RELAÇÃO ENTRE TENSÃO MÍNIMA DE ABERTURA E PRESSÃO HIDRÁULICA EM UMA VÁLVULA SOLENOIDE. Marcelo Carazo Castro 1

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1 RELAÇÃO ENTRE TENSÃO MÍNIMA DE ABERTURA E PRESSÃO HIDRÁULICA EM UMA VÁLVULA SOLENOIDE Marcelo Carazo Castro 1 RESUMO: A automação de sistemas de irrigação está sendo cada vez mais utilizada no agronegócio moderno devido às vantagens de economia de mão-de-obra e de água, entre outros. Entretanto, nem sempre os fabricantes destes equipamentos fornecem todos os elementos necessários ao seu dimensionamento ou utilização, como é geralmente o caso dos cabos elétricos que ligam os controladores às válvulas solenoides. Assim, este trabalho objetivou estudar a tensão mínima necessária para a abertura de uma válvula solenoide quando a pressão hidráulica da rede varia entre 200 e 700 kpa. Observou-se que o requerimento de tensão aumenta com o aumento de pressão hidráulica e obteve-se uma relação linear entre tensão mínima (VM) necessária ao acionamento e a pressão da rede (PR) sob a válvula descritiva por VM = 0,0089PR + 13,075. Esta informação pode ser utilizada para o dimensionamento mais econômico dos cabos elétricos com uma maior segurança de operação. PALAVRAS-CHAVE: automação, cabo elétrico, queda de tensão. RELATIONSHIP BETWEEN MINIMUM OPENING VOLTAGE AND HYDRAULIC PRESSURE IN A SOLENOID VALVE ABSTRACT: The automation of irrigation systems is being increasingly used in modern agribusiness due to the advantages of saving labor and water, among others. However, manufacturers of these equipments do not always provide all the necessary elements for their design or use, as is usually the case with the electrical wires connecting the controllers to the solenoid valves. Thus, this study aimed to study the minimum voltage required to open a solenoid valve when the hydraulic pressure of the network varies between 200 and 700 kpa. It was observed that the voltage requirement increases with the increase in hydraulic pressure. A linear relationship between the minimum voltage (VM) required to drive the valve and the hydraulic pressure (PR) under the valve can be described by VM = 0,0089PR + 13,075. This information can be used for more economical sizing of electrical cables with greater safety of operation. KEYWORDS: automation, electric cable, voltage drop. INTRODUÇÃO A automação de sistemas de irrigação permite o uso eficiente da água nos vários blocos que compõe o sistema, minimizando a sua utilização com economia de mão-de-obra, bem como o controle da quimigação, verificações remotas do desempenho do sistema e o controle de retrolavagem de filtros. Sistemas mais sofisticados ainda permitem que as irrigações sejam 1 Prof., IFRJ/Campus Pinheiral, Rua José Breves 550, CEP , Pinheiral-RJ. Fone: (24) , E- mail: marcelo.castro@ifrj.edu.br

2 programadas com base nos cálculos da evapotranspiração fornecidas por estações meteorológicas próximas (Guirra & Silva, 2010; Boman et al., 2015). Basicamente, um sistema de automação é composto por um controlador central e válvulas elétricas, ou válvulas solenoides, de acionamento remoto. Barrett et al. (2011) mencionam que existe uma rede elétrica de 24VAC entre o controlador e a válvula solenoide, tendo um cabo de controle para cada solenoide e um cabo comum conectado a todas elas. Guirra & Silva (2010) e Barrett et al. (2011) mencionam que o cabo de potência deve ser dimensionado para a carga máxima que ocorre no solenoide, o que acontece na situação inicial, de atracamento. Boman et al. (2015) mencionam que a maioria dos fabricantes de válvulas tem desenvolvido procedimentos para dimensionar os cabos elétricos para suas válvulas afim de auxiliar os projetistas dos sistemas de irrigação, devendo ser esta informação preferencialmente usada. Segundo estes autores, as informações necessárias para o dimensionamento dos cabos elétricos usados em circuitos de controle de baixa tensão de sistemas de irrigação devem ser baseadas nas seguintes propriedades elétricas: queda de tensão permitida, corrente de atracamento e resistência elétrica do cabo utilizado. A queda de tensão permitida refere-se à diferença de voltagem entre a saída do controlador e a entrada do solenoide no instante de sua abertura. Assim, o projetista de sistemas de irrigação deve garantir um valor mínimo de tensão no solenoide para que a válvula possa abrir no momento requerido sendo a escolha adequada do cabo elétrico fundamental para isso. Entretanto, nem todos os fabricantes fornecem as informações necessárias para o dimensionamento dos cabos para as suas válvulas forçando o projetista a adotar critérios subjetivos ou genéricos de terceiros. Este trabalho teve por objetivo verificar a relação entre a pressão hidráulica da rede de tubulação e a tensão elétrica mínima necessária para acionar uma válvula solenoide, a fim de proporcionar subsídios para o projeto adequado de cabos elétricos de comando para a mesma. MATERIAL E MÉTODOS Os trabalhos foram desenvolvidos no laboratório de irrigação do IFRJ campus Pinheiral, latitude 22º 31' 28,5"S, longitude 43º 59' 26,6"W e altitude 378m. Foram avaliadas oito válvulas elétricas novas da marca Bermad, modelo S205, plásticas de DN 1, com solenoide S (duas vias, 24VAC). Para a realização dos ensaios, foi montado um circuito fechado onde as válvulas eram

3 avaliadas individualmente. A ligação da válvula elétrica à rede elétrica local foi feito com um variador de tensão eletromecânico, que permitia variar continuamente a tensão de saída, ligada a válvula, em incrementos de 0,1V. A tensão elétrica na entrada do solenoide foi medida com um voltímetro com precisão de 0,1V. O circuito hidráulico era composto por um conjunto moto-bomba do tipo periférica de 1 CV, tubulação de PVC rígido de 25mm e um registro de gaveta em paralelo com a tubulação para controle da pressão. A pressão foi medida na entrada da válvula por um manômetro digital com precisão de 1 kpa. A Figura 1 apresenta o esquema de montagem realizado. Figura 1. Esquema de ensaio das válvulas elétricas. No início da avaliação de uma válvula, a fim de remover o ar presente na tubulação, era feito o acionamento da válvula elétrica e só então ligado o conjunto moto-bomba. Esta situação era então mantida por 30 segundos, após o qual a válvula era desligada e permanecia assim por cinco minutos com o moto-bomba ainda ligado. Após este período, iniciava-se os ensaios propriamente ditos. Foram medidas as tensões de acionamento das válvulas para pressões na entrada da mesma variando de 200 a 700 kpa, em incrementos de 100 kpa, realizando três repetições por pressão/válvula.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 1 apresenta os resultados médios das avaliações realizadas. Um ajuste dos dados é apresentado na equação 1. Tabela 1. Resultados das avaliações de tensões mínimas necessárias para o acionamento entre as pressões de 200 e 700 kpa. Pressão (kpa) Tensão Mínima Média Observada (V) Desvio Padrão (V) ,67 0, ,76 0, ,83 0, ,72 0, ,47 0, ,12 0,3671 VM = 0,0089PR + 13,075 (r 2 = 0,99) (1) em que: VM - tensão mínima de acionamento, V; PR - pressão da rede na entrada da válvula, kpa. Considerando a tensão de saída do controlador de irrigação de 24V e as informações da Tabela 1, pode-se utilizar uma queda de tensão variando de 9,33V, para pressão de 200 kpa, a 4,88V, para pressão de 700 kpa, nos cálculos de determinação da seção transversal do cabo elétrico. Caso estes valores não fossem conhecidos, poderiam ser utilizados valores genéricos disponíveis na literatura. ABNT (2004), por exemplo, admite uma queda de tensão máxima de 1,2V, correspondente a 5% da tensão nominal de 24V do solenoide. Já Rochester (1995) menciona que, quando não se dispõe de informações do fabricante, pode-se considerar normalmente uma queda de tensão de 3V. Em ambos os casos subestimam-se os valores verdadeiros e geralmente será usado um cabo elétrico de seção transversal maior do que realmente o necessário, aumentando o custo da automação. Berryderry (1994) afirma que a maioria das válvulas elétricas não permitem uma queda de tensão superior a 6V e recomenda este valor nos cálculos de dimensionamento de cabos. No presente caso, o uso deste critério apresentará problemas de superdimensionamento dos cabos para pressões inferiores a aproximadamente 550 kpa e problemas de acionamento das válvulas, decorrentes do subdimensionamento dos cabos, para pressões acima deste valor.

5 CONCLUSÕES Com base nos resultados, conclui-se que a exigência de tensão mínima (VM) para o acionamento da válvula elétrica estudada é diretamente proporcional a pressão hidráulica da rede (PR) existente a montante da mesma segundo a relação VM = 0,0089PR + 13,075, e que esta informação pode ser utilizada para um dimensionamento mais econômico dos cabos elétricos necessários e com uma maior segurança de operação. REFERÊNCIAS ABNT. NBR 5410: Instalações Elétricas em Baixa Tensão. 2. ed. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Normas Técnicas, p. BARRETT, J.M.; DAVIS, D.D.; ROCHE, P.J. Golf Course Irrigation Systems. In: STETSON, L.E.; MECHAM, B.Q. (Ed.). Irrigation. 6.ed. Fall Church: Irrigation Association, p BOMAN, B.; SMITH, S.; TULLOS, B. Control and Automation in Citrus Microirrigation Systems. Gainesville: Univ. Florida, p. (circular, 1413) Disponível em: Acesso em 10 abr DERRYBERRY, B. Trouble Shooting Irrigation Control Systems. Scottsdale, p. GUIRRA, A.P.P.M.; SILVA, E.R. Automação em Sistemas de Irrigação. Uberaba: FAZU, p. (comunicado técnico, 8). ROCHESTER, E.W. Landscape Irrigation Design. St. Joseph: ASAE, p. (ASAE Publication, 8).