0.45 m), it was evaluated the spray deposition on artificial targets in three spray systems (electrostatic system off; electrostatic system on and droplet attraction system on). To develop the system to attract droplets, an oscilloscope was used to determine the polarity of the charge present on the droplets, and a high voltage source to electrify the target with a charge with opposite polarity. Using coffee plants, it was evaluated the electrostatic spraying system and attraction in the field. It was observed that the distance affected the charge present in the droplet, whereas the ratio Q/M close to the target was a 4.11 mC kg -1 , and in the distances of 1, 2, 3, 4 and 5 m, the ratio was reduced to 1.38, 0.64, 0.31, 0.17 and 0.005 mC kg -1 , respectively. Electrical conductivity affected ratio Q/M, however, a higher electrical xiiiconductivity did not necessarily increase the ratio Q/M. With regard to deposition of liquid on the target, it was observed that the electrostatic system was affected by both the longitudinal and transverse distance, being that the efficiency was greater at transverse distance zero, with increased deposition with the electrostatic system to a distance of 2 m. In evaluating the droplet attraction system, this proved to be efficient and allowed to electrify both artificial targets as well as natural. In artificial targets, the system to attract droplets resulted in an increase of 180 % of deposition in relation to the conventional electrostatic system and was more efficient, especially in the transverse distance equal to zero, decreasing as this distance was increased. In field tests, the electrostatic system showed increase of 37.21 % over the system turned off. As for the droplet attraction system on, it showed satisfactory results, and provided a greater penetration of liquid in the coffee canopy, with increased deposition of 33.9 % in the interior of the canopy compared to conventional electrostatic system.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Air adiabatic cooling to reduce spray evaporation losses in spraying with air assisted boom

A aplicação de agrotóxicos quando realizadas em elevada temperatura e baixa umidade relativa pode acarretar a evaporação da gota. Consequentemente há perdas de produto para o meio ambiente causando poluição ambiental. Empregando-se pulverizadores hidráulicos com assistência de ar na barra, as perdas podem ser agravadas, uma vez que o fluxo de ar ao se deparar com as gotas pulverizadas promove a transferência de calor e de massa da gota para o ar. Objetivou-se com este trabalho, avaliar o efeito das condições psicrométricas do ar nos parâmetros técnicos da pulverização, desenvolver e avaliar diferentes sistemas de resfriamentos adiabáticos com potencial uso na aplicação de agrotóxicos para reduzir as perdas por evaporação, bem como avaliar o efeito do uso do sistema de resfriamento adiabático nos parâmetros técnicos da pulverização. Todo o ensaio foi realizado a partir do desenvolvimento de um protótipo, dotado de ventilador axial, de homogeneizador de fluxo, de sensores conjugados de temperatura e de umidade relativa, de ponta hidráulica, e de sistema de aquecimento do ar a gás. Com o sistema montado, e com o auxílio de um analisador a laser (modelo Spraytec, Malvern Instruments Co., Worcestershire, UK) avaliou-se a ponta hidráulica JSF 11002 quanto aos parâmetros (DV0,1, DV0,5, DV0,9, Span, %V<100, 100<%V<200, 200<%V<300, 300<%V<400, 400<%V<500 e 500<%V<600 &#956;m, em quatro condições psicrométricas do ar (7, 14, 21 e 28 hPa). Posteriormente, prosseguiram-se as avaliações do melhor método de resfriamento adiabático a ser empregado na aplicação de agrotóxicos. Avaliaram-se quatro sistemas de resfriamento evaporativo: 1) nebulizadores de baixa pressão; 2) sistema de nebulização intermitente dotado de pontas de baixa pressão; 3) placas de celulose e 4) nebulizadores de alta pressão. De posse do melhor sistema de resfriamento adiabático, avaliou-se o efeito do uso desse sistema quanto aos parâmetros técnicos da pulverização em quatro condições psicrométricas do ar (9, 17, 25 e 32 hPa). As diferentes condições psicrométricas do ar acarretaram perdas por evaporação durante as pulverizações. Utilizando-se a ponta JSF 11002 para uma dada pressão de trabalho a cada incremento de 1 hPa no DPV houve redução do diâmetro das gotas na ordem de 0,0759; 0,518 e 1,514 &#956;m para os parâmetros de DV0,1; DMV e DV0,9, respectivamente. Com o aumento do DPV durante as pulverizações, ocorre um deslocamento das classes de tamanho de gotas que compõe o espectro. Aumentando-se o potencial evaporativo do ar, elevam-se o volume de gotas pertencente às classes: % V < 100; 100<%V<200 e 200 <%V< 300 &#956;m, e concomitantemente, reduz o volume das classes de 300<%V<400; 400<%V<500 e 500<%V<600 &#956;m que compõem o espectro. O potencial evaporativo do ar chegou a 39% do volume total pulverizado. O melhor sistema de resfriamento adiabático com potencial uso na aplicação de agrotóxico, foram os nebulizadores de alta pressão. Estes, além de proporcionar redução do DPV de até 19,7 hPa, não apresentou problemas quanto ao escorrimento de líquidos e queda na velocidade do ar. O sistema de resfriamento adiabático, durante as pulverizações, reduziu as perdas por evaporação.Pesticides application in high temperature and low relative humidity may cause droplet evaporation. Consequently there are product losses to environment, which may cause environmental pollution. Using hydraulic sprayers with air assisted spraying boom the losses may be aggravated, once air flux when faces the sprayed droplets promotes heat and mass transfer from droplet to air. This work aimed to evaluate the effect of air psychometric conditions on the spraying technical parameters; to develop and to evaluate different adiabatic cooling systems with potential use in pesticides application to reduce evaporation loss; and to evaluate the effect of using the adiabatic cooling system on the spraying technical parameters. The entire essay was done from the development of a prototype, which was equipped with an axial fan, a flux homogenizer, temperature and relative humidity probes, hydraulic spray nozzle and gas heating system to warm up the air flux. With the assembled system and the aid of a laser analyzer (model Spraytec, MalvernInstruments Co., Worcestershire, UK) the hydraulic nozzle JSF 11002 was evaluated in relation to the parameters DV0.1, DV0.5, DV0.9, Span, %V<100, 100<%V<200, 200<%V<300, 300<%V<400, 400<%V<500 and 500<%V<600 &#956;m, in four air psychometric conditions (7, 14, 21 and 28 hPa). Afterwards, evaluations for the best adiabatic cooling method to be used for pesticides application were followed. Four evaporative cooling systems were evaluated: 1) low pressure nebulizers; 2) intermittent nebulizing system equipped with low pressure nozzles; 3) cellulose plates and 4) high pressure nebulizers. Having the best adiabatic cooling system, it was evaluated the effect of using this system in relation to spraying technical parameters in four air psychometric conditions (9, 17, 25 and 32 hPa). The different psychometric conditions caused evaporation losses during the sprayings. Using the spray nozzle JSF 11002 for a certain working pressure at each increase of 1 hPa in VPD there was a reduction of the droplet diameter at the order of 0.0759; 0.518 and 1.514 &#956;m for DV0.1; DMV e DV0.9 parameters, respectively. With the increase of VPD during the sprayings occurred a displacement in droplets size class which compounds the spectrum. The increasing of air evaporative potential, increases the volume of droplets belonging to the classes of %V<100; 100<%V<200 and 200<%V<300 &#956;m, and simultaneously reduces the volume of the classes of 300<%V<400; 400<%V<500 and 500<%V<600 &#956;m which compound the spectrum. The air evaporative potential has reached 39% of the total sprayed volume. The best adiabatic cooling system with potential to be used in pesticide application was the high pressure nebulizers. This system proportioned reduction of VPD up to 19.7 hPa and did not present problems in relation to liquid runoff and air speed fall. Adiabatic cooling system during the sprayings reduced evaporation losses

Sistema de resfriamento adiabático do ar para reduzir perdas por evaporação em pulverizadores hidráulicos com assistência de ar na barra

As condições psicrométricas do ar durante a pulverização de agrotóxicos podem acarretar em perdas por deriva e evaporação das gotas. Empregando-se pulverizadores hidráulicos com assistência de ar na barra, as perdas podem ser agravadas, uma vez que o fluxo de ar ao se deparar com as gotas pulverizadas promove a transferência de calor e de massa da gota para o ar. Portanto, objetivou-se com este trabalho avaliar o efeito das condições psicrométricas do ar nos parâmetros técnicos da pulverização, além de desenvolver e avaliar diferentes sistemas de resfriamentos adiabáticos do ar com potencial uso na aplicação de agrotóxicos para reduzir as perdas por evaporação. Avaliaram-se três sistemas de resfriamento evaporativo: 1) nebulizadores de baixa pressão; 2) placas de celulose e 3) nebulizadores de alta pressão. Ao final, constatou-se que os melhores sistemas de resfriamento adiabático com potencial uso na aplicação de agrotóxico foram os nebulizadores de alta pressão. Estes, além de proporcionar redução do Déficit de Saturação de Vapor d’água no ar (DPV) de até 28,7 hPa, não apresentaram problemas quanto ao escorrimento de líquidos e queda na velocidade do ar. Por meio de nebulizadores sob baixa pressão, observou-se escorrimento de líquido ao longo da tubulação. Já quando foi utilizado placas de celulose, observou-se baixa eficiência de resfriamento e redução na velocidade do ar.The air psychrometric conditions during pesticides spraying may cause losses by drift and evaporation of the drops. Employing hydraulic sprayers with air assistance on the boom, the losses may be aggravated since the air flow when encountering the sprayed drops promotes heat and mass transference from the drops to the air. The aim of this work was to evaluate the effect of the air psychrometric conditions on the spraying technical parameters and to develop and evaluate different adiabatic cooling systems with potential use of pesticides application to reduce the evaporation losses. It was evaluated three systems of evaporative cooling: 1) low pressure misting system; 2) cellulose cooling pad and 3) high pressure misting system. At the end, it was found that the best adiabatic cooling system with potential use in pesticides application was the high pressure misting system. This system, besides providing reduction of the Water Vapor Pressure Deficit in the air (VPD) up to 28.7 hPa, did not show problems regarding the liquid run-off and drop in airspeed. During the tests with the low pressure misting system it was observed liquid run-off along the pipeline; and using the cellulose cooling pad it was observed low efficiency on air cooling and drop in airspeed