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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.11.2018.tde-17072018-145841
Document
Author
Full name
Wagner Wilson Ávila Bombardelli
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2018
Supervisor
Committee
Frizzone, Jose Antonio (President)
Camargo, Antonio Pires de
Duarte, Sergio Nascimento
Rocha, Hermes Soares da
Title in Portuguese
Perda localizada de carga em conexões utilizadas em sistemas de microirrigação
Keywords in Portuguese
Bancada automatizada
Coeficientes experimentais
Hidráulica
Modelagem de conexões
Abstract in Portuguese
Há pouca disponibilidade de informações de perda localizada de carga sobre conexões utilizadas em microirrigação. Diante disso, objetivou-se desenvolver e validar uma bancada automatizada para ensaios e determinar experimentalmente as perdas localizadas provocadas por conexões utilizadas em sistemas de microirrigação. Desenvolveu-se uma bancada automatizada utilizando um circuito eletrônico microcontrolado que dispõe de funcionalidades para aquisição e condicionamento de sinais de sensores; controle de inversor de frequência e válvula proporcional; controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID); e, comunicação Modbus RTU com outros dispositivos através de rede RS-485. O firmware implementado no microcontrolador foi desenvolvido na linguagem C, enquanto que a interface gráfica do usuário (GUI) foi desenvolvida em C#. A metodologia de ensaios foi elaborada combinando recomendações de normas técnicas internacionais. Os ensaios foram conduzidos sob pressão de entrada controlada em 150 kPa, sendo ensaiadas entre cinco e dez peças para cada modelo de conexão. As curvas relacionando vazão e perda localizada de carga foram construídas com, pelo menos, 15 valores de vazão, submetidos sob condição de incremento e decréscimo para incluir eventuais efeitos de histerese do sistema de medição. Foram coletados 30 pontos por condição de vazão, tendo sido realizado uma aquisição de 900 pontos por ensaio. Para cada modelo avaliado foram apresentados as seguintes informações: curva de perda localizada de carga em função de vazão, coeficiente de perda localizada de carga (KL) e comprimento equivalente (Leq). A bancada de ensaios automatizada permitiu a condução dos ensaios onde os sistemas de medição e controle operaram adequadamente, sendo capazes de atender a requisitos estabelecidos em normas técnicas. Os valores aproximados de KL se apresentaram entre 2,70 a 24,08. Em muitos dos casos, o coeficiente tendeu a uma constância após um número de Reynolds de 10000. Pôde-se verificar também a sensibilidade do coeficiente relacionada com a razão das seções internas nas conexões. Os expoentes da vazão assumem valores próximos do que é aplicado pela equação de Darcy-Weisbach (m=2).
Title in English
Minor losses caused by fittings used in microirrigation systems
Keywords in English
Automated bench
Experimental coefficients
Hydraulic
Modeling of fittings
Abstract in English
Information about minor losses caused by fittings employed in microirrigation systems are hard to be found in literature. The objective of this research was to develop and validate an automated bench for determine experimentally minor losses caused by fittings commonly installed in microirrigation. An automated bench was developed using a microcontrolled electronic circuit that has functionalities for data acquisition and signal conditioning; control of variable frequency drive and proportional valve; Proportional-Integral-Derivative Control (PID); and, Modbus RTU communication with other devices through a RS-485 network. The firmware implemented for the microcontroller was programmed in the C language, while the graphical user interface (GUI) was developed in C#. The methodology of tests was based on international standards. The tests were carried out under controlled inlet pressure, at 150 kPa, and five to ten units were tested for each fitting model. The curves relating flow and minor losses were drawn based on minimum of 15 flow values, obtained under conditions of increase and decrease of flow rate in order to take into account possible effects of hysteresis related to the measurement system. In each flow rate, 30 points were collected resulting in a sample size of 900 points in each test. For each model of fitting evaluated, the following information was presented: curves of minor losses as a function of flow rate, minor loss coefficient (KL) and minor losses expressed as an equivalent length (Leq). The automated test bench enabled to carry out the experiments properly, being able to meet the requirements established by technical standards. The values of KL presented ranged from 2.70 to 24.08. Usually, that coefficient tended to become constant for Reynolds number higher than 10000. The sensitivity of the coefficient related to a ratio of the internal sections in the connections was also verified. The flow exponents presented values close to what is applied by the Darcy-Weisbach equation (m = 2).
 
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Publishing Date
2018-07-23
 
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