SISTEMA DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA ACIONADO POR
ENERGIA EÓLICA
Por
Lindbergue Araujo Crisostomo
Fortaleza - Ceará
Dezembro - 2003
Relatório de projeto de pesquisa apresentado à Fundação Cearense de Apoio ao
Desenvolvimento Científico e Tecnológico – FUNCAP, como parte das exigências para
concessão de auxílio no Programa de Pesquisa e Desenvolvimento elaborado por
Lindbergue Araujo Crisostomo, Pesquisador da Embrapa Agroindústria Tropical.
INTRODUÇÃO
Com a recente crise energética, os programa de eletrificação rural foram contidos. Isto,
de um modo geral, tem dificultado que pequenos produtores rurais tenham acesso a
sistemas de produção agrícola que dependam da energia elétrica, como no caso da
irrigação quer convencional ou localizada. Tendo isto em mente, necessário se faz a
substituição parcial da energia convencional pela não convencional, na produção
agrícola.
De uma maneira geral, o manejo racional da irrigação tem importância fundamental em
regiões como o Nordeste do Brasil onde os recursos hídricos e energéticos são
limitados. Um das alternativas do setor, mais dependente de energia é o bombeamento
da água, no qual podem ser empregados sistemas alternativos (Kollig et al.,2001). A
utilização de qualquer forma de energia no meio rural, possibilita ao produtor obter, de
forma decisiva, benefícios sociais e econômicos dificilmente conseguidos por quaisquer
outras formas de investimentos infra-estruturais. Vale salientar, que o aumento da
produtividade agrícola, de acordo com Siqueira et al. (2001), está diretamente
relacionado com a mecanização acionada pela energia elétrica e/ou por combustíveis
fósseis.
O Nordeste, segundo Mialhe (1980), apresenta grande potencial para aproveitamento da
energia eólica isto, quando comparado com outras regiões do globo. Salienta-se que este
manancial tem sido pouco aproveitado de um lado pela política de desenvolvimento e,
por outro, pelo fator econômico (Hirta et al.,1987). A utilização racional da energia
eólica, consubstanciada à preservação ambiental, certamente serviria de mola
propulsora à otimização do sistema produtivo agropecuário, em particular, ao
seguimento dos pequenos produtores e/ou das pequenas comunidades produtoras de
frutas e hortaliças que estão baseadas na utilização de um sistema de baixo custo e não
poluente.
Para Andrade (1990) o incremento da agricultura irrigada necessita do incremento de
sistemas de irrigação simples, de baixo custo de aquisição e de baixo ou nenhum uso de
energia convencional e que possam ser
individualmente comercializados. O
funcionamento de sistemas de irrigação localizada de baixa pressão de serviço permite a
utilização de fontes energéticas alternativas que pela utilização de estruturas simples
(cataventos, tanques para armazenamento da água com pressão suficiente para
acionamento dos emissores (Santos et al., 1996).
Segundo Medeiros et al. (1986) o sistema convencional de bombeamento é composto de
um rotor de múltiplas pás e uma bomba alternativa acoplada por varilha que serve de
elemento de transmissão da energia mecânica. Tal sistema é bastante utilizado no
Nordeste e apresenta as seguintes vantagens como sejam: simplicidade de construção,
alta eficiência de bombeamento, baixo custo de manutenção.
OBJETIVO
Implantação de sistemas de irrigação localizada integrados a catavento hidráulico do
tipo convencional, avaliando custos e benefícios de sua adoção na região Nordeste.
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MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho está em desenvolvimento no Campo Experimental de Pacajus – Embrapa
Agroindústria Tropical, de coordenadas geográficas: latitude 4°10’S, longitude 38° 27’
W e altitude 60 m. O solo e clima do local foram classificados como Argissolo
Vermelho amarelo distrófico de textura arenosa (EMBRAPA,2000) e Bw pela
classificação de Köppen, respectivamente.
O conjunto alimentador do sistema de irrigação foi constituído de um catavento do tipo
convencional, com 18 pás, torre com 10 m de altura e bomba de pistão aspiro-premente
e capacidade nominal de 1,8 m3 h-1 e uma caixa d’água em fibra com capacidade de 2
m3 instalada a 6,5 m de altura, que funcionou como estabilizadora do fluxo de água
bombeada do poço (Fig.1).
A água pressurizada passou através de um cabeçal de controle constituído de um injetor
de fertilizantes descrito por Santos et al. (1996) e por um filtro de discos com vazão de
15 m3 h-1 (Fig. 2 ) seguindo por tubulação de PVC com diâmetro interno de 50 mm linha principal. As linhas de derivação (Fig. 3) também foram construídas em tubos de
PVC din. 50 mm objetivando a redução na perda de carga. As linhas laterais nas quais
foram instalados os emissores foram construídas em tubos de polietileno din.20 mm e
de cor preta para evitar o desenvolvimento de algas, evitando, com isto, o entupimento
dos emissores. O volume de água bombeado diariamente foi mensurado através de
hidrômetro instalado na tubulação de elevação entre o catavento e o reservatório
elevado (caixa d’água).
Figura 1 - Conjunto catavento caixa d’água
C:\Documents and Settings\edineide\Meus documentos\RelatorioEnergiaEolica.doc
3
A
B
Figura 2 - Conjunto filtro (A) injetor de fertilizante (B)
Culturas implantadas
Feijão de corda cultivado no espaçamento de 1,0 x 0,4 m, irrigado por gotejamento
(Área 1, Fig.3)
Melão cantaloupe, cultivado no espaçamento de 2,0 x 0,4 m e irrigado por
gotejamento (Área 2, Fig.3) e segundo cultivo de melão;
Pomar de frutíferas (graviola, laranja Russas e limão Taiti) implantado no
espaçamento de 6 x 6 m e irrigado por microaspersão (Área 3, Fig. 3) e
aproveitamento parcial da área molhada com abóbora (jerimum);
Milho e feijão, áreas 1 e 2 ,a partir de novembro de 2003.
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4
2191m²
Gotejador 0.50m
29 m
Área 1
Melão, feijão, Milho
9,0 m
Gotejador 0.40m
500 m²
Abacaxi ornamental
50 m
Área 2
73 m
30 m
3240 m²
42 m
Área 3
90 m
Figura 3 - Desenho esquemático do sistema de irrigação e culturas implantadas - Área
1- feijão, Área 2 - melão, Área 3 - graviola, laranja Russas, limão Taití
A avaliação do sistema de irrigação no campo foi realizada utilizando-se o
método proposto por KELLER & KARMELI (1974), no qual as vazões são medidas em
quatro pontos ao longo da linha lateral (primeiro emissor, emissores a 1/3 e 2/3 do
comprimento da linha e último emissor). As linhas laterais são selecionadas da mesma
forma (primeira, 1/3, 2/3 e última linha). O coeficiente de uniformidade de distribuição
(CUD) ou uniformidade de emissão (UE) foi então calculado pela expressão:
CUD =
q 25%
qt
× 100 = UE
em que:
CUD - uniformidade de distribuição, em %;
q 25% - média dos 25% do total de valores coletados, menores valores, em L
h-1;
qt - média de todos os valores coletados, em L h-1.
Considerando uma perda da água aplicada, por percolação profunda, de
10%, a eficiência de aplicação (Ea) foi obtida através da seguinte equação:
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5
Ea =
0,9 xCUD
100
Variáveis avaliadas:
Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e do sistema de
irrigação (Tabela 1);
Velocidade mínima do vento necessária ao início e parada de funcionamento do
rotor;
Volume de água bombeado em cada 24 horas no período de agosto à novembro
(Tabela 2);
Coeficiente de Uniformidade e Distribuição de água (CUD) nas linhas com
gotejadores e microaspersores;
Produção de feijão (verde e seco), abóbora (jerimum), melão (Tabela 3), no período
de agosto a novembro de 2003;
Evaporação diária do tanque classe “A” (Tabela 2).
Figura 4. Gravioleira irrigada por microaspersão
C:\Documents and Settings\edineide\Meus documentos\RelatorioEnergiaEolica.doc
6
Figura 5. Meloeiro irrigado por gotejamento
B
A
Figura 6. (B) estudantes e professores de Escola Pública de Pacajus por ocasião de dia
de campo e (A)Terreno cultivado com feijão e irrigado por gotejamento
C:\Documents and Settings\edineide\Meus documentos\RelatorioEnergiaEolica.doc
7
Tabela 1. Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e
irrigação
Item Descrição
Unid
Quan
t
01
Catavento
Um
01
02
Tubo de PVC azul, Din 50 mm, vara com 6 m
Vara
15
03
Tubo PEBD Din. 20 mm
Metro
3.480
04
Registro de globo Din.50 mm
Um
13
05
Registro de globo, din. 20 mm com adaptador
Um
15
06
Curva 90° din. 50 mm
Uma
02
07
Tê em PVC azul Din. 50 mm
Um
04
08
CAP em PVC Din. 50 mm
Um
10
09
Conector com chula p/tubo PEBD 20 mm
Um
40
10
Gotejador Katif, vazão 2,3 L/hora
Um
7350
11
Microaspersor Dan 2001, vazão 51 L/hora, c/ Um
90
microtubo , haste, bailarina com redutor de raio
12
Tubo em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m
Vara
04
13
Joelho em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m
Um
08
14
Luva em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m
Um
04
15
Luva em aço galvanizado Din.1 ½” vara c/ 6 m Um
04
16
Conectores para tubo PEBD Din 20 mm
Um
30
17
Tê PVC roscável, Din.1 ½” vara c/ 6 m
Um
02
18
Mangueira plática Din ½”
Metro
03
19
Fita veda rosca 8 x 25
Rolo
10
20
Adesivo para tubo de PVC
Tubo
10
21
CAP PVC esgoto Din 150 mm
Um
02
22
Tubo PVC esgoto Din. 150 mm
Metro
01
23
Conexões diversas*
Verba
24
Caixa d’água 2.000 L
Uma
01
25
Torre para caixa d’água
Uma
01
27
Mão-de-obra para instalação do sistema de H/D
20
irrigação
28
Sementes e mudas, graviola, limão taití, laranja Verba
russas, melão amarelo, feijão
29
Fertilizantes, corretivos e defensivos
Verba
29
TOTAL
* valor pago pelo pesquisador
C:\Documents and Settings\edineide\Meus documentos\RelatorioEnergiaEolica.doc
do sistema de
Valor R$
Unit
Total
3.700,00 3.700,00
16,00
240,00
0,85
2.958,00
19,00
247,00
8,10
121,50
9,80
19,60
5,40
21,60
2,80
280,00
2,9
116,00
0,35
2.572,50
4,60
414,00
43,00
7,80
5,00
6,00
0,65
5,60
090
1,65
1,65
22,50
3,00
500,00
1.500,00
15,00
172,00
62,40
20,00
24,00
19,50
11,20
2,70
16,50
16,50
45,00
3,00
74,50
500,00
1500,00
300,00
Embrapa
420,00
1.250,00
15.497,00
8
RESULTADOS E DISCUSSÃO
:
Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e do sistema de
irrigação.
Para a implantação do projeto a FUNCAP alocou a quantia de R$9.900,00 enquanto o
custo total foi de R$15.497,00 (Tabela 1) sendo a diferença coberta pela Embrapa,
como contrapartida. Tal custo poderá ser minimizado pela utilização do sistema xiquexique em lugar de gotejadores e microaspersores autocompensantes de vazão. Vale
salientar que a distribuição de água pelo uso do sistema xique-xique apresenta pouca
uniformidade, porém é possível de ser usado se tomados os cuidados necessários na
perfuração dos tubos de polietileno. Se utilizada a alternativa acima, os custos serão
diminuídos em R$2.986,50. Os custos poderiam ainda ser minimizados pela utilização
de torre da caixa d’água em toras de madeira (carnaúba) de menor altura. Estas
alternativas deverão ser convenientemente avaliadas.
Excluindo o conjunto catavento/reservatório, os custos com a instalação da tubulação
de distribuição de água independe do sistema de acionamento da bomba. Levando-se
em conta o volume diário médio de água bombeado, a utilização de uma conjunto
eletrobomba de 1.0 CV monofásica, seria suficiente para atender a área especificada no
projeto. Contudo, deve ser levada em consideração a necessidade da existência de rede
elétrica e, ainda, ao pagamento mensal da conta de energia.
Qualquer que seja o sistema de acionamento da bomba, pequenos agricultores
descapitalizados não podem arcar com as despesas com a implantação de qualquer
sistema de irrigação. Em vista disto, necessário se faz que programas governamentais
(federal, estadual ou municipal) passem a financiar, em prazo de pelo menos cinco
anos, sistemas de irrigação que propiciem a utilização da terra no período seco, com o
intuito de manter o homem no campo em condições dignas, evitando com isto a
migração para os centros urbanos. Tal migração, de um modo geral, marginaliza o
homem pela sua desqualificação profissional, levando-o quase sempre ao desemprego
e, quando muito, ao subemprego.
Objetivando diminuir os custos de implantação do sistema de irrigação, emissores como
xique-xique, fita gotejadora e outros serão testados em duas diferentes pressões (6 e 2)
MCA
Velocidade mínima do vento necessária ao início e parada de funcionamento do
rotor.
O bombeamento da água por catavento somente é possível quando se tem vento com
velocidade suficiente para vencer a inércia do rotor e a capacidade de bombeamento
está relacionada com o diâmetro do rotor, altura da torre, profundidade do poço e altura
do reservatório acumulador de água. Assim sendo, antes da instalação de qualquer
catavento devem-se avaliar todos esses fatores e ainda, a capacidade do reservatório,
que deve ser suficiente para armazenar o excedente bombeado.
Quando do desenvolvimento desta pesquisa avaliaram-se as velocidades do vento, a 2
metros de altura, utilizando-se anemômetro portátil, e posteriormente convertidas para
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9
10 metro de altura, capazes de iniciar o movimento e parada do rotor, que foram 2,5 e
2,1 m s-1, respectivamente.
Volume de água bombeado em cada 24 horas e lâmina evaporada do tanque Classe
“A” no período de agosto a novembro
Tabela 2. Volume médio de água bombeado em cada 24 horas e lâmina média diária
evaporada no período de agosto a novembro de 2003
Mês
Volume médio bombeado
Lâmina média evaporada
3
(m )
(mm)
Agosto
10,4
8,3
Setembro
15,0
9,5
Outubro
16,5
9,9
Novembro
14,3
9,9
A partir dos resultados contidos na Tabela 2 observa-se que a quantidade de água
bombeada mensalmente, foi crescente no período de 01/08/03 a 30/11/03. Quando da
análise dos resultados de velocidade horária média do vento a 10 m de altura,
divulgados pela FUNCEME, via Internet, verifica-se que o número de horas de vento
com velocidade suficiente para movimentar o rotor (Vu), foi também crescente a partir
de agosto, revelando desta maneira, estreita relação entre número de horas de vento
(Vu)com o volume de água bombeado. Foi observado ainda, que o volume de água
evaporado foi crescente com o número de horas de vento acima da necessária para
movimentar o rotor do catavento.
Coeficiente de Uniformidade e Distribuição de água (CUD) nas linhas com
gotejadores e microaspersores
Os dados referentes ao coeficiente de uniformidade (CUD) e eficiência de aplicação
(Ea) para o feijão, melão e fruteiras encontram-se na Tabela 3.
Tabela 3 . Coeficiente de uniformidade (CUD) e eficiência de aplicação (Ea) para as
diferentes culturas instaladas no experimento.
CUD (%) Ea (%)
Feijão
72,40
65
Fruteiras 94,30
85
Melão
78,50
71
Verifica-se que no caso das fruteiras, irrigadas por microaspersão, o CUD foi de 94,30,
considerado excelente segundo a classificação da uniformidade de emissão proposta por
MERRIAN & KELLER (1978). Já as culturas do feijão e melão, irrigadas por
gotejamento, apresentaram uniformidade satisfatória, segundo a mesma classificação,
com valores de 72,40 e 78,50, respectivamente.
Quanto à eficiência de aplicação (Ea), percebe-se que, com exceção das fruteiras, os
valores situaram-se abaixo daqueles esperados para um sistema de irrigação localizado.
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Produtos agrícolas colhidos no período
Culturas perenes – Não foram colhidos os frutos das culturas perenes (graviola, limão
e laranja) tendo em vista que as plantas estão apenas com seis meses de idade e as
colheitas deverão ocorrer a partir do terceiro ano de transplante das mudas.
Tabela 4 Produção das culturas anuais – feijão verde, feijão grãos, jerimum e melão
colhida no período de agosto a novembro de 2003
Cultura
kg
Valor R$ *
Feijão verde
54
108,00
Feijão grãos
15,3
24,50
Melão - frutos comerciais
3.549
1.774,50
Melão - refugo
888
0
Abóbora (jerimum)
141,4
70,70
Total
1.977,70
*Valor de venda ao nível do produtor
A quantidade de água bombeada diariamente é função da velocidade do vento, da
localização do catavento, da altura da torre, do diâmetro do rotor e da capacidade da
bomba, principalmente.
Considerando-se o equipamento utilizado neste trabalho e o volume diário de água
captado, a área possível de ser cultivada varia com as exigências hídricas da espécie
vegetal e da evapotranspiração que foi estimada pela evaporação diária do tanque classe
“A”, conforme Tabela 5.
Tabela 5. Áreas de cultivo possíveis considerando-se a oferta de água de 14m3 dia-1
Cultura
Esp.(m)
N° pl. ha-1 L pl-1dia-1 L pl-1dia-1 Área max. (ha) Área max. (ha)
Ev. 10 mm Ev. 6 mm Ev.10 mm
Ev. 6 mm
Caju
7x7
204
150
100
0,46
0,68
Citros
6x6
277
115
80
0,44
0,63
Feijão
1 x 0,4
25.000
3
2
0,19
0,28
Graviola
6x6
277
115
80
0,44
0,63
Mamão
3x2
1.666
36
25
0,23
0,34
Melancia
2 x 0,5
10.000
6
4
0,23
0,35
Melão
2 x 0,4
12.500
6
4
1,19
0,28
Milho
1 x 0,4
25.000
3
2
0,19
0,28
CONCLUSÃO
A viabilidade da utilização da energia eólica, para irrigação de pequenas glebas, deverá
ser avaliada em pelo menos mais um ano de cultivo.
Testes de outros emissores de baixo valor de aquisição deverão ser realizados
objetivando a redução dos custos.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1990.
EMBRAPA- Centro Nacional de Agroindústria Tropical. Boletim Agroclimatológico:
Pacajus 1999. Fortaleza: EMBRAPA/CNPAT/FUNCEME,
2000 21P.
(EMBRAPA/CNPAT. Boletim Agrometeorológico, 2).
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MEDEIROS, A. L. R.; CIRILO, J. A.; CABRAL, J. J. S. P.; ACCIOLY FILHO, J. L.
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MIALHE , L. G. Máquinas motoras na agricultura. São Paulo: EDUSP, 2v.,1980.
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EQUIPE DE PESQUISADORES
Lindbergue Araujo Crisostomo - Engº Agrº., Ph.D.
Francisco José de Seixas Santos - Engº Agrº., M. Sc.
Afrânio Arley Teles Montenegro - Engº Agrº., M. Sc.
Rubens Sonzol Gondim - Engº Agrº., M. Sc.
C:\Documents and Settings\edineide\Meus documentos\RelatorioEnergiaEolica.doc
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