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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2013.tde-12032013-155409
Documento
Autor
Nome completo
Ezequiel Saretta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2013
Orientador
Banca examinadora
Botrel, Tarlei Arriel (Presidente)
Frizzone, Jose Antonio
Garzella, Tiago Cappello
Título em português
Desenvolvimento de um sistema para ensaios de molinetes
Palavras-chave em português
Automação
Eletrônica
Equipamentos agrícolas
Hidrometria
Inovações Tecnológicas
Resumo em português
Molinetes hidrométricos são instrumentos utilizados para estimar a velocidade da água em cursos d"água, tais como rios e canais. Tradicionalmente se utiliza esses equipamentos no monitoramento da vazão dos rios de bacias hidrográficas, sendo uma informação importante para a análise das concessões de outorga de direito de uso dos recursos hídricos. Com isso, evidencia-se a necessidade da tomada de medidas exatas e precisas, o qual deve ser realizado por meio da calibração periódica dos medidores. Todavia, necessita-se de ampla estrutura técnica de suporte para realização deste procedimento, o que justifica a carência de instituições que realizem calibração de equipamentos. Com o avanço da eletrônica e do desenvolvimento de sistemas automáticos de menor interação humana, fundamenta-se a busca pelo aperfeiçoamento da estrutura de realização da calibração de molinetes, visando automatizar o procedimento laboratorial e aumentar a exatidão e precisão na obtenção da equação de calibração. De acordo com o exposto, o presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um sistema automatizado para ensaios de molinetes. O sistema desenvolvido foi composto por: um carrinho de reboque; um canal trapezoidal com talude 1:1, 12 m de comprimento, 2,30 m de largura e 0,72 m de profundidade; um motor de passo, comandado por um driver e um microcontrolador, constituindo o módulo de controle do sistema de tração (MCT); e, de um microcontrolador de medição e processamento de dados, constituindo o módulo de aquisição de dados (MAD). Adicionalmente desenvolveu-se um programa no computador para interação amigável com o usuário, no qual se exibia as informações do ensaio, com opções para escolha da velocidade de deslocamento e para armazenamento dos dados obtidos. Avaliou-se o sistema proposto com o ensaio laboratorial para velocidades do carrinho de reboque entre 0,07 e 2,13 m s-1, sendo realizadas dez repetições por velocidade avaliada. Aplicou-se o teste estatístico ESD (Generalized Extreme Studentized Deviate) para se detectar a presença de outliers nos conjuntos de dados para cada velocidade medida, sendo os mesmos descartados na elaboração da equação de calibração do molinete. Os resultados mostraram que a máxima velocidade de deslocamento do carrinho de reboque foi de 2,13 m s-1. Ao se avaliar o sistema automático de calibração de molinetes na faixa de velocidade estudada, verifica-se que o mesmo proporcionou a obtenção de dados precisos, com uma incerteza expandida de 1,45% na velocidade e coeficientes de determinação da equação de calibração superiores a 90%. Dessa forma, pode-se concluir que o sistema desenvolvido, operando nas condições definidas acima, apresentou um bom desempenho na calibração de molinetes e permitiu atingir os objetivos da pesquisa.
Título em inglês
Development of a system for testing current meters
Palavras-chave em inglês
Automation
Electronics
Hydrometry
Technology
Resumo em inglês
The stream flow can be determined by multiplying the area of the cross section and the velocity of the flow at this cross section. A current meter is a most common instrument that has been used to measure the velocity of flowing water for over a hundred years. The current meters are calibrated by moving the meter at known velocities in a towing tank with still water and recording the rates of revolution of the rotors. The current meter calibrations are normally expressed as a linear equation. Although this method provides high accuracy, it requires large and specialized structures for calibrations. Thus, this research proposed the development of a system to test current meters using a channel with trapezoidal side slope 1:1, 12 m length, 2.30 m width and 0.72 m depth and the rotor of the current meter remained immersed in a water depth of about 0.30 m. The current meter was mounted on a tow cart that was supported on wheels and guided by rails above the channel with known velocities. A step motor performed the movement of the tow cart and it was controlled by a driver and a microcontroller, forming the Driver Control Module (DCM). Another microcontroller was used to record the rates of revolution of the rotor of the current meter on the Data Acquisition Module (DAM). The modules worked responding to requests from a computer by wire serial communication (DCM), or wireless using radio frequency modules (DAM). A computer application displayed information about the test to the user with options to choose velocity and save data. The highest velocity obtained in the towing car was about 2.10 m s-1 and the highest uncertainty was 1.45%. A vertical-axis type current meter (Price pygmy meter) was used because it generates one signal per revolution. However, the data sets obtained from DAM exhibited dubious values from the average; therefore, a statistical test was used to detect the presence of outliers. The Extreme Studentized Deviate (ESD) "many outliers" procedure provided the criteria for outlier"s detection and elimination, improving the average of angular velocity of the current meter. So, the equations obtained for the current meter showed high precision in estimating the angular velocity. The system developed was effective in performing the tests and the modules showed high reliability in responding to requests from the computer, actuating on the current meter movement (DCM) or recording data (DAM).
 
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Data de Publicação
2013-03-27
 
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