Estufa Inteligente com Sensores Icos

(1)

UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – ICET CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Everton dos Santos Ginez RA: 684390-5

Leandro Vinícius Perin RA: 728240-0 Luan de Souza Ferré RA: 679377-0

Luiz Guilherme Proença RA: 721071-0

Marcelo da Silva RA: 838772-9 Marcos do Prado Galvão RA: 944147-6

Mario Francisco de Souza RA: 853485-3

Pedro Ivo de A. B. da Silva RA: 822919-8

Renan Augusto Kadiama RA: 775501-5 Robson de Carvalho Vieira RA: 718040-3 Thiago Augusto Palandi RA: 903431-5

ESTUFA INTELIGENTE

Controle de Irrigação e Monitoramento da Temperatura e Umidade

SOROCABA 2012

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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – ICET CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção de título de graduação em Engenharia de Controle e Automação apresentado à Universidade Paulista UNIP-SP.

Orientador: Msc.Prof. Ricardo Augusto de Almeida.

SOROCABA 2012

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Trabalho de Conclusão de Curso para obtenção de título de graduação em Engenharia de Controle e Automação apresentado à Universidade Paulista UNIP-SP.

Orientador: Msc. Prof. Ricardo Augusto de Almeida.

Aprovado em:

BANCA EXAMINADORA

______________________________ Prof. Msc. Ricardo Augusto de Almeida

Universidade Paulista – UNIP

______________________________ Prof.ª Michele da R. M. Mathias

Universidade Paulista – UNIP

______________________________ Prof.ª Sandra Y. Shirata Lanças

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Dedicamos nossa Monografia, primeiramente a Deus, pois sem ele nada seria possível.

Dedicamos também às nossas famílias, pela colaboração e pela paciência quando nos finais de semana não estávamos juntos. E aos professores da nossa Instituição que se empenharam para a nossa formação.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, a Deus Pai, ao Senhor e Salvador Jesus Cristo, ao Espírito Santo que nos conduziu na jornada diária de estudos.

À UNIP pelo espaço de desenvolvimento cultural e profissional.

À Empresa GLBTECH Automação pelo fornecimento do CLP usado a um preço acessível e os programas do CLP e do supervisório de suma importância para o Projeto.

À Empresa DETECT Automação Industrial pelo apoio no fornecimento dos materiais de sucata em bom estado.

À Empresa INDPARTS Automação Industrial de Sorocaba pelo fornecimento de válvulas solenoides a preços acessíveis.

À Empresa ICOS Sensores pelo fornecimento de boias de nível a preços acessíveis. À Empresa NOVUS Produtos Eletrônicos pela concessão de desconto no fornecimento de transmissor de temperatura.

Ao Msc. Prof. Ricardo pela orientação do nosso trabalho.

A todos os professores do curso pelo convívio, pelos ensinamentos, pelo apoio, pela compreensão e pela amizade no transcorrer da nossa vida acadêmica.

A todos os amigos e colegas por compartilharmos o mesmo espaço, os mesmos conflitos e os conhecimentos adquiridos.

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RESUMO

Neste projeto, construiu-se um protótipo de uma estufa hidropônica inteligente baseada na Técnica do Fluxo Laminar de Nutrientes para fins de aprimoramento das estufas hidropônicas convencionais. A estufa inteligente compõe-se de um sistema programável centralizado que controla a irrigação e monitora em tempo real grande parte de suas grandezas como: temperatura, umidade relativa do ar, tempo de irrigação das plantas e níveis de solução nutritiva dos tanques. Todos os dados coletados por sensores e atuadores são enviados para um supervisório na tela de um computador através de um Controlador Lógico Programável que efetua o controle da irrigação e monitora as outras variáveis. Com o monitoramento das variáveis, o produtor pode ser avisado através de um alarme visualizado no supervisório, se houver qualquer alteração do ambiente protegido que prejudique as hortaliças. O sistema automatizado possibilita ao produtor maior facilidade de manuseio, evitando-se a repetição de tarefas rotineiras, melhor aproveitamento dos insumos e da água e inspeciona a estabilidade do ambiente para a horticultura, além de possibilitar a alteração através da tela do supervisório dos tempos de irrigação. Assim, as vantagens de se ter um produto cultivado dentro da estufa hidropônica inteligente são uma maior proteção das plantas contra pragas e doenças, o controle da irrigação que garante que as plantas estão sendo irrigadas de maneira ideal, além de propiciar ao produtor maior qualidade e produtividade, visto que monitora algumas das variáveis que interferem no desenvolvimento da cultura de plantas como a temperatura e umidade dentro da estufa.

(7)

ABSTRACT

In this project, wehavebuilt a prototype of an intelligent greenhouse hydroponicin which thetechniquewasbased on the Laminar Flow of Nutrients for enhancement of conventional hydroponic greenhouses. The intelligent greenhouse consists of a central programmable system that controls and monitorsinreal timemost oftheir magnitudes such as: Temperature, relative humidity, time of irrigation plants and levels ofthenutrient solution tanks. All data collected by sensors and actuators are sent to a supervisor on a computer screenbyProgrammable Logic Controller that performs irrigationandmonitors other variables. Withthe monitoring the variables, the producercanbe notified by an alarm displayed on supervisory,in case ofany changeontheprotected environment thatwouldharms the vegetables. The automaticsystem allows the producer ease of handling, avoiding the repetition of routine tasks, better utilization of inputs,water and inspects the stability of the environment for horticulture, besides allowing the amendment through the screen of thesupervisorythetimes irrigation. Thus, the advantages of having a product grownontheintelligentgreenhouse hydroponic are great.Protectionfor theplants against pests and diseases. Theirrigation control ensures that plants are being irrigated optimally, in additionitprovidethe highest quality producer and productivity, cause it monitors some of the variables that affect the development of plants such as temperature and humidity inside the greenhouse.

KEYWORDS: Hydroponic Greenhouse, Automation, Temperature, Humidity and

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ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. Exemplo de Cultivo Hidropônico NFT ... 14

FIGURA 2. Exemplo de Bancada Hidropônica NFT ... 16

FIGURA 3. Modelo de Arquitetura de um CLP ... 20

FIGURA 4. Chave Geral ... 29

FIGURA 5. Fonte Chaveada ... 29

FIGURA 6. Disjuntor Monofásico ou Bipolar ... 30

FIGURA 7. CLP Allen Bradley ... 30

FIGURA 8. Contator Siemes ... 31

FIGURA 9. Eletrobomba ... 31

FIGURA 10. Válvula Eletromagnética ON/OFF ... 32

FIGURA 11. Cooler ... 32

FIGURA 12. Transmissor de Temperatura e Umidade ... 33

FIGURA 13. Boia de Nível ... 33

FIGURA 14. Botão de Emergência ... 34

FIGURA 15. Sinalizador ... 34

FIGURA 16. Bornes ... 35

FIGURA 17. Painel Elétrico ... 35

FIGURA 18. Cabos Elétricos ... 36

FIGURA 19. Metalon ... 36

FIGURA 20. Tubos e Conexões PVC ... 37

FIGURA 21.Mangueiras Cristais ... 37

FIGURA 22. Madeira MDF ... 38

FIGURA 23. Eletrodo Revestido ... 38

FIGURA 24. Poliestireno Reciclado ... 39

FIGURA 25. Tanque de abastecimento ... 39

FIGURA 26. Canaleta de PVC ... 40

FIGURA 27. Parafusos ... 40

FIGURA 28. Válvula Esfera ... 40

FIGURA 29. Válvula Solenoide ... 41

FIGURA 30. Folha de Rosto ... 42

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FIGURA 32. Tela de ajustes dos limites de temperatura e de umidade ... 43 FIGURA 33. Tela para a execução das operações em manual ... 43 FIGURA 34. Tela para ajustes dos tempos de irrigação e de espera ... 44

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ÍNDICE DE SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas CLP – Controlador Lógico Programável

DDE – Os dados se originam de um servidor

DIN – Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemão de Normatização) IHM – Interface homem máquina

MDF – Medium Density Fiberboard (Fibra de Média Densidade)

NBR – Denominação de norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas NEMA – National Electrical Manufacturers Association.

NFT – Nutrient film technique (Técnica do fluxo laminar de nutrientes) PVC – Policloreto de vinila

SEDs – Sistemas eventos discretos.

SMAW – Shielded Metal Arc Welding (Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido)

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ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO 1 – FOTOS

ANEXO 2 – DETALHAMENTO DO PROJETO ANEXO 3 – FLUXOGRAMA

ANEXO 4 – LADDER

ANEXO 5 – DETALHAMENTO ELÉTRICO ANEXO 6 – COMPONENTES

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 12

1.1 Estufa Hidropônica ... 13

1.2 Estudo sobre Irrigação em estufas hidropônicas NFT ... 15

1.3 Estudo sobre Temperatura e Umidade em Estufas Hidropônicas ... 17

1.4 Controlador Lógico Programável - CLP ... 18

1.5 Identificações de Equipamentos e Programas ... 21

1.5.1 Supervisório ... 22 1.6 Projeto ... 23 1.6.1 Descrição do Projeto ... 23 2 OBJETIVO ... 25 3 JUSTIFICATIVA ... 27 4 MATERIAIS E METODOLOGIA ... 28

4.1 Materiais Utilizados e Programa Supervisor ... 28

4.2 Descrição dos Materiais ... 29

4.3 Supervisório Indusoft ... 41

4.3.1 Descrição das telas do Supervisório ... 42

4.4 Descrições da Montagem ... 45

4.4.1 Montagem Mecânica ... 45

4.4.2 Montagem Elétrica ... 47

4.4.3 Programação ... 48

5 RESULTADOS, ANÁLISES E CORREÇÕES DOS DADOS ... 49

5.1 Testes Realizados ... 49

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 52

BIBLIOGRAFIA ... 53

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1 INTRODUÇÃO

A busca de soluções tecnológicas efetivas que permitam maior produtividade, precocidade, rendimento econômico e produtos de qualidade superior é uma questão que norteia o interesse de profissionais e pesquisadores na área agrícola.

Atualmente a agricultura moderna se preocupa em aplicar técnicas eficazes no gerenciamento da produção e cultivo de plantas – principalmente na horticultura – a fim de melhorar a qualidade do produto e a eficiência do processo em relação ao custo-benefício do empreendimento.

Assim, a estufa hidropônica surge no cenário mundial e brasileiro como fonte alternativa para propiciar maior renda ao produtor, desde que este se adéque a técnicas eficientes de cultivo protegido. O cultivo de plantas em um ambiente protegido, onde não se utiliza o solo, “sendo, simplesmente, produzidas em soluções nutritivas, que são preparadas cuidadosamente para nutrir a planta, circulando entre suas raízes”, é denominado de processo hidropônico. (ALBERONI, 1998, p. 10).

O canadense Howard M. Resh (2010, p. 5-7) observa que um ambiente protegido possibilita o aumento da produtividade e a eficiência no controle da irrigação e da nutrição; e da temperatura ideal para as plantas; além de controlar o aumento dos níveis de dióxido de carbono e a incidência de pragas e doenças; e também o cultivo em qualquer período do ano longe das intempéries climáticas em situação natural de produção.

Amaral (1999, p. 3) pondera que a crescente competitividade, a internacionalização dos padrões de consumo, as mudanças no comportamento do consumidor – cada vez mais exigente em relação à qualidade e elaboração dos produtos – bem como as alterações no sistema de comercialização viabilizam o cultivo em estufas e ambiente controlado. Mas, para isso é imprescindível o emprego de equipamentos automatizados, preferencialmente, ajustados sem intervenção humana, a fim de aperfeiçoar e garantir o controle das condições ideais a cada cultura dentro desse ambiente.

Portanto, este projeto visa à automação da Estufa Hidropônica ‘Inteligente’ para se obter um melhor aproveitamento em termos de tempo e uso de insumos no cultivo protegido; além disso, favorecer uma lavoura mais produtiva e de maior qualidade.

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Os principais equipamentos que compõem o projeto desta estufa são: · Controlador Lógico Programável (CLP);

· Transmissor de Temperatura e Umidade; · Bomba d'água; · Computador; · Maquete da estufa; · Atuadores e sensores; · Programa de supervisão. 1.1 Estufas Hidropônicas

A Hidroponia – termo derivado de duas palavras de origem grega ‘hidro’ (água) e ‘ponia’ (trabalho) – vem se expandindo rapidamente como meio de

produção vegetal, principalmente na horticultura. Embora seja uma técnica

relativamente antiga, o termo hidroponia só foi utilizado pela primeira vez em 1935 pelo Dr. W. F. Gericke da Universidade da Califórnia.(FURLANI et. al., 1999, p.90-98).

A técnica hidropônica é o cultivo de plantas em um ambiente protegido (estufas ou casas de vegetação) onde não se utiliza o solo, mas apenas uma solução nutritiva onde são colocados todos os nutrientes essenciais para o desenvolvimento da planta e de acordo com a necessidade de cada espécie vegetal.

Luz (2008, p.18-19) afirma que “a solução nutritiva deve manter suas características físico-químicas por meio do controle do pH e condutividade elétrica, a fim de manter suas características iniciais de balanceamento” para oferecer condições vitais de crescimento das plantas.

Existem vários tipos de processos hidropônicos, como floating, aeroponia, fluxo laminar de nutrientes (NFT) etc. O mais utilizado no Brasil para cultivo hidropônico é o NFT. (HIDROPONIA..., 2010, p.8).

No sistema floating ou flutuante, as raízes ficam em constante contato com uma solução nutritiva em uma mesa plana, com cerca de 5 a 20 cm de profundidade; já na aeroponia, as raízes ficam em um ambiente fechado e

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recebem a solução nutritiva em forma de vapor que contém água e nutrientes. (FURLANI, et. al., 1999, p. 72-80). O sistema de hidroponia NFT é composto por tanques de abastecimento, bomba e canais de irrigação, que são utilizados para alimentar as plantas que ficam em orifícios da tubulação. Esse sistema utiliza o fluxo laminar com solução nutritiva que fica em contato com as raízes da planta, em constante circulação no sistema da estufa, suprindo as necessidades para o crescimento dela. (Hidroponia..., 2012, n. 4, p.26). Para mostrar melhor o sistema NFT, ver figura 1.

Figura 1. – Exemplo de Cultivo Hidropônico NFT.

Fonte: Hidroponia, 2012.

Segundo Alberoni (1998, p.11) as vantagens e desvantagens de um sistema hidropônico são:

Vantagens:

ü Realização de trabalhos mais leves comparados ao plantio em solo;

ü Uso de pequenas áreas para produção, mais próximas dos grandes centros consumidores;

ü Controle absoluto da utilização da água; ü Dispensa o uso de agrotóxicos;

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ü Menor desperdício de água e nutrientes;

ü Redução de operações durante o ciclo da lavoura ü Uniformidade das plantas com melhor qualidade; ü Precocidade na colheita;

ü Produção durante todo o ano (fora de época – sazonalidade); ü Menores riscos climáticos;

ü 100% de aproveitamento da área cultivada sem a exigibilidade da rotação de cultura;

ü Retorno econômico efetivo e rápido. Desvantagens:

ü O custo inicial para o cultivo pode ser elevado; ü Rotinas regulares;

ü Produtor necessita de ampla informação e conhecimento agronômico da cultura hidropônica, apropriados para as condições de seu empreendimento; ü Grande resistência dos produtores tradicionalistas.

1.2 Estudos sobre Irrigação em estufas hidropônicas NFT

O sistema hidráulico de estufas hidropônicas NFT é composto por tanques de solução nutritiva, sistema de bombeamento, canais de irrigação onde as plantas são fixadas e sistema de retorno da solução para os tanques. Os tanques de solução nutritiva e os tubos de irrigação podem ser de diversos materiais existentes no mercado, desde que atendam às exigências de cada cultivo. Para os tanques, o material mais usado é o plástico PVC devido ao menor custo e a facilidade de manuseio; para os tubos de irrigação, é usado polietileno não-reciclado (flexível) ou de cloreto de polivinila (PVC rígido). (FURLANI, et. al., 1999, p. 72-80).

O processo de irrigação nas estufas hidropônicas NFT faz-se pelo bombeamento da solução nutritiva do tanque para as tubulações onde as plantas se fixam. Essa solução escoa através de um pequeno fluxo com altura de 2,5 a 5,0 cm dependendo da fase do plantio e do diâmetro da tubulação que nutre as plantas e

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retorna por gravidade ao tanque e, assim, o ciclo se reinicia. (FAQUIN; FURLANI, 1999 apud LUZ, 2008).

Geralmente as irrigações são controladas por sistemas que regulam os tempos de irrigação, de acordo com as peculiaridades de cada plantação, clima e estação do ano utilizando o programador horário-eletromecânico. (LUZ, G.L, 2008, p. 23).

Segundo Alberoni (1998, p.102) o que vai decidir os tempos de circulação e descanso do sistema hidropônico NFT é o estudo do local (região mais quente ou mais fria), a espécie de planta que será produzida e a estação do ano. Sendo assim, com a substituição do controlador horário-eletromecânico por um Controlador Lógico Programável (CLP) o produtor consegue aplicar novas estratégias de irrigação apenas alterando parâmetros pré-programados no CLP em seu supervisório no computador, sem ter necessidade de trocar todo o sistema eletrônico adjacente. (TEIXEIRA, 2003).

Uma instalação básica, para o funcionamento de uma banca de crescimento (que facilmente pode se multiplicar) pode ser visualizada abaixo, conforme Figura 2 (BERNARDES, 1997).

Figura 2. – Exemplo de bancada hidropônica NFT.

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1.3 Estudo sobre Temperatura e Umidade em Estufas Hidropônicas

O monitoramento da temperatura em ambientes protegidos é de suma importância para o cultivo das plantas, por ser ela um agente modificador das funções metabólicas das mesmas e porque influenciam diretamente no seu crescimento e qualidade.

A temperatura varia significativamente em relação ao tempo meteorológico e cronológico, e também com outros fatores tais como: as dimensões continentais do país, amplos limites longitudinais e de relevo, somados a imensa costa oceânica e a gigantesca floresta tropical, gerando dificuldades na utilização de técnicas generalizadas de controle da temperatura que permitam um ambiente adequado à cultura de plantas em estufas hidropônicas. (TERUEL, B. J. 2010 p. 237-245; MARTINS, et. al., 1999, p. 15-23).

O controle da umidade relativa do ar durante o crescimento das plantas em casas de vegetação protegidas é imprescindível devido a sua influência na prevenção de doenças e pragas que se proliferam em altos valores de umidade relativa (acima de 90%). Convém salientar que ocorre uma relação diretamente inversa entre a umidade relativa do ar e a temperatura dentro das estufas hidropônicas; pois durante um período de vinte quatro horas há uma variação da umidade do ar em torno de 30 a 100%, ou seja, durante o dia aumenta a temperatura ambiente e diminui a umidade relativa do ar, ao contrário, à noite a temperatura diminui e a umidade aumenta. (MARTINS, et. al., 1999, p. 15-23).

Existem diversos métodos para se controlar a temperatura e a umidade relativa do ar dentro das estufas hidropônicas. Primeiramente, para se aquecer a estufa pode se utilizar: aquecedores de ar; aquecimento de água em caldeiras: a gás, a óleo diesel ou eletricidade; ou lâmpadas específicas. Para o resfriamento do ambiente protegido os métodos utilizados são: ventilação forçada por meio de exaustores ou ventiladores instalados nas laterais ou no teto das estufas; uso de painéis evaporativos combinados com ventilação, esses painéis são eficientes e de baixo custo geralmente são feitos de celulose por onde escorre água; e o uso de sombreamento controlado, (que permite reduzir a radiação solar e controlar a temperatura e a luz no interior da estufa). (CHERMONT, et. al., 2005).

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1.4 Controlador Lógico Programável – CLP

O Controlador Lógico Programável (CLP) surgiu em 1968, na indústria automobilística GM, a partir de um projeto liderado pelo Engenheiro Richard Morley, levando em consideração a dificuldade da utilização da lógica relé em seus equipamentos nas linhas de montagem, pois – quando havia a necessidade de alteração ou implementação de um processo – as modificações nas lógicas relés eram complexas e apresentavam vários problemas e também visando a outras complexidades como o tamanho dos painéis que dificultava a manutenção (ANTONELLI, L. 1998).

No desenvolvimento do escopo para as empresas que iriam concorrer, Morley (apud Kopelvski 2010, p. 3) colocou como objetivos deste dispositivo:

· Propiciar facilidade e flexibilidade na montagem de máquinas; · Possibilidade de ser totalmente reprogramável;

· Possibilidade de ser adaptado ao ambiente industrial; · Fácil manutenção.

Após o surgimento deste escopo, vários fornecedores se interessaram no desenvolvimento deste equipamento e a empresa que ganhou a concorrência da GM foi a Modicon, mas vários fornecedores passaram a vender CLP nos anos seguintes.

O CLP é um tipo de computador desenvolvido para trabalhar no ambiente industrial. Ele possui um programa dedicado para sua programação e controle que varia de acordo com o fornecedor do componente. Na maioria dos modelos, possui um sistema operacional que trabalha em tempo real e a configuração de suas memórias são fixas. Atualmente têm se tornado mais populares os controladores que utilizam barramentos padronizados, sistema de uso generalizado e estrutura de memórias abertas. (KOPELVSKI, 2010, p.5).

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Segundo a norma Nema (National Electrical Manufactures Association), ICS3-1978, parte ICS3-304, apud Kopelvski (2010, p.3) define um controlador programável como:

"Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções para implementação de funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Um computador digital que é utilizado para desempenhar as funções de um controlador programável é considerado dentro deste escopo. Estão excluídas as chaves tambores e outros tipos de sequenciadores mecânicos”.

Os CLP têm uma arquitetura composta basicamente por: Unidade Central de Processamento (CPU), Memória e Entradas/Saídas.

A CPU é a responsável pelo processamento das informações que foram programadas, analisando as entradas e alterando as saídas. A Memória é onde o programa e outras informações do CLP ficam armazenados. As Entradas / Saídas são os meios de comunicação entre o CLP e os dispositivos externos do equipamento (sensores, válvulas, etc..), as entradas recebem os sinais elétricos e transformam em sinais digitais para serem processados pela CPU e as saídas através dos sinais digitais que elas recebem são transformadas em sinal elétrico para acionar algum dispositivo externo. (KOPELVSKI, 2010, p.5)

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Modelo da arquitetura:

Figura 3. – Modelo de Arquitetura de um CLP.

Fonte: Kopelvski, 2010.

No projeto, foi utilizado um controlador lógico programável CLP da Allen-Bradley o Micrologix 1200, este por sua vez tem a vantagem de ser um CLP de custo acessível e com várias qualidades, uma delas é de poder aumentar o número de I / 0 utilizando módulos sem rack de E / S, e mesmo depois de instalado pode-se expandir seu sistema e suas variáveis de controle a um preço mais acessível de mercado.

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1.5 Identificações de Equipamentos e Programas

Antes de se iniciar a compra de qualquer sensor de campo para o projeto, foi preciso realizar um planejamento de quais equipamentos e programas seriam usados no sistema, verificado o número de variáveis a serem controladas e como controlá-las. Após essas definições, pesquisaram-se os modelos de sensores e as quantidades a serem utilizadas.

Depois de averiguadas as necessidades preliminares e o conhecimento da quantidade de sensores de campo a ser utilizada; analisou-se, portanto, constatar o número de entradas e saídas que o sistema proposto utilizaria, para que assim conseguisse fazer uma compra correta dos equipamentos, sempre visando procurar um equipamento de qualidade reconhecida e com um preço mais acessível para o projeto.

Depois de selecionados todos os equipamentos, o ideal foi iniciar a procura de um programa supervisor adequado para o projeto. Esse programa supervisor precisava trazer comodidade ao seu usuário onde ele conseguisse realizar as principais funções do equipamento sem grande dificuldade, sempre visando buscar simplicidade e eficiência.

No projeto, foi utilizado um supervisório para que o usuário realizasse alterações de ‘setup’ de temperatura, umidade e outros no computador e assim o produtor ganhasse mais comodidade.

Outro item importante foi procurar não colocar no projeto equipamentos e programas com sistemas muito complexos para não dificultar e encarecer futuras manutenções, pois com equipamentos mais simples você tem uma gama maior de profissionais com conhecimento técnico para realizar a manutenção e, com isso, consegue preços menores e maior satisfação dos clientes

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1.5.1 Supervisório

Com a necessidade de se desenvolver interfaces amigáveis, simples, com eficiência ergonômica, o mercado da automação tem designado sistemas supervisórios ou Interface Homem Máquina (IHM) em suas aplicações. O objetivo é proporcionar a supervisão e, na maioria das vezes, o comando de pontos determinados ou até mesmo de uma planta completa de forma automatizada.

Nas IHM, os sinais são recebidos somente dos CLP ou do operador e envia somente sinais para o CLP designar ações para os componentes externos de uma planta. Em arquiteturas mais modernas, os IHM podem ser compostos por um controlador programável já incorporado, passando a ser um IHM inteligente.

Os IHM podem traduzir sinais vindos dos CLP em sinais gráficos facilitando o entendimento dos operadores.

O CLP envia os sinais ou informações para os supervisórios através de “tags”, existem vários tipos de “tags” em um sistema e servirão para várias funções distintas, elas podem ser do tipo:

· Device – significa que os dados se originam do CLP; · DDE – os dados se originam de um servidor;

· Memory – os dados são locais de um sistema supervisório.

Os supervisórios podem ser operados em dois modos distintos: Modo Desenvolvimento e Modo Run Time.

Modo Desenvolvimento – ambiente onde se criam as telas gráficas, animações e programação.

Modo Run Time – é o modo onde as telas animadas serão exibidas já criadas no modo desenvolvimento e no qual se da a operação integrada com o CLP, durante a automação em tempo real.

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1.6 Projeto

1.6.1 Descrição do Projeto

Foi efetuada a construção de um protótipo de uma estufa hidropônica inteligente utilizando a técnica NFT (Nutrient film technique) ou técnica do fluxo laminar de nutrientes para demonstrar o controle e monitoramento de suas variáveis, a saber, temperatura, umidade, tempo de irrigação e níveis de tanques da solução nutritiva.

A estrutura da estufa tem aproximadamente 750 mm de largura por 1500 mm de comprimento por 2000 mm de altura feita de material metalon e fechada por placas de acrílico para proteger o seu interior. No seu interior, há dois tanques com solução nutritiva de 25 litros; sendo que o primeiro tanque está localizado na parte superior da estufa, este tanque tem a função de irrigação, através da gravidade nas tubulações dentro da estufa por onde a vazão da solução nutritiva é liberada por válvulas solenoides e controlada por válvulas esferas manuais. O segundo tanque tem a função de reabastecimento, de onde é bombeada a solução nutritiva para o primeiro tanque localizado na parte superior da estufa, o tanque de reabastecimento possui uma válvula ON/OFF na tampa para entrada de água e uma válvula esfera manual na parte inferior para retirar água do sistema. Os tanques possuem três boias de níveis cada, essas são utilizadas para se obter o nível de solução nutritiva dos tanques, e assim, enviar o sinal para o CLP realizar o controle de nível e irrigação.

Como não existe um tempo predeterminado para se irrigar as hortaliças, devido mudanças ambientais de acordo com local da estufa e tipo de hortaliça, o produtor tem a capacidade de programar o tempo de irrigação conforme a necessidade da hortaliça e do clima utilizando os comandos do supervisório que se comunica com o Controlador Lógico Programável para realizar o controle. O CLP envia um sinal para abrir as válvulas solenoides e liberar a solução nutritiva que chega primeiramente a tubulação ‘header’ para diminuir a vazão, depois passando por quatro tubulações de menor diâmetro – onde ficam as raízes das plantas – por fim chega ao segundo ‘header’ que capta a solução nutritiva e direciona de volta

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para o segundo tanque onde se reinicia o ciclo e é bombeado novamente para o tanque de irrigação.

O fluxo da solução nutritiva deve ser pequeno, para isso se utilizaram válvulas esferas mecânicas para controlar a quantidade de solução nutritiva que passa pelo sistema garantindo uma altura ideal para o cultivo, essa altura foi adotada como sendo 2,5 cm hipoteticamente; sendo que pode ser entre 2,5 e 5,0 cm dependendo da hortaliça, de sua fase de crescimento e do diâmetro dos tubos onde elas estão fixadas.

Para se fazer o monitoramento de temperatura e umidade relativa do ar, utilizou-se um sensor de campo que capta os dados e os envia para o CLP, os dados são convertidos e visualizados no supervisório no computador, caso ocorra alterações de temperatura ou umidade que prejudiquem o desenvolvimento das plantas aparece um alarme visual na tela do supervisório avisando qual é o problema. Esse alarme pode ser configurado com os valores máximos e mínimos de temperatura e umidade pelo operador.

Para exemplificar a circulação de ar na estufa foi utilizado um cooler que efetua a troca de ar com o sistema interno e externo da estufa, através de furos na parede do acrílico no lado oposto do cooler, este cooler é acionado automaticamente pelo CLP.

O protótipo é controlado e monitorado pelo CLP que recebe dos sensores e atuadores os dados para fazer o controle da irrigação e níveis dos tanques além do monitoramento da temperatura e umidade do ar na estufa, esses dados são enviados para o supervisório para visualização e possíveis ajustes garantindo que teoricamente as hortaliças estão sendo irrigadas corretamente e que o ambiente está bom para o cultivo.

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2 OBJETIVO

O objetivo do projeto foi construir uma Estufa Hidropônica Inteligente baseando-se nas estufas convencionais já existentes que produzem diversos tipos de hortaliças, como: alface, agrião, rúcula, etc.

Preliminarmente, efetuou-se uma pesquisa com produtores na região de Piedade e Pilar do Sul a fim de se observar o funcionamento e gerenciamento de uma estufa hidropônica e constatou-se que o cultivo em ambiente protegido, aparentemente parece ser uma tecnologia simples para superar limitações ambientais, no entanto requer amplo conhecimento e informação das técnicas de condução do sistema de produção.

Apesar de os produtores sentirem grande expectativa dos benefícios da produção de hortaliças em ambiente protegido comparado ao sistema tradicional em campo aberto, eles se deparam com inúmeras peculiaridades na execução de um sistema de extrema habilidade técnica que requer experiência e conhecimento das práticas culturais e grande dispêndio de tempo. Além disso, precisam dispor de uma visão clara de todo o sistema, especialmente aquele que atenda às exigências do mercado vigente e com menos custos. Esse sistema altamente manual acarreta grande acúmulo de tempo no monitoramento e manutenção da produção, visto que, no decorrer do dia, é preciso estar em contato constante com o ambiente protegido para fiscalizar a irrigação, a temperatura, a umidade relativa do ar, os níveis dos nutrientes e entre outros aspectos dificultosos, a escolha de novos produtos, a época adequada.

Assim, ao contrário das estufas convencionais no mercado, o projeto da Estufa Hidropônica Inteligente, hipoteticamente, será capaz de controlar os níveis dos tanques de irrigação e tempos da circulação do líquido nutritivo que irrigam as plantas no sistema NFT e monitorar as variáveis ambientais como a umidade e a temperatura. Desta forma, teoricamente, a estufa hidropônica automatizada poderá abrigar qualquer espécie de hortaliça que se adapte ao sistema NFT e oferecer ao produtor assistência programada para estabelecer os parâmetros de irrigação de maneira mais precisa, com menor esforço e menos tempo.

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Portanto, todas as formas de aprimoramento do sistema protegido que possam atenuar esforços no sentido de identificar e eliminar as deficiências tecnológicas, organizacionais e gerenciais que ocorram nas peculiaridades do agronegócio vai ser bem-vindo aos produtores. Na medida em que a estufa inteligente possibilita a atenuação dos problemas quanto ao manuseio das tarefas, ao dispêndio de tempo, à produção de produtos sadios com tecnologia limpa e com maior produtividade e rentabilidade, ela se torna imprescindível e viabiliza a sua incorporação no mercado que caminha rapidamente para o avanço das técnicas de automação.

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3 JUSTIFICATIVA

A necessidade de os produtores protegerem as suas plantas, principalmente durante os períodos climáticos mais adversos, é o principal fator para que sejam utilizadas as estufas. A sua utilização é cada vez maior em todo o mundo, evitando-se os danos causados por mudanças climáticas como: temporais, geadas, nevadas, granizo, frio extremo, etc., ou seja, más condições ambientais, que dificultam o cultivo de plantas em condições naturais.

Estufas hidropônicas aceleram a produtividade e a competitividade dos produtos no mercado, pois elas possibilitam produzir fora de época, melhoram a qualidade das plantas, ajudam no controle das pragas e doenças, economizam água da irrigação, diminuem o desperdício de água e nutrientes, melhoram a apresentação e identificação do produto para o consumidor, além de utilizarem menor número de funcionários com condições melhores de trabalho e segurança.

Portanto, com a produção de uma estufa hidropônica automatizada os produtores podem além de ter as vantagens das estufas normais, podem obter o controle da irrigação e níveis dos tanques e também o monitoramento da temperatura e umidade dentro desse ambiente protegido, de acordo com o necessário para melhorar a ‘performance’ de sua produção. Visto que tudo isso pode ser avaliado por meio de um supervisório em seu computador.

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4 MATERIAIS E METODOLOGIA

4.1 Materiais Utilizados e Programa Supervisor

· Chave geral

· Fonte chaveada 110/220 VAC / 24VDC · Disjuntor monofásico ou bipolar

· CLP MicroLogix 1200

· Contator Siemes série 3RT1 · Eletrobomba

· Válvula eletromagnética (ON/OFF) · Cooler

· Controlador de Temperatura e Umidade · Boia de nível · Botão de emergência · Sinalizador · Bornes · Painel elétrico · Cabos elétricos · Metalon · Tubos e conexões de PVC · Mangueiras Cristal · Madeira MDF · Solda Elétrica

· Poliestireno liso reciclado (acrílico) · Tanque de abastecimento

· Canaleta autoadesiva · Parafusos

· Válvula esfera mecânica · Válvula solenoide

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4.2 Descrição dos Materiais

Chave geral: permite ativar e desativar o fornecimento de energia elétrica para o painel elétrico com total segurança, pois elimina o risco de contato de pessoas com as partes energizadas.

Figura 4. – Chave Geral.

Fonte: Atlasmaq, 2012.

Fonte chaveada 110/220 VAC / 24VDC: Uma fonte chaveada (em inglês switched-mode power supply [SMPS] ), é um dispositivo utilizado para fazer a transformação de corrente alternada em corrente contínua, com sua regulagem através de chaveamento.

Figura 5. – Fonte chaveada.

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Disjuntor monofásico ou bipolar: Utilizado para proteção de circuito, com manoplas coloridas para fácil visualização, com interrupção em aplicações residenciais de 4, 5, 6 ou 10 KA, para aplicação industrial 6, 10 ou 15 KA, Até 63A, 6kA/400V NBR IEC 60947-2, fixo, 4,5kA/400V NBR NM 60898, PSL4 Monopolar.

Figura 6. – Disjuntor Monofásico ou Bipolar.

Fonte: Moeller, 2012.

CLP MicroLogix 1200: É um computador baseado nos microprocessadores, que desempenha uma função determinada por um programa criado pelo usuário em sua memória. Mais especificamente, o CLP Micrologix 1200 é um Controlador pequeno para diversos locais e utilizações, porém com muitas utilidades, podendo ser utilizado em várias aplicações, porque ele tem a possibilidade de expansão das portas I /O utilizando módulos sem racks de E / S, com esta opção você consegue expandir o sistema com uma economia em relação a outros controladores.

Figura 7. – CLP Allen Bradley.

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Contator Siemes série 3RT1: Componente elétrico composto por uma bobina que, quando energizada, altera os seus contatos (os que estavam abertos se fecham e vice versa), e seus contatos auxiliares são adequados para os relés eletrônicos de correntes menor que 1 mA.

Características principais: tamanhos diferentes, AC-DC e ativação IEC 60947 / DIN EN 60947 (VDE0660), mecânica e elétrica de alta durabilidade, prova de clima, contato de segurança de acordo com a norma DIN EN 50274, selo-em-selo projeto de até 60 ° C.

Figura 8. – Contator Siemes.

Fonte: Siemes, 2012.

Eletrobomba: Este componente elétrico de tamanho pequeno, mas com boa potência de jato de água tem por finalidade mandar a água de um tanque para outro. Materiais: Corpo: termoplástico;

· Terminais: Faston 6,3mm; · Rigidez Dielétrica: 1.500 Vca; · Tensão: 127 Vca - 60Hz; · Vazão: ; 21 L / min;

Figura 9. – Eletrobomba.

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Válvula eletromagnética: Componente eletro-hidráulico que funciona com uma bobina no seu interior que, quando energizada, abre o sistema liberando a passagem de água, e ao ser desenergizada bloqueia a passagem da água.

Figura 10. – Válvula On/Off.

Fonte: Emicol, 2012.

Cooler: É formado por dois dispositivos: um dissipador de calor – que é um pedaço de cobre ou alumínio recortado – e uma ventoinha, que é um pequeno ventilador colocado sobre o dissipador de calor. Ele será utilizado para realizar a ventilação em nosso ambiente (estufa).

Figura 11. – Cooler.

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Transmissor de Temperatura e Umidade: O sensor medidor de temperatura e umidade do ar é fixado em uma parede com sua haste no interior do ambiente onde ele capta as medidas de umidade e temperatura ambiente e converte esses valores em sinais de saída de 4 a 20 mA, e suas saídas podem ser em tensões de 0 a 10VCC, sua transmissão de umidade pode ser configurada entre ponto de orvalho e umidade relativa.

Figura 12. – Transmissor de Temperatura e Umidade.

Fonte: Novus, 2012.

Boia de nível: Montagem realizada através de tubulações interna em reservatório com arruela de vedação para furo de ø16mm. Sua boia ou flutuador magnético possui a função de um contato elétrico abre/fecha, ou seja, quando a água passa pelo flutuador ele sobe, fechando o contato e mostrando a localização da água no tanque.

Figura 13. – Boia de nível.

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Botão de Emergência: O botão de emergência foi colocado no circuito para ser acionado em caso de o sistema realizar operações inesperadas ocasionando riscos críticos ao colaborador e ao próprio sistema. Uma vez acionado o botão todas as funções elétricas são desativadas cortando a passagem de eletricidade para o sistema.

Figura 14. – Botão de emergência.

Fonte: Pilz, 2012.

Sinalizador: Lâmpada sinalizadora fixada no quadro elétrico muito importante para que quando acionada “acesa” mostra que o painel está energizado.

Figura 15. – Sinalizador.

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Bornes: Utilizado como terminal de contato entre os sensores de campo e os controladores do painel, com a utilização de bornes evita-se a realização de emendas de cabos deixando o painel mais prático e seguro.

Figura 16. – Bornes.

Fonte: Wago, 2012.

Painel elétrico: Painel com a medida de 500 mm por 800 mm, utilizado para fixar os componentes e proteger o circuito.

Figura 17. – Painel Elétrico.

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Cabos elétricos: Condutores elétricos, quando energizados, oferecem livre passagem para os elétrons com poucas perdas de carga. É utilizado como principal função passar eletricidade de um ponto para outro. Normas aplicáveis: Requisitos do

· Produto: NBR NM-247-3 da ABNT/ MERCOSUL.

· Resistência elétrica: NBR NM-280 da ABNT/ MERCOSUL.

Figura 18. – Cabos elétricos (Azul 1,0 mm Flexível).

Fonte: Qually, 2012.

Metalon: Peças de ferro fundido quadrado ou retangular, este material tem as suas vantagem nos aspectos que são regidos, por serem leves comparados a outras ligas de ferro. O metalon é um material galvanizado, ou seja, ele tem uma camada protetora e por ele ser um material galvanizado, ele é ótimo para solda, pois não oxida com facilidade e com isto aumenta sua vida útil. Tubo de aço carbono quadrado 25 X 1.2 SAE1008-1012 / NBR6591.

Figura 19. – Metalon.

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Tubos e conexões de PVC: utilizado para circulação de água no circuito da estufa e também para realização de todo o sistema hidropônico de nosso projeto. Os tubos de PVC são muito utilizados pelo fato de serem de baixo custo, leves e com vida útil maior que outros materiais.

“T” é um engate hidráulico, para ampliar sua saída de vazão, utilizado quando se necessita de passagem do fluido em dois pontos simultaneamente.

“Cotovelo” utilizado para realizar montagem de um circuito hidráulico, onde se têm várias curvas ao longo do projeto e realizam-se as mesmas em curvas de 90° com a utilização dos cotovelos. Tubos de PVC seguem a norma ABNT-NBR 5448/1999.

Figura 20. – Tubos e conexões PVC.

Fonte: PVCBrazil, 2012.

Mangueiras Cristal: Mangueira produzida de PVC transparente e flexível, que pode ser utilizada para diversos fins. No presente sistema ela está sendo utilizada para passagem de água em alguns pontos. Suas vantagens na utilização é que por ser maleável evita conexão, assim economizou-se material e diminuíram-se pontos de possíveis vazamentos.

Figura 21. – Mangueiras Cristais.

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Madeira MDF: Material produzido por fibras de madeira, e conhecido como ecologicamente correto, um material fácil de trabalhar que proporciona excelentes acabamentos, por este motivo é utilizado tanto para uso residencial quanto para uso doméstico, porém não aconselhado em ambientes com muita umidade e contato excessivo com água, por este motivo no presente protótipo teve-se um cuidado especial de não haver contato excessivo de água.

Figura 22. – Madeira MDF.

Fonte: Montagge, 2012.

Soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido (em InglêsShielded Metal

Arc Welding – SMAW): é um processo de soldagem adquirido pelo calor do arco

elétrico, em que a alta temperatura funde o material com o eletrodo, e a fusão dos matérias são protegidas pelos gases reproduzidos durante a fusão do revestimento. Posteriormente a escória líquida caminha até o ponto de fusão e forma uma camada protetora sobre o ponto de solda. Este modelo de solda é um dos mais utilizados no Brasil, por ser de boa qualidade e fácil acesso. Norma de solda de aço carbono AWS A 5.1.

Figura 23. – Eletrodo Revestido.

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Poliestireno liso reciclado (Acrílico): termoplástico reciclado duro que se caracteriza por ser claro e brilhante, preço acessível e baixa absorção de umidade. O poliestireno reciclado é muito parecido visualmente com o acrílico, porém encontrado em valor comercial muito mais acessível, por este motivo foi o escolhido para fazer parte do protótipo vedando suas laterais.

Figura 24. – Poliestireno reciclado.

Fonte: Macedoplasticos, 2012.

Tanque de abastecimento: dois reservatórios utilizados para armazenar água, em que o primeiro a água chega após passagem pelo sistema e depois bombeada para o segundo onde iniciará a passagem pelo sistema novamente. Os tanques foram comprados prontos e encontram-se em qualquer mercado, eles têm aproximadamente capacidade para 25 litros, da marca sereno flex.

Figura 25. – Tanque de abastecimento.

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Canaletas em PVC: Indicadas para instalação elétrica de pequeno porte, telefonia e informática. As canaletas não propagam fogo e são muito práticas por possuírem uma fita adesiva nos modelos 10x10 e 20x20.

Figura 26. – Canaleta de PVC.

Fonte: Alumbra 2012.

Parafusos: parafuso cabeça chata bicromatizado, rosca soberba para fixar a madeira MDF na estrutura metálica e parafuso rosca máquina cabeça redonda com fenda simples utilizada para fixar o painel elétrico na estrutura metálica.

Figura 27. – Parafusos.

Fonte: Bigfer, 2012

Válvula esfera mecânica: Tipo de válvula desenvolvida para funcionamento mecânico abrir/fechar, ela oferece um grande grau de segurança para todas suas utilizações, seu preço é acessível, e tem um ótimo desempenho para vedação de fluido, vapor ou gás, e também pode ser utilizada para passagem reduzida do fluido.

Figura 28. – Válvula Esfera.

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Válvula solenoide:Um tipo de válvula, que pode ser utilizada em várias áreas, formada pelo seu corpo mecânico onde tem a passagem de água, e a bobina solenoide por onde passa a corrente elétrica, quando energizada ela gera uma força no centro da bobina fazendo com que o embolo da válvula acione para abrir e fechar a passagem de água.

Figura 29. – Válvula Solenoide.

Fonte: Jefferson, 2012.

4.3 Supervisório Indusoft

O InduSoft Web Studio é uma poderosa coleção de ferramentas de automação que inclui todas as funções necessárias para desenvolver integrações entre operador e máquina, sistemas SCADA, instrumentação incorporada e controle de aplicações para todos os sistemas Microsoft.

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4.3.1 Descrição das telas do Supervisório

Figura 30. – Folha de Rosto.

Figura 31. – Tela Principal.

1- Display de temperatura e umidade 2- Monitoramento das saídas do CLP.

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3- Monitoramento dos tempos de abertura das válvulas e de espera. 4- Controles dos níveis dos tanques

5- Supervisão dos alarmes e sistema. 6- Botões de comando do supervisório. 7- Display dos alarmes e falhas.

Figura 32. – Tela de ajustes dos limites de temperatura e de umidade.

Para ajustes dos limites: Mínimo e Máximo de temperatura e de umidade, os mesmos serão monitorados na tela Principal.

Figura 33. – Tela para a execução das operações em manual.

Tela para execução manual de ativação dos componentes da estufa de forma independente.

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Figura 34. – Tela para ajustes dos tempos de irrigação e de espera.

São divididas em três segmentos e programadas de acordo com a temperatura da estufa, ou seja, dentro de cada range de temperatura o tempo de irrigação e a espera pode ser programada para ser executado. Cada grupo de ‘headers’ pode ser programado com tempos de irrigação diferentes.

Para o cooler, o tempo de funcionamento e de espera é programado de acordo com a necessidade da estufa, não está vinculado com as temperaturas.

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4.4 Descrições da Montagem 4.4.1 Montagem Mecânica

Estrutura metálica:

· Para fazer a construção da estrutura metálica da estufa, foi utilizado metalon quadrático de 25 mm e 1,2 mm de espessura que foram cortados em diferentes tamanhos e soltados. Para garantir um bom acabamento após a construção o metalon foi esmerilado e lixado para retirar os rebarbos e imperfeições. Para proteger a estrutura contra a ferrugem, foram aplicadas duas demãos de tinta preta.

Base em MDF

· Foram utilizadas duas placas de madeira MDF 30 mm de espessura lisa para fazer as bases de dentro da estufa.

Tanques de solução nutritiva

· Dentro da estufa foram colocados dois tanques de plástico de 25 litros para armazenar a solução nutritiva, o tanque um (1) é o de irrigação que fica na parte superior da estufa e o tanque dois (2) é o de abastecimento e captação da solução nutritiva que retorna do sistema, ele fica na parte inferior da estufa.

Headers

· Na construção dos ‘headers’, foram utilizados conexões de PVC no diâmetro de quatro polegadas para a fabricação de dois ‘headers’ menores (A e B) que distribuem a solução nutritiva de forma uniforme entre os canais de alimentação do sistema; e um ‘header’ maior (C) que capta a solução nutritiva e direciona ao tanque de abastecimento dois (2). A comunicação entre os

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‘headers’ A e B com o C são de tubos menores de PVC de duas polegadas, por onde passam a solução nutritiva que alimentam as hortaliças. Nestes tubos foram feitos furos de 1 1/4 de polegada para fixação das hortaliças. Para realizar o tamponamento dos ‘headers’ utilizaram-se tampões de quatro polegadas.

Circuito hidráulico da estufa

· Para se construir o sistema de irrigação, foram utilizadas duas mangueiras Crystal de 1/2 polegada que saem do tanque de irrigação (1) e passa por válvulas esferas mecânica para controlar o fluxo e por válvulas solenoides (H.A e H.B) que liberam a passagem da solução nutritiva até os ‘headers’ A ou B. Então, a solução nutritiva passa pelos canais de irrigação onde ficam as hortaliças e são captadas pelo ‘header’ C para serem direcionadas através de uma mangueira Crystal de 3/4 de polegada para o tanque de abastecimento (2).Na saída do tanque de abastecimento (2), foi instalada uma bomba com capacidade de bombear 20 litros por minuto, ela é responsável por mandar a solução nutritiva através de uma mangueira Crystal de 3/4 de polegada para o tanque de irrigação (1).

Isolamento da estufa

· Para fechar a estufa, usaram-se placas de acrílicos (Poliestireno reciclado), esses foram fixados com parafusos e arruelas de borracha na estrutura metálica da estufa.

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4.4.2 Montagem Elétrica

· Foi reutilizado um quadro elétrico 500x800 mm, por este motivo podem aparecer pontos de cortes não utilizados. Na placa do fundo, foram feitos furos para fixação das canaletas e de alguns trilhos que faltavam.

· Dentro do quadro, foram fixados todos os componentes como, por exemplo: CLP, relés, disjuntores de segurança, botão de emergência e LED para sinalização de painel ligado e de emergência, fonte chaveada 110-220VAC / 24VDC, contator motor, e bornes.

· Depois de fixados todos os componentes, iniciou-se a ligação dos cabos, utilizando-se de cabos 1,0 mm; foram colocados terminais nas pontas dos cabos e ligados nos equipamentos e levados até os bornes, para que possam sair para os componentes de campo.

· Para controlar os níveis dos tanques foram instalados três boias de níveis em cada tanque.

· Para exemplificar a circulação de ar na estufa, foi instalado um cooler fixado na estrutura logo abaixo do tanque de irrigação (1).

· Para fazer o monitoramento da temperatura e umidade, foi fixado no centro do MDF um sensor que capta a temperatura e umidade e envia para o CLP, esse envia os dados para um supervisório no computador.

· Para fazer a liberação da solução nutritiva nos ‘headers’ A ou B foi instalado duas válvulas solenoide antes de cada ‘header’.

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4.4.3 Programação

Foi desenvolvido o programa no CLP com base na metodologia adquirida no decorrer do curso, seguindo o conceito de programação do equipamento, e o princípio de dividir a lógica de programação em segmentos:

· Segurança do equipamento: Na qual foram colocados em foco no programa todos os itens críticos que podem trazer problemas ao funcionamento correto do equipamento.

· Segurança de operação: Na qual foi colocado em foco todo o sistema de segurança (Emergência) que pode trazer um risco ao operador.

· Inicialização: Neste processo, o equipamento deve se preparar para entrar no ciclo de operação, ou seja, o equipamento deve verificar todas as condições iniciais necessárias para o correto funcionamento do ciclo operacional do equipamento.

· Ciclo operacional: Neste segmento, o equipamento precisa iniciar o ciclo operacional conforme foi determinado em sua programação, o mesmo pode ser executado de forma cíclica ou ter a intervenção de um operador para realizar o trabalho.

· Desligamento: É o processo pelo qual o equipamento precisa se preparar para “parar” o funcionamento, no mesmo ele deve verificar todas as condições necessárias para realizar este processo, assim como deixar o equipamento apto para ser inicializado novamente.

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5 RESULTADOS, ANÁLISES E CORREÇÔES DOS DADOS

5.1 Testes Realizados

Os testes do projeto foram realizados em partes, com a expectativa de se corrigirem possíveis erros de montagem e programação.

1° Teste realizado: Conectado o CLP ao computador, efetuaram-se testes de comunicação entre o mesmo e o computador. Primeiro teste ocorreu sem problemas, pois a comunicação do CLP ao computador foi um sucesso.

2° Teste realizado: Inseriu-se um programa básico no CLP para verificar o acionamento de todos os componentes externos e seu correto funcionamento. Neste segundo teste, inicialmente não ocorreu como o planejado, pois os programas básicos estavam executando normalmente, porém algumas boias de nível não estavam respondendo em seu acionamento, assim, foi feita uma verificação no painel elétrico e no CLP para tentar encontrar possíveis causas, e o motivo foi encontrado: estava faltando alimentação em algumas saídas do CLP.

Correções: O sistema elétrico foi desligado, e assim encontraram-se as saídas do CLP que estavam desenergizadas. Depois de energizar as saídas, realizou-se um novo teste de verificação e as boias de nível que não estavam respondendo começaram a responder o seu acionamento.

3° Teste realizado: Com o programa básico utilizado para testar acionamento dos sensores, iniciou-se o teste com água, porém as válvulas ON/OFF não abriram, por causa da falta de pressão no sistema hidráulico, não podendo dar continuidade no uso dessas válvulas para alimentar os ‘headers’.

Correções: As válvulas ON/OFF que não estavam dando passagem para a solução nutritiva, por falta de pressão, foram substituídas por duas válvulas solenoide de baixa pressão, e assim, solucionou-se o problema da alimentação dos ‘Headers’.

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4° Teste realizado: Com a programação da parte hidráulica já definida, iniciou-se o teste com as novas válvulas solenoide. Essas válvulas garantiram a alimentação dos ‘headers’, porém a vazão de água ficou muito alta ocupando toda a tubulação, com isso a lâmina de solução nutritiva ficou acima da altura ideal para o plantio na tubulação.

Correções: Para solucionar o problema da alta lâmina de solução nutritiva, optou-se por colocar antes das válvulas solenoide duas válvulas esferas manuais para controlar a vazão. Não foram utilizadas válvulas proporcionais elétricas para resolver esse problema, pois as mesmas são de valor inadequado ao projeto.

5º Teste realizado: Com a programação definitiva foi colocada água no sistema e testado parte por parte o seu completo funcionamento, para a detecção de possíveis erros de construção mecânica do equipamento. No entanto, neste teste encontraram-se falhas de vedação hidráulicas em dois pontos de conexões, ocorreram pequenos vazamentos de água. O primeiro ponto de vazamento se encontrou nas conexões header C, o segundo ponto de vazamento se localizou na parte inferior do tanque dois (2) na conexão da mangueira que traz a água do ‘header’ (C) de captação.

Correções: Toda a água do sistema foi retirada, e com a utilização de ‘orings’ foram vedadas melhor as conexões dos ‘headers’. O problema de vazamento na parte inferior do tanque de alimentação (2) foi solucionado apenas apertando melhor sua conexão, porque a mesma estava com folga dando espaço para possíveis vazamentos.

6° Teste realizado: Com a realização deste teste, encontraram-se dois problemas, não existe um ponto de saída de água no sistema, no caso do tanque dois, pois o tanque um (1) abrindo-se as válvulas solenoide, a água deve descer até o tanque dois (2). O segundo problema é que não existe um ponto de entrada de água no sistema; então, no dia dos testes, abriu-se a tampa do tanque dois e colocou-se água, mas esta maneira não é a mais adequada, analisando-se que este projeto é um protótipo de uma grande estufa em que não é viável abrir-se a tampa do tanque para colocar água.

Correções: Para o primeiro problema encontrado “não existe um ponto de saída de água”, foi implantado no tanque de alimentação (2), uma válvula esfera na

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parte inferior dele, e na correção do segundo problema “não existe um ponto de entrada de água”, foi colocado uma válvula ‘on/off’ na parte superior do tanque (2) e foi acrescentada uma lógica ao CLP para fazer o abastecimento desse tanque automaticamente.

7° Teste realizado: Um novo teste foi feito utilizando a programação hidráulica já definida, com as novas válvulas solenóide e válvulas esferas-mecânica, e obteve-se o resultado esperado, já que controlando a vazão de água com as válvulas mecânicas a lâmina de solução nutritiva atingiu a altura esperada de 2,5 cm da tubulação. Neste teste, aproveitou-se para verificar o funcionamento do cooler que exemplifica a circulação de ar na estufa e verificar se o transmissor de temperatura e umidade estava se comunicando com o CLP. Foi constatado que tanto o cooler quando o transmissor de temperatura e umidade está funcionando corretamente.

8° Testes finais: Várias vezes, todo o funcionamento da estufa inteligente foi testado e foi um sucesso, o CLP está controlando todo o sistema de irrigação e os níveis dos tanques, além de monitorar em tempo real a temperatura e umidade. Todo o sistema e os dados podem ser acompanhados no supervisório e possibilitam algumas alterações como: o tempo de irrigação, de descanso do sistema, o tempo que o cooler vai funcionar e os valores estipulados para acionar o alarme no supervisório.

Finalmente, avaliou-se o resultado do protótipo frente à simulação em tempo real do funcionamento do sistema protegido automatizado e alguns fatores podem ser apontados como decisivos, as falhas de sensores e atuadores do sistema têm significativa importância no processo da produção das plantas, por isso devem ser detectados com extrema antecipação e precisão; a definição de estratégias de controle e de ajustes deve ser realizada com segurança e eficiência na condução do projeto.

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6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Concluiu-se que a estufa hidropônica inteligente é um protótipo que controla o período de irrigação, níveis dos tanques e monitora as variáveis como temperatura e umidade do ar, com isso possibilita uma melhora nas estufas convencionais.

Apesar dos imprevistos conseguiu-se atingir o objetivo do inicio do projeto de construir o protótipo da Estufa Hidropônica Inteligente, utilizando-se na prática os conhecimentos adquiridos no decorrer do curso de Engenharia de Controle e Automação, tais como: programação de CLP, configuração do supervisório e desenhos mecânicos em 2D e 3D e outros.

Com este projeto os integrantes do grupo adquiriram mais maturidade e responsabilidade, pois se vivenciou um ambiente de engenharia passando pelo planejamento do projeto, pelo processo de montagem até a sua finalização.

Portanto, mesmo atingindo os objetivos do início do projeto, é necessário salientar que existem outras variáveis que podem ser controladas para se obter maior desempenho da estufa, para isso é preciso adaptar o controle usado, além de colocar mais sensores de campo e atuadores que possibilitem controlar com mais precisão outras variáveis como, a temperatura e a umidade da estufa e as atenuantes da solução nutritiva, como: condutividade elétrica, ph e todos os nutrientes que são essenciais para as hortaliças que serão cultivadas.

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