Estufa Inteligente com Sensores Icos

7/30/2019 Estufa Inteligente com Sensores Icos

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UNIVERSIDADE PAULISTA UNIP

INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA ICET

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO

Everton dos Santos Ginez RA: 684390-5

Leandro Vincius Perin RA: 728240-0

Luan de Souza Ferr RA: 679377-0

Luiz Guilherme Proena RA: 721071-0

Marcelo da Silva RA: 838772-9

Marcos do Prado Galvo 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 Irrigao e Monitoramento da Temperatura e Umidade

SOROCABA

2012


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UNIVERSIDADE PAULISTA UNIP

INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA ICET

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO












ESTUFA INTELIGENTE


Trabalho de Concluso de Curso paraobteno de ttulo de graduao emEngenharia de Controle e Automao

apresentado Universidade PaulistaUNIP-SP.

Orientador: Msc.Prof. Ricardo Augustode Almeida.

SOROCABA

2012


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ESTUFA INTELIGENTE


Trabalho de Concluso de Curso paraobteno de ttulo de graduao emEngenharia de Controle e Automaoapresentado Universidade PaulistaUNIP-SP.

Orientador: Msc. Prof. Ricardo Augustode Almeida.

Aprovado em:

BANCA EXAMINADORA

______________________________

Prof. Msc. Ricardo Augusto de AlmeidaUniversidade Paulista UNIP

______________________________

Prof. Michele da R. M. MathiasUniversidade Paulista UNIP

______________________________

Prof. Sandra Y. Shirata LanasUniversidade Paulista UNIP


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Dedicamos nossa Monografia,

primeiramente a Deus, pois sem

ele nada seria possvel.

Dedicamos tambm s nossas

famlias, pela colaborao e pelapacincia quando nos finais de

semana no estvamos juntos.

E aos professores da nossa

Instituio que se empenharam

para a nossa formao.


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AGRADECIMENTOS

Primeiramente, a Deus Pai, ao Senhor e Salvador Jesus Cristo, ao Esprito Santo

que nos conduziu na jornada diria de estudos.

UNIP pelo espao de desenvolvimento cultural e profissional.

Empresa GLBTECH Automao pelo fornecimento do CLP usado a um preo

acessvel e os programas do CLP e do supervisrio de suma importncia para o

Projeto.

Empresa DETECT Automao Industrial pelo apoio no fornecimento dos materiais

de sucata em bom estado. Empresa INDPARTS Automao Industrial de Sorocaba pelo fornecimento de

vlvulas solenoides a preos acessveis.

Empresa ICOS Sensores pelo fornecimento de boias de nvel a preos acessveis.

Empresa NOVUS Produtos Eletrnicos pela concesso de desconto no

fornecimento de transmissor de temperatura.

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

A todos os professores do curso pelo convvio, pelos ensinamentos, pelo apoio, pelacompreenso e pela amizade no transcorrer da nossa vida acadmica.

A todos os amigos e colegas por compartilharmos o mesmo espao, os mesmos

conflitos e os conhecimentos adquiridos.


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RESUMO

Neste projeto, construiu-se um prottipo de uma estufa hidropnica inteligente

baseada na Tcnica do Fluxo Laminar de Nutrientes para fins de aprimoramento das

estufas hidropnicas convencionais. A estufa inteligente compe-se de um sistema

programvel centralizado que controla a irrigao e monitora em tempo real grande

parte de suas grandezas como: temperatura, umidade relativa do ar, tempo de

irrigao das plantas e nveis de soluo nutritiva dos tanques. Todos os dados

coletados por sensores e atuadores so enviados para um supervisrio na tela de

um computador atravs de um Controlador Lgico Programvel que efetua ocontrole da irrigao e monitora as outras variveis. Com o monitoramento das

variveis, o produtor pode ser avisado atravs de um alarme visualizado no

supervisrio, se houver qualquer alterao do ambiente protegido que prejudique as

hortalias. O sistema automatizado possibilita ao produtor maior facilidade de

manuseio, evitando-se a repetio de tarefas rotineiras, melhor aproveitamento dos

insumos e da gua e inspeciona a estabilidade do ambiente para a horticultura, alm

de possibilitar a alterao atravs da tela do supervisrio dos tempos de irrigao.Assim, as vantagens de se ter um produto cultivado dentro da estufa hidropnica

inteligente so uma maior proteo das plantas contra pragas e doenas, o controle

da irrigao que garante que as plantas esto sendo irrigadas de maneira ideal,

alm de propiciar ao produtor maior qualidade e produtividade, visto que monitora

algumas das variveis que interferem no desenvolvimento da cultura de plantas

como a temperatura e umidade dentro da estufa.

Palavras-chave: Estufa hidropnica, automao, irrigao, temperatura e umidade.


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ABSTRACT

In this project, wehavebuilt a prototype of an intelligent greenhouse hydroponic in

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 screen byProgrammable 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

Irrigation.


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NDICE DE FIGURAS

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

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

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

FIGURA 4. Chave Geral ........................................................................................... 29

FIGURA 5. Fonte Chaveada .................................................................................... 29

FIGURA 6. Disjuntor Monofsico ou Bipolar ............................................................. 30

FIGURA 7. CLP Allen Bradley ................................................................................... 30

FIGURA 8. Contator Siemes ..................................................................................... 31FIGURA 9. Eletrobomba ........................................................................................... 31

FIGURA 10. Vlvula Eletromagntica ON/OFF ......................................................... 32

FIGURA 11. Cooler ................................................................................................... 32

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

FIGURA 13. Boia de Nvel ........................................................................................ 33

FIGURA 14. Boto de Emergncia ........................................................................... 34

FIGURA 15. Sinalizador ............................................................................................ 34FIGURA 16. Bornes .................................................................................................. 35

FIGURA 17. Painel Eltrico ....................................................................................... 35

FIGURA 18. Cabos Eltricos ..................................................................................... 36

FIGURA 19. Metalon ................................................................................................. 36

FIGURA 20. Tubos e Conexes PVC ....................................................................... 37

FIGURA 21.Mangueiras Cristais ............................................................................. 37

FIGURA 22. Madeira MDF ........................................................................................ 38FIGURA 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. Vlvula Esfera ....................................................................................... 40

FIGURA 29. Vlvula Solenoide ................................................................................. 41

FIGURA 30. Folha de Rosto ..................................................................................... 42

FIGURA 31. Tela Principal ........................................................................................ 42


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FIGURA 32.Tela de ajustes dos limites de temperatura e de umidade .................... 43

FIGURA 33.Tela para a execuo das operaes em manual ................................ 43

FIGURA 34.Tela para ajustes dos tempos de irrigao e de espera ....................... 44


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NDICE DE SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

CLP Controlador Lgico Programvel

DDE Os dados se originam de um servidor

DIN Deutsches Institut fr Normung (Instituto Alemo de Normatizao)

IHM Interface homem mquina

MDF Medium Density Fiberboard (Fibra de Mdia Densidade)

NBRDenominao de norma da Associao Brasileira de Normas Tcnicas

NEMA National Electrical Manufacturers Association.NFT Nutrient film technique (Tcnica do fluxo laminar de nutrientes)

PVC Policloreto de vinila

SEDs Sistemas eventos discretos.

SMAW Shielded Metal Arc Welding (Soldagem a arco eltrico com eletrodo

revestido)

SMPS Switched-mode Power Supply (Fonte chaveada ou comutada)


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NDICE DE ANEXOS

ANEXO 1 FOTOS

ANEXO 2 DETALHAMENTO DO PROJETO

ANEXO 3 FLUXOGRAMA

ANEXO 4 LADDER

ANEXO 5 DETALHAMENTO ELTRICO

ANEXO 6 COMPONENTES

ANEXO 7 TABELA DE CUSTOS


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SUMRIO

1 INTRODUO ....................................................................................................... 12

1.1 Estufa Hidropnica .............................................................................................. 13

1.2 Estudo sobre Irrigao em estufas hidropnicas NFT......................................... 15

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

1.4 Controlador Lgico Programvel - CLP ............................................................. 18

1.5 Identificaes de Equipamentos e Programas .................................................... 21

1.5.1 Supervisrio ..................................................................................................... 22

1.6 Projeto................................................................................................................. 231.6.1Descrio do Projeto ........................................................................................ 23

2 OBJETIVO ............................................................................................................. 25

3 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................... 27

4 MATERIAIS E METODOLOGIA ............................................................................ 28

4.1 Materiais Utilizados e Programa Supervisor....................................................... 28

4.2 Descrio dos Materiais ...................................................................................... 29

4.3 Supervisrio Indusoft........................................................................................... 414.3.1 Descrio das telas do Supervisrio ................................................................ 42

4.4 Descries da Montagem.................................................................................... 45

4.4.1 Montagem Mecnica ........................................................................................ 45

4.4.2 Montagem Eltrica ........................................................................................... 47

4.4.3 Programao.................................................................................................... 48

5 RESULTADOS, ANLISES E CORREES DOS DADOS ................................ 49

5.1 Testes Realizados............................................................................................... 496 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................... 52

BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................ 53

ANEXOS ................................................................................................................... 58


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1 INTRODUO

A busca de solues tecnolgicas efetivas que permitam maior produtividade,

precocidade, rendimento econmico e produtos de qualidade superior uma

questo que norteia o interesse de profissionais e pesquisadores na rea agrcola.

Atualmente a agricultura moderna se preocupa em aplicar tcnicas eficazes

no gerenciamento da produo e cultivo de plantas principalmente na horticultura

a fim de melhorar a qualidade do produto e a eficincia do processo em relao ao

custo-benefcio do empreendimento.

Assim, a estufa hidropnica surge no cenrio mundial e brasileiro como fontealternativa para propiciar maior renda ao produtor, desde que este se adque a

tcnicas eficientes de cultivo protegido. O cultivo de plantas em um ambiente

protegido, onde no se utiliza o solo, sendo, simplesmente, produzidas em solues

nutritivas, que so preparadas cuidadosamente para nutrir a planta, circulando entre

suas razes, denominado de processo hidropnico. (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 eficincia no controle dairrigao e da nutrio; e da temperatura ideal para as plantas; alm de controlar o

aumento dos nveis de dixido de carbono e a incidncia de pragas e doenas; e

tambm o cultivo em qualquer perodo do ano longe das intempries climticas em

situao natural de produo.

Amaral (1999, p. 3) pondera que a crescente competitividade, a

internacionalizao dos padres de consumo, as mudanas no comportamento do

consumidor cada vez mais exigente em relao qualidade e elaborao dosprodutos bem como as alteraes no sistema de comercializao viabilizam o

cultivo em estufas e ambiente controlado. Mas, para isso imprescindvel o

emprego de equipamentos automatizados, preferencialmente, ajustados sem

interveno humana, a fim de aperfeioar e garantir o controle das condies ideais

a cada cultura dentro desse ambiente.

Portanto, este projeto visa automao da Estufa Hidropnica Inteligente

para se obter um melhor aproveitamento em termos de tempo e uso de insumos no

cultivo protegido; alm disso, favorecer uma lavoura mais produtiva e de maior

qualidade.


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Os principais equipamentos que compem o projeto desta estufa so:

x Controlador Lgico Programvel (CLP);

x Transmissor de Temperatura e Umidade;

x Bomba d'gua;

x Computador;

x Maquete da estufa;

x Atuadores e sensores;

x Programa de superviso.

1.1 Estufas Hidropnicas

A Hidroponia termo derivado de duas palavras de origem grega hidro

(gua) e ponia (trabalho) vem se expandindo rapidamente como meio de

produo vegetal, principalmente na horticultura. Embora seja uma tcnica

relativamente antiga, o termo hidroponia s foi utilizado pela primeira vez em 1935

pelo Dr. W. F. Gericke da Universidade da Califrnia.(FURLANI et. al., 1999, p.90-

98).

A tcnica hidropnica o cultivo de plantas em um ambiente protegido

(estufas ou casas de vegetao) onde no se utiliza o solo, mas apenas uma

soluo nutritiva onde so colocados todos os nutrientes essenciais para o

desenvolvimento da planta e de acordo com a necessidade de cada espcie vegetal.

Luz (2008, p.18-19) afirma que a soluo nutritiva deve manter suas

caractersticas fsico-qumicas por meio do controle do pH e condutividade eltrica, afim de manter suas caractersticas iniciais de balanceamento para oferecer

condies vitais de crescimento das plantas.

Existem vrios tipos de processos hidropnicos, como floating, aeroponia,

fluxo laminar de nutrientes (NFT) etc. O mais utilizado no Brasil para cultivo

hidropnico o NFT. (HIDROPONIA..., 2010, p.8).

No sistema floating ou flutuante, as razes ficam em constante contato com

uma soluo nutritiva em uma mesa plana, com cerca de 5 a 20 cm deprofundidade; j na aeroponia, as razes ficam em um ambiente fechado e


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recebem a soluo nutritiva em forma de vapor que contm gua e nutrientes.

(FURLANI, et. al., 1999, p. 72-80). O sistema de hidroponia NFT composto por

tanques de abastecimento, bomba e canais de irrigao, que so utilizados para

alimentar as plantas que ficam em orifcios da tubulao. Esse sistema utiliza o fluxo

laminar com soluo nutritiva que fica em contato com as razes da planta, em

constante circulao 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 Hidropnico NFT.

Fonte: Hidroponia, 2012.

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

hidropnico so:

Vantagens:

9 Realizao de trabalhos mais leves comparados ao plantio em solo;

9 Uso de pequenas reas para produo, mais prximas dos grandes centros

consumidores;

9 Controle absoluto da utilizao da gua;

9 Dispensa o uso de agrotxicos;


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9 Menor desperdcio de gua e nutrientes;

9 Reduo de operaes durante o ciclo da lavoura

9 Uniformidade das plantas com melhor qualidade;

9 Precocidade na colheita;

9 Produo durante todo o ano (fora de poca sazonalidade);

9 Menores riscos climticos;

9 100% de aproveitamento da rea cultivada sem a exigibilidade da rotao de

cultura;

9 Retorno econmico efetivo e rpido.

Desvantagens:9 O custo inicial para o cultivo pode ser elevado;

9 Rotinas regulares;

9 Produtor necessita de ampla informao e conhecimento agronmico da

cultura hidropnica, apropriados para as condies de seu empreendimento;

9 Grande resistncia dos produtores tradicionalistas.

1.2 Estudos sobre Irrigao em estufas hidropnicas NFT

O sistema hidrulico de estufas hidropnicas NFT composto por tanques de

soluo nutritiva, sistema de bombeamento, canais de irrigao onde as plantas so

fixadas e sistema de retorno da soluo para os tanques. Os tanques de soluo

nutritiva e os tubos de irrigao podem ser de diversos materiais existentes nomercado, desde que atendam s exigncias de cada cultivo. Para os tanques, o

material mais usado o plstico PVC devido ao menor custo e a facilidade de

manuseio; para os tubos de irrigao, usado polietileno no-reciclado (flexvel) ou

de cloreto de polivinila (PVC rgido). (FURLANI, et. al., 1999, p. 72-80).

O processo de irrigao nas estufas hidropnicas NFT faz-se pelo

bombeamento da soluo nutritiva do tanque para as tubulaes onde as plantas se

fixam. Essa soluo escoa atravs de um pequeno fluxo com altura de 2,5 a 5,0 cm

dependendo da fase do plantio e do dimetro da tubulao 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 irrigaes so controladas por sistemas que regulam os

tempos de irrigao, de acordo com as peculiaridades de cada plantao, clima e

estao do ano utilizando o programador horrio-eletromecnico. (LUZ, G.L, 2008,

p. 23).

Segundo Alberoni (1998, p.102) o que vai decidir os tempos de circulao e

descanso do sistema hidropnico NFT o estudo do local (regio mais quente ou

mais fria), a espcie de planta que ser produzida e a estao do ano. Sendo assim,

com a substituio do controlador horrio-eletromecnico por um Controlador Lgico

Programvel (CLP) o produtor consegue aplicar novas estratgias de irrigaoapenas alterando parmetros pr-programados no CLP em seu supervisrio no

computador, sem ter necessidade de trocar todo o sistema eletrnico adjacente.

(TEIXEIRA, 2003).

Uma instalao bsica, 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 hidropnica NFT.

Fonte: Bernardes, 1997.


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1.3 Estudo sobre Temperatura e Umidade em Estufas Hidropnicas

O monitoramento da temperatura em ambientes protegidos de suma

importncia para o cultivo das plantas, por ser ela um agente modificador das

funes metablicas das mesmas e porque influenciam diretamente no seu

crescimento e qualidade.

A temperatura varia significativamente em relao ao tempo meteorolgico e

cronolgico, e tambm com outros fatores tais como: as dimenses continentais do

pas, amplos limites longitudinais e de relevo, somados a imensa costa ocenica e a

gigantesca floresta tropical, gerando dificuldades na utilizao de tcnicasgeneralizadas de controle da temperatura que permitam um ambiente adequado

cultura de plantas em estufas hidropnicas. (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 vegetao protegidas imprescindvel devido a sua influncia na

preveno de doenas e pragas que se proliferam em altos valores de umidade

relativa (acima de 90%). Convm salientar que ocorre uma relao diretamenteinversa entre a umidade relativa do ar e a temperatura dentro das estufas

hidropnicas; pois durante um perodo de vinte quatro horas h uma variao 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 contrrio, noite a

temperatura diminui e a umidade aumenta. (MARTINS, et. al., 1999, p. 15-23).

Existem diversos mtodos para se controlar a temperatura e a umidade

relativa do ar dentro das estufas hidropnicas. Primeiramente, para se aquecer aestufa pode se utilizar: aquecedores de ar; aquecimento de gua em caldeiras: a

gs, a leo diesel ou eletricidade; ou lmpadas especficas. Para o resfriamento do

ambiente protegido os mtodos utilizados so: ventilao forada por meio de

exaustores ou ventiladores instalados nas laterais ou no teto das estufas; uso de

painis evaporativos combinados com ventilao, esses painis so eficientes e de

baixo custo geralmente so feitos de celulose por onde escorre gua; e o uso de

sombreamento controlado, (que permite reduzir a radiao solar e controlar a

temperatura e a luz no interior da estufa). (CHERMONT, et. al., 2005).


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1.4 Controlador Lgico Programvel CLP

O Controlador Lgico Programvel (CLP) surgiu em 1968, na indstria

automobilstica GM, a partir de um projeto liderado pelo Engenheiro Richard Morley,

levando em considerao a dificuldade da utilizao da lgica rel em seus

equipamentos nas linhas de montagem, pois quando havia a necessidade de

alterao ou implementao de um processo as modificaes nas lgicas rels

eram complexas e apresentavam vrios problemas e tambm visando a outras

complexidades como o tamanho dos painis que dificultava a manuteno

(ANTONELLI, L. 1998).No desenvolvimento do escopo para as empresas que iriam concorrer, Morley

(apudKopelvski 2010, p. 3) colocou como objetivos deste dispositivo:

x Propiciar facilidade e flexibilidade na montagem de mquinas;

x Possibilidade de ser totalmente reprogramvel;

x Possibilidade de ser adaptado ao ambiente industrial;

x Fcil manuteno.

Aps o surgimento deste escopo, vrios fornecedores se interessaram no

desenvolvimento deste equipamento e a empresa que ganhou a concorrncia da

GM foi a Modicon, mas vrios fornecedores passaram a vender CLP nos anos

seguintes.

O CLP um tipo de computador desenvolvido para trabalhar no ambiente

industrial. Ele possui um programa dedicado para sua programao e controle que

varia de acordo com o fornecedor do componente. Na maioria dos modelos, possuium sistema operacional que trabalha em tempo real e a configurao de suas

memrias so fixas. Atualmente tm se tornado mais populares os controladores

que utilizam barramentos padronizados, sistema de uso generalizado e estrutura de

memrias 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

programvel como:

"Aparelho eletrnico digital que utiliza uma memria programvel para o

armazenamento interno de instrues para implementao de funes

especficas, tais como lgica, sequenciamento, temporizao, contagem e

aritmtica para controlar, atravs de mdulos de entradas e sadas, vrios

tipos de mquinas ou processos. Um computador digital que utilizado para

desempenhar as funes de um controlador programvel considerado

dentro deste escopo. Esto excludas as chaves tambores e outros tipos de

sequenciadores mecnicos.

Os CLP tm uma arquitetura composta basicamente por: Unidade Central de

Processamento (CPU), Memria e Entradas/Sadas.

A CPU a responsvel pelo processamento das informaes que foram

programadas, analisando as entradas e alterando as sadas. A Memria onde o

programa e outras informaes do CLP ficam armazenados. As Entradas / Sadas

so os meios de comunicao entre o CLP e os dispositivos externos do

equipamento (sensores, vlvulas, etc..), as entradas recebem os sinais eltricos e

transformam em sinais digitais para serem processados pela CPU e as sadas

atravs dos sinais digitais que elas recebem so transformadas em sinal eltrico

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 lgico programvel CLP da Allen-

Bradley o Micrologix 1200, este por sua vez tem a vantagem de ser um CLP de

custo acessvel e com vrias qualidades, uma delas de poder aumentar o nmero

de I / 0 utilizando mdulos sem rack de E / S, e mesmo depois de instalado pode-se

expandir seu sistema e suas variveis de controle a um preo mais acessvel de

mercado.


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1.5 Identificaes 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 nmero de variveis a serem controladas e como

control-las. Aps essas definies, 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

nmero de entradas e sadas que o sistema proposto utilizaria, para que assimconseguisse fazer uma compra correta dos equipamentos, sempre visando procurar

um equipamento de qualidade reconhecida e com um preo mais acessvel 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 usurio onde ele conseguisse realizar as

principais funes do equipamento sem grande dificuldade, sempre visando buscarsimplicidade e eficincia.

No projeto, foi utilizado um supervisrio para que o usurio realizasse

alteraes de setup de temperatura, umidade e outros no computador e assim o

produtor ganhasse mais comodidade.

Outro item importante foi procurar no colocar no projeto equipamentos e

programas com sistemas muito complexos para no dificultar e encarecer futuras

manutenes, pois com equipamentos mais simples voc tem uma gama maior deprofissionais com conhecimento tcnico para realizar a manuteno e, com isso,

consegue preos menores e maior satisfao dos clientes


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1.5.1 Supervisrio

Com a necessidade de se desenvolver interfaces amigveis, simples, com

eficincia ergonmica, o mercado da automao tem designado sistemas

supervisrios ou Interface Homem Mquina (IHM) em suas aplicaes. O objetivo

proporcionar a superviso e, na maioria das vezes, o comando de pontos

determinados ou at mesmo de uma planta completa de forma automatizada.

Nas IHM, os sinais so recebidos somente dos CLP ou do operador e envia

somente sinais para o CLP designar aes para os componentes externos de uma

planta. Em arquiteturas mais modernas, os IHM podem ser compostos por umcontrolador programvel j incorporado, passando a ser um IHM inteligente.

Os IHM podem traduzir sinais vindos dos CLP em sinais grficos facilitando o

entendimento dos operadores.

O CLP envia os sinais ou informaes para os supervisrios atravs de tags,

existem vrios tipos de tags em um sistema e serviro para vrias funes

distintas, elas podem ser do tipo:

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

x Memory os dados so locais de um sistema supervisrio.

Os supervisrios podem ser operados em dois modos distintos: Modo

Desenvolvimento e Modo Run Time.

Modo Desenvolvimento ambiente onde se criam as telas grficas,

animaes e programao.

Modo Run Time o modo onde as telas animadas sero exibidas j criadasno modo desenvolvimento e no qual se da a operao integrada com o CLP, durante

a automao em tempo real.


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1.6 Projeto

1.6.1 Descrio do Projeto

Foi efetuada a construo de um prottipo de uma estufa hidropnica

inteligente utilizando a tcnica NFT (Nutrient film technique) ou tcnica do fluxo

laminar de nutrientes para demonstrar o controle e monitoramento de suas variveis,

a saber, temperatura, umidade, tempo de irrigao e nveis de tanques da soluo

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 acrlico para proteger o seu interior. No seu interior, h dois tanques com

soluo nutritiva de 25 litros; sendo que o primeiro tanque est localizado na parte

superior da estufa, este tanque tem a funo de irrigao, atravs da gravidade nas

tubulaes dentro da estufa por onde a vazo da soluo nutritiva liberada por

vlvulas solenoidese controlada por vlvulas esferas manuais. O segundo tanquetem a funo de reabastecimento, de onde bombeada a soluo nutritiva para o

primeiro tanque localizado na parte superior da estufa, o tanque de reabastecimento

possui uma vlvula ON/OFF na tampa para entrada de gua e uma vlvula esfera

manual na parte inferior para retirar gua do sistema. Os tanques possuem trs

boias de nveis cada, essas so utilizadas para se obter o nvel de soluo nutritiva

dos tanques, e assim, enviar o sinal para o CLP realizar o controle de nvel e

irrigao.Como no existe um tempo predeterminado para se irrigar as hortalias,

devido mudanas ambientais de acordo com local da estufa e tipo de hortalia, o

produtor tem a capacidade de programar o tempo de irrigao conforme a

necessidade da hortalia e do clima utilizando os comandos do supervisrio que se

comunica com o Controlador Lgico Programvel para realizar o controle. O CLP

envia um sinal para abrir as vlvulas solenoides e liberar a soluo nutritiva que

chega primeiramente a tubulao header para diminuir a vazo, depois passando

por quatro tubulaes de menor dimetro onde ficam as razes das plantas por

fim chega ao segundo header que capta a soluo nutritiva e direciona de volta


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para o segundo tanque onde se reinicia o ciclo e bombeado novamente para o

tanque de irrigao.

O fluxo da soluo nutritiva deve ser pequeno, para isso se utilizaram vlvulas

esferas mecnicas para controlar a quantidade de soluo 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 hortalia, de sua fase de crescimento e do dimetro dos tubos onde elas esto

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 so convertidos e visualizados no supervisrio no computador, caso ocorraalteraes de temperatura ou umidade que prejudiquem o desenvolvimento das

plantas aparece um alarme visual na tela do supervisrio avisando qual o

problema. Esse alarme pode ser configurado com os valores mximos e mnimos de

temperatura e umidade pelo operador.

Para exemplificar a circulao de ar na estufa foi utilizado um cooler que

efetua a troca de ar com o sistema interno e externo da estufa, atravs de furos na

parede do acrlico no lado oposto do cooler, este cooler acionado automaticamentepelo CLP.

O prottipo controlado e monitorado pelo CLP que recebe dos sensores e

atuadores os dados para fazer o controle da irrigao e nveis dos tanques alm do

monitoramento da temperatura e umidade do ar na estufa, esses dados so

enviados para o supervisrio para visualizao e possveis ajustes garantindo que

teoricamente as hortalias esto sendo irrigadas corretamente e que o ambiente

est bom para o cultivo.


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2 OBJETIVO

O objetivo do projeto foi construir uma Estufa Hidropnica Inteligente

baseando-se nas estufas convencionais j existentes que produzem diversos tipos

de hortalias, como: alface, agrio, rcula, etc.

Preliminarmente, efetuou-se uma pesquisa com produtores na regio de

Piedade e Pilar do Sul a fim de se observar o funcionamento e gerenciamento de

uma estufa hidropnica e constatou-se que o cultivo em ambiente protegido,

aparentemente parece ser uma tecnologia simples para superar limitaes

ambientais, no entanto requer amplo conhecimento e informao das tcnicas deconduo do sistema de produo.

Apesar de os produtores sentirem grande expectativa dos benefcios da

produo de hortalias em ambiente protegido comparado ao sistema tradicional em

campo aberto, eles se deparam com inmeras peculiaridades na execuo de um

sistema de extrema habilidade tcnica que requer experincia e conhecimento das

prticas culturais e grande dispndio de tempo. Alm disso, precisam dispor de uma

viso clara de todo o sistema, especialmente aquele que atenda s exigncias domercado vigente e com menos custos. Esse sistema altamente manual acarreta

grande acmulo de tempo no monitoramento e manuteno da produo, visto que,

no decorrer do dia, preciso estar em contato constante com o ambiente protegido

para fiscalizar a irrigao, a temperatura, a umidade relativa do ar, os nveis dos

nutrientes e entre outros aspectos dificultosos, a escolha de novos produtos, a

poca adequada.

Assim, ao contrrio das estufas convencionais no mercado, o projeto daEstufa Hidropnica Inteligente, hipoteticamente, ser capaz de controlar os nveis

dos tanques de irrigao e tempos da circulao do lquido nutritivo que irrigam as

plantas no sistema NFT e monitorar as variveis ambientais como a umidade e a

temperatura. Desta forma, teoricamente, a estufa hidropnica automatizada poder

abrigar qualquer espcie de hortalia que se adapte ao sistema NFT e oferecer ao

produtor assistncia programada para estabelecer os parmetros de irrigao de

maneira mais precisa, com menor esforo e menos tempo.


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Portanto, todas as formas de aprimoramento do sistema protegido que

possam atenuar esforos no sentido de identificar e eliminar as deficincias

tecnolgicas, organizacionais e gerenciais que ocorram nas peculiaridades do

agronegcio vai ser bem-vindo aos produtores. Na medida em que a estufa

inteligente possibilita a atenuao dos problemas quanto ao manuseio das tarefas,

ao dispndio de tempo, produo de produtos sadios com tecnologia limpa e com

maior produtividade e rentabilidade, ela se torna imprescindvel e viabiliza a sua

incorporao no mercado que caminha rapidamente para o avano das tcnicas de

automao.


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3 JUSTIFICATIVA

A necessidade de os produtores protegerem as suas plantas, principalmente

durante os perodos climticos mais adversos, o principal fator para que sejam

utilizadas as estufas. A sua utilizao cada vez maior em todo o mundo, evitando-

se os danos causados por mudanas climticas como: temporais, geadas, nevadas,

granizo, frio extremo, etc., ou seja, ms condies ambientais, que dificultam o

cultivo de plantas em condies naturais.

Estufas hidropnicas aceleram a produtividade e a competitividade dos

produtos no mercado, pois elas possibilitam produzir fora de poca, melhoram aqualidade das plantas, ajudam no controle das pragas e doenas, economizam gua

da irrigao, diminuem o desperdcio de gua e nutrientes, melhoram a

apresentao e identificao do produto para o consumidor, alm de utilizarem

menor nmero de funcionrios com condies melhores de trabalho e segurana.

Portanto, com a produo de uma estufa hidropnica automatizada os

produtores podem alm de ter as vantagens das estufas normais, podem obter o

controle da irrigao e nveis dos tanques e tambm o monitoramento datemperatura e umidade dentro desse ambiente protegido, de acordo com o

necessrio para melhorara performance de sua produo. Visto que tudo isso pode

ser avaliado por meio de um supervisrio em seu computador.


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4 MATERIAIS E METODOLOGIA

4.1 Materiais Utilizados e Programa Supervisor

x Chave geral

x Fonte chaveada 110/220 VAC / 24VDC

x Disjuntor monofsico ou bipolar

x CLP MicroLogix 1200

x Contator Siemes srie 3RT1

x Eletrobomba

x Vlvula eletromagntica (ON/OFF)

x Cooler

x Controlador de Temperatura e Umidade

x Boia de nvel

x Boto de emergncia

x Sinalizador

x Bornes

x Painel eltrico

x Cabos eltricos

x Metalon

x Tubos e conexes de PVC

x Mangueiras Cristal

x Madeira MDF

x Solda Eltrica

x Poliestireno liso reciclado(acrlico)

x Tanque de abastecimento

x Canaleta autoadesiva

x Parafusos

x Vlvula esfera mecnica

x Vlvula solenoide

x Supervisrio InduSoft Web Studio


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4.2 Descrio dos Materiais

Chave geral: permite ativar e desativar o fornecimento de energia eltrica

para o painel eltrico com total segurana, 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 inglsswitched-mode power supply [SMPS] ), um dispositivo utilizado para fazer a

transformao de corrente alternada em corrente contnua, com sua regulagem

atravs de chaveamento.

Figura 5. Fonte chaveada.

Fonte: Mehl, 2012.


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Disjuntor monofsico ou bipolar: Utilizado para proteo de circuito, com

manoplas coloridas para fcil visualizao, com interrupo em aplicaes

residenciais de 4, 5, 6 ou 10 KA, para aplicao industrial 6, 10 ou 15 KA, At 63A,

6kA/400V NBR IEC 60947-2, fixo, 4,5kA/400V NBR NM 60898, PSL4

Monopolar.

Figura 6. Disjuntor Monofsico ou Bipolar.

Fonte: Moeller, 2012.

CLP MicroLogix 1200: um computador baseado nos microprocessadores,

que desempenha uma funo determinada por um programa criado pelo usurio em

sua memria. Mais especificamente, o CLP Micrologix 1200 um Controlador

pequeno para diversos locais e utilizaes, porm com muitas utilidades, podendo

ser utilizado em vrias aplicaes, porque ele tem a possibilidade de expanso das

portas I /O utilizando mdulos sem racks de E / S, com esta opo voc consegue

expandir o sistema com uma economia em relao a outros controladores.

Figura 7. CLP Allen Bradley.

Fonte: Allen Bradley, 2012.


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Contator Siemes srie 3RT1: Componente eltrico composto por uma bobina

que, quando energizada, altera os seus contatos (os que estavam abertos se

fecham e vice versa), e seus contatos auxiliares so adequados para os rels

eletrnicos de correntes menor que 1 mA.

Caractersticas principais: tamanhos diferentes, AC-DC e ativao IEC 60947

/ DIN EN 60947 (VDE0660), mecnica e eltrica de alta durabilidade, prova de clima,

contato de segurana de acordo com a norma DIN EN 50274, selo-em-selo projeto

de at 60 C.

Figura 8. Contator Siemes.

Fonte: Siemes, 2012.

Eletrobomba: Este componente eltrico de tamanho pequeno, mas com boapotncia de jato de gua tem por finalidade mandar a gua de um tanque para outro.

Materiais: Corpo: termoplstico;

x Terminais: Faston 6,3mm;

x Rigidez Dieltrica: 1.500 Vca;

x Tenso: 127 Vca - 60Hz;

x Vazo: ; 21 L / min;

Figura 9. Eletrobomba.

Fonte: Emicol, 2012.


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Vlvula eletromagntica: Componente eletro-hidrulico que funciona com uma

bobina no seu interior que, quando energizada, abre o sistema liberando a

passagem de gua, e ao ser desenergizada bloqueia a passagem da gua.

Figura 10. Vlvula On/Off.

Fonte: Emicol, 2012.

Cooler: formado por dois dispositivos: um dissipador de calor que um

pedao de cobre ou alumnio recortado e uma ventoinha, que um pequeno

ventilador colocado sobre o dissipador de calor. Ele ser utilizado para realizar a

ventilao em nosso ambiente (estufa).

Figura 11. Cooler.

Fonte: Atera, 2012.


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Transmissor de Temperatura e Umidade: O sensor medidor de temperatura e

umidade do ar 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 sada de 4 a 20 mA, e suas sadas podem ser em tenses de 0 a

10VCC, sua transmisso de umidade pode ser configurada entre ponto de orvalho e

umidade relativa.

Figura 12. Transmissor de Temperatura e Umidade.

Fonte: Novus, 2012.

Boia de nvel: Montagem realizada atravs de tubulaes interna em

reservatrio com arruela de vedao para furo de 16mm. Sua boia ou flutuador

magntico possui a funo de um contato eltrico abre/fecha, ou seja, quando a

gua passa pelo flutuador ele sobe, fechando o contato e mostrando a localizao

da gua no tanque.

Figura 13. Boia de nvel.

Fonte: Icos, 2012.


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Boto de Emergncia: O boto de emergncia foi colocado no circuito para

ser acionado em caso de o sistema realizar operaes inesperadas ocasionando

riscos crticos ao colaborador e ao prprio sistema. Uma vez acionado o boto todas

as funes eltricas so desativadas cortando a passagem de eletricidade para o

sistema.

Figura 14. Boto de emergncia.

Fonte: Pilz, 2012.

Sinalizador: Lmpada sinalizadora fixada no quadro eltrico muito importante

para que quando acionada acesa mostra que o painel est energizado.

Figura 15. Sinalizador.

Fonte: Eletruscomp, 2012.


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Bornes: Utilizado como terminal de contato entre os sensores de campo e os

controladores do painel, com a utilizao de bornes evita-se a realizao de

emendas de cabos deixando o painel mais prtico e seguro.

Figura 16. Bornes.

Fonte: Wago, 2012.

Painel eltrico: Painel com a medida de 500 mm por 800 mm, utilizado para

fixar os componentes e proteger o circuito.

Figura 17. Painel Eltrico.

Fonte: Queimatech, 2012.


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Cabos eltricos: Condutores eltricos, quando energizados, oferecem livre

passagem para os eltrons com poucas perdas de carga. utilizado como principal

funo passar eletricidade de um ponto para outro. Normas aplicveis: Requisitos do

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

x Resistncia eltrica: NBR NM-280 da ABNT/ MERCOSUL.

Figura 18. Cabos eltricos (Azul 1,0 mm Flexvel).

Fonte: Qually, 2012.

Metalon: Peas de ferro fundido quadrado ou retangular, este material tem as

suas vantagem nos aspectos que so regidos, por serem leves comparados a outras

ligas de ferro. O metalon um material galvanizado, ou seja, ele tem uma camada

protetora e por ele ser um material galvanizado, ele timo para solda, pois no

oxida com facilidade e com isto aumenta sua vida til. Tubo de ao carbono

quadrado 25 X 1.2 SAE1008-1012 / NBR6591.

Figura 19. Metalon.

Fonte: Artigonal, 2012.


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Tubos e conexes de PVC: utilizado para circulao de gua no circuito da

estufa e tambm para realizao de todo o sistema hidropnico de nosso projeto. Os

tubos de PVC so muito utilizados pelo fato de serem de baixo custo, leves e com

vida til maior que outros materiais.

T um engate hidrulico, para ampliar sua sada de vazo, utilizado quando

se necessita de passagem do fluido em dois pontos simultaneamente.

Cotovelo utilizado para realizar montagem de um circuito hidrulico, onde se

tm vrias curvas ao longo do projeto e realizam-se as mesmas em curvas de 90

com a utilizao dos cotovelos. Tubos de PVC seguem a norma ABNT-NBR

5448/1999.

Figura 20. Tubos e conexes PVC.

Fonte: PVCBrazil, 2012.

Mangueiras Cristal: Mangueira produzida de PVC transparente e flexvel, que

pode ser utilizada para diversos fins. No presente sistema ela est sendo utilizada

para passagem de gua em alguns pontos. Suas vantagens na utilizao que por

ser malevel evita conexo, assim economizou-se material e diminuram-se pontos

de possveis vazamentos.

Figura 21. Mangueiras Cristais.

Fonte: Osaflex, 2012.


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Madeira MDF: Material produzido por fibras de madeira, e conhecido como

ecologicamente correto, um material fcil de trabalhar que proporciona excelentes

acabamentos, por este motivo utilizado tanto para uso residencial quanto para uso

domstico, porm no aconselhado em ambientes com muita umidade e contato

excessivo com gua, por este motivo no presente prottipo teve-se um cuidado

especial de no haver contato excessivo de gua.

Figura 22. Madeira MDF.

Fonte: Montagge, 2012.

Soldagem a arco eltrico com eletrodo revestido (em InglsShielded Metal

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

eltrico, em que a alta temperatura funde o material com o eletrodo, e a fuso dos

matrias so protegidas pelos gases reproduzidos durante a fuso do revestimento.

Posteriormente a escria lquida caminha at o ponto de fuso e forma uma camada

protetora sobre o ponto de solda. Este modelo de solda um dos mais utilizados no

Brasil, por ser de boa qualidade e fcil acesso. Norma de solda de ao carbonoAWS A 5.1.

Figura 23. Eletrodo Revestido.

Fonte: ESAB, 2012.


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Poliestireno liso reciclado (Acrlico): termoplstico reciclado duro que se

caracteriza por ser claro e brilhante, preo acessvel e baixa absoro de umidade.

O poliestireno reciclado muito parecido visualmente com o acrlico, porm

encontrado em valor comercial muito mais acessvel, por este motivo foi o escolhido

para fazer parte do prottipo vedando suas laterais.

Figura 24. Poliestireno reciclado.

Fonte: Macedoplasticos, 2012.

Tanque de abastecimento: dois reservatrios utilizados para armazenar gua,

em que o primeiro a gua chega aps passagem pelo sistema e depois bombeadapara o segundo onde iniciar a passagem pelo sistema novamente. Os tanques

foram comprados prontos e encontram-se em qualquer mercado, eles tm

aproximadamente capacidade para 25 litros, da marca sereno flex.

Figura 25. Tanque de abastecimento.

Fonte: Ciashop, 2012.


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Canaletas em PVC: Indicadas para instalao eltrica de pequeno porte,

telefonia e informtica. As canaletas no propagam fogo e so muito prticas por

possurem uma fita adesiva nos modelos 10x10 e 20x20.

Figura 26. Canaleta de PVC.

Fonte: Alumbra 2012.

Parafusos: parafuso cabea chata bicromatizado, rosca soberba para fixar a

madeira MDF na estrutura metlica e parafuso rosca mquina cabea redonda com

fenda simples utilizada para fixar o painel eltrico na estrutura metlica.

Figura 27. Parafusos.

Fonte: Bigfer, 2012

Vlvula esfera mecnica: Tipo de vlvula desenvolvida para funcionamento

mecnico abrir/fechar, ela oferece um grande grau de segurana para todas suas

utilizaes, seu preo acessvel, e tem um timo desempenho para vedao de

fluido, vapor ou gs, e tambm pode ser utilizada para passagem reduzida do fluido.

Figura 28. Vlvula Esfera.

Fonte: Jefferson, 2012.


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Vlvula solenoide:Um tipo de vlvula, que pode ser utilizada em vrias reas,

formada pelo seu corpo mecnico onde tem a passagem de gua, e a bobina

solenoide por onde passa a corrente eltrica, quando energizada ela gera uma fora

no centro da bobina fazendo com que o embolo da vlvula acione para abrir e fechar

a passagem de gua.

Figura 29. Vlvula Solenoide.

Fonte: Jefferson, 2012.

4.3 Supervisrio Indusoft

O InduSoft Web Studio uma poderosa coleo de ferramentas de

automao que inclui todas as funes necessrias para desenvolver integraes

entre operador e mquina, sistemas SCADA, instrumentao incorporada e controle

de aplicaes para todos os sistemas Microsoft.


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4.3.1 Descrio das telas do Supervisrio

Figura 30. Folha de Rosto.

Figura 31. Tela Principal.

1- Display de temperatura e umidade2- Monitoramento das sadas do CLP.


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3- Monitoramento dos tempos de abertura das vlvulas e de espera.

4- Controles dos nveis dos tanques

5- Superviso dos alarmes e sistema.

6- Botes de comando do supervisrio.

7- Display dos alarmes e falhas.

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

Para ajustes dos limites: Mnimo e Mximo de temperatura e de umidade, os

mesmos sero monitorados na tela Principal.

Figura 33. Tela para a execuo das operaes em manual.

Tela para execuo manual de ativao dos componentes da estufa de forma

independente.


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Figura 34. Tela para ajustes dos tempos de irrigao e de espera.

So divididas em trs segmentos e programadas de acordo com a

temperatura da estufa, ou seja, dentro de cada range de temperatura o tempo de

irrigao e a espera pode ser programada para ser executado. Cada grupo de

headerspode ser programado com tempos de irrigao diferentes.Para o cooler, o tempo de funcionamento e de espera programado de

acordo com a necessidade da estufa, no est vinculado com as temperaturas.


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headers A e B com o C so de tubos menores de PVC de duas polegadas,

por onde passam a soluo nutritiva que alimentam as hortalias. Nestes

tubos foram feitos furos de 1 1/4 de polegada para fixao das hortalias.

Para realizar o tamponamento dos headers utilizaram-se tampes de quatro

polegadas.

Circuito hidrulico da estufa

x Para se construir o sistema de irrigao, foram utilizadas duas mangueiras

Crystal de 1/2 polegada que saem do tanque de irrigao (1) e passa por

vlvulas esferas mecnica para controlar o fluxo e por vlvulas solenoides

(H.A e H.B) que liberam a passagem da soluo nutritiva at os headers A

ou B. Ento, a soluo nutritiva passa pelos canais de irrigao onde ficam as

hortalias e so captadas pelo header C para serem direcionadas atravs de

uma mangueira Crystal de 3/4 de polegada para o tanque de abastecimento

(2).Na sada do tanque de abastecimento (2), foi instalada uma bomba com

capacidade de bombear 20 litros por minuto, ela responsvel por mandar a

soluo nutritiva atravs de uma mangueira Crystal de 3/4 de polegada para otanque de irrigao (1).

Isolamento da estufa

x Para fechar a estufa, usaram-se placas de acrlicos (Poliestireno reciclado),

esses foram fixados com parafusos e arruelas de borracha na estrutura

metlica da estufa.


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4.4.2 Montagem Eltrica

x Foi reutilizado um quadro eltrico 500x800 mm, por este motivo podem

aparecer pontos de cortes no utilizados. Na placa do fundo, foram feitos

furos para fixao das canaletas e de alguns trilhos que faltavam.

x Dentro do quadro, foram fixados todos os componentes como, por exemplo:

CLP, rels, disjuntores de segurana, boto de emergncia e LED para

sinalizao de painel ligado e de emergncia, fonte chaveada 110-220VAC /

24VDC, contator motor, e bornes.

x Depois de fixados todos os componentes, iniciou-se a ligao dos cabos,

utilizando-se de cabos 1,0 mm; foram colocados terminais nas pontas dos

cabos e ligados nos equipamentos e levados at os bornes, para que possam

sair para os componentes de campo.

x Para controlar os nveis dos tanques foram instalados trs boias de nveis em

cada tanque.

x Para exemplificar a circulao de ar na estufa, foi instalado um cooler fixado

na estrutura logo abaixo do tanque de irrigao (1).

x 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 supervisrio no computador.

x Para fazer a liberao da soluo nutritiva nos headers A ou B foi insta lado

duas vlvulas solenoide antes de cada header.


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4.4.3 Programao

Foi desenvolvido o programa no CLP com base na metodologia adquirida no

decorrer do curso, seguindo o conceito de programao do equipamento, e o

princpio de dividir a lgica de programao em segmentos:

x Segurana do equipamento: Na qual foram colocados em foco no programa

todos os itens crticos que podem trazer problemas ao funcionamento correto

do equipamento.

x Segurana de operao: Na qual foi colocado em foco todo o sistema de

segurana (Emergncia) que pode trazer um risco ao operador.

x Inicializao: Neste processo, o equipamento deve se preparar para entrar no

ciclo de operao, ou seja, o equipamento deve verificar todas as condies

iniciais necessrias para o correto funcionamento do ciclo operacional do

equipamento.

x Ciclo operacional: Neste segmento, o equipamento precisa iniciar o ciclo

operacional conforme foi determinado em sua programao, o mesmo pode

ser executado de forma cclica ou ter a interveno de um operador pararealizar o trabalho.

x Desligamento: o processo pelo qual o equipamento precisa se preparar

para parar o funcionamento, no mesmo ele deve verificar todas as

condies necessrias para realizar este processo, assim como deixar o

equipamento apto para ser inicializado novamente.


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5 RESULTADOS, ANLISES E CORREES DOS DADOS

5.1 Testes Realizados

Os testes do projeto foram realizados em partes, com a expectativa de se

corrigirem possveis erros de montagem e programao.

1 Teste realizado: Conectado o CLP ao computador, efetuaram-se testes de

comunicao entre o mesmo e o computador. Primeiro teste ocorreu sem

problemas, pois a comunicao do CLP ao computador foi um sucesso.

2 Teste realizado: Inseriu-se um programa bsico no CLP para verificar o

acionamento de todos os componentes externos e seu correto funcionamento. Neste

segundo teste, inicialmente no ocorreu como o planejado, pois os programas

bsicos estavam executando normalmente, porm algumas boias de nvel no

estavam respondendo em seu acionamento, assim, foi feita uma verificao no

painel eltrico e no CLP para tentar encontrar possveis causas, e o motivo foiencontrado: estava faltando alimentao em algumas sadas do CLP.

Correes: O sistema eltrico foi desligado, e assim encontraram-se as

sadas do CLP que estavam desenergizadas. Depois de energizar as sadas,

realizou-se um novo teste de verificao e as boias de nvel que no estavam

respondendo comearam a responder o seu acionamento.

3 Teste realizado: Com o programa bsico utilizado para testar acionamentodos sensores, iniciou-se o teste com gua, porm as vlvulas ON/OFFno abriram,

por causa da falta de presso no sistema hidrulico, no podendo dar continuidade

no uso dessas vlvulas para alimentar os headers.

Correes: As vlvulas ON/OFF que no estavam dando passagem para a

soluo nutritiva, por falta de presso, foram substitudas por duas vlvulas

solenoide de baixa presso, e assim, solucionou-se o problema da alimentao dos

Headers.


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4 Teste realizado: Com a programao da parte hidrulica j definida, iniciou-

se o teste com as novas vlvulas solenoide. Essas vlvulas garantiram a

alimentao dos headers, porm a vazo de gua ficou muito alta ocupando toda a

tubulao, com isso a lmina de soluo nutritiva ficou acima da altura ideal para o

plantio na tubulao.

Correes: Para solucionar o problema da alta lmina de soluo nutritiva,

optou-se por colocar antes das vlvulas solenoide duas vlvulas esferas manuais

para controlar a vazo. No foram utilizadas vlvulas proporcionais eltricas para

resolver esse problema, pois as mesmas so de valor inadequado ao projeto.

5 Teste realizado: Com a programao definitiva foi colocada gua nosistema e testado parte por parte o seu completo funcionamento, para a deteco de

possveis erros de construo mecnica do equipamento. No entanto, neste teste

encontraram-se falhas de vedao hidrulicas em dois pontos de conexes,

ocorreram pequenos vazamentos de gua. O primeiro ponto de vazamento se

encontrou nas conexes header C, o segundo ponto de vazamento se localizou na

parte inferior do tanque dois (2) na conexo da mangueira que traz a gua do

header (C) de captao.Correes: Toda a gua do sistema foi retirada, e com a utilizao de orings

foram vedadas melhor as conexes dos headers. O problema de vazamento na

parte inferior do tanque de alimentao (2) foi solucionado apenas apertando melhor

sua conexo, porque a mesma estava com folga dando espao para possveis

vazamentos.

6 Teste realizado: Com a realizao deste teste, encontraram-se doisproblemas, no existe um ponto de sada de gua no sistema, no caso do tanque

dois, pois o tanque um (1) abrindo-se as vlvulas solenoide, a gua deve descer at

o tanque dois (2). O segundo problema que no existe um ponto de entrada de

gua no sistema; ento, no dia dos testes, abriu-se a tampa do tanque dois e

colocou-se gua, mas esta maneira no a mais adequada, analisando-se que este

projeto um prottipo de uma grande estufa em que no vivel abrir-se a tampa

do tanque para colocar gua.

Correes: Para o primeiro problema encontrado no existe um ponto de

sada de gua, foi implantado no tanque de alimentao (2), uma vlvula esfera na


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parte inferior dele, e na correo do segundo problema no existe um ponto de

entrada de gua, foi colocado uma vlvula on/off na parte superior do tanque (2) e

foi acrescentada uma lgica ao CLP para fazer o abastecimento desse tanque

automaticamente.

7 Teste realizado: Um novo teste foi feito utilizando a programao hidrulica

j definida, com as novas vlvulas solenide e vlvulas esferas-mecnica, e obteve-

se o resultado esperado, j que controlando a vazo de gua com as vlvulas

mecnicas a lmina de soluo nutritiva atingiu a altura esperada de 2,5 cm da

tubulao. Neste teste, aproveitou-se para verificar o funcionamento do cooler que

exemplifica a circulao de ar na estufa e verificar se o transmissor de temperatura eumidade estava se comunicando com o CLP. Foi constatado que tanto o cooler

quando o transmissor de temperatura e umidade est funcionando corretamente.

8 Testes finais: Vrias vezes, todo o funcionamento da estufa inteligente foi

testado e foi um sucesso, o CLP est controlando todo o sistema de irrigao e os

nveis dos tanques, alm de monitorar em tempo real a temperatura e umidade.

Todo o sistema e os dados podem ser acompanhados no supervisrio e possibilitamalgumas alteraes como: o tempo de irrigao, de descanso do sistema, o tempo

que o cooler vai funcionar e os valores estipulados para acionar o alarme no

supervisrio.

Finalmente, avaliou-se o resultado do prottipo frente simulao 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 tmsignificativa importncia no processo da produo das plantas, por isso devem ser

detectados com extrema antecipao e preciso; a definio de estratgias de

controle e de ajustes deve ser realizada com segurana e eficincia na conduo do

projeto.


53/121

52

6 CONSIDERAES FINAIS

Concluiu-se que a estufa hidropnica inteligente um prottipo que controla o

perodo de irrigao, nveis dos tanques e monitora as variveis 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 prottipo da Estufa Hidropnica Inteligente, utilizando-se na prtica os

conhecimentos adquiridos no decorrer do curso de Engenharia de Controle e

Automao, tais como: programao de CLP, configurao do supervisrio e

desenhos mecnicos 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 at a sua finalizao.

Portanto, mesmo atingindo os objetivos do incio do projeto, necessrio

salientar que existem outras variveis que podem ser controladas para se obter

maior desempenho da estufa, para isso preciso adaptar o controle usado, alm de

colocar mais sensores de campo e atuadores que possibilitem controlar com maispreciso outras variveis como, a temperatura e a umidade da estufa e as

atenuantes da soluo nutritiva, como: condutividade eltrica, ph e todos os

nutrientes que so essenciais para as hortalias que sero cultivadas.


54/121

53

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59/121

58

ANEXOS


60/121

ANEXO 1 - FOTOS


61/121

Sorocaba SP 25 de Outubro de 2012

FOTO 1 ESTUFA INTELIGENTE

1 Legenda:

1 Tanque de Irrigao

2 Vlvula Esfera Mecnica

3 Cooler

4 Vlvula Eltrica

5 Tubulaes para Plantio

6 Header

7 Base Superior de MDF

8 Estruturas de Metalon

9 Painel Eltrico

10 Base Inferior de MDF

11 Transmissor deTemperatura e Umidade

12 Boia de Nvel

13 Eletrobomba

14 Disjuntor

15 Fonte Chaveada

16 CLP Allen Bradley

17 Contator Siemes

18 Bornes

2

3

4

5

6

7

8

9

10


62/121


FOTO 2 LATERAL DIREITA ESTUFA INTELIGENTE


63/121


FOTO 3 INTERIOR DA ESTUFA

11


64/121


65/121


66/121

ANEXO 2 DETALHAMENTO DO PROJETO


67/121


68/121

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69/121


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70/121

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A A

SEOA-A

ESCALA

1:2

25

1,2

-TUBO1

8QLYHUVLGDGH3DXOLVWD81,3(QJHQKDULDGRH&RQWUROHH$XWRPDomR

Forma

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Descri

o:

Ass:

Desen

ha

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ho:

-1:10

Esca

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A4

OB

SERVAO

MATERIAL

0,0

NOE

SPECIFICADAS

- -

TOLERNCIAS

NORMATIVAS

TRAT

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UPERFICIAL

-

-

-

DATA

REVIS

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PRODUTO

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O

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Da

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Rev.:

00)

VIDE

MONTAGEM

-

1

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ABCDFGHIJ

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PedroIvoA.B

daSilva

-

REFERNCIAS

-

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RenanA.Kadiama

-

APARNCIA

SEGURAN

A

CARACTERSTICAS

ESPECIAIS

A

AJUSTE/FUNO

S

COTA

DE

INSPEO

F

Simbo

log

ia:

E

TORQUE

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SAE1008-1012/NBR6591

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0,5

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-TUBOD

E

ACOC

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5X

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6000MM

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SEOA-A

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Forma

to

Descri

o:

Ass:

Desen

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A4

OB

SERVAO

MATERIAL

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TOLERNCIAS

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VIDE

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REFERNCIAS

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APARNCIA

SEGURAN

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CARACTERSTICAS

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DE

INSPEO

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Simbo

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ia:

E

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SAE1008-1012/NBR6591

-TUBOD

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UADRADO2

5X

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6000MM

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X)

A A


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-TUBO3


Forma

to

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Esca

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APARNCIA

SEGURAN

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CARACTERSTICAS

ESPECIAIS

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SAE1008-1012/NBR6591

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ARBONOQ

UADRADO2

5X

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6000MM

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to

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APARNCIA

SEGURAN

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CARACTERSTICAS

ESPECIAIS

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Simbo

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1:2

25

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-TUBO5


Forma

to

Descri

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Ass:

Desen

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Ass:

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MATERIAL

0,0

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SPECIFICADAS

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Documents

Estufa Inteligente com Sensores Icos