Automatização de pulverizador pneumático visando à eficiência da aplicação e redução de impactos ambientais

Abstract

O pouco conhecimento da tecnologia de aplicação de agrotóxicos pelos produtores agrava os problemas associados à aplicação de má qualidade, aumentando as perdas de produto e a contaminação do ambiente. Em campo, é difícil obter o controle de todos os fatores que interferem na aplicação, como, por exemplo, as condições meteorológicas. Fisicamente, o déficit de pressão de saturação do vapor de água no ar (DPVar) determina a capacidade evaporativa do ambiente, sendo uma variável meteorológica importante a ser considerada durante as aplicações. Para contornar as condições meteorológicas adversas, há a necessidade da adequação dos parâmetros durante a aplicação em campo. Uma alternativa é o uso da tecnologia embarcada provida de sensores e microcontroladores para automatização dos equipamentos. Na pulverização pneumática, é possível uma variação dos parâmetros da aplicação a partir do controle do volume de ar responsável pelo fracionamento das gotas. Portanto, objetivou-se com este trabalho automatizar um pulverizador pneumático para o ajuste dos parâmetros técnicos da aplicação frente à diversidade das condições meteorológicas. Para o controle da vazão de ar foi construído um diafragma de chapa de aço galvanizada e posicionado na entrada do ventilador. Foram previamente estudadas oito aberturas do diafragma, entre 30 e 100 % do diâmetro inicial. A curva característica do ventilador, para cada abertura do diafragma, foi obtida com auxílio de um tubo de Pitot para a medida das velocidades do ar. Utilizou-se um termopar na saída do bocal do canhão para a medição da temperatura da corrente de ar produzida pelo ventilador. Para aplicação em campo, foram estabelecidas três classes de capacidade evaporativa do ar, especificadas como baixa (DPVar &#8804; 7,01 hPa), média (7,01 < DPVar &#8804; 12,67 hPa) e alta (12,67 < DPVar &#8804; 30,00 hPa). Assim, não ocorreu a aplicação quando o DPVar estava acima de 30,00 hPa. As aberturas de 30 e 40 % foram descartadas por não produzirem suficiente atomização. Avaliaram-se o diâmetro da mediana volumétrica, densidade de gotas, percentagem de cobertura, coeficiente de homogeneidade e amplitude relativa para as aberturas do diafragma, em cada intervalo de DPVar. Para a automatização, foi construído um sistema eletromecânico associado a um sistema eletrônico formado por microcontrolador, sensor de temperatura e umidade relativa do ar e sensores de posição que foram colocados na estrutura mecânica. Foi desenvolvido um algoritmo de controle do sistema para a adequação da abertura do diafragma à faixa de DPVar. Avaliou-se o tempo de resposta e a precisão de posicionamento do diafragma para uma determinada condição meteorológica. A maior e menor vazão de ar foi obtida nas aberturas de 100 e 50 % do diafragma, correspondendo às vazões de 51,28 m3 min-1 e 38,97 m3 min-1, respectivamente. Entre as aberturas de 100 e 70 % a vazão de ar reduziu 4,56 %. Para as demais aberturas 60, 50, 40 e 30 %, houve redução na vazão de ar de 14,08; 24,00; 35,37 e 47,09 %, respectivamente. Com o fechamento do diafragma, ocorreu aumento da temperatura do ar na saída do ventilador, chegando a 36 °C quando a temperatura ambiente era de 27 °C. Os maiores tamanhos de gotas foram obtidos nas menores vazões de ar, sendo que, o aquecimento elevado na saída do ventilador, associado ao baixo volume de aplicação, não permitiu a formação de gotas de maior diâmetro. As faixas úteis de aplicação foram reduzidas conforme o decréscimo da vazão de ar e houve o aumento do DPVar, pelo aumento no processo de evaporação. Observou-se comportamento semelhante de aplicação nas maiores vazões de ar para as condições de baixa e média capacidade evaporativa do ar, devido à estreita faixa entre eles. Todos os parâmetros da aplicação analisados tiveram valores reduzidos no maior intervalo de DPVar, pelo maior poder evaporativo do ambiente. Encontrou-se para o pulverizador automatizado vazões de ar estatisticamente diferentes à 5 % de probabilidade, com boa precisão, baseado nos valores do coeficiente de variação, que esteve abaixo de 3,5 %. As vazões de ar obtidas tiveram valores bem próximos daquelas tomadas manualmente. O maior tempo de resposta de posicionamento do diafragma foi de 66,3 segundos, o que, para uma velocidade de 2,6 km h-1, representa uma distância percorrida de 47,88 metros. O sistema apresentou uma boa precisão de tempo de resposta, com todos os componentes analisados possuindo coeficiente de variação abaixo de 5,0 %.

The lack of knowledge of pesticide application technology by growers aggravates the problems associated to the application of poor quality, increasing product losses and environmental contamination. In the field, it is difficult to control all factors that affect the application, for example, weather conditions. Physically, the water vapor pressure deficit in the air (VPDair) determines the evaporative capacity of the environment, being an important meteorological variable to be considered during the applications. To avoid the adverse weather conditions, there is a need for adjustment of parameters during the application in the field. An alternative is the use of embedded technology provided with sensors and microcontrollers for automation equipment. In the pneumatic spraying, it is possible a variation of the application parameters by controlling the air volume responsible for the droplets fractionation. Therefore, this study aimed to automate a pneumatic sprayer for setting the application technical parameters against the diversity of weather conditions. To control the air flow a diaphragm was built from a galvanized steel sheet and placed onto the fan inlet. Eight diaphragm openings were studied between 30 and 100 % of initial diameter. The fan characteristic curve for each opening was obtained with the aid of a Pitot tube for the measurement of air velocities. It was used a thermocouple at the cannon outlet to measure the temperature of the air stream produced by the fan. For application in the field, it were established three classes for evaporative capacity of air, specified as low (VPDair &#8804; 7,01 hPa), medium (7,01 &#8804; VPDair &#8804; 12,67) and high (12,67 &#8804; VPDair &#8804; 30,00 hPa). Thus, the application did not occur when the VPDair was higher than 30,00 hPa. The 30 and 40 % of diaphragm openings were excluded for not producing enough atomization. It were evaluated the volumetric median diameter, the droplets density, the coverage percentage, the homogeneity coefficient and the relative amplitude, for each interval of VPDair. For automation, it was built an electromechanical system associated to an electronic system comprised of microcontroller, temperature and relative humidity sensor and position sensors that were placed into the mechanical structure. It was developed a system control algorithm for adjustment of the diaphragm opening to the interval of VPDair. It was evaluated the response time and the accuracy of diaphragm positioning for a weather condition. The highest and lowest air flow was obtained with the diaphragm openings of 100 and 50 %, corresponding to the air flows of 51,28 m3 min-1 e 38,97 m3 min-1, respectively. Between the diaphragm openings of 100 and 70 % the air flow decreased 4,56 %. For the other diaphragm openings 60, 50, 40 e 30 %, there was air flow reduction of 14,08; 24,00; 35,37 and 47,09 %, respectively. With the closing of the diaphragm, it occurred an increasing on the air temperature at the fan outlet, reaching 36 °C when the environment temperature was 27 °C. The highest droplets size were obtained at the lowest air flow, and that, with the elevated heating at the fan outlet, associated to the low application rate, did not allowed the formation of higher droplets size. The application useful range was reduced as the air flow reduced and there was a increasing on the VPDair, by the increasing of the evaporation process. It was noticed similar application behavior in the low and medium evaporative capacity of the air, due to the narrow range between them. Every application parameters analyzed had its values reduced in the highest interval of VPDair, by the higher evaporative power of the environment. It was found for the automated sprayer air flows statistically different to 5 % probability, with good accuracy, based on the values of the coefficient of variation, which was below 3,5 %. The longest positioning response time of the diaphragm was 66,3 seconds, which, for a travel speed of 2,6 km h-1, represents a distance traveled of 47,88 meters. The system showed good accuracy of response time, with every components analyzed having a coefficient of variation below 5,0 %.