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6 – Sistemas de irrigação
(parte 2)
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irrigação localizada: é o método em que a água
é aplicada diretamente sobre a região radicular,
com baixa intensidade e alta freqüência. Métodos
de irrigação: gotejamento e microaspersão.
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sistemas não convencionais: xique-xique e
outros.
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6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do
método
Água
-
vazão;
freqüência de oferta;
custo; e
qualidade.
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6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do
método
Solo
- textura;
- profundidade; e
- salinidade.
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6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do
método
Cultura
- hábitos de crescimento;
- característica da parte comercial; e
- susceptibilidade à doenças.
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6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do
método
Topografia
Clima
Mecanização e tratos culturais
Mão-de-obra
Aspectos econômicos
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6.4 – Sistema de irrigação por aspersão
- Adaptabilidade do sistema
- vantagens e limitações
- componentes do sistema
- aspersores
- tubulações
- motobomba
- acessórios
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- Classificação dos aspersores quanto à
pressão de serviço:
- baixa pressão (<250 kPa):
Øbocal < 4,0 mm e Q < 1,0 m3 h-1.
- média pressão (de 250 a 400 kPa);
4,0 < Øbocal < 7,0 mm e 1,0 < Q < 6,0 m3 h-1.
- alta pressão (>400 kPa) Tipo
canhão (1 a 3 bocais); 6,0 < Q < 40,0 m3 h-1.
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- Fatores que afetam o desempenho dos
aspersores
-
bocais
pressão de serviço
superposição
vento
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Critério para dimensionamento: a variação de
vazão entre o primeiro e o último aspersor não
poderá ser maior que 10%.
Qa = Cd A
2 g Ps
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Q1 = Cd A
2 g Ps1
Qn = Cd A
2 g Psn
1,1 =
Ps1
Psn
1,1 Q n = Cd A 2 g Ps1
Q n = Cd A 2 g Ps n
Ps1
1,21 =
Ps n
Ps1 = 1,21 Psn
Para um limite de variação de vazão de 10% na linha
lateral, a pressão de serviço tem um limite de
variação equivalente a 21% da pressão de serviço.
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Equação para dimensionamento: Hazen-Wiliams
1,852
Q
 
C

hf = 10,646
D 4,87
L
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Linha lateral em nível hf = 0,20 x Ps
Linha lateral em aclive hf = 0,20 x Ps - ∆Z
Linha lateral em declive hf = 0,20 x Ps + ∆Z
∆Z é o desnível topográfico.
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Fator de Christiassen
1
1
m −1
F=
+
+
m + 1 2 N 6 N2
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais com 2 diâmetros
1
 m+1
n

D
  1  − 1 
 D 

L2 = 

n
  D1  − 1
  D2 



hfLL = hf1 + hf2 – hf3
L
hf1 D1, L, Qt
hf2 D2, L2, Q2
Hf3 D1, L2, Q2
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- Dimensionamento das tubulações
- linhas laterais
Relação entre Pin, Pfim e Pmed
Pin = Ps + 0,75 x hfLL + Aa (em nível)
Pin = Ps + 0,75 x hfLL - 0,5 ∆Z + Aa (em declive)
Pin = Ps + 0,75 x hfLL + 0,5 ∆Z + Aa (em aclive)
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- Dimensionamento das tubulações
- linha principal
Critérios de dimensionamento
- baseado
longo da linha;
- baseada
entre a primeira
- baseada
na velocidade média permitida ao
na perda de carga pré-estabelecida
e a última linha lateral; e
em análise econômica.
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- Dimensionamento das tubulações
- Altura manométrica total
Hman = (hs + hr + hfsução + hfrecalque + PinLL ) 1,05
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- Desempenho de um sistema de irrigação
por aspersão
A análise do desempenho de um sistema de
irrigação por aspersão pode ser feita por meio
da
determinação
do
coeficiente
de
uniformidade, que reflete numericamente a
qualidade da aplicação de água pelo sistema,
ou seja, determina a uniformidade de
distribuição da água.
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- Desempenho de um sistema de irrigação
por aspersão
- Coef. Unif. Christiassen (CUC)
n

∑ xi − X

CUC = 100  1 − i=1
nX







- Coef. Unif. Distribuição (CUD)
CUD = 100
x
X
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- Desempenho de um sistema de irrigação
por aspersão
- Coef. Unif. Estatístico (CUE)


CUE = 100  1 −




∑ (xi − X ) 
i=1

(n − 1) X 2 


n
2
- CUD = 1,59 CUC - 59
- CUE = 1,25 CUC - 25
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- Na impossibilidade de se avaliar a
distribuição de água em toda área irrigada,
recomenda-se executar ensaios em locais mais
representativos.
- Em sistemas por aspersão convencional,
deve-se escolher locais sob diferentes pressões
de operação dos aspersores, levando-se em
consideração sua representatividade espacial.
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Sendo um único ensaio, o mesmo deve ser
executado onde prevalece a condição operacional
média (cerca de 37% do comprimento da lateral).
Sendo viável a execução de dois ensaios, o
segundo deve ocorrer próximo à extremidade
final da linha lateral (pequenas variações de
pressão,
tornam
os
resultados
bastante
representativos).
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Um terceiro ensaio, quando possível, deve ser
conduzido próximo ao local correspondente a 50%
da perda de carga na linha lateral, ou cerca de
20%
do
comprimento,
representando
os
aspersores que operam à maiores pressões.
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Para facilitar o processamento, os coletores
devem apresentar a mesma área de influência.
Caso
contrário,
deve-se
atribuir
valores
ponderais a cada coletor.
Os dois índices de eficiência utilizados são assim
definidos:
Eapl =
quantidade de água útil
quantidade de água aplicada
Earm =
quantidade de água útil
quantidade de água requerida
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A quantidade de água útil representa a fração
beneficamente utilizada para satisfazer os
processos fisiológicos associados à produção,
podendo incluir lixiviações para controlar o
excesso de sais solúveis eventualmente presentes
no ambiente radicular.
A quantidade de água aplicada refere-se ao
volume escoado nos bocais dos aspersores. Esses
volumes serão ajustados às mesmas unidades
expressas nas quantidades de água definidas no
numerador das equações propostas.
A quantidade de água requerida pode representar
um volume, uma área, ou uma lâmina, a ser
armazenada no ambiente radicular.
A Eapl caracteriza a proporção da água aplicada
que permanece útil à cultura. Portanto, até que
não haja perdas por percolação, a Eapl permanece
próximo à unidade, refletindo apenas as perdas
por evaporação, em geral, muito reduzidas.
Dessa forma, mesmo que a Eapl seja elevada, a
irrigação pode resultar em enorme deficiência de
água às culturas durante o turno de irrigação
adotado.
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Para superar essa limitação, adotou-se a Earm que
responde pela qualidade da reposição de água no
ambiente radicular.
Assim, uma Earm de 100% indica que houve
reposição plena de água útil em todos os locais
amostrados.
Aplicações
excessivas
serão
detectadas pela Eapl.
Portanto, apenas esses dois índices permitem
avaliar objetivamente a qualidade das irrigações.
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Os dados, a seguir, representam volumes de água
coletados (cm3) em uma área irrigada por
aspersão convencional, após 4 h de operação de
aspersores regularmente espaçados de 12 x 12
m, com vazão média avaliada em 1,44 m3 h-1.
Os coletores com áreas de influência idênticas de
12 m2, foram simetricamente dispostos entre 4
aspersores adjacentes em operação simultânea.
Assumir uma lâmina requerida de 4,0 cm e uma
área de captação dos coletores de 80 cm2.
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580
310
540
300
450
260
380
210
340
120
325
060
A quantidade de água requerida, expressa como
volume,
corresponde
à
lâmina
requerida
multiplicada pela área de captação dos coletores,
ou seja 4 cm x 80 cm2 = 320 cm3. Portanto, os
volumes coletados excedentes a 320 cm3
constituem perdas por percolação. Se inferiores,
serão integralmente adicionados à quantidade útil
ou disponível, conforme indicado a seguir:
580
310
540
300
450
260
380
210
340
120
325
060
Água útil = (6 x 320) + 310 + 300 + 260 + 210
+ 120 + 60 = 3180 cm3
Água req = 320 cm3 x 12 coletores = 3840 cm3
Água apl = 1,5 m3 h-1 x 4 h / 144 m2 = 0,04167m
= 4,167 cm 4,167 cm x 80 cm2 x 12 coletores
= 4000 cm3
Eapl
quantidade de água útil
3180
=
=
= 0,795
quantidade de água aplicada 4000
Earm
quantidade de água útil
3180
=
=
= 0,828
quantidade de água requerida 3840
Os resultados indicam perdas de 20,5%. Na
ausência de deflúvio superficial, essas perdas são
atribuídas à percolação para fora do ambiente
radicular da cultura e evaporação da água
aspergida entre os bocais dos aspersores e os
coletores.
A percolação é facilmente calculada:
água coletada - água útil
(3875 − 3180)
695
Perc =
=
=
= 0,174
quantidade de água aplicada
4000
4000
As perdas por evaporação podem ser estimadas,
subtraindo-se a percolação das perdas totais, ou
seja, 0,205 - 0,174 = 0,031.
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A estimativa das perdas por evaporação assume
que o volume total coletado represente fielmente
o volume aspergido, descontando-se as perdas
por evaporação. Deve-se admitir a reduzida
probabilidade
de
apenas
12
coletores
reproduzirem com precisão, o volume total
aspergido na área de ensaio.
Portanto,
apesar
desta
estimativa
estar
rigorosamente inserida no balanço de volume
aplicado, sua interpretação deve ser cautelosa. O
aumento do número de amostras deve favorecer
essa interpretação.
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n


∑ xi − 317,5 


CUC = 100  1 − i=1
12. 317,5 




 1355 
CUC = 100  1 −
 = 64,4 %
 3810 
Estes resultados comprovam que a aplicação do
coeficiente de uniformidade de Christiansen
fornece poucas informações práticas na avaliação
de sistemas de irrigação por aspersão, cujo
desempenho depende basicamente da distribuição
espacial da água aspergida.
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6.5 – Sistema de irrigação localizada
- Adaptabilidade do sistema
- Vantagens e limitações
- Quantidade de água necessária
AMe
PAM =
AT
AS
PAS =
AT
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- Evapotranspiração
ETc loc = ETcKL
Keller (1978)
KL =
P
P 

+ 0,15 1 −

100
100


Fereres (1981)
Se P ≥ 65% → KL = 1,0
P
Se 29% < P < 65% → KL = 1,09
+ 0,30
100
P
Se P ≤ 20% → KL = 1,94
+ 0,10
100
Keller & Bliesner (1990)
KL = 0,1 P
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- Lâmina e intervalo de irrigação
 UCC − UPM 
 PAM 
IRN loc = 
.Ds.Z.f.

10
 100 


 UCC − Ua 
 PAM 
IRN loc = 
.Ds.Z.

 100 
 10 
IRNloc
ITN loc =
Ea
IRNloc
TR =
ETcloc
- Componentes do sistema de irrigação
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- componentes do sistema
- emissores
- gotejadores 2 a 10 L h-1
- microaspersores 20 a 150 L h-1
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Qa = Cd A
2 g Ps
q = k hx
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- componentes do sistema
- tubulações (60 a 70% do custo)
- Linha lateral (½” g ; ¾” m)
- Linha de derivação
- Cabeçal de controle
- Filtros (areia, tela e disco)
- Injetor de fertilizante
- sistemas de controle de Q e P
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- Filtros
- Centrifugadores
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- Filtros
- Tela
Mesh*
Abertura
(micra)
80
180
100
152
120
125
150
105
180
89
200
74
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- Filtros
- Disco
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- Filtros
- Areia
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- Injetor de fertilizante
- Bomba injetora
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- Injetor de fertilizante
- Venturi
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6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo
da subunidade de irrigação
Coeficiente de Uniformidade
No emissores por planta
Vazão média do emissor
Lâmina e
tempo de
irrigação
Espaçamento
entre
emissores
Vazão das
laterais e
derivação
Tolerância
de vazão
CV de fabricação
do emissor
Tolerância
de pressão
Equação do
emissor (q-h)
Distribuição
da rede de
irrigação
Diâmetros e regime de
pressão nas laterais e
derivação
Secundárias
Principal
Cabeçal
Lev.
topográfico
Fórmulas
de P.C.
P.C.
localizada
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6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo
da subunidade de irrigação
- Tolerância de vazão
 1,27 CV  q ns
CU = 1 −

e  qa

CU =
q 25
qa
- Conhecidos CU, CV e “e”, se calcula
qns.
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6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo
da subunidade de irrigação
- Tolerância de pressão
- Conhecidos qa e qns, assim como a equação do
emissor (q = k hx), são calculadas as pressões média
e mínima.
q
h = 
K
1
x
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6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo
da subunidade de irrigação
- Tolerância de pressão
- A diferença de pressão admissível na subunidde,
∆H, é proporcional a (ha – hns).
∆H = M(h a − h ns )
M = 4,3 (diâmetro constante); M = 2,7 (2 diâmetros) e
M = 2,0 (3 diâmetros). Recomenda-se M = 2,5.
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- A diferença de pressão admissível se divide entre
a lateral e a terciária (ou derivação).
∆H = ∆H l + ∆H t
As variações de pressão incluem as perdas de carga,
bem como os desníveis topográficos.
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Em terrenos com pouco desnível:
∆H
∆H l = ∆H t =
2
Em terrenos com declive favorável às linhas
terciárias, ∆H pode ser distribuído de outra forma,
permitindo uma maior ∆Hl, e ao contrário se o maior
declive estiver no sentido das laterais.
Por outro lado, a distribuição de ∆H em ∆Hl e ∆Ht
pode ser afetada por outros fatores, como a
existência de elementos que limitem o comprimento.
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Exemplo:
qa = 4 L h-1
qns = 3,69 L h-1
q = 1,38 h0,45 (q em Lh-1 e h em “m”)
q
h = 
K
1
x
ha = 10,64 m;
hns = 8,90 m
∆H = 2,5 (10,64-8,90) = 4,35 m
Se ∆Hl = ∆Hns ∆H l = ∆H t =
4,35
= 2,18 m
2
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- Desenho da subunidade de irrigação
Esta etapa é composta pelo distribuição das linhas
de irrigação em planta, pela determinação das
vazões e pelos cálculos dos diâmetros e das
pressões.
O cálculo se inicia pela pressão ha e na determinação
de hm, hn, Hm e Hn, conforme Figura, cujos valores
devem respeitar os valores estabelecidos com
relação às tolerâncias de pressão:
h m − h n < ∆H l
H m − H n < ∆H t
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- Desenho da subunidade de irrigação
Uma vez satisfeitas essas condições, o cálculo é
feito de forma inversa: partindo da pressão de
entrada na subunidade, Hm, são calculadas ha e hns,
e suas correspondentes qa e qns, a partir dos quais
se comprova que CU não é inferior ao mínimo
estabelecido.
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- Cálculo das laterais
Serão discutidas as equações referentes à condição
linhas laterais alimentadas pela extremidade, que é
a condição mais usual.
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Na Figura anterior, se convenciona que i (d.l)
apresenta valor positivo para aclive e negativo para
declive. A pressão inicial é hm, a pressão no final é
hu e a pressão mínima na linha é hn, sendo
encontrada no ponto em que a tangente da curva de
pressão é paralela ao terreno.
A pressão média é ha e a perda de carga é hf:
hf = J´Fl
, em que J´leva em consideração o efeito
das conexões dos emissores na linha
lateral, e é calculada por:
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Se + f e
J´= J.
Se
em que Se é o espaçamento entre emissores (m) e fe
o comprimento equivalente da conexão (m). O cálculo
de fe depende do tipo de conexão: sobre a linha,
interlinha ou microtubo.
h m = h a + 0,733 h f +
∆h n = h u − h n
d
2
hu = hm − hf − d
h n = h m − h f − d − ∆h n
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A aplicação dessas fórmulas permite calcular hm e
hn, e verificando a condição de que (hm-hn) seja
menor que a variação de pressão admissível na
lateral (∆
∆Hl). Para isso, 3 casos podem acontecer:
Caso 1: terreno horizontal i = 0;
Caso 2: terreno em aclive i > 0;
Caso 3: terreno em declive i < 0.
Subcaso 3.1: i < 0; lil < J´;
Subcaso 3.2: i < 0; lil ≥ J´;
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- Cálculo das terciárias
No cálculo das laterais, na qual a variação de
pressão (hm-hn) deve ser menor que ∆Hl, se faz
determinando a pressão no início da mesma (hm). No
cálculo das terciárias, se iguala Ha = hm e a partir
de Ha, se calculam Hm e Hn, com as condições de
(Hm – Hn) < ∆Ht.
Quando a subunidade é retangular e o diâmetro da
linha terciária é constante, a mesma pode ser
calculada pelas mesmas equações apresentadas no
cálculo da linha lateral.
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
Professor Daniel Fonseca de Carvalho
ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO
Instituto de Tecnologia - Depto. de Engenharia
BR 465, km 7 - Seropédica-RJ - 23.890-000
(21) 2682-1864; e-mail: [email protected]
http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/daniel