ISSN 2236-4420
Perfil de distribuição de água por um aspersor rotativo de impacto para uso em
sistemas de aspersão com linha única
1
2
2
Leonardo da Costa Lopes ; Aureo Silva de Oliveira ; Francisco Adriano de Carvalho Pereira ;
Ricardo Martins Santos3
1
Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Lavras.
37200-000, Lavras, MG. E-mail:
leo_lopes@hotmailcom
2
Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas, Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, 44380-000, Cruz das
Almas, BA. E-mail: [email protected]; [email protected]
3
Companhia de Desenvolvimento dos Vales do São Francisco e Parnaíba, Aracaju, SE. E-mail: [email protected]
Resumo: O presente estudo foi conduzido no campo experimental da Universidade Federal do Recôncavo da
Bahia, em Cruz das Almas (12º40'39'' S, 39º06'23'' W, 225 m anm), com o objetivo de avaliar o perfil de distribuição
de água por um aspersor rotativo de impacto, bocal duplo, para uso em estudos de resposta das culturas à lâmina de
irrigação quando instalado em sistemas de aspersão com linha única. O aspersor possuía bocais de 4,50 mm x
-1
2,50 mm de diâmetro e foi submetido a diferentes condições de vento (0 a 3,32 m s ), pressão de serviço (200, 300 e
400 kPa) e altura da haste (1,00; 1,50 e 2,00 m). Vinte sete testes de distribuição de água foram realizados. Para o
modelo de aspersor avaliado, o perfil de distribuição de água mais adequado foi obtido com a pressão de operação
-1
de 300 kPa, desde que as condições médias de vento sejam inferiores a 2,00 m s . A altura do aspersor não
influenciou o perfil de distribuição de água, devendo ser definida em função da altura da cultura.
Palavras chave: irrigação, sistemas pressurizados, gradiente de lämina aplicada
Water distribution pattern of an impact-rotating sprinkler for use in line-source
sprinkler systems
Abstract: A field study was carried out at the Federal University of Recôncavo of Bahia, Cruz das Almas, Bahia
State, aiming at evaluating the water distribution pattern of an impact-rotating sprinkler type for use in crop-water
relations studies with line-source sprinkler systems. The sprinkler had nozzles of 4.5 x 2.5 mm diameter and was
-1
submitted to different wind speed conditions (0 to 3.32 m s ), operating pressures (200, 300, and 400 kPa), and riser
heights (1.0; 1.5, and 2.0 m). Twenty-seven tests were performed and the results indicated the operating pressure of
-1
300 kPa and wind velocity lower than 2.0 m s as the best conditions for this type of sprinkler when used in line source
sprinkler irrigation systems. The riser height did not affect the water distribution pattern, and therefore its height
should be determined by crop height.
Key words: Irrigation, pressurized systems, variable water supply
Introdução
A obtenção de altas produtividades agrícolas, em
geral, requer material genético selecionado e condições
ambientais e de manejo adequadas, incluindo
fertilidade do solo e controle fitossanitário, bem como o
atendimento das necessidades hídricas das plantas ao
longo do ciclo de produção. Como o fornecimento de
água às culturas via irrigação pode significar sensível
incremento nos custos de produção, o uso eficiente da
água na agricultura irrigada tem suscitado muitos
estudos envolvendo a resposta das culturas à irrigação.
Doorenbos e Kassam (1978) propuseram uma
metodologia para determinação da resposta de
produção das culturas à água. Entretanto, Scaloppi
(1983) apresenta como principal inconveniente a
necessidade de sistematização das irrigações, pois as
parcelas dispostas ao acaso requerem bordaduras de
dimensões relativamente extensas, de forma a evitar
interferências entre os tratamentos. Outro incoveniente
é a demanda de mão-de-obra para controle e manejo da
irrigação, devido a extensão da área.
O uso de sistemas de aspersão com linha única
(line source sprinkler systems), conforme descrito por
Hanks et al. (1976), permite com vantagem o estudo
das funções de produção das culturas à aplicação da
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
194
Lopes et al.
água. Este sistema obtem um padrão de aplicação de
água uniforme no sentido longitudinal à linha de
aspersores e gradativamente variável no sentido
transversal. A fim de se garantir adequada uniformidade
de aplicação de água ao longo da linha, facilmente
afetada pela ação do vento, Hanks et al. (1976)
sugeriram redução do espaçamento entre os
aspersores, variando de 10% a 25% do diâmetro
molhado. O sistema de aspersão com linha única tem
sido largamente utilizado com várias culturas ( Al-Jamal
et al., 2000; Hanson et al., 2003; Farré e Faci, 2006;
Sezen e Yazar, 2006; Singh et al., 2009) devido a sua
simplicidade e facilidade de operação.
Segundo Willardson et al. (1987), há carências
de recomendações para a seleção de aspersores
apropriados a aplicações específicas. Os autores
desenvolveram uma metodologia de avaliação
baseada no perfil de distribuição de água dos
aspersores, por meio de coletores alinhados no sentido
radial. Diversos aspersores sob variadas pressões e
altura do tubo de subida em um modelo computacional
foram testados.
O perfil de distribuição de água de um aspersor
depende de muitos fatores tais como tipo do aspersor,
bocal (quantidade, tamanho e geometria) e pressão de
operação do emissor (Christiansen, 1942; James,
1993; Tarjuelo et al., 1999). Em condições de campo,
variáveis meteorológicas como temperatura, umidade e
vento (direção e velocidade) também influenciam o
perfil de distribuição de água (Frizzone, 1992;
Bernardo, 1995). Segundo Christiansen (1942), o perfil
de distribuição de um aspersor nunca é simétrico,
devido ao vento e a variações na velocidade de rotação.
Cuenca (1989) e James (1993) caracterizaram o
perfil de distribuição de água esperado em função da
pressão de operação do aspersor. Sob condições de
baixa pressão, o jato d'água não é devidamente
pulverizado, resultando num perfil de aplicação em
forma de rosquinha (donut shape), em que a
precipitação do emissor diminui no sentido radial até o
ponto médio do raio de alcance quando então volta a
aumentar. Se a pressão do bocal é muito alta, o jato é
excessivamente pulverizado, resultando em gotas
muito pequenas que tendem a se depositar
predominantemente nas proximidades do emissor,
além de serem mais vulneráveis ao carreamento pelo
vento. Quando a pressão de operação é adequada, o
perfil de distribuição tende a apresentar formato
triangular, com redução progressiva da lâmina d'água
na direção radial.
Além da pressão de operação do emissor, no
caso do sistema de aspersão com linha única, o vento
também é fator crucial, pois todos os níveis de aplicação
de água dentro da parcela devem receber a mesma
quantidade de água em pontos opostos e eqüidistantes
à linha de aspersores (Farré e Faci, 2006). Hanks et al.
(1976) recomendaram irrigar sob ventos com
-1
velocidades inferiores a 2,20 m s quando a direção do
vento for paralela à linha de aspersores e inferior a 0,80
-1
m s nos demais casos, ou seja, para qualquer ângulo.
O objetivo deste trabalho foi avaliar, sob as
condições agrometeorológicas do Recôncavo da
Bahia, o perfil de distribuição de água gerado por um
aspersor rotativo de impacto de uso comum em áreas
agrícolas, visando sua utilização em unidades
experimentais de irrigação por aspersão com linha
única.
Material e Métodos
Os trabalhos de campo foram realizados na área
experimental do Centro de Ciências Agrárias,
Ambientais e Biológicas da Universidade Federal do
Recôncavo da Bahia - UFRB, em Cruz das Almas,
Bahia (12º40'39'' S, 39º06'23'' W, 225 m anm).
O experimento consistiu de um aspersor rotativo
de impacto (marca NAAN, modelo 5035, bocais
4,50 mm x 2,50 mm) instalado na intersecção de linhas
norte/sul e leste/oeste de coletores de água espaçados
entre si 1,50 m, conforme Figura 1. Os coletores de
polietileno com diâmetro médio de 0,10 m e
profundidade de 0,08 m eram sustentados por hastes
metálicas enterradas no solo, de modo a manter a
secção de captação a 0,30 m, em média, acima da
superfície do solo (Frizzone, 1992). Ao todo foram
instalados 48 coletores, sendo 24 por eixo. A
pressurização do sistema foi feita por um conjunto
motobomba suficiente para garantir vazão e pressão
necessárias aos testes.
Norte
1,5 m
Oeste
Leste
Coletor
Aspersor
Sul
Figura 1 - Esquema de distribuição dos coletores na
área experimental.
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
Lopes et al.
Durante os testes, o aspersor foi posicionado a
três alturas distintas acima da superfície do solo (1,00;
1,50 e 2,00 m) e para cada uma delas foi submetido a
três pressões de serviço (200, 300 e 400 kPa). Cada
combinação de altura e pressão foi repetida três vezes
(três horários), totalizando 27 testes. A pressão de
operação do emissor foi aferida com o uso de um
manômetro colocado em tomada de pressão à entrada
do aspersor e ajustada, quando necessário, por meio
de um registro instalado na haste de subida.
Os testes tiveram duração de 60 minutos e foram
realizados em três distintos horários do dia (6 às 7h; 11
às 12h e 16 às 17h), de modo a abranger um amplo
espectro de velocidades de vento. A velocidade e a
195
direção do vento foram monitorados durante os testes,
com auxílio de uma estação meteorológica automática
portátil, instalada no local dos testes, tendo o
anemômetro a 2 m de altura.
O volume de água nos coletores foi convertido
em altura de lâmina d'água através da área de captação
do coletor. Os dados de precipitação nas direções
norte-sul e leste-oeste foram plotados em função da
distância do aspersor de modo a se verificar sob que
condições (altura da haste, pressão de serviço e vento)
o perfil de distribuição de água deste tipo de aspersor
mais se aproximou do desejado (Figura 2A) (Hanks et
al., 1976; Cuenca, 1989; James, 1993) para uso em
sistemas de aspersão convencional com linha única.
(A) Pressão adequada
(B) Pressão muito alta
(C) Pressão muito baixa
Figura 2 - Perfil desejado (A) e perfis não-desejados (B e C) de distribuição de água por aspersores operando em
sistemas convencionais com linha única, em função da pressão de operação.
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
196
Lopes et al.
Resultados e Discussão
Os resultados dos vinte e sete testes são
apresentados na Tabela 1. Os melhores resultados
(testes 4, 13 e 22), segundo o coeficiente de
determinação, foram obtidos com a pressão de
operação de 300 kPa e no período de vento mais calmo
(U2 1,0 m s-1) independente da altura de instalação do
aspersor.
Como exemplo, a Figura 3 mostra para o teste 22
2
as curvas de melhor ajuste, segundo o valor de r da
Tabela 1. Para cada eixo de coletores, norte/sul e
leste/oeste, ajustou-se um modelo polinomial
quadrático. As diferenças entre as curvas são devidas
às condições de vento, cuja indicação de velocidade
nula pelo anemômetro não significava necessariamente ausência de vento, podendo ter influenciado os
perfis de distribuição. O perfil da Figura 3, com pressão
de operação do aspersor de 300 kPa, aproxima-se
daquele considerado ideal, de acordo com a Figura 2A,
na medida em que a precipitação do emissor diminui
gradativamente na direção radial.
Tabela 1 - Resultados dos 27 testes de distribuição radial de água por um aspersor rotativo de impacto, sob
diferentes alturas de instalação do aspersor (Ha), pressões de operação (Ps), e condições de velocidade
do vento (U2), com indicação dos coeficientes de determinação (r2) após ajuste de modelos polinomiais
quadráticos.
Nº do
Teste
Ha
(m)
Ps
(kPa)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
200
200
200
300
300
300
400
400
400
200
200
200
300
300
300
400
400
400
200
200
200
300
300
300
400
400
400
Horário
do teste
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
06:00 às 07:00
11:00 às 12:00
16:00 às 17:00
U2
(m s -1)
0
2,23
1,19
0,13
3,32
2,15
0,35
2,75
1,39
1,46
1,78
1,91
0
0,64
1,14
0,16
2,18
1,64
0
2,65
2,36
0,03
1,43
2,58
0,25
1,01
2,47
Dv
(graus)
r2
Norte/
Sul
r2
Leste/
Oeste
128
159
120
142
158
245
154
162
221
184
169
120
127
130
132
142
187
184
140
132
135
221
132
128
0,685
0,707
0,719
0,875
0,533
0,668
0,827
0,540
0,752
0,716
0,696
0,737
0,899
0,786
0,754
0,869
0,628
0,717
0,876
0,536
0,591
0,892
0,732
0,658
0,724
0,720
0,655
0,722
0,681
0,729
0,889
0,532
0,675
0,865
0,532
0,731
0,805
0,739
0,739
0,866
0,780
0,729
0,861
0,606
0,710
0,881
0,506
0,650
0,915
0,700
0,642
0,795
0,698
0,652
Dv = direção do vento.
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
197
Lopes et al.
De acordo com a Figura 4, a pressão de 200 kPa
pode ser considerada baixa para este tipo de emissor,
visto que o perfil de distribuição de água assemelha-se
a uma “rosquinha”, conforme descrito por Cuenca
(1989), portanto inadequado para estudos com linesource sprinkler systems. Os perfis médios obtidos nas
direções norte/sul e leste/oeste com a pressão de 400
kPa são apresentados na Figura 5. Houve uma
tendência da água em se acumular nas proximidades
do emissor provavelmente devido à maior pulverização
do jato, além da susceptibilidade a ação do vento, que
para esse teste alcançou velocidade média de
-1
2,75m s . Trata-se um perfil inadequado para linesource sprinkler systems devido a assimetria na
distribuição da água, observada em ambas as direções.
10
2
2
Precipitação (mm h-1)
L/O y = -0,016x + 0,014x + 4,282
r 2 = 0,915
N/S y = -0,015x + 0,012x + 4,082
2
r = 0,892
8
6
4
2
0
-18
-12
-6
0
Distância do aspersor (m)
Norte/Sul
Polinômio (Norte/Sul)
6
12
18
Leste/Oeste
Polinômio (Leste/Oeste)
o
Figura 3 - Perfil radial de distribuição de água por um aspersor rotativo de impacto, nas seguintes condições (teste n
22 da Tabela 01): altura da haste 1,0 m, pressão de operação 300 kPa, e velocidade média do vento
-1
0,03 m s .
10
Precipitação
1
(mm h- )
8
N/S y = -0,011x 2 + 0,010x + 3,214
r2 = 0,685
L/O y = -0,012x 2 - 0,004x + 3,406
r2 = 0,722
6
4
2
0
-18
-12
-6
0
6
12
18
Distância do aspersor (m)
Norte/Sul
Polinômio (Norte/Sul)
Leste/Oeste
Polinômio (Leste/Oeste)
Figura 4 - Perfil radial de distribuição de água por um aspersor rotativo de impacto, nas seguintes condições (teste n
-1
1 da Tabela 01): altura da haste 2,0 m, pressão de operação 200 kPa, e velocidade média do vento 0 m s .
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
o
198
Lopes et al.
A Figura 6 evidencia o efeito do vento sobre o
ajuste de um modelo polinomial aos dados de
precipitação do tipo de emissor avaliado. Claramente
percebe-se para as condições deste trabalho, a
tendência de decréscimo linear dos valores do
coeficiente de determinação (r2) com o aumento da
velocidade do vento, demonstrando o efeito negativo do
vento na simetria do perfil de distribuição de água
(Hanks et al., 1976; Hanson et al., 2003; Farré e Faci,
-1
2006). Para valores de U2 iguais ou superiores a 2 m s ,
2
os testes forneceram baixos valores de r entre as
combinações da Tabela 01.
A análise de todos os perfis indicou reduzida
influência da altura do aspersor no perfil de distribuição
de água, sendo que alturas menores proporcionaram
resultados ligeiramente melhores em termos de
distribuição de água.
10
2
2
N/S y = -0,017x + 0,106x + 4,639
2
r = 0,540
L/O y = -0,019x - 0,083x + 4,695
2
r = 0,532
Precipitação
1
( mm h )
8
6
4
2
0
-18
-12
-6
0
6
12
18
Distância do aspersor (m)
Norte/Sul
Polinômio (Norte/Sul)
Leste/Oeste
Polinômio (Leste/Oeste)
o
Figura 5 - Perfil radial de distribuição de água por um aspersor rotativo de impacto, nas seguintes condições (teste n
8 da Tabela 01): altura da haste 2,0 m, pressão de operação 400 kPa, e velocidade média do vento
-1
2,75 m s .
Coeficiente de determinação r 2
1
N/S y = -0,0877x + 0,8422 r 2 = 0,712
0,8
0,6
L/O y = -0,094x + 0,8558
0,4
0,0
2
r = 0,754
0,5
1,0
1,5
2,0
Velocidade do vento (m s
Norte/Sul
Linear (Norte/Sul)
-1
2,5
)
3,0
3,5
Leste/Oeste
Linear (Leste/Oeste)
2
Figura 6 - Variação do coeficiente de determinação (r ) dos modelos polinomiais ajustados aos dados de
precipitação do aspersor em função da velocidade do vento observada durante os testes de campo.
Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
Lopes et al.
Conclusão
Os sistemas de aspersão com linha única e
equipados com aspersores rotativos de impacto e bocal
duplo, devem ser operados com pressão média de 300
kPa à entrada dos emissores, em horário com
-1
velocidade do vento inferior a 2 m s (de manhã), sendo
a altura de instalação do aspersor, no intervalo de 1 a 2
m, definida de acordo com o crescimento da cultura.
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Magistra, Cruz das Almas, v. 23, n. 4, p. 193-199, out./dez., 2011.
Recebido em: 16/01/2008
Aceito em: 16/05/2011