BR102013023208B1

BR102013023208B1 - Sistema eletromecânico para operação sem intermitência de um equipamento de irrigação

Info

Publication number: BR102013023208B1
Application number: BR102013023208-4A
Authority: BR
Inventors: Kurth HEUERT; Maurício OBERDORFER; Aldo Fernando Baum
Original assignee: Fockink Indústrias Elétricas Ltda.
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2019-09-24
Also published as: BR102013023208A2; US20150091490A1; EP2888932B1; ES2755828T3; PT2888932T; US9329580B2; EP2888932A1

Abstract

11sistema eletromecânico para operação sem intermitência de um equipamento de irrigação" a presente invenção consiste em um controle eletrônico, por 5 inversor de frequência (25) e (33) do sistema de deslocamento de um conjunto de irrigação ou ferti-irrigação, consistindo de tubulações estruturadas, onde estão montados os aspersores, de distribuição de água, e que são acopladas entre si, e sustentadas por torres móveis as quais são movimentadas por moto redutores {26) e {34) que acionam por 10 meio de cardans, redutores, que por sua vez acionam rodas pneumáticas, que movimentam a estrutura em torno de um ponto fixo, ou ponto pivot, que é a torre central. o acionamento dos moto redutores de cada torre é feito por uma unidade de controle elétrico via inversor de frequência (25} e (33}, com sinal analógico preferencialmente um potenciômetro ou 15 sensor digital de posição encoder ou sensor ótico (23), de alinhamento em relação à torre anterior e posterior.

Description

“SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO”

Refere-se o presente pedido de patente de invenção de um “SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO”, utilizado na agricultura, constituído de tubulações aéreas, estruturadas, onde estão montados os aspersores de distribuição de água, e que são acopladas entre si por uma junta flexível, formando lances, que são sustentados por torres móveis, as quais são movimentadas por moto redutores, que acionam por meio de cardans, redutores, que por sua vez acionam rodas pneumáticas, que movimentam a estrutura em torno de um ponto fixo, ou ponto pivot, que é a torre central. O sistema é controlado em sua velocidade, por um sensor, de posição de alinhamento, em relação à torre anterior e posterior, que envia um sinal analógico proporcional de desvio/desalinhamento entre torres de sustentação, que será processado através de um circuito eletrônico microprocessado, que possui um conjunto de instruções operacionais programadas diretamente no processador, que envia sinal de incremento ou decremento ao inversor de frequência, que controla o moto redutor, aumentado ou diminuindo a velocidade da torre de sustentação, garantido o alinhamento dos lances da tubulação aérea, com movimento contínuo, sem a necessidade de parar e andar.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Como é de conhecimento dos técnicos no assunto, os sistemas de irrigação atualmente conhecidos apresentam como principal problema o movimento intermitente de parar e andar das torres de sustentação, necessário para alinhar os lances da tubulação aérea e compensar a diferença de distância percorrida no sistema de pivô central, onde a torre externa percorre uma distância maior que as internas.

As tubulações contam com saídas de d'agua com aspersores ao longo de toda a extensão, estas tubulações podem ser de vários diâmetros conforme o tamanho da área a ser irrigada e a quantidade de água a ser aplicada, que varia de cultura para cultura. Mas hoje quem possui um

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2/8 sistema de irrigação, além de usá-lo para irrigar as plantas, também o utiliza para a aplicação de defensivos agrícolas e para a aplicação de nutrientes necessários as plantas.

As tubulações contam com saídas d'agua com aspersores ao longo de toda a extensão, estas tubulações podem ser de vários diâmetros conforme o tamanho da área a ser irrigada e a quantidade de água a ser aplicada, que varia de cultura para cultura. Os lances são suspensos por torres móveis, que podem variar sua altura em função da cultura a que se destina o equipamento, os lances são acoplados entre si e podem variar seu comprimento conforme a necessidade da área a ser irrigada e são movimentados por moto redutores que acionam por meio de cardans, os redutores, que por sua vez acionam rodas pneumáticas que movimentam a estrutura. No caso do pivô central a estrutura aérea gira em torno da torre central do pivô, formando uma área irrigada na forma de um circulo. No caso do sistema de irrigação linear as torres andam alinhadas uma as outras, linearmente formando uma área irrigada na forma de um retângulo. Para o alinhamento entre as torres há um dispositivo de acionamento por micro chave, que ao ser acionada em função do desalinhamento movimentam a torre através do acionamento do moto redutor, que parte na velocidade nominal. O dispositivo de alinhamento consiste de uma barra metálica que se encontra entre os dois lances e acoplado a um came, que aciona um conjunto de duas micro chave, de serviço e micro chave de emergência. A micro chave de serviço aciona o conjunto moto redutor em um sentido (ex. horário) ao fechar o contato, da micro chave, através do came, que esta acoplado a barra de controle e que por sua vez esta acoplada ao lance imediatamente seguinte, quando o sentido de caminhamento do sistema de irrigação é revertido, (ex. anti horário), a micro chave aciona o moto redutor ao abrir o contato da micro chave (o sentido de caminhamento das torres é selecionado pelo operador na painel central), já a micro chave de emergência tem como função desativar o equipamento quando há um desalinhamento extremo que impedirá operações com o sistema de irrigação. As micro chaves, possuem, uma banda morta que é o estado morto do contato elétrico entre fechado e abrir ou aberto e fechar. Este fenômeno chama-se banda

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3/8 morta ou histerese. Em um conjunto de muitos lances unidos de um sistema de irrigação, somam-se estas bandas mortas e podem provocar um arco no conjunto de vários lances, ou seja, os lances não ficam perfeitamente alinhados entre si. Este arco provocado no conjunto de vários lances, pode provocar enormes pressões, de tração ou compressão entre os lances, provocando fadiga mecânica em todo o conjunto. Estes esforços de tração ou compressão, afetam principalmente a torre central, podendo inclusive provocar o deslocamento desta, arrancado o conjunto da torre, que está chumbado em blocos de concreto no solo.

Por razões técnicas, em irrigação por aspersão é necessário deixar o sistema deslocar-se à velocidades baixas, de modo que o temporizador percentual é, por exemplo , ajustado em 50%, o que significa que a torre final, fica, no período de um minuto, 30 segundos em operação e 30 segundos estacionária, consequentemente, as torres anteriores ficarão um tempo maior paradas . Essa torre final é também chamada a torre de controle. Não contém qualquer sensor, uma vez que nenhum desvio angular de uma torre móvel subsequente precisa ser aqui registrado.

Os sistemas atuais de irrigação por aspersão, que fazem as torres parar e andar, resolvem, parcialmente o problema de desalinhamento entre os lances da tubulação aérea, e de diferenças de distâncias, que as torres tem que percorrer, no sistema de pivô central. Porem não resolvem os problemas, de grandes esforços mecânicos, que causam desgaste, nos componentes estruturais e de movimento, devido as paradas e arrancadas, que também obriga a baixíssima velocidade de deslocamento do conjunto de irrigação. Estas constantes paradas e partidas provocam uma distribuição não uniforme de lâmina de água no terreno a ser irrigado, ocorrendo o mesmo fenômeno durante a aplicação de fertilizantes líquidos e defensivos agrícolas, junto com a água. Nos momentos de paradas dos motores determinadas pelos sensores de alinhamento das torres móveis, ocorre uma precipitação maior de água e os produtos que estão diluídos, nela, neste local de parada, ocorrendo uma irrigação excessiva, causando perdas de produção, e de água por percolação profunda, perdas de nutrientes por lixiviação, facilitando o surgimento de doenças na cultura, causando o aumento dos custos, com

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4/8 desperdício de água, energia, fertilizantes, defensivos agrícolas e aumento da contaminação do solo pelo excesso de produtos, nos locais de parada. Estes problemas tendem a se agravar quanto mais baixa for a velocidade do pivot e/ou consequentemente mais alta será a lâmina determinada pela regulagem do relé percentimetro.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO:

No intuito de superar os inconvenientes decorrentes das técnicas atuais, foi idealizado o presente SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO”, que tem por objetivo principal o deslocamento contínuo, da tubulação aérea, suportada pelas torres móveis e que através dos aspersores faz a distribuição de água no solo, sendo que, para isso, o sistema eletromecânico se acha dotado de um conjunto de barras metálicas paralelas, unidas por um cabo de aço, com molas em suas extremidades. Este conjunto de cabo de aço com molas, permite a flexibilidade de movimento de desnivelamento, contorção e desalinhamento entre lances. Para detectar a posição exata de alinhamento entre lances da tubulação aérea, o cabo de aço esta envolta de uma roldana, que gira somente com a ação do desalinhamento entre os lances móveis da tubulação, qualquer movimento de desnivelamento ou contorção não interfere no sistema. A roldana possui um eixo engastado, que gira juntamente com a roldana, na ponta superior do eixo, existe montado um sensor de posição e alinhamento, em relação à torre anterior e posterior, que envia um sinal analógico proporcional (ou digital) de desvio/desalinhamento entre as torres de sustentação, que será processado através de um circuito eletrônico microprocessado, que possui um conjunto de instruções operacionais programadas diretamente na unidade central de processamento, que informa ao inversor de frequência a que velocidade o motoredutor deve girar, garantindo o alinhamento dos lances da tubulação aérea, com movimento contínuo, sem a necessidade de parar ou andar.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS:

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A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte:

A figura 1 mostra uma vista esquemática da interação entre os componentes, elétricos e eletrônicos, da caixa mestre de controle e a torre final.

A figura 2 mostra uma vista esquemática da interação entre os componentes, elétricos e eletrônicos, do sistema de controle, de velocidade das torres intermediarias.

A figura 3 mostra uma vista, superior, em perspectiva do dispositivo eletromecânico aplicado nos lances dos tubos aéreos.

A figura 4 mostra uma vista, em perspectiva explodida, do corpo principal.

A figura 5 mostra uma vista, em perspectiva explodida, dos componentes de suporte e acionamento do sensor de posição.

A figura 6 mostra uma vista, em perspectiva montada, do sensor de posição, acoplado ao eixo de acionamento.

CONSTRUTIVIDADE PREFERIDA DA INVENÇÃO:

Em conformidade com as figuras o presente “SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO”, é formado por duas hastes (3), que estão solidárias, horizontalmente, formando um “t” com a ponta da tubulação posterior. A união entre os lances da tubulação é flexível, e permite um movimento angular, entre as secções da tubulação. Na ponta da tubulação anterior existe solidária, formando um “t”,o corpo principal (1), que possui a barra (2), que está ligada as hastes (3), por um cabo de aço (4), ligado as porcas com olhal(7), que são rosqueadas as barras roscadas(5), que possuem sobre elas os tubos (19) existe as molas (6) que apóiam contra as hastes (3), sobre o tubo (19) existe as molas (6) que apóiam contra as

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6/8 hastes (3), a regulagem da tensão do cabo de aço (4) é feito através das porcas (17), rosqueadas na outra extremidade das barras roscadas (5) e que comprimem as molas (6) contra as hastes (3), tracionando o cabo de aço (4), que passa pelas roldanas (8) em um ângulo de 90 graus, as roldanas (8) estão ligadas, pelo eixo (15), fixo pelas porcas (22), nas extremidades da barra (2). Quando existe um movimento angular entre os dois lances subsequentes da tubulação, este movimento é transmitido pelo cabo de aço (4), que está envolta da roldana central (9) e faz girar o eixo (10), que está mancalizado à carcaça (11), pelo mancal (21) que possui os rolamentos (12). O eixo (10), tem fixo em sua extremidade superior o came (13), que aciona a micro chave elétrica de emergência (14), presa pelos parafusos (20), ao flange (16), que é fixo na base da carcaça (11) pelos pinos (18). A micro chave (14), desliga o moto redutor, em situação de emergência, quando o desalinhamento entre as tubulações, aéreas, for excessivo e não permitir o deslocamento, podendo causar danos mecânicos a estrutura do sistema.

Acima do came (13), na ponta do eixo (10) está acoplado um sensor analógico (ou digital) de posição (23), fixo pelos parafusos (29) ao suporte (28), que esta preso sobre o flange (16) pelos pinos (18), o sensor analógico (ou digital) de posição (23), fornece um sinal analógico (ou digital), proporcional, de desvio/desalinhamento, entre torres, que será processado através de um circuito eletrônico microprocessador (24) ou (30), enviando esta informação de controle com características PID (Proporcional, Integral e Derivativo) a um inversor de frequência (25), que controla o moto redutor (26), para que as torres, andem a velocidade necessária para manter o alinhamento, entre elas. Esta definição de inteligência de detecção, da velocidade ideal, de cada torre, está definida através de um conjunto de instruções operacionais, programadas diretamente no circuito integrado (firmware) (24), que está alojado no circuito eletrônico (27), ou diretamente na memória (30) do inversor de frequência (25). O principio de controle de velocidade individual, circuito eletrônico microprocessador (24) ou (30) de cada torre baseia-se na velocidade fixada na última torre a qual tem o perímetro maior a percorrer, para completar a volta.

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O circuito integrado microprocessador (firmware) (31),da caixa elétrica da ultima torre, recebe um sinal de pulso vindo da caixa mestre de controle (32), via microprocessador (35), que varia de 5% a 100%, o que significa uma frequência variável do inversor de frequência (33), de 6Hz a 120Hz, aplicados sobre o moto redutor (34) desta última torre. Esta variação de percentual implica na aplicação de uma lâmina d'água sobre o terreno inversamente proporcional da lâmina máxima projetada para o conjunto de bombeamento de água. A partir desta informação de percentual recebida, o circuito integrado microprocessador (firmware) (31), desta caixa elétrica, final, atua sobre o moto redutor (34), movimentado a torre na velocidade, definida, parando somente quando houver um desalinhamento de emergência, entre algumas torres, do pivô e a micro chave de emergência (14), desativar o sistema.

Ao iniciar a movimentação desta torre final o programa respeita uma rampa de partida para evitar o descontrole entre as demais torres. Esta rampa de partida permite que as demais torres intermediárias se ajustem à velocidade proporcional ao seu perímetro a percorrer. O microprocessador (firmware) (31), da caixa elétrica final integra uma rotina de otimização de fiação elétrica, necessária para receber as informações de percentual de velocidade/lâmina d'água e sentido de giro a percorrer. Esta rotina utiliza uma lógica de sinais elétricos que permitem que através de apenas um sinal elétrico (um condutor elétrico) seja possível receber a informação de velocidade (percentimetro), o sentido de giro a percorrer e liga/desliga do canhão (aspersor final para lançamento de água a distância com a finalidade de ampliar a área irrigada).

Depois de fixada a velocidade desta última torre, que pode variar entre 5% e 100%, cada sensor analógico de posição (23), informará ao seu respectivo circuito eletrônico (25) ou (27) microprocessador (firmware) (24) ou (30) a proporção de movimento para que seja automaticamente sintonizada a velocidade ideal de movimento individual de cada torre, sem paradas, ou seja, que cada torre se movimente continuamente na velocidade ideal, baseada nas funções de controle (PID) Proporcional, Integral e Derivativo, adequadas às características de controle necessárias para a movimentação contínua e com possibilidade de sobre velocidade,

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8/8 destinadas ao correto e específico manejo de um sistema de irrigação por pivô central ou linear, sem arrancar e parar por intervalos.

A inteligência do circuito integrado (firmware) (24) ou (30), também contempla a detecção automática do sentido de giro do moto redutor (26) de acordo com o sentido de desalinhamento detectado em função do movimento contínuo/sentido de rotação da última torre de maior perímetro a percorrer, e, portanto, não necessitando de comandos especiais via fiação elétrica. Os dois modelos de circuito integrado (firmware) (31) do circuito eletrônico do inversor de frequência final (33) e (24) ou (30) do circuito eletrônico intermediário (27) ou (25), permitem o deslocamento contínuo em frequências distintas sintonizadas automaticamente de todas as torres, evitando paradas e partidas constantes. Este método de controle permite a aplicação de água e/ou quimigação, sem concentração indesejada, por andar em velocidade constante/continua.

Outra vantagem na implantação deste sistema de controle, para avanço contínuo, do conjunto de torres, com velocidades ajustáveis, na irrigação. Baseado na utilização de inversores de frequência (25), para o controle da velocidade, dos moto redutores (26) de acionamento das torres, é a também utilização de alimentação em corrente continua (CC), além do método tradicional de alimentação em corrente alternada (CA), trifásica na parte aérea do pivô.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - “SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO”, o sistema eletromecânico é composto por:

- um conjunto de barras paralelas (1) e (3), interligados por um cabo de aço (4) que está em volta da roldana (9) que gira com um desalinhamento entre um lance e outro,

- a roldana possui um eixo embutido (10) que gira junto com a roldana (9),

- um sensor de posição (23) está acoplado na ponta do eixo (10), fixo pelos parafusos (29) ao suporte (28), que está preso sobre o flange (16) pelos pinos (18),

- um moto redutor (26), proporciona o movimento independente de cada torre, o moto redutor (26) está ligado por condutor elétrico ao inversor de frequência (25), caracterizado por possuir sensor de posição (23) que fornece um sinal analógico ou digital, proporcional, de desvio/desalinhamento, entre torres, para um circuito eletrônico (27), composto por um circuito eletrônico microprocessador (24), que tem um conjunto de instruções operacionais diretamente programados na unidade central de processamento que informa o inversor de frequência (25) sobre qual a velocidade proporcional que o moto redutor (26) deve rodar para manter o alinhamento entre as torres, com movimento contínuo, sem a necessidade de parar e andar.
2 - “SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o sensor de posição (23), estar ligado por condutor elétrico, diretamente ao inversor de frequência (25) que possui em seu interior, o circuito eletrônico microprocessador (30), que tem um conjunto de instruções operacionais diretamente programados na unidade central de processamento que informa sobre qual a velocidade proporcional que o moto redutor (26) deve rodar para manter o alinhamento entre as torres, com movimento contínuo, sem a necessidade de parar e andar.

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3 - SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 1, caracterizado por a torre central possuir uma caixa mestre de controle (32), a caixa mestre possui em seu interior o circuito eletrônico microprocessador (35), que está ligado por condutor elétrico diretamente ao inversor de frequência (33) que possui em seu interior, o circuito eletrônico microprocessador (31), que tem um conjunto de instruções operacionais diretamente programados na unidade central de processamento que de acordo com a informação recebida, informa sobre qual a velocidade determinada que o moto redutor (34) deve rodar para mover a última torre com a velocidade e lâmina a ser aplicada, com movimento contínuo, sem a necessidade de parar e andar, bem como o sentido de giro do equipamento.
4 - SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 3, caracterizado por a última torre iniciar o movimento em rampa, o circuito eletrônico microprocessador (35) possui ações programadas para rampa de partida.
5 - SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o sensor (23) ser um sensor analógico de posição.
6 - SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o sensor (23) ser um sensor digital de posição.
7 - SISTEMA ELETROMECÂNICO PARA OPERAÇÃO SEM INTERMITÊNCIA DE UM EQUIPAMENTO DE IRRIGAÇÃO” de acordo com reivindicação 1, caracterizado por o sensor (23) ser um sensor ótico de posição.