SISTEMA DE SEGURANÇA PARA BOMBEAMENTO DE
SOLUÇÃO NUTRITIVA EM CULTIVOS HIDROPÔNICOS
Carlos Arthur N. Machado1, Juliana Geseíra Monteiro2, Nancy dos Santos Alves3, Raissa Hamanda Macedo3, João Bosco C. da Silva4
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Eng. Elet. da Embrapa Hortaliças, C. postal 218, CEP 70.359.970, Brasília-DF e-mail: carlos@cnph.embrapa.br; 2 Estagiária de agronomia da UEGO, 3 Estagiária de agronomia da FTB.
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Eng. Agro da Embrapa Hortaliças
RESUMO
O cultivo de plantas por meio do sistema de hidroponia exige disponibilidade permanente de energia para o bombeamento de solução nutritiva, podendo ocorrer grandes perdas se houver falhas prolongadas de fornecimento de energia. A instalação proposta é um sistema paralelo ao bombeamento convencional, acionado automaticamente durante os intervalos de interrupção de energia e que utiliza baterias automotivas, para mover as motobombas auxiliares. O sistema contém também o carregador de baterias, relê, temporizador, chave contactora e chave de nível, que são peças utilizadas para automatizar o conjunto. A energia contida em uma bateria nova, de 45 ampèr foi suficiente para manter em funcionamento três motobombas modelo 500 ghp, de 2,5 ampèr/h, durante 6 horas e 20 minutos, com o temporizador programado para cinco minutos de funcionamento e trinta segundos de interrupção. Cada motobomba movimentou de 400 a 600 L/h, com altura de recalque de 2,5 metros. Utilizando-se uma bateria em final de vida útil, o sistema funcionou por três horas e vinte minutos, até atingir a carga mínima de 7,5 volts, necessários para o funcionamento das motobombas. A partir deste exemplo é possível então dimensionar bancos de baterias e conjuntos de motobombas para realizar a movimentação do volume de solução nutritiva desejado.
PALAVRAS-CHAVE: hidroponia, sistema de
segurança, controle de energia
ABSTRACT
System security for pumping nutrient solution on hydroponics crops
The plant cultivation using hydroponics system requires permanent availability of energy for pumping nutrient solution. It’s possible to have losses when there are prolonged failures of energy supply. The facility proposed is a parallel system to the conventional pumping, triggered automatically during the intervals of energy interruption. It uses an automotive battery, to run auxiliary pumps. The system also contains the charger of batteries, relay, timer, contactor key and key of level control. These are pieces for automate the facility. The energy contained in a brand new battery, having 45 ampèr was enough to keep running three pumps model 500ghp of 2.5 ampèr / h during six hours and twenty minutes. The timer was set for five minutes running and thirty seconds off. Each motor had moved 400 to 600 L / h, pressing 2.5 meters height. Using a second hand battery, the system operated by three hours and twenty minutes, reaching a minimum of 7.5 volts, necessary for pumps running. With this example it’s possible to program banks of batteries and sets of pumps to circulate the volume of nutrient solution desired.
KEYWORDS: Hydroponics, safety pumping,
O sistema de hidroponia mais utilizado consiste em cultivar plantas em calhas ou outros contentores por onde circula a solução nutritiva de forma intermitente. A solução nutritiva é inicialmente recalcada para um depósito superior, localizado acima do nível das calhas de cultivo. A solução escorre por gravidade, passa pelas calhas e é recolhida em um depósito inferior de onde é novamente recalcada para para o depósito superior.
A instalação sugerida e avaliada neste trabalho é uma alternativa de dispositivos que evitam a interrupção da circulação da solução durante os períodos de queda no fornecimento de energia elétrica. O sistema consiste em um conjunto de motobombas que funcionam com energia de 12 volts, acumulada em baterias abastecidas por carregador (figuras 1 e 2). O conjunto possui ainda relê, temporizador, chave contactora e chave de nível, que automatizam o funcionamento e a reversão para o bombeamento convencional quando o abastecimento de energia elétrica é restabelecido.
Os componentes do sistema proposto têm as seguintes funções: - Reservatórios (A e C) – armazenar solução nutritiva,
- Bateria – acumular energia para movimentar as motobombas com 12 volts,
- Carregador de bateria – manter a carga de energia da bateria – o carregador deve ser do tipo “inteligente”, dotado de sistema de controle da corrente de carga, para que a bateria possa ficar ligada permanentemente ao carregador,
- Temporizador (R1) – permite regular o tempo de escoamento de solução nutritiva, - Relé 12Vcc (R2) – permite acionar simultaneamente várias motobombas, com um único temporizador,
- Relé de subtensão (R3) – desliga o circuito de 12 v quando a tensão da bateria é menor que 10,5 volts (evita queimar as bombas quando a carga estiver baixa),
- Bomba elétrica de 12 v (Bo1) – motobomba que funciona com 12 volts,
- Chave de nível (S1) – controla o nível de solução nutritiva no reservatório inferior, - Chave contactora (C1) – aciona o circuito de 12 v no momento que houver a interrupção do fornecimento de energia elétrica (faz a reversão entre os sistemas de bombeamento convencional e alternativo),
- Chave liga/desliga (Ch1) – permite ligar ou desligar o circuito alternativo de 12 v,
MATERIAL E MÉTODOS
Funcionamento do sistema: Enquanto a rede de energia elétrica convencional estiver
presente, a chave contactora (C1) permanece energizada, abrindo o circuito alternativo de 12 volts e mantendo o circuito de bombeamento convencional funcionando. Na falta de energia elétrica da rede, a chave contactora (C1) abre o circuito de bombeamento convencional e fecha o circuito alternativo de 12 volts. A tensão de 12 volts fecha o contato do relé de subtensão (R3), que dispara o temporizador (R1), de acordo com tempo regulado, fechando o contato do relé (R2) que aciona as motobombas. O líquido (solução nutritiva) contido no reservatório inferior (C), localizado abaixo do nível da calha de cultivo é recalcado para a extremidade superior da calha ou para outro reservatório (A). De acordo com o tempo programado, é acionada a válvula solenóide (V1), através do temporizador (R1), fechando ou abrindo a saída de solução nutritiva do reservatório (A).
A chave de nível (S1) instalada reservatório inferior (C) aciona ou desativa o funcionamento das bombas de acordo com nível de líquido contido no reservatório. De acordo com o tempo programado, o relé temporizado abre ou fecha o seu contato e a solenóide (V1), permitindo ou não que a solução nutritiva armazenada no reservatório superior escoe pela calha de cultivo.
Estes ciclos irão se repetir enquanto a carga da bateria permitir, pois quando a mesma abaixar para 10,5 volts, o relé de subtensão (R3) abrirá o seu contato, desligando o circuito alternativo, evitando, portanto o dano aos motores das bombas.
Avaliação do protótipo - Foi montado na Embrapa Hortaliças, um protótipo para
verificação da funcionalidade do sistema e execução de várias medições de tempo de autonomia do circuito, vazão de recalque, tensão e corrente da bateria, consumo de energia, etc. Os componentes do sistema montado foram:
Uma caixa d’água de 250 L; Uma bateria automotiva de 45 Ah; Um carregador de bateria; Um temporizador ou ciclador, com controle de tempo em minutos; Um relé 12 volts; Três bomba elétricas de 12 volts, de 500gph; Um interruptor e Conexões.
As bombas utilizadas foram do modelo 500 gph e têm capacidade para movimentar até 1840 L/h (medidos sem altura de recalque), consumindo 2,5 ampèr/h, com altura de recalque de até três metros. Foram utilizadas bombas da marca Rule - www.piramidemotor.com
Funcionamento (veja figura 2) - o líquido contido no reservatório, em quantidade
suficiente para cobrir as bombas submersas, foi recalcado para a extremidade de um tubo a 2,5 m de altura do piso, de onde escorre por gravidade e retorna ao reservatório. O recalque é realizado por três motobombas de 12 volts, acionadas por bateria automotiva.
Avaliação com bateria usada - Uma bateria automotiva de 45 ampèr usada por mais
de um ano em um veículo, foi acoplada ao protótipo com três motobombas de 2,5 ampèr, com tempo funcionamento de cinco minutos e intervalos de 30 segundos.
RESULTADO E DISCUSSÃO
A energia contida em uma bateria nova, de 45 ampèr e completamente carregada, foi suficiente para manter em funcionamento as três motobombas durante 6 horas e 20 minutos, com o temporizador programado para 5 minutos de funcionamento e 30 segundos de interrupção. Estes dados foram obtidos com repetidos ciclos de carga e descarga da bateria. Utilizando uma bateria em final de vida útil, as primeiras medições tiveram duração de três horas e meia. Após vários ciclos de recarga, a duração do funcionamento das três bombas foi ainda de duas horas.
Utilizando a bateria nova, durante as três horas de funcionamento, a vazão média foi de 564 L/h, com pequeno declínio da vazão ao longo do tempo (figura 3). Nas três horas seguintes, observou-s o declínio mais acentuado da vazão até atingir 402 L/h ao final da sexta hora de funcionamento, quando ocorreu a sinalização de “carga fraca”.
Avaliação com bateria usada
Nos primeiros ciclos de esgotamento da bateria, as bombas funcionaram por 3 h e 40 min. Após vários ciclos, foram feitas três avaliações de vazão em uma das bombas durante 10 minutos, em intervalos não regulares.
Na primeira medição, a vazão média da primeira hora de funcionamento foi de 536 L/h. Depois de duas horas e meia, a vazão estava em 360 L/h e a bateria se esgotou com três horas de funcionamento, quando a vazão era de 270 L/h (figura 4). Com a regressão linear dos dados obteve-se a equação: y (L/h) = -1,867x (min) + 631,31 (R2 = 0,8854)
Na segunda avaliação, as medições se iniciaram aos 103 minutos e prosseguiram a cada 10 minutos, até a descarga da bateria. Na primeira medição obteve-se 480 L/h, com declínio até duas horas e quarenta minutos, com vazão final de 288 L/h. Com estes dados obteve-se a equação: y = -2,5286x + 741,3 (R2 = 0,8323)
Na terceira avaliação a bateria se esgotou em duas horas, com vazão inicial de 500 L/ h e final de 360 L/h, com declínio linear representado pela equação: y = -1,0091x + 492,09 (R2 = 0,7533)
Figura 1. Esquema para utilizar bombas de 12 volts em sistema de segurança para circulação de solução nutritiva em cultivos hidropônicos.
Bombas 12v
Depósito
Carregador
de bateria
Figura 3. Vazão de água em motobomba de 500gph, 12 volts, durante o esgotamento de uma bateria de 45 ampèr, nova, ligada a três bombas de 2,5 ampèr.
Figura 2. Sistema de segurança para circulação de solução nutritiva, utilizando bombas de 12 volts e bateria automotiva – a) sistema em teste, b) bambas submersas de 500gph, c) carregador de bateria.
Esgotamento de bateria nova
y = -0,0018x2+ 0,0917x + 598,31 R2= 0,8604 0 200 400 600 800 1000 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Tempo (minutos) Va z ã o (L /h )
Figura 4. Vazão de água em motobomba de 500gph, 12 volts, durante três ciclos de esgotamento de uma bateria de 45 ampèr, usada, ligada a três bombas de 2,5 ampèr.
Esgotamento da bateria em três medições
0 200 400 600 0 50 100 150 200 Tempo (minutos) V a z ã o (L/ h)
