Apostila de irrigação completa

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

`

C. E. Cotrim

CONCEITOS, HISTÓRICO E SITUAÇÃO ATUAL DA IRRIGAÇÃO 1. Conceitos

IRRIGAÇÃO - É o aporte artificial de água (suplementar ou total) ao solo com objetivo de manter o equilíbrio das partes líquidas e gasosas do espaço poroso do mesmo de modo que as plantas disponham de água e arejamento adequados ao seu crescimento e desenvolvimento.

DRENAGEM - É o processo de remoção artificial do excesso de água dos solos, de modo que lhes dê condições de aeração, estruturação e resistência, a fim de torná-los viáveis à exploração agrícola.

2. Origem e Evolução A irrigação teve origem nas antigas civilizações há aproximadamente 4000 anos.

Surgiu principalmente em regiões áridas, normalmente às margens de grandes rios como o Yang-tse-kiang e Huang Ho na China, o rio Nilo no Egito, os rios Tigre e Eufrates na Mesopotâmia e o Rio Ganges na Índia.

Só há cerca de 1500 anos é que as populações da terra passaram a ocupar regiões úmidas, quando então a irrigação perdeu a sua necessidade vital.

Mais recentemente, com crescimento demográfico excessivo, a humanidade é novamente compelida a usar os recursos da irrigação com complementação das chuvas e também para tornar produtivas zonas áridas e semi-áridas, diante da necessidade de grande aumento na produção de alimentos.

A origem da drenagem, juntamente com a irrigação, perde-se na remota antigüidade.

Existem relatos de escritores romanos que citam sua prática no Oriente Médio. Existem relatos também da sua utilização por parte da antiga civilização egípcia, no vale do Nilo a cerca de 400 a. C. 3. Situação da irrigação no Brasil e no mundo.

A superfície irrigada no mundo é citada pela FAO (2000), como sendo da ordem de 275 milhões de hectares, representando 18% da área total mundial cultivada (1,51 bilhão de hectares), com a agricultura irrigada responsável por 42 % do total das colheitas agrícolas, conforme Christofidis (2002).

As áreas irrigadas e cultivadas no mundo e nos diversos continentes indicam que na Ásia ocorre o maior índice de área irrigada em relação à área cultivada. Nessa região aproximadamente 35% da área cultivada e irrigação, conforme Tabela 1 que mostra a situação das áreas irrigadas no mundo até 2000.

Tabela 1. Área irrigada e área cultivada por continente.

Continente ou País

Área irrigada (AI) Área cultivada (AC) AI/AC (1000 ha) (1000 ha) (%) África 12.538 199.340 6,28 América do Norte e Central 31.395 268.265 11,70 América do Sul 10.326 116.186 8,88 Ásia 192.962 557.581 34,60 Europa 24.406 311.214 7,84 Oceania 2.539 57.856 4,38 Mundo 274.166 1.510.442 18,15 Para posicionar o estudante sobre a área irrigada no Brasil, apresenta-se a Tabela 2 que contém um resumo da distribuição da irrigação no País até 2003/2004, segundo Christofidis (2008).

1

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Tabela 2. Áreas irrigadas através dos diversos métodos de irrigação, por região e por estados no Brasil.

Brasil Regiões/Estados Brasil Sul Paraná Santa Catarina Rio Grande do Sul Sudeste Minas Gerais Espírito Santo Rio de Janeiro São Paulo Centro-Oeste Mato Grosso do Sul Mato Grosso Goiás Distrito Federal Nordeste Maranhão Piauí Ceará Rio Grande do Norte Paraíba Pernambuco Alagoas Sergipe Bahia Norte Rondônia Acre Amazonas Roraima Pará Amapá Tocantins

Áreas Irrigadas por método (ha) – ano 2003/2004 Superfície

1.729.834 1.155.440 21.240 118.200 1.016.000 219.330 107.000 17.340 15.020 79.970 63.700 41.560 4.200 17.750 190 207.359 24.240 10.360 34.038 220 30.016 31.640 7.140 30.445 39.260 84.005 550 1.050 8.350 6.555 1.480 66.020

Aspersão Convencional

662.328 94.010 42.210 21.800 30.000 285.910 107.970 56.480 15.250 106.210 35.060 3.980 2.910 24.350 3.820 238.223 12.010 7.360 18.238 2.850 8.420 44.200 58.500 8.825 77.820 9.125 4.430 160 750 420 165 370 2.830

Pivô Central

710.553 37.540 2.260 280 35.000 366.630 89.430 13.820 6.760 256.620 193.880 37.900 4.120 145.200 6.660 110.503 3.630 880 2.513 1.160 1.980 9.820 6.060 310 84.150 2.000 150 1.850

Localizada

337.755 14.670 6.530 3.140 5.000 116.210 45.800 11.110 2.300 57.000 25.570 6.530 7.300 10.400 1.340 176.755 8.360 8.180 21.351 13.990 8.184 12.820 3.380 9.390 91.100 4.550 490 20 120 290 760 220 2.650

Total 3.440.470 1.301.660 72.240 143.420 1.086.000 988.080 350.200 98.750 39.330 499.800 318.210 89.970 18.530 197.700 12.010 732.840 48.240 26.780 76.140 18.220 48.600 98.480 75.080 48.970 292.330 99.680 4.920 730 1.920 9.210 7.480 2.070 73.350

A relação entre a área irrigada, de 3.440.470 ha, e a área plantada, de 58.460.963 ha, ainda é baixa no País (aproximadamente 6%), mas a participação da produção das lavouras irrigadas já é expressiva. O estudo da ANA comenta, a respeito: "ainda que se verifique uma pequena porcentagem de área irrigada em nossas terras, em comparação com a área plantada, cultivos irrigados produziram, em 1998, 18% de nossa safra de alimentos e 35% do valor de produção. No Brasil, cada hectare irrigado equivale a três hectares de sequeiro em produtividade física e a seis em produtividade econômica" conforme Figura 1 a seguir. No mundo situação semelhante à descrita anteriormente é apresentada na Figura 2.

2

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

Figura 1.

C. E. Cotrim

Superfície e produção agrícola, de sequeiro e irrigado, colhido anualmente no Brasil, em percentual.

Figura 2. Superfície e produção agrícola, de sequeiro e irrigada, colhida anualmente no mundo.

4. Função, Importância e Necessidades da irrigação Função A irrigação tem como função principal o fornecimento de água ao solo, para a planta, visando o seu crescimento e desenvolvimento. A drenagem tem por função principal a retirada do excesso de água fornecido ao solo, dando-lhe condições ao crescimento e desenvolvimento.

Importância - Aproveitamento de áreas consideradas marginais à agricultura - Melhor aproveitamento do solo; - Fixação do homem no campo; - Regularização do mercado de produtos agrícolas; - Melhoria das condições de vida da população que vive da agropecuária.

Necessidades - Água de boa qualidade e em abundância; - Capital disponível para bancar o projeto e sua manutenção; - Tecnologia.

3

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

RELAÇÃO SOLO-ÁGUA-PLANTA-ATMOSFERA 1) Classificação da Água no Solo A) Água Gravitacional - Corresponde à fração da água do solo que fica “livre” quando o solo está próximo da saturação. Isto é, retida sob potenciais de pressão próximos ao da água pura e livre, ou seja, entre 0 e -1/3 de atmosfera. Água que se move em resposta a um campo gravitacional e que é removida do solo por drenagem profunda, não permanecendo disponíveis às plantas.

B) Água Capilar - Água retida no solo por tensão superficial. Água retida entre a capacidade de campo (A potencial de -1/10 e -1/3 de atm) e o potencial do ponto higroscópico (-30 atm).

C) Água Higroscópica - Água retida a potenciais entre -30 e -10.000 atmosferas, completamente indisponíveis às plantas. Está fixada tão firmemente por adsorção na superfície dos colóides, que não se move pela ação da gravidade ou capilaridade, mas somente na forma de vapor.

Capacidade de Campo (Cc) - Corresponde ao teor de água do solo no momento em que este deixa de perder água pela ação da gravidade. Água retida no solo a potencial de -1/3 de atmosfera (solo mais arenoso) e -1/10 de atmosfera (solo mais argiloso).

Ponto de Murcha (Pm) - Corresponde ao teor de umidade do solo em que, abaixo dele, a planta não consegue retirar água do solo na mesma intensidade em que transpira. Água retida no solo a potencial de -15 de atmosfera. Água Disponível - Água retida no solo entre o potencial equivalente à capacidade de campo e o potencial equivalente ao ponto de murcha.

A Figura 3 esquematiza a água do solo, conforme a classificação anterior e obedecendo aos conceitos de capacidade de campo, ponto de murcha e água disponível para as culturas.

Saturação ARMAZENAMENTO TEMPORÁRIO

• ÁGUA TOTAL DISPONÍVEL

•

Capacidade de Campo 50% de água prontamente

• Ponto de murcha permanente ÁGUA NÃO DISPONÍVEL

• Conteúdo de água = Zero Figura 3. Esquema mostrando a disponibilidade da água no solo.

2. Características Físico-Hídricas do Solo 2.1. Composição do Solo Constituído essencialmente por matéria mineral e orgânica (fração sólida), água (fração líquida) e ar (fração gasosa) o solo é, por este motivo, considerado um sistema trifásico. As proporções de cada constituinte variam, principalmente, de acordo com a natureza deste.

4

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

A matéria orgânica do solo é constituída por restos de plantas e outros organismos, em estado mais ou menos avançado de decomposição, acumulando principalmente na superfície. A água e o ar do solo ocupam os espaços existentes entre as partículas terrosas e entre agregados de partículas. O ar ocupa os espaços não preenchidos pela água e a quantidade de água é variável devido à precipitação e irrigação, à textura, estrutura, relevo e teor em matéria orgânica, podendo estar associada a uma grande variedade de substâncias.

O solo é o resultado de mudanças ocorridas nas rochas – denominadas intemperismo.

Ações dos ventos, chuvas e organismos vivos (processos físicos, químicos e biológicos) são os responsáveis por este lento processo – calcula-se que cada centímetro do solo se forma em intervalo de tempo de 100 a 400 anos. As condições climáticas existentes são a principal influência das características de cada solo.

A análise do perfil do solo, ou seja: as parcelas horizontais que o constituem desde sua origem até a superfície - local da ação do intemperismo, é um referencial para entendermos a constituição e intemperismos que sofreu. Ao nos referirmos ao perfil do solo, devemos considerar 5 parcelas, denominadas horizontes Figura 4. Vale ressaltar que nem todo solo possui todos os horizontes bem definidos:

Figura 4. Esquema mostrando os horizontes do solo.

- Horizonte O: Camada orgânica superficial. Drenado, com cor escura.

- Horizonte A: Constituído, basicamente, de rocha alterada e húmus, sendo a região onde se fixa a maior parte das raízes e vivem organismos decompositores e detritívoros.

- Horizonte E (ou B): Camada mineral constituída de quantidade reduzida de matéria orgânica, acúmulo de compostos de ferro e minerais resistentes, como o quartzo. Pode ser atingido por raízes mais profundas.

- Horizonte C: Camada mineral pouco ou parcialmente alterada, podendo ou não ter se formado o solo.

- Horizonte R: Rocha não alterada que deu origem ao solo. a) Textura do Solo A textura do solo diz respeito à distribuição das partículas do solo, de acordo com o tamanho, envolvendo conotações quantitativas e qualitativas. É considerada argila partículas com diâmetro inferior a 0,005 mm; silte as com diâmetro entre 0,005 mm e 0,05 mm; areia fina as com 5

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

diâmetro entre 0,05 mm e 0,42 mm; areia média, entre 0,42 mm e 2,00 mm; areia grossa, entre 2,00 mm e 4,80 mm e, finalmente, pedregulho, entre 4,80 e 76 mm de diâmetro.

Quantitativamente – proporções relativas dos vários tamanhos de partículas num dado solo (areia, silte e argila) – a quantidade de cada uma destas frações conferem denominações específicas aos diferentes solos.

Qualitativamente - a textura não é alterada apreciavelmente no espaço abrangido por uma geração, por exemplo, daí ser uma qualidade inerente ao solo, determinando inclusive seu valor econômico.

Classificação Textural Simplificada Arenosa - menos de 15 % de argila Média - de 15 a 35 % de argila Argilosa - de 35 a 60 % de argila Muito argilosa - mais de 60 % de argila b) Estrutura do Solo É a distribuição ou agrupamento total das partículas do solo, seguindo um arranjamento mútuo orientado. Sendo este arranjo complexo, não existe uma metodologia de determinação prática e direta da estrutura, daí serem usado conceitos qualitativos. c) Densidade do Solo A densidade do solo ou massa específica do solo é obtida dividindo-se o peso de um determinado volume de solo natural (incluindo os espaços ocupados pelo ar e água), após sua secagem em estufa, por este volume.

Unidade - g/cm3 Varia com a estrutura e compactação do solo, sendo tanto maior quanto menos estruturado e mais compactado for este.

Boa estruturação implica em menor densidade e maior capacidade de retenção de água pelo mesmo. d) Porosidade do Solo A porosidade é constituída pelos vazios do solo, sendo inversamente proporcional à densidade aparente.

Depende da textura, da estrutura, da compactação e do teor de matéria orgânica.

2.2. Amostragem de Solo para Irrigação Para a retirada da amostra inalterada, na falta de amostradores, pode-se utilizar um pedaço de cano de descarga de automóvel ou cano galvanizado de diâmetro parecido, com mais ou menos 10 cm de altura. Procede-se a limpeza do terreno e em seguida, batendo-se uma marreta em um pedaço de madeira sobre o cilindro, faça com que este seja introduzido totalmente no solo.

Retira-se o cilindro cheio do solo, com cuidado para não perder a amostra, envolva o cilindro com plástico, e, após isto, identifique a amostra enviando-a em seguida para o laboratório.

Para retirar a amostra alterada é necessário apenas fazer a limpeza do local, escavar uma trincheira até a profundidade desejada (20 ou 40 cm) e posteriormente tirar uma fatia completa ao longo do perfil, misturando o solo no fundo da cova e coletando uma pequena parte. Este procedimento deve ser repetido várias vezes dependendo do tamanho e da uniformidade da área a ser 6

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

amostrada. A Tabela 3 mostra o tipo de amostra que deve ser retirada para a determinação dos diversos parâmetros de solo necessários na confecção de projetos de irrigação.

Tabela 3.

Tipo de amostra que deve ser utilizada na determinação dos parâmetros de solo pertinentes à elaboração de projetos de irrigação.

Tipo de amostra

O que determinar Fertilidade geral Condutividade elétrica da solução Textura Capacidade de campo Ponto de murcha Umidade Densidade das partículas Densidade do solo Porosidade Estrutura

Alterada

Inalterada

2.3. Métodos para determinação da Umidade do Solo É de capital importância a determinação da umidade do solo para: Movimento d’água no solo (Condutividade Hidráulica, Capilaridade) Disponibilidade d’água no solo (CC e PM) Quando e quanto irrigar.

Métodos: Método da frigideira Método Gravimétrico Método padrão de estufa Método das pesagens Método Eletrométrico

Método de Bouyoucos Método de Colman

Método Tensiométrico Tensiômetro Método da Frigideira: Neste método pesa-se uma amostra de solo ao natural (PN) e coloca-se em uma frigideira, em seguida encharca-se este solo com álcool e coloca-se fogo. Depois de cessado o fogo pesa-se essa amostra, conseguindo desta maneira o peso do solo seco (PS).

100

PN - peso do solo ao natural, g; PS - peso do solo seco, g; U - umidade do solo em percentagem, %.

Método Padrão de Estufa - É um método direto, bastante preciso e consiste em retirar amostras de solo, na área e na profundidade que se deseja saber a umidade, colocá-las em um recipiente fechado (pesa filtro, lata) e trazê-las para o laboratório. Pesa-se o recipiente com amostra (M1), coloca-se o recipiente aberto em uma estufa a 105-110oC. Após 24 horas, no mínimo, retira-se a amostra da estufa, pesando-a novamente (M2). Sendo (M3) o peso do recipiente, a percentagem de umidade em peso será dada pela equação: 7

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

å 100 105 °!

"1 "2

100 "2 "3

MÊtodo das Pesagens - É tambÊm um mÊtodo direto e de precisão relativamente boa. Ele consiste no seguinte: - Colocar 100 g de terra seca a 105 ºC, proveniente da gleba onde se deseja irrigar, em um balão de 500 ml; - Completar o volume com ågua e pesar, para se ter o peso-padrão M; - Anotar o valor do peso padrão M, o qual serå determinado somente uma vez, para aquela gleba; - Em qualquer Êpoca que se desejar saber o teor de umidade daquela gleba, retirar a amostra de solo e colocar 100 g desta amostra no referido balão, completar o volume com ågua e pesar, obtendo-se o peso M’; - O peso da umidade do solo, em gramas, serå dado pela equação '

% " "& ' 1 onde:

Dp = densidade das partĂ­culas do solo = 2,65 g/cm3

Para expressar o resultado em percentagem de umidade, em peso na base seca, utiliza-se a equação:

100 & 100 &

onde:

U = % de umidade em peso.

MĂŠtodo de Bouyoucos - Este mĂŠtodo ĂŠ baseado na resistĂŞncia elĂŠtrica entre dois eletrodos inseridos em um bloco de gesso (cĂŠlula). A resistĂŞncia elĂŠtrica ĂŠ medida por um “medidorâ€? de corrente alternada, que ĂŠ calibrado para leituras diretas de“percentagem d’ågua no soloâ€?, Figura 5.

A umidade do solo Ê determinada indiretamente por meio da medição da resistência elÊtrica no bloco de gesso que se encontra enterrado no solo.

Figura 5. “Medidorâ€? e cĂŠlula de Bouyoucos.

MĂŠtodo de Colman - É tambĂŠm um mĂŠtodo indireto para a determinação da umidade do solo, baseado no mesmo princĂ­pio do anterior, mas o bloco onde estĂŁo inseridos os eletrodos ĂŠ de fibra de vidro, envolvida em duas placas de metal “monelâ€? perfuradas.

8

Apostila: Noçþes Båsicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Método do Tensiômetro - É um método direto para a determinação da tensão d’água no solo e indireto para determinação da % de água no solo.

O tensiômetro é constituído de uma cápsula de cerâmica, ligada por meio de um tubo a um manômetro, onde a tensão é lida. As figuras abaixo mostram esquema e fotografia de tensiômetros com manômetro metálico (Figura 6).

Tampa

Manômetro Joelho de PVC

Tubo de PVC

Cápsula de porcelana

Figura 6. Esquema e fotografias de tensiômetros.

2.4. Disponibilidade de Água no Solo A água do solo é dinâmica, movimentando-se segundo um gradiente de potencial, passando sempre do maior para o menor potencial. A disponibilidade da água no solo é esquematizada na Figura 7.

Saturação DRA

Cc

DTA

L

Uc Pm

Figura 7. Esquema mostrando a disponibilidade total e real de água no solo Capacidade de Campo (Cc) - Corresponde ao teor de umidade do solo no momento em que este deixa de perder água pela ação da gravidade.

Ponto de Murcha (Pm) - Corresponde ao teor de umidade do solo em que, abaixo dele, a planta não consegue retirar água do solo na mesma intensidade em que transpira.

Umidade Crítica (Uc) – Umidade mínima a que uma cultura poderá ser submetida sem afetar significativamente sua produtividade, que é determinada pelo (f).

9

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Determinação da Capacidade de Campo e do Ponto de Murcha - Para fins de projeto a capacidade de campo Ê determinada em laboratório. Pode-se tambÊm fazer a determinação dos dois parâmetros direto no campo, entretanto estes mÊtodos são mais demorados.

2.5. CĂĄlculo da Ă gua DisponĂ­vel Para o cĂĄlculo da ĂĄgua disponĂ­vel, alĂŠm da capacidade de campo, do ponto de murcha e da densidade aparente do solo, devemos ainda ter conhecimento da profundidade efetiva do sistema radicular da cultura a ser irrigada. a) Disponibilidade Total de Ă gua do Solo (DTA). '()

! ' 10

onde: DTA = Disponibilidade total de ĂĄgua, mm/cm; Cc = Capacidade de campo, % em peso; Pm = Ponto de murcha, % em peso; Ds = Densidade do solo, g/cm3. ou

* ! '

em que V = m3 de ĂĄgua disponĂ­vel, por hectare, em cada cm de profundidade do solo, sendo Cc e Pm, % em volume. b) Disponibilidade Real de Ă gua no Solo (DRA).

A disponibilidade real de ågua no solo Ê definida como a fração da disponibilidade total de ågua no solo que a cultura poderå utilizar sem afetar significativamente a su produtividade, podendo ser expressa por: '+) '() , em mm; c) Capacidade Total de à gua no Solo (CTA) Tanto a quantidade de ågua de chuva com a de irrigação só devem ser consideradas disponíveis para a cultura no perfil do solo que esteja ocupado pelo seu sistema radicular. Por isso, a capacidade total de ågua do solo somente deve ser calculada atÊ a profundidade do solo correspondente ao sistema radicular da cultura a ser irrigada, ou seja. !() '() ,, em mm; Z = Profundidade efetiva do sistema radicular da cultura, em cm; d) Capacidade Real de à gua do Solo (CRA) Numa lavoura irrigada nunca se deve permitir que o teor de umidade do solo atinja o ponto de murchamento, ou seja, deve-se somente usar, entre duas irrigaçþes consecutivas, uma fração da capacidade total da ågua no solo. !+) !() , em mm; f = fator de disponibilidade de ågua, em decimal. c) Irrigação Real Necessåria (IRN) É a quantidade real de ågua que necessita ser aplicada por irrigação.

10

Apostila: Noçþes Båsicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

- Com irrigação total – Quando toda a ågua necessåria à cultura for suprida atravÊs da irrigação.

-+ !+), em mm.

- Com irrigação suplementar – Quando uma parte da ågua necessåria à cultura for suprida pela irrigação e a outra parte pela precipitação efetiva (Pe).

-+ !+) , em mm.

Pe = Precipitação efetiva em mm ( Precipitação provåvel com 75 a 80 % de ocorrência). e) Irrigação Total Necessåria (ITN) -(

-+ .

Sendo: ITN em mm; Ea = eficiência de aplicação de ågua do sistema de irrigação, em decimal.

2.6. Evapotranspiração Inclui: - evaporação da ågua do solo - a evaporação da ågua depositada pela irrigação - evaporação de chuva ou orvalho na superfície das folhas - transpiração vegetal; Unidade: volume por unidade de årea ou em lâmina d’ågua no período considerado (m3/ha/dia, mm/dia etc.)

Depende principalmente da quantidade de energia solar recebida.

Evaporação da ågua do solo: em um solo saturado e com lençol freåtico próximo à superfície, sua evaporação aproxima-se da evaporação de um recipiente com ågua, com a superfície livre exposta às mesmas condiçþes atmosfÊricas.

Transpiração: Ê o processo pelo qual a ågua vai da planta para a atmosfera, atravÊs dos estômatos, sob forma de vapor.

Evaporação: É a passagem da ågua do estado líquido para o estado gasoso (vapor).

Evapotranspiração Potencial: Ê aquela que ocorre quando não hå deficiência de ågua no solo, que limite o seu uso pela planta.

Evapotranspiração Potencial de Referência (ETo): Ê a evapotranspiração de uma superfície extensiva, totalmente coberta com grama, de tamanho uniforme, entre 8 e 15 cm de altura e em ativo crescimento, em um solo com ótimas condiçþes de umidade.

Evapotranspiração Potencial da Cultura (ETc): Ê a evapotranspiração de determinada cultura quando hå ótimas condiçþes de umidade e nutriente no solo, de modo a permitir a produção potencial desta nas condiçþes de campo. .( .( / , em mm dia-1 onde: 11

Apostila: Noçþes Båsicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

ETo = Evapotranspiração potencial de referêcnia, em mm dia-1; Kc = Coeficiente da cultura em decimal.

2.6.1-Determinação da Evapotranspiração Potencial de Referência (ETo) Para a determinação da ETo serão considerados nesta apostila apenas alguns métodos mais generalizados. Didaticamente eles são divididos em métodos diretos e indiretos.

Métodos diretos - dão diretamente a evapotranspiração. a) Lisímetros b) Parcelas experimentais no campo c) Controle da umidade do solo d) Método da entrada-saída (em grandes áreas).

Métodos indiretos - não dão diretamente a evapotranspiração. a) Evaporímetros b) Equações Método do Lisímetro Dos métodos diretos descreveremos apenas o método do lisímetro por ser o de maior aplicabilidade, apesar dos custos consideráveis necessários na construção dos mesmos.

Os lisímetros são tanques enterrados no solo, dentro dos quais se mede a evapotranspiração. É o método mais preciso para a determinação da ETo, desde que eles sejam instalados corretamente.

Lisímetro de Percolação - consiste em enterrar um tanque com dimensões mínimas de 1,5 m de diâmetro por 1 metro de altura, no solo, deixando sua borda superior a 5 cm acima da superfície, Figura 8.

Do fundo do tanque sai uma tubulação que conduzirá a água drenada até um recipiente.

• o solo do tanque deve ser o mesmo do local onde está instalado o lisímetro, inclusive a ordem dos horizontes deve ser obedecida; • no fundo do tanque coloca-se uma camada de mais ou menos 10 cm de brita coberta com uma camada de areia grossa, visando facilitar a drenagem da água que percolou através do tanque;

Solo

4,5m Solo

Tanque Brita

Solo

Tubo de ½” coletor

Figura 8. Esquema e fotografia do Lisímetro de Percolação. .

A ETo em um período qualquer é dada pela equação.

12

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

onde: EToo = Evapotranspiração potencial de referência em mm; I = Irrigação do tanque em litros; P = Precipitação pluviométrica no tanque, em litros; D = Água drenada do tanque, em litros; S = Área da boca do tanque em m2.

Métodos indiretos - não dão diretamente a evapotranspiração e para determiná-la determiná multiplica-se se o valor encontrado por um fator (K), a ser determinado para cada região e método. O fator K é determinado em comparaç ação com valores encontrados em lisímetros. Os métodos indiretos se resumem nos evaporímetros e nas equações.

Evaporímetros São equipamentos usados para medir a evaporação direta da água.

Tipos: Tanque de evaporação - a superfície d’água fica livremente exposta ao ambiente; Atmômetros - a evaporação se dá através de uma superfície porosa.

Tanque U.S.W.B. Classe A - Tanque “classe A” - É mais utilizado em virtude do custo relativamente baixo e do fácil manejo. Mede a evaporação de uma superfície de água livre, associada aos efeitos integrados da radiação solar, do vento, da temperatura e da umidade do ar.

Características: Tanque circular de aço inox ou galvanizado, chapa nº 22, com 121 cm de diâmetro e 25,5 cm de profundidade, Figura 9.

Deve ser instalado sobre um estrado de madeira, de 15 cm de altura e ficar cheio de água até 5 cm da borda superior, conforme Figura Figura abaixo. Não se deve permitir variação do nível da água maior que 2,5 cm. A evaporação é medida em um micrômetro de gancho, assentado em poço tranquilizador.

5cm

∅=121cm ∅ Poço tranqüilizador

25,5cm

15cm

Figura 9. Esquema e fotografia do Tanque Classe A. O poço tranqüilizador pode ser de metal ou com tripé sobre parafuso, colocado dentro do tanque ou um cilindro de 10 cm de diâmetro, que se comunica com o tanque por meio de um tubo.

Neste último pode-se se instalar uma régua graduada em milímetros para as leituras, não sendo estas esta tão precisas quanto às feitas com micrômetro, mas satisfatórias para fins de irrigação.

13

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

.( / .* onde: Kt = Coeficiente do tanque, decimal; EV = Evaporação do tanque em mm.dia-1; Tabela 4.

Valores de coeficiente do tanque “Classe Aâ€?, em função dos dados meteorolĂłgicos da regiĂŁo e do meio em que ele estĂĄ instalado, segundo Doorenbos e Pruitt (FAO).

Exposição A Tanque circundado pôr grama UR Baixa MÊdia (mÊdia) < 40 % 40 a 70 % Posição do Vento Tanque (Km/dia) R(m)*

Alta > 70 %

Exposição B Tanque circundado pôr solo nú Baixa MÊdia Alta < 40 % 40 a 70 % > 70 % Posição do Tanque

Leve <175

1 10 100 1000

0,55 0,65 0,70 0,75

0,65 0,75 0,80 0,85

0,75 0,85 0,85 0,85

R(m)* 1 10 100 1000

0,70 0,60 0,55 0,50

0,80 0,70 0,65 0,60

0,85 0,80 0,75 0,70

Moderado 175-425

1 10 100 1000

0,50 0,60 0,65 0,70

0,60 0,70 0,75 0,80

0,65 0,75 0,80 0,80

1 10 100 1000

0,65 0,55 0,50 0,45

0,75 0,65 0,60 0,55

0,80 0,70 0,65 0,60

Forte 425 a 700

1 10 100 1000

0,45 0,55 0,60 0,65

0,50 0,60 0,65 0,70

0,60 0,65 0,75 0,75

1 10 100 1000

0,60 0,50 0,45 0,40

0,65 0,55 0,50 0,45

0,70 0,75 0,60 0,55

1 10 100 1000

0,40 0,45 0,50 0,55

0,45 0,55 0,60 0,60

0,50 0,60 0,65 0,65

1 10 100 1000

0,50 0,45 0,40 0,35

0,60 0,50 0,45 0,40

0,65 0,55 0,50 0,45

Muito Forte > 700

Food and Agricultural Organization (FAO).

Obs.: Para extensas åreas de solo nu, reduzir os valores de Kt em 20%, em condiçþes de alta temperatura e vento forte, e de 5 a 10% em condiçþes de temperatura, vento e umidade moderados. * Por R(m) entende-se a menor distância (expressa em metros) do centro do tanque ao limite da bordadura (grama ou solo nu).

Existem outros evaporĂ­metros como o tanque Colorado, o tanque â&#x20AC;&#x153;Young Screenâ&#x20AC;? e o EvaporĂ­metro de Piche, que, entretanto nĂŁo serĂŁo aqui detalhados.

Equaçþes Hå um grande número de equaçþes baseadas em dados meteorológicos, para o cålculo da ETo. A maioria delas Ê de difícil aplicação, na pråtica, não só pela complexidade do cålculo, mas tambÊm por exigir grande número de elementos meteorológicos, somente fornecidos por estaçþes de 1a. classe ou automåticas. Na Figura 10 Ê apresentada uma estação climatológica automåtica.

Algumas das equaçþes mais divulgadas serão discutidas a seguir: MÊtodo de Blaney-Criddle, que foi desenvolvido relacionando os valores da ET mensal com o produto da temperatura mÊdia mensal pela percentagem mensal das horas anuais de luz solar.

Ele foi modificado pela FAO, incluindo ajustes climĂĄticos locais, ou seja: 14

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

.( 0 0,457 ( 4 8,13 6 onde: ETo = Evapotranspiração potencial de referência em mm mês-1; T = Temperatura mÊdia mensal, em ºC; P = Percentagem mensal das horas anuais de luz solar; c = coeficiente regional de ajuste da equação.

Figura 10. Estação climatológica automåtica.

Os valores de P, que variam com a latitude, estĂŁo na Tabela 05. E os valores do fator de ajuste â&#x20AC;&#x153;câ&#x20AC;?, que variam de acordo com as condiçþes regionais de brilho solar, velocidade diurna do vento e umidade relativa mĂ­nima diurna, encontram-se na Tabela 06.

Tabela 05. Valores de percentagem mensal de horas anuais de luz solar (P) para latitudes sul (6o a 26o) segundo Blaney-Criddle Lat. sul

6o.

8o.

10o.

12o.

14o.

16o.

18o.

20o.

22o.

24o.

26o.

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

8,69 8,77 8,82 8,90 9,98 9,08 9,17 9,26 9,35 9,44 9,55

7,79 7,83 7,88 7,92 7,98 8,00 8,04 8,08 8,12 8,17 8,22

8,51 8,52 8,53 8,54 8,55 8,56 8,57 8,58 8,59 8,60 8,63

8,13 8,09 8,06 8,02 7,99 7,97 7,94 7,89 7,86 7,83 7,81

8,32 8,27 8,20 8,14 8,06 7,99 7,95 7,88 7,75 7,64 7,56

7,98 7,89 7,82 7,75 7,68 7,61 7,52 7,43 7,33 7,24 7,14

8,27 8,20 8,14 8,06 7,96 7,89 7,79 7,71 7,62 7,54 7,46

8,37 8,33 8,23 8,22 8,18 8,12 8,08 8,02 7,95 7,90 7,84

8,20 8,19 8,18 8,17 8,16 8,15 8,13 8,12 8,11 8,10 8,10

8,58 8,60 8,63 8,67 8,69 8,71 8,75 8,79 8,83 8,87 8,91

8,42 8,49 8,56 8,63 8,70 8,76 8,83 8,91 8,97 9,04 9,15

8,74 8,82 8,90 8,98 9,07 9,16 9,23 9,33 9,42 9,53 9,66

Para determinar o valor de ETo mensal de uma cultura, ĂŠ necessĂĄrio verificar a temperatura mĂŠdia mensal (T), a percentagem mensal de horas anuais de luz solar (P), utilizando-se a Tabela 05, e determinar o valor de correção â&#x20AC;&#x153;câ&#x20AC;?, utilizando informaçþes mĂŠdias regionais da umidade

15

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

relativa mĂ­nima diurna (URmin), da velocidade do vento a 2 m de altura (U2) e da razĂŁo entre as horas de luz solar real e o mĂĄximo possĂ­vel (n/N), para a regiĂŁo, conforme Tabela 4.

Tabela 06. Fator de correção â&#x20AC;&#x153;câ&#x20AC;? para a equação de Blaney-Criddle modificada pela FAO. Brilho Solar (n/N)

Velocidade do Vento (m s-1)

Umidade relativa mĂ­nima (%) 20 â&#x20AC;&#x201C; 50% >50%

<20%

Baixo (0,45)

0â&#x20AC;&#x201C;2 2â&#x20AC;&#x201C;5 5â&#x20AC;&#x201C;8

0,92 1,06 1,16

0,82 0,91 0,98

0,64 0,72 0,77

MĂŠdio (0,70)

0â&#x20AC;&#x201C;2 2â&#x20AC;&#x201C;5 5â&#x20AC;&#x201C;8

1,02 1,19 1,35

0,91 1,06 1,12

0,75 0,83 0,88

Alto (0,90)

0â&#x20AC;&#x201C;2 2â&#x20AC;&#x201C;5 5â&#x20AC;&#x201C;8

1,14 1,23 1,49

1,02 1,12 1,24

0,83 0,91 0,97

MÊtodo de Hargreaves Hargreaves aplicando a anålise de regressão em dados diårios de evapotranspiração potencial de referência em Davis-California, obteve a equação seguinte: >

.( ( 4 17,8 9,38 1089 + (max ( = ? onde: ETo = evapotranspiração potencial de referencia, mm dia-1; Tmed = temperatura mÊdia diåria, em oC; Tmax = temperatura måxima diåria, em oC; Tmin = temperatura mínima diåria, em oC; e Ra = radiação no topo da atmosfera, em MJ m-2 dia-1.

Tabela 07. Valores de radiação no topo da atmosfera (Ra) para latitudes sul entre 0 e 30 graus.

Lat. grau

JAN

FEV

MAR

ABR

MAI

JUN

JUL

AGO

SET

OUT

NOV

DEZ

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

36,2 36,9 37,6 38,2 38,9 39,5 40,1 40,6 41,1 41,5 41,9 42,2 42,5 42,8 43,0 43,1

37,5 37,9 38,3 38,7 39,0 39,3 39,6 39,7 39,9 40,0 40,0 40,1 40,0 39,9 39,8 39,6

37,9 38,0 38,0 38,0 37,9 37,8 37,7 37,5 37,2 37,0 36,6 36,2 35,8 35,3 34,8 34,3

36,8 36,4 36,0 35,6 35,1 34,6 34,0 33,4 32,8 32,1 31,3 30,6 29,8 29,0 28,1 27,2

34,8 34,1 33,4 32,7 31,9 31,1 30,2 29,4 28,5 27,5 26,6 25,6 24,6 23,5 22,5 21,4

33,4 32,6 31,8 30,9 30,0 29,1 28,1 27,2 26,2 25,1 24,1 23,0 21,9 20,8 19,7 18,5

33,9 33,1 32,2 31,5 30,7 29,8 28,9 27,9 27,0 26,0 25,0 24,0 22,9 21,8 20,7 19,6

35,7 35,2 34,6 34,0 33,4 32,8 32,1 31,3 30,6 29,8 28,9 28,1 27,2 26,3 25,3 24,3

37,2 37,1 37,0 36,8 36,6 36,3 36,0 35,6 35,2 34,7 34,2 33,7 33,1 32,5 31,8 31,1

37,4 37,7 38,0 38,2 38,4 38,5 38,6 38,7 38,7 38,7 38,6 38,4 38,3 38,0 37,8 37,5

36,3 37,0 37,6 38,2 38,8 39,3 39,8 40,2 40,6 40,9 41,2 41,4 41,7 41,8 41,9 42,0

35,6 36,4 37,2 38,0 39,4 40,0 40,6 41,2 41,7 42,1 42,6 43,0 43,3 43,6 43,9 44,1

16

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Método de Thornthwaite Método empírico baseado apenas na temperatura média do ar, sendo esta sua principal vantagem. Foi desenvolvido para condições de clima úmido e, por isso, normalmente apresenta subestimativa da ETP em condições de clima seco. Apesar dessa limitação, é um método bastante empregado para fins climatológicos, na escala mensal. Esse método parte de uma ET padrão (ETp), a qual é a ET para um mês de 30 dias e com N = 12h. A formulação do método é a seguinte: ( A

0 B Tm D 26,5E

Tm ≥ 26,5 E .( 415,85 4 32,24 Tm 0,43 Tm F >,H>9

0,2 I 12 Ta a 0,49239 4 1,7912 108? I – 7,71 108H I? 4 6,75 108J IK ETo ETp COR N NDP COR >?

KU onde: ETo = evapotranspiração de referencia, mm mês-1; Tm = temp. média do ar mensal, oC; Ta = temp. média anual normal, oC; N = fotoperíodo do mês em questão, h; NDP = dias do período em questão.

.( 16 10

Exemplo Local: Piracicaba (SP) – latitude 22o42´S Janeiro – Tmed = 24,4oC, N = 13,4h, NDP = 31 dias, Ta = 21,1oC I = 12 (0,2 21,1)1,514 = 106,15 a = 0,49239 + 1,7912 10-2 (106,15) – 7,71 10-5 (106,15)2 + 6,75 10-7 (106,15)3 = 2,33 ETp = 16 (10 24,4/106,15)2,33 = 111,3 mm/mês ETP = 111,3 x COR COR = 13,4/12 x 31/30 ETP = 111,3 x 13,4/12 x 31/30 = 128,4 mm/mês ETP = 128,4 mm/mês ou 4,14 mm/dia Método de Penman-Monteith Método físico, baseado no método original de Penman. O método de PM considera que a ETo é proveniente dos termos energético e aerodinâmico, os quais são controlados pelas resistências ao transporte de vapor da superfície para a atmosfera. As resistências são denominadas de resistência da cobertura (rs) e resistência aerodinâmica (ra).

ETo = [ 0,408 s (Rn – G) + γ 900/(T+273) U2 ∆e ] / [ s + γ (1 + 0,34 U2) ] s = (4098 es) / (237,3 + T)2 es = (esTmax + esTmin) / 2 esT = 0,611 x 10[(7,5xT)/(237,3+T)] ea = (URmed x es) / 100 URmed = (URmax + URmin)/2 T = (Tmax + Tmin)/2 onde: ETo = evapotranspiração de referência, mm dia-1; Rn = radiação líquida à superfície de cultura, MJ m-2 dia-1; 17

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

G = densidade do fluxo de calor do solo, MJ m-2 dia-1; T = temperatura do ar média diária, °C; U2 = velocidade do vento a 2 m de altura m s-1; es = pressão de vapor de saturação, kPa; ea = pressão de vapor atual, kPa; es - ea = déficit de pressão de vapor, kPa; ∆e = declividade da curva de pressão de vapor, kPa °C-1; γ = constante psicrométrica, kPa °C-1; Exemplo Dia 30/09/2004 Rn = 8,5 MJ/m2d, G = 0,8 MJ/m2d, Tmax = 30oC, Tmin = 18oC, U2m = 1,8 m/s, URmax = 100% e URmin = 40% esTmax = 0,611 x 10[(7,5x30)/(237,3+30)] = 4,24 kPa esTmin = 0,611 x 10[(7,5x18)/(237,3+18)] = 2,06 kPa es = (4,24 + 2,06)/2 = 3,15 kPa T = (30 + 18)/2 = 24oC s = (4098 x 3,15) / (237,3 + 24)2 = 0,1891 kPa/oC URmed = (100 + 40)/2 = 70% ea = (70 x 3,15)/100 = 2,21 kPa ∆e = 3,15 – 2,21 = 0,94 kPa ETP = [0,408x0,1891x(8,5-0,8) + 0,063x900/(24+273)x1,8x0,94]/[0,1891+0,063x(1+0,34x1,8)] ETP = 3,15 mm/d 2.7. Precipitação Do total de precipitação que incide em uma área, - parte é retida pela cobertura vegetal; - parte escoa sobre a superfície do solo; - parte infiltra no solo; - parte é retida na zona radicular; - parte percola para a camada mais profunda (Lençol freático).

A distribuição de cada fração depende de: - do total precipitado; - da intensidade e da freqüência de precipitação; - da cobertura vegetal; - da topografia local; - do tipo de solo; - do teor de umidade do solo antes da chuva.

Quanto à irrigação, interessa, principalmente, a parte da irrigação que será utilizada diretamente pela cultura (precipitação efetiva), a freqüência e a magnitude de precipitação que se podem esperar na área do projeto (precipitação provável) e a quantidade de água que abastecerá os rios e represas a fim de ser usada na irrigação. a) Precipitação Efetiva - Pe É a parte da precipitação que é utilizada pela cultura para atender sua demanda solo e a parte que percola abaixo do sistema radicular da cultura. b) Precipitação provável 18

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

É a quantidade mínima de precipitação com determinada probabilidade de ocorrência.

Normalmente em irrigação trabalha-se com a probabilidade de 75 ou 80%, ou seja, com a lâmina mínima de chuva que pode esperar em três a cada quatro anos (75%) ou em quatro a cada cinco anos (80%) em determinado período do ano.

2.8. Infiltração de Água no Solo É o processo pelo qual a água penetra no solo através de sua superfície.

2.8.1. Taxa de Infiltração (VI) - A taxa de infiltração da água em um solo é muito importante para a irrigação.

- Determina o tempo em que se deve manter a água na superfície.

- Determina a duração da irrigação por aspersão.

- É parâmetro utilizado na seleção do sistema de irrigação a ser utilizado.

- A VI é expressa em altura de lâmina d’água pôr unidade de tempo (mm/h).

2.8.2. Taxa de Infiltração Básica (VIB) É a magnitude da taxa de infiltração de água no solo, quando esta se torna praticamente constante, em cm/h ou mm/h. É de grande utilidade na escolha do aspersor a ser utilizado no sistema de irrigação, pois a intensidade de aplicação de água do mesmo deve ser inferior ao valor da VIB. 2.8.3. Fatores que Afetam a Taxa de Infiltração (VI) - Textura do solo; - Estrutura (Porosidade) do solo; - Teor de umidade do solo; - Existência de camadas menos permeável no perfil do solo.

2.8.4. Curva da Taxa de Infiltração Básica (VIB) A Figura 11 abaixo descreve o comportamento da água no solo durante a infiltração.

No momento em que a taxa de infiltração (VI) está praticamente constante temos a Taxa de Infiltração Básica (VIB).

VI (cm/h)

VI inicial

4 3 2

VI básica

1 0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Tempo(h)

Figura 11. Taxa de infiltração de água no solo com o tempo.

Obs.: 19

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Em irrigação pôr aspersão e inundação teremos somente infiltração vertical Em irrigações pôr sulcos teremos infiltração horizontal e vertical.

2.8.5. Infiltração Acumulada (I) É a quantidade total de água infiltrada, durante determinado tempo, geralmente expressa em mm ou cm. A Figura 12 mostra a curva de infiltração acumulada com o tempo em um determinado solo.

I (mm)

8 6 Curva de I

4 2 0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Tempo(h)

Figura 12. Curva de infiltração acumulada de água no solo.

A infiltração acumulada em função do tempo pode ser utilizada para se determinar o tempo necessário para infiltração de determinada quantidade de água, o que é de suma importância no dimensionamento da irrigação por superfície.

2.8.6. Métodos de Determinação de VI Em Irrigação pôr Sulco Devemos utilizar os seguintes métodos na determinação da taxa de infiltração (VI). * Método da entrada e saída de água no sulco; * Método do infiltrômetro de sulco. * Método do balanço de água no sulco.

Em Irrigação pôr Aspersão e Localizada São recomendados os seguintes métodos de determinação de VI. * Método das bacias; * Método do infiltrômetro de anel; * Método do infiltrômetro de aspersor.

2.8.7. Classificação dos Solos Segundo a VIB. Solo de VIB muito alta - > 3 cm/h; Solo de VIB alta - de 1,5 a 3,0 cm/h; Solo de VIB média - de 0,5 a 1,5 cm/h; Solo de VIB baixa - < 0,5 cm/h.

O valor da VIB indicará os métodos de irrigação possíveis de serem usados naquele solo, bem como determinará a intensidade de precipitação máxima dos aspersores.

2.8.8. Descrição do Método do Infiltrômetro de Anel 20

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Utilizado para a determinação da VIB, quando se pretende implantar sistemas de irrigação pôr aspersão e localizada. Pôr serem estes os sistemas de irrigação mais utilizados na região será detalhado apenas o método do infiltrômetro de anel.

Infiltrômetro: Dois cilindros, sendo um com diâmetro de 50 cm, outro com diâmetro de 25 cm e ambos com altura de 30 cm. Uma das bordas do cilindro deve ter a forma de bisel, para facilitar a penetração no solo. Os anéis devem ser instalados concêntricos, conforme Figura 13.

15cm

30 cm

=#=#=# =#=#

=#=#=#=#=#= 15 cm

25cm 50 cm

Figura 13. Detalhe de instalação do infiltrômetro de anel A importância do anel externo é evitar que a água do anel interno infiltre lateralmente.

A lâmina d’água dentro dos anéis deve estar em torno de 5 cm, permitindo uma oscilação de 2 cm.

As leituras devem ser medidas da borda superior do anel até a superfície da água dentro dele.

Adiciona-se água nos cilindros e fazem-se leituras da lâmina infiltrada, no cilindro interno de período em período (5 em 5 minutos).

A lâmina infiltrada dividida pelo tempo decorrido para sua infiltração dá a VI média: *-

- 60 (

Onde: VIm = Taxa de infiltração média, em cm/h I = Infiltração acumulada, em cm; T = Tempo decorrido desde o início do teste, em min.

A velocidade de infiltração aproximada (VIa) pode ser calculada pela expressão: *-

∆- 60 ∆(

Onde: VIa = taxa de infiltração aproximada (infiltração instantânea) em cm/h; 21

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

∆I = variação na lâmina infiltrada em cm; ∆T = variação de tempo em minutos.

No Quadro abaixo temos um exemplo de determinação da infiltração acumulada (I) e da taxa de infiltração (VI) utilizando-se o método do infiltrômetro de anel.

Tabela 8. Determinação da Velocidade de Infiltração de Água no Solo e da Infiltração acumulada (Método do Infiltrômetro de Anel) Hora

Tempo Acumulado (min)

Leitura na Régua (cm)

Diferença (∆I ) (cm)

Infiltração Acumulada(I) (cm)

VIa (∆I/∆T) (cm/h)

VIm (I/T) (cm/h)

9,2333 10,00 9,2833 3,00 8,00 10,00 2,00 2,00 40,00 40,00 9,3667 8,00 8,50 10,00 1,50 3,50 18,00 26,25 9,4500 13,00 9,40 0,60 4,10 7,20 18,92 9,5333 18,00 8,70 10,00 0,70 4,80 8,40 16,00 9,6167 23,00 9,60 0,40 5,20 4,80 13,57 9,7000 28,00 9,20 0,40 5,60 4,80 12,00 9,7833 33,00 8,80 10,00 0,40 6,00 4,80 10,91 9,9500 43,00 9,30 10,00 0,70 6,70 4,20 9,35 10,1167 53,00 9,40 0,60 7,30 3,60 8,26 10,2833 63,00 8,90 10,00 0,50 7,80 3,00 7,43 10,6167 83,00 9,20 10,00 0,80 8,60 2,40 6,22 11,1167 113,00 8,90 10,00 1,10 9,70 2,20 5,15 11,6167 143,00 9,00 10,00 1,00 10,70 2,00 4,49 12,2667 182,00 8,80 10,00 1,20 11,90 1,85 3,92 12,7667 212,00 9,00 10,00 1,00 12,90 2,00 3,65 13,2667 242,00 9,10 10,00 0,90 13,80 1,80 3,42 13,7667 272,00 9,20 10,00 0,80 14,60 1,60 3,22 Obs.:Teste efetuado em área da Escola Agrotécnica Federal de Guanambi em nov/2001. As leituras de lâmina foram feitas em uma régua graduada a partir da superfície do solo. Toda vez que a lâmina de água dentro do infiltrômetro atingia a profundidade de 8 cm o volume era novamente completado para 10 cm.

2.9. Cálculo de Parâmetros de Projeto Relacionados com Água disponível, Evapotranspiração e Infiltração Turno de Rega (TR) - É o intervalo em dias entre duas irrigações sucessivas, em um mesmo local. (+

!+) .(

onde: TR = turno de rega, em dias.

Período de Irrigação (PI) - É o número de dias necessários para completar a irrigação de uma área.

PI deve ser menor ou igual ao TR

22

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Escolha do Aspersor - Neste ponto do procedimento deve ser escolhido o aspersor a ser utilizado no sistema de irrigação. Naturalmente que a sua escolha não é um parâmetro numérico e sim uma seleção baseada em critérios relacionados a clima da região, cultura a ser irrigada e custo de implantação do sistema de irrigação dentre outros. A Intensidade de Aplicação de Água do Aspersor (IA) - É a intensidade com que o sistema aplicará água sobre o solo que deve ser menor ou igual à VIB do mesmo.

-)

W 3600 1 2

onde: IA = intensidade de aplicação, em mm/h q = vazão do aspersor escolhido, em l/s; S1 = espaçamento entre aspersores ao longo da linha lateral, em m; S2 = espaçamento entre linhas laterais, em m.

Tempo de Irrigação por Posição (TI) - Equivale ao tempo de funcionamento do sistema por posição em horas; (-

-( -)

onde: TI = tempo de irrigação Por posição, em h.

23

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Exercícios Resolvidos: 1) Na determinação do teor de umidade do solo, utilizando-se o método padrão de estufa, uma amostra de solo úmida foi retirada no local e na profundidade desejada, colocada em um “pesa filtro” e levada à balança, traduzindo em um peso igual a 250 gramas. Em seguida a amostra com o recipiente foi levada à estufa com temperatura entre 105 e 110 º C, durante 24 horas, pesando-se o conjunto novamente obteve-se um valor de 200 gramas. Sabendo-se que o recipiente (“pesa filtro”) pesa 20 gramas, pede-se calcular o teor de umidade da amostra de solo.

Resolução: U = M1 - M2 x 100 M2 - M3

U = 250g – 200 g x 100

U = 27,78 %

200g – 20g

2) Calcular a disponibilidade de água para as seguintes condições.

Local: Muqui Irrigação total Solo: CC = 32 % (em peso) Pm = 18 % (em peso) Da = 1,2 g/cm3

Cultura = Milho Prof. raiz (Z) = 50 cm Fator disp. Água (f) = 0,50 Sistema de Irrigação Eficiência (Ea) = 60 %.

Resolução: DTA = (Cc - Pm) x Da 10

DTA = 32 – 18 x 1,2 = 1,68 mm/cm 10

CTA = DTA x Z

CTA = 1,68 mm/cm x 50 cm

CTA = 84 mm

CRA = CTA x f

CRA = 84 mm x 0,50

CRA = 42 mm

IRN = CRA

IRN = 42 mm

ITN = IRN Ea

ITN = 42 mm 0,60

ITN = 70 mm

Portanto para as condições apresentadas o solo tem uma capacidade total de armazenamento de água de 84 mm ou seja 840 m3/ha, sendo a capacidade real de armazenamento de 420 m3/ha uma vez que o fator de disponibilidade de água da cultura é 0,50. A lâmina de irrigação real necessária é de 42 mm ou 420 m3/ha e a irrigação total necessária é de 70 mm ou 700 m3/ha uma vez que a eficiência de aplicação de água do sistema é de apenas 60 %.

3) No acompanhamento de um lisímetro de percolação, durante o mês de janeiro, foram anotados os seguintes dados: Irrigação do tanque no período (I) = 310 litros Precipitação pluviométrica do período (P) = 150 mm Água drenada do tanque (D) = 110 litros Calcular a Evapotranspiração Potencial de Referencia (Eto) no período, sabendo que o diâmetro do tanque do lisímetro é de 2 metros.

Resolução: Eto = I + P - D S P(l) = P (mm) x S(m2) 24

P = 150 mm que deve ser transformado em litros S = π x R2

S = π x 12

S = 3,14 m2

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

P(l) = 150 l/ m2 x 3,14 m2

P = 471 litros

Eto = 310 l + 471 l + 110 l 3,14 m2

Eto = 213,69 mm

Eto = 213,69 mm 31 dias

Eto = 6,89 mm/dia

C. E. Cotrim

4) Calcular a Evapotranspiração Potencial de Referência para as condições abaixo, com base em dados de Doorembos e Pruit (FAO).

Período - 8 a 14 de setembro de 1985; Velocidade (média período) = 190 km/dia; Umidade Relativa (média do período) = 60 %; Tanque circundado com grama R(m)= 10 m; Evaporação do tanque no período (EV)=42 mm; Resolução: Entrando com os valores fornecidos no Quadro 1 da página 12, chegaremos a um valor de Kt = 0,70 Eto = Kt x EV

.... Eto = 0,70 x 42mm

Eto = 29,4 mm 7 dias

....

Eto = 29,4 mm

Eto = 4,2 mm/dia

5) Calcule a Evapotranspiração Potencial de Referência (Eto), utilizando-se a equação de Blaney-Criddle, para o mês de julho/2009 em Guanambi, sabendo-se que a temperatura média mensal foi de 24,64 ºC, que o fotoperíodo para o mês é de 11,2 horas, que o brilho solar real diário foi em média de 10,8 horas, que a velocidade do vento foi em média de 3,35 m/s e que a umidade relativa do ar média foi de 58,4%. Considerar também que a cidade de Guanambi está localizada a 14 º de latitude sul.

Resolução: Para Guanambi, a 14o. de latitude sul, no mês de julho,temos, através do Quadro II da página 13, uma valor de (P) percentagem mensal de horas anuais de luz solar igual a 7,96 %.

Utilizando a Tabela 6, com n/N = 0,96, Vv = 3,35 m/s e UR = 58,4% temos C = 0,91 ETo = C x [ (0,457 x T + 8,13) x P]

ETo = 0,91 x [(0,457 x 24,64 + 8,13 ) x 7,96]

ETo = 140,46 mm/mês.

ETo = 140,46/31 = 4,53 mm/dia.

6) De uma amostra de solo enviada a laboratório obtivemos os seguintes resultados: Capacidade de Campo: 26 % em peso; Ponto de Murcha: 13 % em peso; Densidade Aparente: 1,2 g/cm3 Sabendo-se que nesta área será implantada a cultura de milho, solicitamos dos senhores alunos nos auxiliar no manejo da irrigação da referida cultura no mês de junho, calculando o turno de rega (TR) e o tempo de funcionamento do equipamento pôr posição (TI).

Considerando para a cultura do milho no referido mês os seguintes dados: Evapotranspiração potencial da cultura (Etpc) = 5 mm/dia Profundidade do sistema radicular da cultura (Z) = 40 cm; Fator de disponibilidade de água para a cultura (f) = 0,5 Considerar também que o equipamento de irrigação por aspersão conv. apresenta as seguintes características: Eficiência de aplicação de água do sistema(Ea): 80 %; Intensidade de Aplicação de Água do Aspersor utilizado: 15 mm/h.

25

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Resolução: Passos: 1 – Calcular a CRA que é igual a IRN 2 – Calcular o Turno de Rega (TR) 3 – Calcular a ITN 4 – Calcular o Tempo de Irrigação (TI)

1) CRA = (Cc – Pm) x Da x Z x f 10 CRA = (26 - 13) x 1,2 x 40 x 0,5 10

CRA= IRN = 31,2 mm

2) TR = CRA Eptc

TR = 31,2 mm 5 mm/dia

TR= 6,24 dias

3) ITN = IRN Ea

ITN = 31,2 mm 0,80

ITN = 39 mm

4) TI = ITN IA

TI = 39,00 mm 15 mm/h

TI = 2,6 horas

Considerar TR = 6 dias.

Portanto no manejo da cultura do milho, durante o mês de junho e de acordo com os dados fornecidos, devemos irrigar a área a cada 6 dias e utilizar um tempo de 2,6 horas para cada posição da linha lateral com aspersores.

7) Considerando que, no sistema de irrigação por aspersão utilizado na Agricultura II, o espaçamento entre aspersores (S1) é de 12 metros e o espaçamento entre linhas laterais (S2) é também de 12 metros, calcule a intensidade de aplicação de água (IA) dos aspersores utilizados sabendo que a vazão dos mesmos é de 1 l/s.

Resolução: IA = q x 3600 S1 x S2

IA = 1 l/s x 3600 s/h 12 m x 12 m

IA = 25 mm/h.

Exercícios Propostos: 1) Assinale V ou F conforme sejam verdadeiras ou falsas as afirmativas e posteriormente marque a alternativa que corresponde à seqüência correta. ( ) A história da irrigação confunde-se com a história da civilização, pode-se dizer que ela começou com o antigo Egito, há 5.000 anos; ( ) A água do solo é tradicionalmente classificada em água gravitacional, água capilar e água disponível; ( ) Os métodos de determinação do teor de umidade do solo, baseados em pesagens, são o padrão de estufa, o de Bouyoucos, o de Colman e o das pesagens; ( ) Em um solo na capacidade de campo os espaços porosos do mesmo estão todos preenchidos com água; ( ) No ponto de murcha o teor de umidade é tal que, abaixo dele, a planta não consegue retirar água do solo na mesma intensidade em que transpira; ( ) A água do solo disponível às plantas é aquela que fica retida entre a capacidade de campo e o ponto de murcha; ( ) O (f) fator de disponibilidade de água da cultura é que determina o percentual da água disponível no solo que a planta pode absorver, sem que ocorra queda na produtividade, ou seja, determina a água facilmente disponível. ( ) Toda a água capilar do solo está disponível às plantas. a) V, V, F, F, F, V, V, F b) V, F, F, F, V, V, V, F c) V, F, F, V, V, V, F, F d) V, F, F, F, V, F, V, F e) F, F, F, F, V, V, F, V 26

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

2) Relacione a segunda coluna de acordo com a primeira e posteriormente assinale a alternativa que corresponde à seqüência correta.

(1) Disponibilidade total de água do ( ) Quantidade total de água que se necessita aplicar pôr irrigação, solo em mm; (2) Irrigação total necessária ( ) Utilizado para estabelecer o percentual da água disponível no solo, que a cultura consegue absorver sem que haja queda de produtividade; (3) Capacidade total d’ água no solo ( ) É uma característica do solo que corresponde à quantidade de água que o solo pode reter ou armazenar pôr determinado tempo; (4) Irrigação real necessária ( ) Quantidade real de água que se necessita aplicar pôr irrigação; (5) Fator de disponibilidade (f) ( ) Quantidade de água que o solo pode reter em uma profundidade equivalente ao sistema radicular da cultura. a) 1, 5, 2, 4, 3 b) 2, 5, 1, 3, 4 c) 2, 5, 1, 4, 3

d) 2, 5, 3, 4, 1 e) 3, 5, 1, 4, 2

3) Com base nos dados abaixo, calcule a quantidade total de água que se necessita aplicar por irrigação na cultura do tomate, em mm; Dados de solos: Cc = 20 % em peso , Pm = 13 % em peso; da = 1,2 g/cm3 Dados da Cultura: Tomate, f = 0,5; Z=30 cm Sistema de Irrigação: Ea = 75 % a) 12, 6 mm b) 168 mm c) 25,2 mm d) 16,8 mm e) 8,4 mm 4) Marque a alternativa correta sobre a seqüência de palavras que completam as frases abaixo.

I - Da água que chega ao solo parte é ______________________, parte é _______________diretamente do solo, parte é ___________________ e parte é perdida pôr _______________superficial.

II - A função do manejo de irrigação é ___________________as perdas de água, buscando maior _____________________ no uso da mesma.

III - O consumo de água no sistema de irrigação varia ao longo do _______________da cultura e com as condições _____________________.

IV- O método do turno de rega pré-fixado se baseia na determinação do ________________e da _____________________ a ser aplicada em cada irrigação.

I) infiltrada, evaporada, percolada, escoamento II) minimizar, eficiência III) ciclo, climáticas IV) potencial osmótico, qualidade da água a) todas as seqüências estão corretas d) as seqüências I, II e IV estão corretas e) as seqüências I, II e III estão corretas b) apenas as seqüências I e II estão corretas c) as seqüências I, III e IV estão corretas 5) Com base nos dados das tabelas abaixo, podemos dizer que o valor da evapotranspiração potencial da cultura do milho, para o mês de agosto, em segundo estágio de desenvolvimento é: a) 5,70 mm b) 6,35 mm c) 6,65 mm d) 7,35 mm c) 8,40 mm 6) Qual o tempo de funcionamento pôr posição, do sistema de irrigação convencional que o produtor dispõe, para irrigação da cultura do tomate, sabendo-se que a intensidade de aplicação de água do aspersor é de 10 mm/h e que a irrigação total necessária é de 30 mm.

27

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

a) b) c) d) e)

C. E. Cotrim

3h 5h 4h 6h 2h

7) Qual a Evapotranspiração Potencial de Referência (Eto) para as condições abaixo, baseando-se em dados de Kt (constante do Tanque) da tabela da apostila.

Período : 15 a 30 de setembro de 1995.

Velocidade média do vento: 150 km/dia Umidade Relativa do Ar (média do período) = 60 % Tanque Circundado com Grama R(m) = 10 m Evaporação do tanque no período (Ev) = 64 mm a) 54,40 mm b) 41,60 mm c) 48,00 mm d) 44,80 mm e) 51,20 mm Quadro 01 - Dados para a cultura do milho Ciclo: 140 dias Estádios de I II III IV desenvolvimento Z (cm) 10 20 40 40 f (decimal) 0,3 0,4 0,5 0,5 kc* 0,30-0,50 0,80-0,95 1,05-1,20 0,80-0,95 Duração(dia) 10 30 40 30 * O primeiro valor é usado sob condições de baixa demanda evapotranspirativa; O segundo valor é usada sob condições de alta demanda evapotranspirativa.

Quadro 02 - Dados climáticos Mês ABR MAI JUN JUL AGO Eto (mm/dia) 7 6 5 5 7 UR(%)* 60 65 68 68 50 25 23 22 22 26 Temp. (°C) * UR> 70% implica em condições de baixa demanda evapotranspirativa.

UR< 70% implica em condições de alta demanda evapotranspirativa.

28

SET 7 56 25

V 40 0,5 0,55-0,60 30

OUT 8 65 26

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

FONTES DE SUPRIMENTO DE ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO 1. Hidrologia - É a ciência que trata do estudo da água na natureza, sua ocorrência, distribuição e circulação.

2. Ciclo Hidrológico - É o fenômeno global de circulação da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado principalmente pela energia solar, associada à gravidade e à rotação terrestre.

Compreende a água desde a ocorrência de precipitações até seu retorno à atmosfera sob forma de vapor, conforme representado na Figura 14.

Condensação

nuvem

Precipitação

Transpiração Evapotranspiração

Infiltração

Transpiração

Interceptação Depressões Escoamento Superficial

Zona de Aeração

Capilaridade Percolação

Zona de Saturação

Escoamento subterrâneo

Esc. Sub. Superficial

Evap. sup. líquida

Prec.

Direta

Evap. Solo Evaporação sup. líquida

Rio, Lago oceano

Figura 14. Representação simplificada do Ciclo Hidrológico segundo (Silveira, 1993) 3. Fontes de Água 3.1. Água Superficial São as águas que estão na superfície do terreno, encontradas principalmente em forma de lagos e na calha dos rios, etc.

As águas de uma determinada região são divididas pelas Bacias Hidrográficas.

Denominam-se Bacias Hidrográficas, Vale, Área de Drenagem, Bacia Contribuinte, Bacia de Recepção ou, simplesmente, Bacia de um Rio, toda zona ou região cujas águas de chuva descarregam ou são drenadas por esse rio. Essa bacia é limitada pelo “Dinortim Aguarium”, isto é, uma linha que acompanha as maiores altitudes das serras, planaltos, etc., separando uma bacia de outra. Em pequenas bacias, costumam dar o nome de “águas vertentes” ou “divisor de águas” a essa linha de separação. A Figura 15 mostra a representação esquemática dos divisores topográficos e freáticos em uma bacia hidrográfica.

29

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Divisores Topográficos

Superfície do terreno

Lençol freático na estação das chuvas

Divisores Freáticos

Lençol freático na estiagem Curso d’água intermitente

Rocha Impermeável

Rio Y

Rio X

Rio Z

Figura 15. Corte transversal de uma bacia hidrográfica mostrando divisores topográficos e freáticos (Villela e Mattos, 1975).

3.1.1. Classificação dos rios de acordo com o regime.

Rios de regime torrencial (temporários) - são aqueles que têm crescidas impetuosas durante e logo em seguida às chuvas e degelos, voltando sua vazão a ser desprezível ou nula algum tempo depois. São rios de regiões áridas e semi-áridas.

Rios de regime normal (permanente) - são, os que, embora apresentando variação, às vezes grande, na vazão, oferecem, mesmo nas estiagens máximas, caudais suficientes para sua utilização (irrigação, abastecimento de água, navegação, etc.).

Rios efêmeros – São aqueles que apresentam vazões apenas após as chuvas.

3.2. Água Subterrânea - São águas que estão abaixo da superfície do terreno que compreende o lençol freático e o lençol subterrâneo.

3.2.1. Lençóis Artesianos ou Confinados São os que correm ou que estão compreendidos entre duas camadas impermeáveis, estando submetidos à pressão, conforme Figura 16, e apresentam as seguintes características: - a água provém geralmente de infiltrações distantes - de regiões mais altas (brejos, lagos, rios, chuvas ou neve das serras, cordilheiras etc.)

- água sob pressão - existência de uma camada porosa entre duas camadas impermeáveis (ou de pouca permeabilidade). Área de abastecimento

Poço Artesiano Jorrante

Nível da água Superfície Piesométrica

Poço Freático Poço Semi-artesiano

Superfície do terreno

Nível da água Aqüífero Freático Estrato Confinante

Aqüífero Artesiano

Estrato Impermeável

Figura 16. Esquema mostrando aqüíferos confinados e livres (Todd, 1967).

30

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Quando a água, estando submetida à pressão, subir em um poço aberto até atingir o nível da linha piezométrica, passando acima da superfície do terreno, e jorrar, dará origem a um poço artesiano.

Caso Contrário, isto é, caso a linha passe abaixo do nível do terreno, a água subirá até ela, mas não jorrará acima do terreno, formará o poço denominado semi-artesiano.

Este é o caso mais comum e de ocorrência mais generalizada na prática.

A linha piezométricas corresponde a uma linha imaginária que liga o nível da origem do lençol ao nível do seu término, que pode ser o mar, um lago ou outra formação interior.

O lençol artesiano é alcançado por meio de poços tubulares (poços de pequenos diâmetro, geralmente de 6 a 10 polegadas), encontrando-se às vezes, a pouca profundidades (algumas dezenas de metros).

Em alguns casos, aparecem na perfuração vários lençóis sobrepostos com distintas capacidades e qualidades de água, sendo freqüente, todavia, perfurações completamente secas, em que nenhum lençol é atingido.

Quando um rico lençol é atingido a vazão é, geralmente, suficiente para o abastecimento de várias casas (bairros residenciais), indústrias e até mesmo para irrigação. A água geralmente é de boa qualidade, podendo, todavia, em alguns casos ser salobra. Isto acontece, regra geral, com os poços mais profundos, visto a água salobra ser de maior densidade que a água pura e ficar por baixo desta.

O nome Artesiano surgiu por estes lençóis terem sido estudados na região de Artois, na França, onde há muitos poços que se abastecem neles.

Incrustações amigdalares podem produzir variações no nível e na capacidade de poços comuns, conforme Figura 17. As roturas de camadas, falhas e fendas etc., também podem produzir fenômenos idênticos, isto é, produzir poços secos, com escassez ou com abundância de água.

Poço seco

Pequeno rendimento

Abundante

Pequeno rendimento

γ⌠ζ√√ϒγ⌠ √ϒγ⌠ζ√√ϒγ ⌠ζ√√ϒγ⌠ ζ√√ϒ γ⌠ζ √ϒ γ⌠ζ =//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=//=// Camada Permeável

Rocha Imperm

Rocha Impermeável

Lençol freático

Rocha Imperm.

Camada Impermeável

Figura 17.

31

Esquema mostrando incrustações amigdalares produzindo variações no nível e na capacidade de poços comuns.

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Exercícios Propostos: 8) Das afirmativas abaixo assinale aquela que não é verdadeira. a) A hidrologia é a ciência que trata do estudo da água na natureza, sua ocorrência, distribuição e circulação; b) Dinortim Aguarium é uma linha imaginária que acompanha as encostas das serras, separando uma bacia da outra; c) O ciclo hidrológico é impulsionado pela energia solar, associada à gravidade e à rotação terrestre; d) Em pequenas bacias hidrográficas a linha divisória é comumente chamado de “águas vertentes” ou “divisor de águas”. e) O ciclo hidrológico é o elemento fundamental da hidrologia, representando a água em fases distintas e independentes, desde a ocorrência de precipitação até o seu retorno à atmosfera sob forma de vapor.

9) Complete as sentenças corretamente.

1) As águas _____________________ são aquelas que estão abaixo da superfície do terreno, que compreende o lençol freático e o lençol subterrâneo.

2) Os lençóis artesianos são os que correm ou que estão confinados entre duas camadas ____________________, estando submetido a pressão.

3) Um poço é artesiano quando a linha ___________________ passa acima do nível do terreno, promovendo o escoamento da água pela boca do mesmo.

4) Muitas vezes, só a título de qualidade de água, refere-se à sua salinidade, com relação à quantidade total de sais expressa em miligramas pôr litro, partes pôr milhão ou pôr meio de sua ___________________________.

5) O que realmente limita o uso da água para irrigação é a ________________ e a natureza dos ________________ solúveis encontrados na água.

A seqüência de palavras que corresponde à resposta correta é: a) subterrâneas, vizinhas, piezométrica, molaridade, concentração, sólidos b) subterrâneas, impermeáveis, piezométrica, condutividade elétrica, concentração, sólidos c) subterrâneas, permeáveis, piezométrica, condutividade elétrica, quantidade, materiais d) superficiais, semipermeáveis, de nível, condutividade elétrica, concentração, sólidos e) freáticas, impermeáveis, piezométrica, condutividade elétrica, qualidade, sólidos

32

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

QUALIDADE DA ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO A qualidade da água para irrigação nem sempre é definida com perfeição.

Muitas vezes refere-se apenas à salinidade da água.

- quantidade total de sólidos dissolvidos (mg/l, ppm) - ou por meio de sua condutividade elétrica Porém, para que se possa fazer correta interpretação da qualidade da água para irrigação, os parâmetros analisados devem estar relacionados com os seus efeitos no solo, na cultura e no manejo da irrigação, os quais serão necessários para controlar ou compensar os problemas relacionados com a qualidade da água.

1. Parâmetros analisados na determinação da qualidade da água para irrigação; • Concentração total de sais (salinidade); • Proporção relativa de sódio, em relação aos outros cátions (capacidade de infiltração do solo); • Concentração de elementos tóxicos; • Concentração de bicarbonatos; • Aspecto sanitário.

1.1. Concentração total de sais ou salinidade – O aumento da concentração total de sais solúveis de um solo tem como principal conseqüência a elevação do seu potencial osmótico, prejudicando as plantas devido ao decréscimo da disponibilidade de água daquele solo.

Depende de: - da qualidade da água usada na irrigação; - do manejo da irrigação; - da existência e do nível de drenagem natural e/ou artificial do solo; - da profundidade do lençol freático; - da concentração original de sais no perfil do solo.

A concentração total de sais da água de irrigação pode ser expressa em partes por milhão (ppm) ou em relação à sua condutividade elétrica (CE).

Procedimento padrão - condutividade elétrica (CE) devido à facilidade e rapidez de determinação; Testes rápidos para avaliar a qualidade da água, no que diz respeito à concentração total de sais.

1) A razão entre a condutividade elétrica (em “micromhos” por centímetro), dividida pela concentração de cátions (em miliequivalente por litro), deve aproximar-se de 100.

Próximo de 80 - para águas ricas em cálcio e magnésio; Próximo de 110 - para águas ricas em sódio.

2) A razão entre a concentração de sólidos dissolvidos (em partes por milhão) dividida pela condutividade elétrica (em “micromhos”, por centímetro), deve aproximar-se de 0,64.

1.2. Proporção Relativa de Sódio, em relação a Outros Cátions ou Capacidade de Infiltração do Solo O decréscimo da capacidade de infiltração de um solo torna difícil a aplicação da lâmina de irrigação necessária, num tempo apropriado, de modo a atender a demanda evapotranspirométrica da cultura.

33

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

A capacidade de infiltração de um solo cresce com o aumento de sua salinidade e decresce com o aumento da razão de adsorção de sódio (RAS) e/ou decréscimo de sua salinidade.

RAS e Salinidade, devem ser analisados conjuntamente para se poder avaliar corretamente o efeito da água de irrigação na redução da capacidade de infiltração de um solo.

A proporção relativa de sódio, em relação a outros sais é expressa pela razão de adsorção de sódio (RAS), a qual pode ser assim calculada: +)

Y!

X

XX

4 " XX 2

Com as concentrações de Na, Ca e Mg, em miliequivalente por litro.

A Figura 18 ilustra os efeitos interativos do RAS e da salinidade na capacidade de infiltração de água no solo.

R a z ã o d e a d s o r ç ã o d e s ó d i o R A S

_ _ _ _ __ 30_ _ _ _ __ 25_ _ _ _ __ 20_ _ _ _ __ 15_ _ _ _ __ 10_ _ _ _ __ 5_ _ _ _ 0_

0

Redução moderada na capacidade de infiltração do solo

Redução severa na capacidade de infiltração do solo

Praticamente nenhuma redução na capacidade de infiltração do solo

|

|

|

|

|

1

2

3

4

5

| 6 o

Condutividade elétrica da água de irrigação em milimhos/cm a 25 C

Figura 18. Efeitos interativos do RAS e da salinidade na capacidade de infiltração de água no solo.

1.3. Concentração de Elementos Tóxicos Os elementos encontrados nas águas de irrigação não poluídas pelo homem que mais comumente causam problemas de toxidez às plantas são os íons cloro, sódio e boro.

A magnitude do problema depende de: - concentração do íon na água de irrigação; - da sensibilidade da cultura ao íon; 34

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

- da demanda evapotranspirométrica da região; - do método de irrigação em uso.

Estes íons geralmente acumulam-se nas folhas, causando - problemas de clorose e queima dos tecidos; - reduz a produção vegetal; - podendo causar a morte da planta (acúmulo muito elevado).

Toxicidade acompanham e complicam salinização e/ou sodificação do solo.

- íons cloro e sódio são mais comuns nas águas de irrigação.

- podem ser absorvidos pelas raízes, movimentados pelo caule e acumulados nas folhas - podem também serem absorvidos diretamente pelas folhas molhadas durante a irrigação por aspersão.

De um modo geral, as culturas perenes, tais como as árvores frutíferas, são mais sensíveis do que as culturas de ciclo curto, no que diz respeito à toxidez por íons de cloro, sódio e boro.

1.4. Concentração de Bicarbonatos Nas águas que contém concentrações elevadas de íons bicarbonatos, há tendência para a precipitação do cálcio e do magnésio, sob a forma de carbonatos, reduzindo, então, a concentração de cálcio e magnésio, na solução do solo, e, conseqüentemente aumentando a proporção de sódio, uma vez que a solubilidade do carbonato de sódio é superior a dos carbonatos de cálcio e de magnésio.

Esse processo pode ser ilustrado pela seguinte reação química.

CaCO3 (precipita) + Na+ + HCO3- + CO2 + H2O que favorece a Ca++ + Na+ + 3HCO3elevação da percentagem de sódio no solo.

1.5. Aspecto Sanitário Três casos a considerar: - contaminação do irrigante durante a condução da irrigação; - contaminação da comunidade ao redor do projeto de irrigação; - contaminação dos usuários dos produtos irrigados.

Nos dois primeiros casos, a principal doença é a esquistossomose, cuja contaminação se dá, por meio do contato direto do irrigante com a água de irrigação, conforme exemplo na Tabela 9.

No terceiro, temos as verminoses, de um modo geral, cuja contaminação se dá por meio do consumo dos hortifrutigranjeiros contaminados pela água de irrigação.

Tabela 9. Aumento da incidência de esquistossomose em alguns projetos de irrigação no Mundo.

País

Projeto

Egito Sudão Tanzania Zambia Nigéria Iran

Represa de Aswan Gezira Arucha Chini Lago Kariba Lago Kaingi 10 Projetos Pilotos

Porcentagem de contaminação antes após (1906) 6 % (1910) 60% (1925) 0 % (1940) 45% (1937) 5 % (1967) 60 % (1958) 0 % (1968) 35 % (1969) 5 % (1971) 45 % (1965) 15 % (1967) 27 %

2. ANÁLISE E AMOSTRAGEM DA ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO A concentração total e individual dos elementos de maior importância tem de ser determinada para que possa julgar a qualidade da água para irrigação. Na Tabela 10 encontram-se as determinações usualmente necessárias para análise de água.

35

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Tabela 10. Determinações usuais na análise de água para irrigação.

Determinações Condutividade Elétrica Percentagem de sódio solúvel Razão de adsorção de sódio Boro Sólidos dissolvidos PH Cátions Cálcio Magnésio Sódio Soma de cátions Aniônios Carbonatos Bicarbonatos Sulfatos Cloro Soma de aniônios

Símbolos CE x 106 a 25 º C PSS RAS B SD -

Unidades Micromhos/cm % Ppm Ppm -

Ca Mg Na -

m.e./l m.e./l m.e./l m.e./l

CO3 HCO3 SO4 Cl -

m.e./l m.e./l m.e./l m.e./l m.e./l.

Para muitos casos, a condutividade elétrica é suficiente para avaliar a concentração total de sais, dispensando a determinação dos sólidos dissolvidos.

Uma vez determinado que a concentração de boro é baixa, em determinada região, sua determinação pode ser omitida nas análises subseqüentes.

As amostras de água deverão ser, enquanto for possível, as mais representativas. De modo geral, recomendam-se os seguintes procedimentos no processo de análise de água para irrigação; poços profundos, com condições normais de operação, estando a intensidade de recarga do poço em equilíbrio com a retirada de água, as características químicas da água serão praticamente constantes. para rios ou córregos a amostragem deve ser feita todas as semanas ou mensalmente, e, sempre que se tirar a amostra, deve se procurar caracterizar o estádio de fluxo do rio ou sua vazão. para pequenos reservatórios, a água é praticamente homogênea, e a amostra pode ser coletada, à saída do reservatório. para grandes reservatórios, a água não é homogênea ao longo da profundidade, sendo necessário que as amostras sejam retiradas de diversas profundidades.

Quantidade = 1 a 2 litros Vasilhame: garrafas de vidro ou de plástico bem limpas.

3. CLASSIFICAÇÃO DA ÁGUA PARA IRRIGAÇÃO 3.1 - Classificação Proposta Pelo “U. S. Salinity Laboratóry Staff - U.S.D.A .

Esta classificação é baseada na C.E., como indicadora do perigo de salinização do solo e na Razão de Adsorção de Sódio (RAS), como indicadora do perigo de alcalinização ou sodificação do solo. a) Perigo de Salinização – Com relação a este parâmetro as águas são divididas em quatro classes, segundo a condutividade elétrica.

C1–Salinidade baixa (CE entre 0 e 250 micromhos/cm, a 25 ºC ).

36

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Pode ser utilizada para irrigação na maioria das culturas e na maioria dos solos com pouca probabilidade de ocasionar salinidade. A lixiviação necessária ocorre nas práticas normais de irrigação, à exceção de solos de permeabilidade extremamente baixa.

C2–Salinidade média (CE entre 250 e 750 micromhos/cm,25 ºC).

Usada sempre que houver um grau moderado de lixiviação. Plantas com moderada tolerância aos sais podem ser cultivadas sem práticas de controle de salinidade.

C3–Salinidade alta (CE entre 750 e 2250 micromhos/cm, 25 ºC).

Não pode ser usada em solos com deficiência de drenagem; Pode ser usada somente para irrigação de plantas com boa tolerância aos sais; Podem ser necessárias práticas especiais para controle de salinidade.

C4–Salinidade muito alta (CE entre 2250 e 5000 micromhos/cm) Não é apropriada para irrigação em condições normais, podendo ser usada em circunstâncias muito especiais. Os solos deverão ser muito permeáveis e com drenagem adequada, devendo aplicar excesso de água nas irrigações para se ter uma boa lixiviação. b) Perigo de Alcalinização ou Sodificação – Ás água são divididas em quatro classes segundo a RAS. S1 – Água com baixa concentração de Sódio (RAS ≤ 18,87 – 4,44 x log CE) Pode ser ursada para irrigação em quase todos os solos, com pequena possibilidade de alcançar níveis perigosos de sódio trocável.

S2 - Água com concentração média de sódio (18,87 – 4,44 x Log CE < RAS ≤ 31,31 – 6,66 x Log CE) Só pode ser usada em solos de textura grossa ou em solos orgânicos com boa permeabilidade. Ela apresenta um perigo de sodificação considerável em solos de textura fina, com alta capacidade de troca catiônica, especialmente sob baixa condição de lixiviação, a menos que haja gesso no solo.

S3 – Água com alta concentração de sódio (31,31 – 6,66 x Log CE < RAS ≤ 43,75 – 8,87 x Log CE) Pode produzir níveis maléficos de sódio trocável, na maioria dos solos, e requer práticas especiais de manejo do solo, boa drenagem, alta lixiviação e adição de matéria orgânica. Em solos que têm muito gesso, ela pode não desenvolver níveis maléficos de sódio trocável.

S4 – Água com muito alta concentração de sódio ( RAS > 43,75 – 8,87 x Log CE) É geralmente imprópria para a irrigação, exceto quando a sua salinidade for baixa, ou, em alguns casos, média, e a concentração de cálcio do solo ou o uso de gesso ou outros corretivos tornarem o uso desta água viável. c) Efeito da concentração de boro – O boro é um elemento essencial para o crescimento dos vegetais, mas a quantidade requerida é muito pequena. Porém, em concentrações um pouco maiores, torna-se muito tóxico para alguns vegetais. O nível da concentração que o torna tóxico varia de acordo com a espécie vegetal. O nível que é tóxico para uma planta sensível como o limão pode ser tolerante para uma planta tolerante como a alfafa.

37

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

d) Efeito da concentração de bicarbonato – Nas águas que contém concentrações elevadas de bicarbonatos, há tendência para a precipitação de cálcio e do magnésio sob a forma de carbonatos, reduzindo, então, a concentração de cálcio e magnésio na solução do solo e, conseqüentemente, aumentando a proporção de sódio.

A classificação da água para irrigação pode ser feita em função do conceito de “Carbonato de Sódio Residual” (CSR), proposto por Eaton: ! + !ZK 4 [!K ! XX 4 " XX I – Águas com CSR superior a 2,5 miliequivalentes por litro não são recomendadas para irrigação.

II – Águas que contenham CSR entre 1,25 e 2,5 miliequivalentes por litro são duvidosas para irrigação.

III – Águas que contenham “CSR” inferior a 1,25 miliequivalente por litro são normalmente apropriadas para irrigação.

Exercícios Resolvidos 1) A análise da água do Rio Grande, no Novo México (EUA) apresentou os seguintes resultados (Israelsen e Hansen) Condutividade Elétrica (CE) -.........870 micromhos/cm Sólidos Totais ...................................641 ppm Cálcio ................................................3,76 meq/l Magnésio...........................................1,34 meq/l Sódio .................................................4,03 meq/l Cloro .................................................1,53 meq/l Pede-se classificar esta água segundo a proposta do U.S. Salinity Laboratory - U.S.D.A. sabendo que as denominações e os limites são os seguintes: Denominação (1)

Salinidade

Val. limites de CE

Denominação (2)

Alcalinidade

C1 C2

baixa média

0-250 250-750

S1 S2

baixa média

C3

alta

750-2250

S3

alta

C4

muito alta

> 2250

S4

muito alta

Valores limites de RAS < 18,87 - 4,44x log CE 18,87 - 4,44x log CE < RAS < 31,31 - 6,66 x log CE 31,31 - 6,66 x log CE < RAS < 43,75 - 8,87x log CE > 43,75 - 8,87 x log CE

Resolução: Analisando com relação à condutividade elétrica (salinidade) podemos concluir que a água é da Classe C3, pois o valor de 850 micromhos/cm está entre 750-2250 micromhos/cm traduzindo em água de salinidade alta.

Com relação à alcalinidade, ou sodificação teremos que calcular o valor da Razão de Adsorção de Sódio para a posterior classificação.

+)

Y!

X

XX

4 " XX 2

Classe S1 - RAS < 18,78 – 4,44 x log10 850

RAS = 4,03 meq/l

√ 3,76 + 1,34

RAS = 2,52

2

RAS < 5,77

Portanto não é necessário fazer mais cálculos pois o valor de RAS é inferior a 5,77 traduzindo a esta água uma classificação S1 quanto a alcalinidade.

A classificação da água é C3S1 ou seja água de salinidade alta e alcalinidade baixa.

38

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Exercícios Propostos: 10) Nos parênteses à esquerda, coloque C ou E conforme considere certos ou errados os conceitos, assinalando em seguida, entre as alternativas abaixo, a seqüência correta. ( ) - Quando a água de irrigação apresenta alta concentração de sais existe o perigo de o solo tronar-se salino pelo seu uso. ( ) - Quando a salinidade da água é baixa, o risco do solo tornar-se salino é alto, à exceção daqueles com permeabilidade extremamente baixa. ( ) - Quando a água apresenta salinidade média, deve haver uma lixiviação moderada no solo e as culturas irrigadas devem apresentar também uma moderada tolerância a sais. ( ) - A água com alta concentração de sais pode ser usada em solos com deficiência de drenagem. ( ) - Água com alta concentração de sais pode ser usada somente para irrigação de plantas com boa tolerância a sais. ( ) Quando a concentração de sais é muito alta a água não é apropriada para a irrigação. a) b) c) d) e)

C, E, C, E, C, C C, E, E, E, C, C C, E, C, E, C, E C, E, C, C, C, C E, E, C, E, C, C

11) São parâmetros normalmente avaliados para uma completa análise da qualidade da água para irrigação. a) Concentração total de sais ou salinidade, concentração de bicarbonatos, concentração de elementos tóxicos e aspecto sanitário. b) Concentração total de sais ou salinidade, proporção relativa de sódio em ralação a outros cátions e concentração de bicarbonatos. c) Concentração total de sais ou salinidade, proporção relativa de sódio em ralação a outros cátions, concentração de bicarbonatos, concentração de elementos tóxicos e o aspecto sanitário. d) Concentração total de sais ou salinidade, proporção relativa de sódio em ralação a outros cátions, concentração de elementos tóxicos, aspecto sanitário e a presença de partículas estranhas. e) Concentração total de sais ou salinidade, concentração de bicarbonatos e concentração de elementos tóxicos.

12) A análise da água de um Rio apresentou os seguintes resultados.

Condutividade Elétrica (CE) -..............500 mmhos/cm Sólidos Totais .....................................641 ppm Cálcio .................................................4,0 meq/l Magnésio.............................................1,3 meq/l Sódio ..................................................5,0 meq/l Cloro ..................................................1,5 meq/l Pede-se classificar esta água segundo a proposta do U.S. Salinity Laboratory - U.S.D.A. conforme dados já apresentado em exemplos anterior e assinalar a alternativa correta.

a) C3S2 b) C3S3 c) C2S1 d) C3S1 e) C3S4

39

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

MEDIÇÃO DE VAZÕES Para se projetar sistemas de irrigação, onde a água é fator limitante, há inicialmente a necessidade de se quantificar a vazão da fonte de água disponível na propriedade. Seja ela um córrego, um pequeno riacho, uma cisterna, um poço artesiano ou tubular, teremos que primeiramente quantificar fluxo de água disponível na unidade de tempo. Também, para um bom manejo da irrigação já implantada é necessário saber a quantidade de água a ser aplicada na mesma.

Esses controles são possíveis através de conhecimentos que possibilite a medição de vazões desde um simples aspersor até vazões de rios, poços etc.

1 – MÉTODOS UTILIZADOS Os principais métodos empregados são os seguintes: a) b) c) d)

Método Direto Método do Vertedor Método do Flutuador Método do Molinete

a) Método Direto Consiste em determinar o tempo que a água levará para encher um recipiente de volume conhecido. A vazão será o volume do recipiente dividido pelo tempo necessário para preencher o mesmo. * \ ( onde: Q = vazão em litros por segundo; V = volume do recipiente em litros; T = tempo necessário para preencher o recipiente em segundos.

A Figura 19 ilustra a utilização do método para um córrego onde pode-se desviar a vazão por um tubo até um recipiente conforme ilustração abaixo. b a

d

c Onde: a = superfície da água no córrego ou sulco f b = superfície do terreno c = tubo d = distância entre o tubo e a superfície da água (mín. 4 cm) e = recipiente de volume conhecido f = trincheira feita no solo.

e

Figura 19. Ilustração mostrando a aplicação do método direto em córrego ou pequenos riachos.

40

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Observações: Na determinação do tempo para encher o recipiente deve-se fazer três repetições no mínimo; Este é um método simples, requer poucos equipamentos e apresenta boa precisão; Pelas características do processo ele só pode ser aplicado a pequenos cursos d’água. b) Método do Vertedor Vertedores – São aberturas com dimensões conhecidas destinadas à passagem de líquidos, quando se quer determinar vazões do mesmo.

O método do vertedor consiste em represar a água por meio de um vertedor, forçando-a a passar toda sobre a sua soleira.

A soleira dos vertedores devem ser delgada, ficar na horizontal e perpendicular à direção do fluxo, ficando também a parede do vertedor na vertical.

Este método é aplicado a pequenos e médios cursos d’água, normalmente com vazões inferiores a 300 litros por segundo.

Vertedor Retangular (Francis) - É o mais antigo e mais usado; a sua simplicidade de construção tornou-o muito popular (Figura 20). No cálculo da vazão vamos utilizar a fórmula de Francis que á mais empregada. ≥ 3H

≥ 3H

L

≥ 3H

≥ 5H

≥ 3H

H

10 cm

Soleira

Figura 20. Esquema ilustrativo da utilização do vertedor retangular na medição de vazão.

Observações: - Para vertedores retangulares e trapezoidais a carga H não deve ser maior do que 1/3 da soleira; - O ar deve circular livremente por baixo da lâmina d’água que sai do vertedor.

- A altura da lâmina d’água (H) deve ser medida a uma distância de pelo menos 5H da soleira do vertedor.

- A largura da soleira deve ser maior ou igual a três vezes a altura da lâmina vertente (H).

A Fórmula de Francis, utilizada para o cálculo da vazão é a seguinte: ^

\ 1,838 ] [_ onde: Q = vazão em metros cúbicos por hora; L = largura da soleira do vertedor em m; H = altura da lâmina d’água que passa sobre a soleira em m.

Vertedor Triangular (Thompson) – Os vertedores triangulares são mais precisos para medição de pequenas vazões. É conveniente a colocação de chapas metálicas na sua crista. O

41

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

vertedor triangular aqui estudado apresenta um ângulo θ = 90 º e a ilustração do seu uso na medição de vazões é apresentado na Figura 21. ≥ 3H

≥ 3H

≥ 5H

≥ 3H

θ

H

10 cm

≥ 3H

Figura 21. Esquema ilustrativo da utilização do vertedor triangular na medição de vazão.

A vazão é dada pela Fórmula de Thompson, válida quando θ = 90 º: H

\ 1,40 [ ? onde: Q = vazão que passa pelo vertedor em metros cúbicos por segundo; H = altura da lamina vertente em m.

Vertedor Trapezoidal de Cipolletti - É um vertedor trapezoidal com as faces inclinadas de 1:4 (1 na horizontal para 4 na vertical), e a ilustração do seu uso na medição de vazões é apresentado na Figura 22. ≥ 3H

≥ 3H

L

≥ 3H

≥ 5H

≥ 3H

H

10 cm

Soleira

Figura 22. Esquema ilustrativo da utilização do vertedor trapezoidal na medição de vazão.

A vazão é dada pela fórmula de Cipolletti, válida para inclinação das faces igual 1:4.

K

` 1,86 ] [? onde: Q = vazão que passa sobre a soleira do vertedor, em m3/s; L = largura da soleira do vertedor, em m; H = altura da lâmina vertente (carga), em m. c) Método do Flutuador Este método é menos preciso que os dois primeiros e deve ser utilizado em curso d’água maior e em canais principais de perímetros de irrigação. Consiste em medir a velocidade média (Vm) 42

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

da correnteza, num trecho escolhido do curso d’água ou canal, usando para isso um flutuador, e determinar a área da seção média (S) do referido trecho. \ * onde: Q = vazão em metros cúbicos por segundo; S = área da seção do riacho, em metros quadrados; Vm = velocidade média da água naquele trecho, em metros por segundo.

A velocidade (V) é medida com auxílio de um flutuador que pode ser um pequeno vidro parcialmente cheio de água. Mede-se uma distância qualquer no curso d’água e anota-se o tempo necessário para o flutuador percorrer a mesma conforme ilustração na Figura 23.

Figura 23. Esquema ilustrativo da determinação da velocidade da água utilizando um flutuador. *

] a

∆( b_ 8bc

V = velocidade da água no riacho ou córrego, em m/s; L = comprimento do trecho percorrido pelo flutuador, em m; ∆T = tempo gasto para o flutuador percorrer o referido espaço L, em segundos.

Pode se tomar a velocidade média como sendo igual a 80 % da velocidade medida.

A velocidade encontrada geralmente coincide com a velocidade máxima (V) já que o flutuador é levado normalmente, na região de velocidade máxima do curso d’água.

A velocidade média (Vm) é determinada experimentalmente pelas seguintes expressões. * 0,85 0,95 * (canais com paredes lisas); * 0,75 0,85 * (canais com paredes pouco lisas); * 0,65 0,75 * (canais com paredes irregulares e vegetação no fundo).

Quando se faz medição em um córrego ou riacho, cujo trecho foi previamente limpo de vegetação e irregularidades (canal de terra), pode se tomar a velocidade média como sendo igual a 80 % da velocidade medida. * 0,80 * A área da seção do curso d’água deve ser a média da medição de três seções, pelo menos, no trecho considerado, conforme esquema ilustrativo apresentado na Figura 24.

43

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Figura 24. Esquema ilustrativo da determinação da årea da seção do rio.

Quando o canal tem forma irregular deve-se fazer vårias medidas de profundidades da seção e desenhar o perfil em papel milimetrado, com escalas conhecidas, calculando em seguida a årea, atravÊs da soma dos quadrados.

1

d [ 2

2

d 4 e [ 2

à çã 1 4 2 4 3

3

e [ 2

Se o canal tiver forma prĂłxima do trapĂŠzio, deve-se considerar a ĂĄrea da seção semelhante Ă ĂĄrea do trapĂŠzio e assim por diante, conforme seja a figura geomĂŠtrica que a seção do cĂłrrego ou canal assemelhar. d) MĂŠtodo do Molinete Ă&#x2030; o mĂŠtodo utilizado para a medição de vazĂŁo de grandes rios. Normalmente quando ĂŠ necessĂĄria a obtenção de dados rĂĄpidos.

Molinetes são os mais aperfeiçoados aparelhos para a medição da velocidade em um ponto qualquer da corrente de um rio. A Figura 25 mostra o aparelho e a sua aplicação na medição da velocidade das ågua de um rio.

Figura 25. Ilustração do molinete e de sua utilização na determinação da velocidade do rio Os molinetes mais comuns são o de Waltmann e o de Price.

O molinete de Waltmann Ê constituído de uma hÊlice com duas ou mais pås que giram sob a ação da ågua em movimento. Quando o aparelho Ê imerso na ågua sua hÊlice começa a girar.

Este movimento de rotação Ê transmitido a um dispositivo eletro-mecânico que emite um sinal para determinado número de voltas. Para se determinar a velocidade da ågua basta contar determinado número de impulsos em determinado intervalo de tempo.

VazĂŁo do Rio â&#x20AC;&#x201C; Para se chegar Ă vazĂŁo do rio hĂĄ necessidade de se definir, inicialmente, o ponto onde vai ser feita a determinação. Em seguida representa-se o perfil da seção transversal 44

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

molhada. Divide-se a secção molhada em partes e determina-se a área e o centro geométrico de cada uma delas. A vazão do rio será a soma do produto da área de cada elemento pela velocidade medida no seu centro geométrico, conforme Figura 26.

Figura 26. Esquema ilustrando a utilização do molinete na determinação de vazão em rios. ` ij kj 4 iF kF 4 il kl 4 im km 4 in kn Exercícios Resolvidos 1) Determinar a vazão (Q) bombeada por um conjunto motobomba sabendo-se que a mesma foi desviada para um recipiente de volume (V) igual a 200 litros e que os tempos medidos para enchimento do recipiente, em três repetições, foram T1 = 102 s; T2 = 98 s e T3 = 100 s.

Tm = T1 + T2 + T3 3

Tm = 102 + 98 + 100 3

Tm = 100 s

Q = V ..

Tm

Q = 200 litros 100 s

Q = 2 l/s

2) Calcular a altura mínima que deve ter o sangrador de uma barragem de forma retangular, com 20 metros de largura, sabendo-se que no período chuvoso, a vazão máxima atinge 20.000 l/s.

Q = 1,838 x L x H 3/2

H 3/2 = .......Q......

1,838 x L

H =[ .....20 m3/s...... ]2/3 1,838 x 20 m

H = 0,67 m

3) Calcular a largura do sangrador (vertedor) de uma pequena barragem sabendo que a vazão máxima do riacho onde ela será construída é de 80 m3/s. Sabe-se também que a altura máxima da lâmina de água “sangrada” é de 0,80 m.

Q = 1,838 x L x H 3/2

. . .

L = .......Q............. . . .

1,838 x H3/2

L = ...........80........... . . . L = 60,83 m 1,838 x (0,8)3/2

4) Calcular a altura máxima da lâmina vertente em um sangrador de uma barragem, de forma triangular (θ = 90°), sabendo que no período chuvoso, a vazão máxima do rio atinge 5000 l/s.

Q = 5000 l/s = 5 m3/s Q = 1,40 x H 5/2 H = { ......Q..... }2/5 1,40 H = { ....5...... }2/5 1,40 H = 1,66 m 45

. . .

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

5) Determinar a vazão que escoa em um curso d’água natural, cuja velocidade de deslocamento foi determinada pelo método do flutuador. Num trecho de 15 metros de extensão fez-se 3 repetições do tempo de deslocamento do flutuador e estes foram: 30, 33, 27 s . A largura média das seções medida foi de 1,20 m e para determinar sua área, ela foi dividida em 3 subseções de largura média igual a 40 cm e as profundidades médias medidas de margem a margem foram: 0, 20, 25 e 0 cm.

0,40m

0,40m

0,40m

V = S/T T = (T1 + T2 + T3)/3 . . . T = (30 + 33 + 27)/3

20cm

25cm

m

T = 30 segundos V = 15 m/ 30 s = 0,5 m/s

Vm = 0,80 x 0,50 m/s . . .

Vm = 0,40 m/s.

Cálculo da Área Subárea(1) - Triângulo S1 = (0,4 x 0,2)/2 S1 = 0,04 m2 St = S1 + S2 + S3

Subárea (2) – Trapézio

Subárea (3) - Triângulo

S2 = [(0,20 + 0,25) x 0,40]/2 S2 = 0,09 m2 St = 0,04 + 0,09 + 0,05

Q = Vm x St

S3 = (0,4 x 0,25)/2 S3 = 0,05 m2 St = 0,18 m2.

Q = 0,40 m/s x 0,18 m2

. . .

Q = 0,072 m3/s

6) Calcular a vazão do canal de irrigação, cuja seção está desenhada abaixo, sabendo que as velocidades médias medidas com molinete, nas subseções 1, 2 e 3, foram V1 = 1 m/s, V2= 2,0 m/s e V3 = 1 m/s.

2m

4m

2m

V1

V3 V2

S1 = (2 x 1)/2 S2 = (1 x 4)

1m

. . . S1 = 1 m2 ....

S2 = 4 m2

S3 = (2 x 1)/2 . . . S3 = 1 m2 Qt = Q1 + Q2 + Q3

. . .

. . . Q1 = V1 x S1 . . . Q1 = 1 m/s x 1 m2

. . Q1 = 1 m3/s

. . . Q2 = V2 x S2 . . . Q2 = 2 m/s x 4 m2 . . . Q2 = 8 m3/s . . .

Q3 = V3 x S3 . . .

Q3 = 1 m/s x 1m2 . . . Q3 = 1 m3/s

Qt = 1 + 8 + 1 = 10 m3/s.

Exercícios Propostos 13) Qual a vazão de um córrego sabendo-se que a altura da lâmina vertente medida em um vertedor retangular (Francis) foi de 40 cm e que a largura da soleira do vertedor é de 0,80 m. a) 37,1 l/s b) 37,10 m3/s c) 371 m3/s d) 0,37 m3/s e) 371 l/h 46

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

14) Qual a largura que deve ter o sangrador (vertedor) de uma barragem, sabendo-se que ele deve ter forma retangular, que no período chuvoso, a vazão máxima do riacho em que ela está localizada atinge 30.000 l/s e que a altura máxima da lâmina de água vertente deve ser de 50 cm. a) 10,21 m b) 19,49 m c) 46,17 m d) 35,00 m e) 39,00 m 15) Qual é a vazão que escoa em um curso d’água natural, cuja velocidade de deslocamento foi determinada pelo método do flutuador. Num trecho de 20 metros de extensão fez-se 5 repetições do tempo de deslocamento do flutuador e estes foram: 40, 45, 35, 43, e 37s . A largura da seção foi medida em três locais, resultando em um valor médio de 1,20 m e para determinar sua área, ela foi dividida em 5 sub-seções de largura igual a 24 cm e as profundidades médias medidas de margem a margem foram: 0,10, 40, 50, 40 e 0 cm.

SEÇÃO 24cm

24cm

24cm

24cm

24cm

a) 0,134 m3/s b) 13,40 m3/s c) 11,28 m3/s d) 112,8 l/s e) 282,0 l/s 16) Qual é a vazão do rio de seção transversal mostrada abaixo, sabendo-se que as velocidades da água, no centro geométrico de cada elemento de área (medidas com molinete) foram respectivamente V1 = 1,5 m/s; V2 = 4,0 m/s; V3 = 1,5 m/s e V4= 2,0 m/s.

1m V1 S1

a) 10,5 m3/s b) 9,0 m3/s c) 115,0 l/s d) 13,0 m3/s e) 11,50 m3/s

47

2m V2 S2

V4 S4

1m V3 S3

1m

1m

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORĂ&#x2021;ADOS E DIMENSIONAMENTO DE CONJUNTO MOTO-BOMBA 1 . Consideraçþes Gerais Tendo em vista a pressĂŁo de funcionamento, os condutos hidrĂĄulicos podem se classificar em: Condutos forçados - nos quais a pressĂŁo interna ĂŠ diferente da pressĂŁo atmosfĂŠrica. Neste tipo de conduto as seçþes transversais sĂŁo sempre fechadas e o fluĂ­do circulante as enche completamente.

Condutos livres - nestes o líquido escoante apresenta superfície livre, na qual atua a pressão atmosfÊrica. A seção não necessariamente apresenta perímetro fechado e quando isto ocorre, a seção transversal deve funcionar parcialmente cheia.

2. Equação de Bernoulli Aplicada aos Fluídos Reais A Equação de Bernoulli relaciona a pressão de escoamento do fluído e a velocidade com que ele desloca em um conduto, com o peso específico do fluído, com a altura geomÊtrica do local e com a aceleração da gravidade e Ê representada pela expressão abaixo. *?

4,4 !

2 o Esta equação quando aplicada em seçþes distintas da canalização, fornece a carga total em cada seção. Se o líquido Ê ideal, sem atrito, a carga ou energia total permanece constate em todas as seçþes, porÊm se o líquido Ê real, para ele se deslocar da seção 1 para a seção 2 (Figura 27), ele irå consumir energia para vencer as resistências ao escoamento entre as seçþes 1 e 2. Portanto a carga total em 2 Ê menor do que em 1, e esta diferença Ê a energia dissipada em forma de calor. Como a energia calorífica não tem utilidade no escoamento de fluídos, diz-se que esta parcela Ê a perda de carga ou perda de energia, simbolizada por hf.

V12 /2g

hf

P1 Îł

V22/2g P2 Îł

E1 1

E2 2

Z1

Z2

Figura 27. Esquema mostrando a variação da energia em dois pontos de um conduto forçado. .1 .2 p Como 48

q

ou s_

.1 .2 4 p

. r 4 , 4 ?t Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

tem-se: *1? 1 *2? 2 4 4 ,1 4 4 ,2 4 p o o 2 2 onde: V1 = velocidade do fluido no ponto 1, em m s-1; V2 = velocidade do fluido no ponto 2, em m s-1; P1 = pressão de escoamento do fluido no ponto 1, em kg m-2; P2 = pressão de escoamento do fluido no ponto 2, em kg m-2; Z1 = altura geomÊtrica do local no ponto 1, em m; Z2 = altura geomÊtrica do local no ponto 2, em m; g = aceleração da gravidade, em m s-2; hf = perda de carga ou perda de energia, em m.

Que Ê a equação de Bernoulli aplicada a duas seçþes quaisquer de um fluído em movimento.

3. Regimes de Escoamento Escoamento Laminar - Quando o líquido escoa de forma ordenada, como se lâminas do líquido se deslizasse uma sobre a outra.

Escoamento Turbulento - Quando o líquido se escoa de forma desordenada, com as trajetórias das partículas se cruzando, sem direção definida.

Para se determinar se o regime de escoamento ĂŠ laminar ou turbulento, utiliza-se o nĂşmero de Reynolds (Rn) +

* '

onde: Rn = número de Reynolds, admensional; V = velocidade da ågua, em m/s; D = diâmetro da tubulação, m; v = viscosidade cinemåtica da ågua em m2/s.

Para as condiçþes normais de escoamento nas tubulaçþes pode-se afirmar que: Rn > 4.000, regime de escoamento turbulento.

Rn < 2.000, regime de escoamento laminar.

Quando o número de Reynolds Ê igual a 4000 ocorre a passagem do regime laminar para o turbulento e quando o número de Reynolds Ê igual a 2000 ocorre a passagem do regime turbulento para o laminar. Na faixa de velocidade com número de Reynolds entre 2000 e 4000 não se pode definir com exatidão qual o regime de escoamento, denominando-a como faixa de transição.

4. Perda de Carga ao Longo da Tubulação A perda de carga atribuída ao movimento da ågua, ao longo das tubulaçþes Ê a principal perda de carga na maioria dos projetos de condução de ågua.

Darcy, hidråulico suíço, dentre outros concluíram, no sÊculo XVIII, que a perda de carga ao longo das canalizaçþes era: 49

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

- diretamente proporcional ao comprimento do conduto; - proporcional a uma potência da velocidade; - inversamente proporcional a uma potência do diâmetro; - em função da natureza das paredes no caso de regime turbulento; - independente da pressão sob a qual o líquido escoa; - independente da posição da tubulação e do sentido de escoamento.

Naquela Êpoca surgiram numerosas fórmulas para o dimensionamento das canalizaçþes, entretanto hoje o número de fórmulas utilizadas Ê bem menor.

4.1 - FĂłrmulas PrĂĄticas mais utilizadas. a) Equação de Hazen-Williams Ă&#x2030; a fĂłrmula mais utilizada nos paĂ­ses de influencia americana. Deve ser usada para dimensionamento de canalizaçþes com diâmetro igual ou superior a 50 mm, conduzindo ĂĄgua Ă temperatura ambiente, em regime turbulento. Possui vĂĄrias apresentaçþes: ou ou

* 0,355 ! 'U,uK vU,H9

(a)

\ 0,279 ! ' ?,uK vU,H9 v

(b)

>U,u9u wc,xy

(c)

z c,xy { |,x}

[ v ]

(d)

em que: V = velocidade da ågua na tubulação em m s-1; D = diâmetro da tubulação em m; Q = vazão em m3 s-1; J = perda de carga unitåria em m m-1; C = coeficiente de Hazen-Willians (Tabela 11); Hf = perda de carga total em m; L = comprimento da tubulação em m.

Tabela 11. Valores do Coeficiente de Hazen-Williams para materiais normalmente utilizados em tubulaçþes para conduzir fluidos ( C ).

Tipos de Condutos C Tipos de Condutos C AlumĂ­nio Aço corrugado Aço com juntas â&#x20AC;&#x153;loc-barâ&#x20AC;?, novas Aço com juntas â&#x20AC;&#x153;loc-bar, usadas Aço galvanizado Aço rebitado, novo Aço rebitado, usado Aço soldado, novo Aço soldado, usado

130 60 130 90 a 100 125 110 85 a 90 130 90 a 100

Aço soldado com revestimento especial Aço zincado Cimento-amianto Concreto, bom acabamento Concreto, acabamento comum Ferro fundido, novo Ferro fundido, usado Plåsticos PVC rígido

130 120 130 a 140 130 120 130 90 a 100 140 a 145 145 a 150

Observaçoes: O coeficiente de Hazen-Willians depende da natureza e estado de conservação do material da tubulação.

As equaçþes (b) e (c) são obtidas substituindo o valor de velocidade na equação (a) pela expressão obtida abaixo: \ ) * 50

)

~ {_ 9

9 w

* ~ {_ Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

onde: A = årea da seção da tubulação em m2. b) Equação de Manning Esta equação Ê mais recomendada para o dimensionamento de canais, mas pode tambÊm ser usada para o dimensionamento de condutos sob pressão, desde que se use o coeficiente apropriado.

0397 ' ?â &#x201E;K v>â &#x201E;? *

\ v

0,312 ' Â&#x20AC;â &#x201E;K v>â &#x201E;?

10,273 ? \? ' >uâ &#x201E;K

[ v ]

em que: Q = vazão que passa no conduto em m3s-1; V = velocidade da ågua na tubulação em m; D = diâmetro da tubulação em m; J = perda de carga unitåria em m m-1; n = coeficiente de Manning, que depende da natureza da parede do tubo (Tabela 12) Hf = perda de carga total em m; L = comprimento da tubulação em m.

Tabela 12. Valores do Coeficiente de Manning (n) Tipo de Conduto

n

Tubos de ferro fundido limpo, sem revestimento Tubos de ferro fundido, com revestimento de alcatrão Tubos de ferro fundido, com incrustaçþes Tubos de aço rebitado Tubos de aço soldado Tubos de aço galvanizado Tubos de latão ou cobre Tubos de cimento amianto Tubos com revestimento de cimento bem alisado Revestimento de argamassa de cimento Condutos de concreto liso (formas de aço) Tubos de concreto com juntas Condutos velhos de concreto ou toscamente alisados Condutos cerâmicos de esgoto Tubos de drenagem de cerâmica

0,014 0,012 0,017 0,015 0,012 0,013 0,013 0,012 0,012 0,013 0,013 0,017 0,015 0,015 0,014

c) Equação de Darcy Weisbach Esta fĂłrmula ĂŠ de uso mais geral, tanto serve para escoamento em regime laminar, quanto para turbulento, sendo tambĂŠm utilizado para uma gama de diâmetro. Ă&#x2030; mais utilizada para o dimensionamento de tubulação de ferro fundido.

51

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

Ou

C. E. Cotrim

*? v ' 2

] *? [ ' 2

v

[

8 \? Â ? 'H

8 ] \? Â ? 'H

em que: J = perda de carga unitåria, em m m-1; f = coeficiente de atrito que depende do material e do estado de conservação das paredes; V= velocidade da ågua na tubulação, em m s-1; D= diâmetro da tubulação, em m; g = aceleração da gravidade, em m s-2; Hf = perda de cargas total, em m; L = comprimento da tubulação, em m; Q = vazão que passa pelo tubo, em m3s-1.

Para regime de escoamento laminar (Rn < 2000), o coeficiente f pode ser calculado pela fĂłrmula: onde Rn = n Âş de Reynolds

f = 64 Rn

Nestas condiçþes o coeficiente (f) depende exclusivamente do líquido escoado, do diâmetro da tubulação e da velocidade de escoamento, independendo do material da tubulação.

Para regime de escoamento turbulento (Rn > 4000), f ĂŠ função do diâmetro da tubulação (D), da rugosidade interna da parede da tubulação (e), do lĂ­quido escoado e da sua velocidade de escoamento. Ă&#x20AC; relação entre a rugosidade interna da parede do tubo e o seu diâmetro (e/D) denominamos de Rugosidade Relativa.

O valor de f ĂŠ encontrado no Diagrama de MOODY, entrando com valores de (e/D) e do numero de Reynolds.

Na Tabela 13 são apresentados os valores de f para alguns materiais utilizados em tubulaçþes e canais de irrigação e na Tabela 14 são apresentados valores de rugosidade interna da parede de alguns materiais utilizados em condutos forçados.

Tabela 13. Valores de f da fĂłrmula de Darcy-Weisbach.

Tipo de Material

f

Ferro fundido incrustado Ferro fundido revestido com asfalto Ferro fundido revestido com cimento Aço galvanizado novo com costura Aço galvanizado novo sem costura Concreto moldado em madeira

0,020 a 1,500 0,014 a 0,100 0,012 a 0,060 0,012 a 0,060 0,009 a 0,012 0,012 a 0,080

Tipo de Material Concreto moldado em ferro Concreto centrifugado Cimento-amianto novo Cimento-amianto usado PVC

f 0,009 a 0,060 0,012 a 0,085 0,009 a 0,050 0,100 a 0,150 0,009 a 0,050

5. Perdas de Cargas Localizadas Sempre que ocorrem mudanças de direção do fluxo e/ou da magnitude da velocidade, haverå uma perda de carga localizada decorrente da alteração das condiçþes de movimento, à qual se adicionarå a perda causada por atrito.

São causadoras dessas perdas peças especiais como curvas, registros, tês, vålvulas, reduçþes, etc....

Estas perdas podem ser desprezadas quando a velocidade da ågua Ê muito pequena (V < 1 m/s), quando o comprimento da tubulação e maior que 4000 vezes o diâmetro e quando existem 52

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

poucas peças especiais nos condutos. Considerar ou não as perdas localizadas é uma atitude que o projetista irá tomar em face das condições locais e da experiência do mesmo.

Tabela 14. Valores de rugosidade interna da parede (e) dos principais materiais empregado em condutos forçados Tipo do Material Ferro fundido novo Ferro fundido enferrujado Ferro fundido incrustado Ferro fundido asfaltado Aço laminado novo Aço comercial Aço rebitado Aço asfaltado Aço galvanizado Aço soldado liso Aço muito corroído

e (mm) 0,26 a 1 1 a 1,5 1,5 a 3 0,12 a 0,26 0,0015 0,046 0,92 a 9,2 0,04 0,15 0,1 2,0

Tipo do Material

e (mm)

Aço rebitado, com cabeças cortadas Cobre ao vidro Concreto centrifugado Cimento alisado Cimento bruto Madeira aplainada Madeira não aplainada Alvenaria de pedra bruta Tijolo Alvenaria de pedra regular

0,3 0,0015 0,07 0,3 a 0,8 1a3 0,2 a 0,9 1 a 2,5 8 a 15 5 1

5.1. Cálculo das Perdas Localizadas (∆ ∆h) a) Expressão de Borda-Belanger Partindo do Teorema de Borda-Belanger chegou-se à seguinte expressão para o cálculo das perdas de cargas localizadas. ∆p

/ *?

2

onde: ∆h = perda de carga localizada, em m; K = coeficiente que depende do elemento causador da perda; V = velocidade média da água na tubulação, em m s-1; g = aceleração da gravidade (9,81 m s-2).

O valor de K depende do regime de escoamento. Para escoamento plenamente turbulento (Rn > 50.000) o valor de K para as peças especiais é praticamente constante. São os valores encontrados na tabela 15.

Tabela 15. Valores de coeficiente K, para cálculo das perdas de carga localizadas, em função do tipo da peça, segundo J. M. Azevedo Neto.

Tipo da Peça Ampliação gradual Bocais Comporta aberta Controlador de vazão Cotovelo de 90 º Cotovelo de 45 º Crivo Curva de 90 º Curva de 45 º Curva de 22,5 º Entrada normal de canalização Entrada de borda Existência de pequena derivação 53

K 0,30 2,75 1,00 2,50 0,90 0,40 0,75 0,40 0,20 0,10 0,50 1,00 0,03

Tipo da Peça Junção Medidor venturi Redução gradual Registro de ângulo aberto Registro de gaveta aberto Registro de globo aberto Saída de canalização Tê, passagem direta Tê, saída de lado Tê, saída bilateral Válvula de pé Válvula de retenção

K 0,40 2,50 0,15 5,00 0,20 10,00 1,00 0,60 1,30 1,80 1,75 2,50

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

b) MĂŠtodo dos Comprimentos Virtuais Ao se comparar a perda de carga que ocorre em uma peça especial, pode-se imaginar que esta perda tambĂŠm seria oriunda de um atrito ao longo de uma tubulação retilĂ­nea. Calcula-se a partir daĂ­ o comprimento virtual que provocaria a mesma perda da peça especial [ â&#x2C6;&#x2020;p

*? ] ' 2

Perda de carga contĂ­nua

/ *?

2

Perda de carga localizada

[ â&#x2C6;&#x2020;p

*? ] / *?

' 2 2

]

/ '

Calcula-se, a partir daí, o valor de L (virtual) para cada peça (Tabela 16).

Tabela 16. Comprimentos virtuais em metros das principais peças especiais, para os diâmetros comerciais mais usados.

Tipo de Peça Cotovelo de 90 º Cotovelo de 45 º Curva de 90 º Curva de 45 º Entrada normal Entrada de borda Registro de gaveta Registro de globo Registro de ângulo Tê de passagem direta Tê de saída de lado Tê saída bilateral Vålvula de pÊ c/ crivo Saída de canalização Vålvula de retenção

50

63

75

1,7 0,8 0,9 0,4 0,7 1,5 0,4 17 8,5 1,1 3,5 3,5 14 1,5 4,2

2,0 0,9 1,0 0,5 0,9 1,9 0,4 21 10 1,3 4,3 4,3 17 1,9 5,2

2,5 1,2 1,3 0,6 1,1 2,2 0,5 26 13 1,6 5,2 5,2 20 2,2 6,3

Diâmetros comerciais (mm) 100 125 150 200 3,4 1,5 1,6 0,7 1,6 3,2 0,7 34 17 2,1 6,7 6,7 23 3,2 8,4

4,2 1,9 2,1 0,9 2,0 4,0 0,9 43 21 2,7 8,4 8,4 30 4,0 10

4,9 2,3 2,5 1,1 2,5 5,0 1,1 51 26 3,4 10 10 39 5,0 13

6,4 3,0 3,3 1,5 3,5 6,0 1,4 67 34 4,3 13 13 52 6,0 16

250

300

350

7,9 3,8 4,1 1,8 4,5 7,5 1,7 85 43 5,5 16 16 65 7,5 20

9,5 4,6 4,8 2,2 5,5 9,0 2,1 102 51 6,1 19 19 78 9,0 24

10 5,3 5,4 2,5 6,2 11 2,4 120 60 7,3 22 22 90 11 28

Este mÊtodo, portanto consiste em adicionar ao trecho retilíneo real da canalização, um trecho retilíneo fictício, gerando um comprimento virtual maior que o real. Este comprimento deve ser usado na fórmula de perda de carga contínua total.

6. Conjunto Motobomba Como a maioria das bombas usadas em irrigação Ê do tipo centrífuga de eixo horizontal, serão discutidas aqui apenas as suas características.

Elas requerem escorvamento, vålvula de pÊ, e Ê necessårio observar o limite måximo de altura geomÊtrica de sucção.

Podem ser portĂĄteis, fixas e sĂŁo acionadas por motores elĂŠtricos, a Ăłleo ou a gasolina.

Bombas de um só rotor são denominadas de simples estågio. Quando a altura manomÊtrica requerida na bomba for muito grande, serão usadas bombas com dois ou mais rotores, denominadas bombas multiestågio. Na Figura 28 e mostrado um esquema que evidencias as peças componentes de um conjunto moto-bomba tipo centrífuga de eixo horizontal, que são as mais utilizadas em irrigação.

54

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

5 4 1

2

3

6

7

1 â&#x20AC;&#x201C; Motor 2 â&#x20AC;&#x201C; Bomba 3 - Redução concĂŞntrica 4 - VĂĄlvula de retenção 5 - Registro de gaveta 6 - Redução excĂŞntrica 7 - Curva de 90 Âş 8 - VĂĄlvula de pĂŠ com crivo

8

Figura 28. Esquema ilustrativo da sucção e tomada de pressão de um conjunto moto-bomba tipo centrífuga de eixo horizontal.

6.1 - Altura MĂĄxima de Sucção A tubulação de sucção nas bombas que nĂŁo trabalham afogadas, como as usadas na maioria dos projetos de irrigação, trabalha com pressĂŁo inferior Ă pressĂŁo atmosfĂŠrica. Se na entrada da bomba houver pressĂŁo inferior Ă pressĂŁo de vapor dâ&#x20AC;&#x2122;ĂĄgua, haverĂĄ formação de bolhas de vapor, podendo atĂŠ interromper a circulação de ĂĄgua ou formar muitas bolhas menores que, ao atingirem as regiĂľes de pressĂŁo positiva, ocasionam implosĂľes, causando ruĂ­dos e vibraçþes no sistema. Este fenĂ´meno ĂŠ denominado cavitação e provoca a â&#x20AC;&#x153;corrosĂŁoâ&#x20AC;? das paredes da carcaça da bomba e das palhetas do rotor, bem como reduz a sua eficiĂŞncia. Ă&#x2030; o fator que limita o valor da altura mĂĄxima de sucção.

A queda de pressĂŁo desde a entrada da tubulação de sucção atĂŠ a entrada da bomba depende de: - Altura geomĂŠtrica de sucção; - Do comprimento da tubulação de sucção; - Do material da tubulação e das perdas de cargas localizadas ao longo da tubulação; [ Â&#x201A;AÂ&#x192; D Â&#x201E; 4

*?

4 â&#x2C6;&#x2020;pÂ&#x2026; 2

onde: Hsmax = altura mĂĄxima de sucção, em m; Po = PressĂŁo atmosfĂŠrica do local, em m; Pv = PressĂŁo de vapor da ĂĄgua Ă temperatura local, em m; V = Velocidade da ĂĄgua na entrada da bomba, em m s-1; â&#x2C6;&#x2020;h = Perda de carga localizada na tubulação de sucção em m.

De uma anĂĄlise da equação anterior verifica-se que: Hsmax ĂŠ função da pressĂŁo atmosfĂŠrica local, que varia com a altitude, da pressĂŁo de vapor dâ&#x20AC;&#x2122;ĂĄgua, que varia com a temperatura, da velocidade na entrada da bomba e das perdas localizadas.

6.2 - Curvas CaracterĂ­sticas das Bombas CentrĂ­fugas

55

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Cada bomba possui uma relação entre a vazão (Q), a altura manométrica total (Hman), a potência absorvida (Pa) a velocidade de rotação (rpm) e o rendimento (n). Estas variáveis geralmente aparecem associadas, formando as curvas características das diversas bombas. Através destas curvas características, que são obtidas em laboratórios e fornecidas pelos fabricantes, pode-se também chegar à altura manométrica máxima permitida para a sucção da bomba, quando e fornecido o NPSH requerido pela bomba.

O ponto de funcionamento da bomba será a intercessão da linha horizontal, passando pela altura manométrica total, com a curva característica da bomba.

Obs. As bombas devem ser selecionadas de modo que o ponto de funcionamento se localize na zona de máximo rendimento.

A Figura 29 ilustra as Curvas Características da bomba centrífuga da KSB, modelo ETA 40-20, para 3470 rpm.

100

80

H m a n

η%

φ (mm) φ 205

50

55

58

60

φ 200 70

60 58

61

55

φ 190

(m)

φ 180 60

φ 170

50

n = 3470

40

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Q (m3/h)

20

30

40

50

60

20

17

Pot (CV)

14 12 10 8

φ (mm) φ 205

6

φ 200 φ 190 φ 180

Dados para água γ = 1

Rotor n = 3470

máx/mín=205/170 φ

Largura 5 mm

φ 170 4

Figura 29. Curva característica da bomba centrífuga KSB, modelo ETA 40-20 com 3470 rpm.

56

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Observe na figura que a bomba em questão tem o seu melhor desempenho trabalhando com uma altura manométrica de 70 mca e com uma vazão de aproximadamente 30 m3 h-1, quando apresenta um rendimento de 61 %, trabalhando com um rotor de 200 mm de diâmetro.

Se projetarmos a linha vertical que passa pela vazão de maior rendimento da bomba até o gráfico inferior, na curva equivalente ao rotor de 200 mm de diâmetro, no ponto de intersecção das duas tiramos uma reta horizontal que nos indicará a potencia absorvida pela bomba, conforme mostra as figuras abaixo a seguir.

6.3- Potência do Conjunto Motobomba O trabalho realizado pela bomba para elevar água de um ponto a outro, com desnível H entre eles é dado pela equação. [

o *

onde: p = peso do líquido bombeado, kgf; H = altura manométrica, em m; γ = peso específico da água, em kgf m-3; V = Volume do líquido, em m3.

Como a potência é a relação entre o trabalho realizado e o tempo para sua realização (T) temos:

o * [

( (

Como o volume do líquido dividido pelo tempo equivale à vazão (Q) temos: o \ [ sendo P em kgf m s-1.

Sabendo que 1 CV = 75 kgf m s-1 temos que: o \ [ 75 Onde: P = potência útil da bomba, em CV; Q = vazão, em m3 s-1; H = altura manométrica, em m; γ = peso específico da água em kg/m3.

\ [ 75 Onde: P = potência útil da bomba, em Cv; Q = vazão em l/s; H = altura manométrica em m;

A potência absorvida pela bomba (Pa) é a potência necessária no eixo da bomba, ou seja:

\ [

e 75 e

57

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Onde: Pa = potĂŞncia absorvida pela bomba, em CV; Q = vazĂŁo bombeada, em l s-1; Hman = Altura manomĂŠtrica, em m; nb = rendimento da bomba, em decimal.

PotĂŞncia absorvida pelo Motor (Pm) ĂŠ a potĂŞncia necessĂĄria ao motor.

Onde: Pm = potĂŞncia do motor, em CV; nm = rendimento do motor, em decimal.

\ [ 75 e

A altura manomĂŠtrica total (Hman) representa o aumento de pressĂŁo que a bomba deve transmitir ao lĂ­quido, conforme Figura 30 e, na irrigação por aspersĂŁo, pode ser representada por: [ [ 4 [ 4 [ 4 â&#x2C6;&#x2020;p 4 - onde: Hs = altura geomĂŠtrica de sucção, em m; Hr = altura geomĂŠtrica de recalque, em m; hf = perdas de carga contĂ­nua na tubulação, em m; â&#x2C6;&#x2020;h = perdas de carga localizadas, em m; PIN = PressĂŁo necessĂĄria no inĂ­cio da linha lateral do sistema de irrigação, em m.

Hr

Hs

Figura 29. Esquema mostrando a altura de sucção e a altura de recalque de um conjunto motobomba em funcionamento.

58

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Exercícios Resolvidos: 1) Qual a energia “consumida” para vencer as resistências ao escoamento em um trecho do conduto de 100 mm, conforme a figura abaixo. A pressão na seção 1 é de 0,2 Mpa e na 2, 0,15 Mpa. A velocidade média do escoamento é de 1,5 m/s e o diâmetro da tubulação é 100 mm.

18 m

17m

Resolução: Como o diâmetro e a velocidade são constantes, conseqüentemente a energia cinética é constante e a equação de Bernoulli pode ser simplificada para: P1 + Z1 γ

= P2 + Z2 + hf γ

P1 = 0,2 MPa = 200.000 Pa Z1 = 18 m

P2 = 0,15 MPa = 150.000 Pa Z2 = 17 m

γ = ρ x g = 1000 kg/m3 x 10 m/s2 = 10.000 N/m3 200.000 N/m2 10.000 N/m3

+ 18 m = 150.000 N/m2 10.000 N/m3

hf = 20 m + 18 m - 15 m - 17 m

. . .

+ 17 m

+ hf

hf = 6 mca.

2) Determinar o número de Reynolds para uma tubulação de 100 mm de diâmetro, sabendo que a velocidade da água na tubulação é de 1,5 m/s. Caracterize o regime de escoamento.

Rn = V x D v

V = 1,5 m/s D = 0,1 m v H2O = 1,02 x 10-6 m2/s

Rn = 147.059 Escoamento turbulento

3) Dimensionar um conduto de ferro fundido novo capaz de conduzir uma vazão de 30 l/s, com perda de carga máxima de 0,002 m/m.

Solução : Utilizando Eq. de Hazen-Willians, C = 130, tabela anterior Q = 30 l/s = 0,03 m3/s J = 0,002 m/m D=?

D4,87 = 10,646 x (0,03)1,85 (130)1,85 x 0,002 D = {10,646 x (0,03)1,85 }1/4,87 (130)1,85 x 0,002

59

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

D = 0,241 m ou D = 241 mm, como não é disponível no mercado, adotamos o diâmetro imediatamente superior ao encontrado, ou seja D = 250 mm (10 polegadas).

4) Calcular o diâmetro da tubulação, de ferro fundido incrustado, utilizada para conduzir uma vazão de 30 l/s com uma perda de carga máxima de 0,005 m/m.

Solução Utilizando a Eq. de Darcy-Weisbach Q = 0,03 m3/h J = 0,005 m/m f = 0,020 J = 8 x f x Q2 D5 x π2 x g

D = [ 8 x f x Q2 ]1/5 J x π2 x g

D = [ 8 x 0,02 x 0,032 ]1/5 D = 0,197 m D = 197 mm 2 0,005 x 9,81 x π O diâmetro imediatamente superior encontrado no mercado é de 8 polegadas 5) Calcular as perdas de carga localizada que ocorrem em uma tubulação conduzindo uma vazão de 20 l/s, com diâmetro de 100 mm e comprimento de 1000 metros, sabendo-se que no referido trecho há duas curvas de 90 º e um registro de gaveta.

Solução: Fórmula de Borda- Belanger ∆h = K x V2.

2g

V=4xQ π x D2

V = 4 x 0,02......

3,14 x 0,102

V = 2,54 m/s Somatório de K Tipo de Peça Curva de 90 º Registro de Gaveta

Nº de Peças 02 01

K 0,40 0,20 ΣK

∆h = ΣK x V2..

2g

h = 1,00 x 2,542 2 x 9,81

nxK 0,80 0,20 1,00

h = 0,33 mca.

6) Determinar a altura máxima de sucção permitida para uma bomba, a ser instalada em local cuja altitude é 900 metros, sendo a temperatura média da água de 30ºC, a perda de carga na tubulação de sucção de 1,24 m e a velocidade da água na tubulação de sucção de 1,24 metros e a velocidade da água na tubulação de 1,0 m/s. Desconsiderar a perda de carga no rotor (∆ ∆hr).

Po (a 900 metros) = 9,22 mca; Pv (p/ T= 30 ºC) = 0,43 mca; Hsmax < Po - (Pv + V2 + ∆h) 2.g Hsmax < 9,22 - (0,43 + 1...... + 1,24) 2x9,81 Hsmax < 7,5 m 7) Calcular a potência do motor elétrico e especificar a bomba a ser utilizada em um sistema de irrigação localizada que requer uma vazão de 30 m3/h atendendo às seguintes condições.

60

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Desnível entre motobomba e a área a ser irrigada = 15 m; Conjunto motobomba montado sobre balsa flutuante a 2 metros do nível da água; Adutora do sistema de irrigação com comprimento igual a 1500 metros de tubos de alumínio com diâmetro de 150 mm;

Rendimento do motor = 90% , Rendimento da Bomba = 70 % (Ver curva característica da bomba) Pressão no início da linha lateral do sistema de irrigação (PIN) = 20 metros.

C (Coeficiente de Hazen-Willians) para o alumínio = 130 Solução : 1 passo – calcular as perdas de carga na adutora (Hfr) 2 passo calcular as perdas de cargas na sucção (Hfs) 3 passo calcular as perdas de cargas localizadas (∆h) 4 passo calcular a altura manométrica total (Hman) 5 passo especificar a bomba 6 passo calcular a potência do conjunto bomba (Pm) 1) Hf = 10,646 x Q1,85 x L C1,85 x D4,87 Hf = 10,646 x (0,138)1,85 x 1500 (130)1,85 x (0,150)4,87 3 3 Q = 0,0138 m /s Q = 50 m /h 3600 D = 150mm/1000 = 0,150 m Hf = 7,30 mca 2 e 3) Como não foram fornecidos dados suficientes para o cálculo das perdas de cargas localizadas e na sucção, consideraremos um acréscimo de 5 % sobre a altura manométrica total para compensar as mesmas; 4) Hman = Hfr + Hfs + ∆h + Hr + Hs + PIN Hs = 2 mca, Hr = 15 mca e PIN = 20 mca

Hman = (7,3 + 15 + 2 + 20) x 1,05 = 46,5 mca.

5) A bomba a ser utilizada deverá atender os requisitos de vazão de 50 m3/h e pressão de 46,5 mca. No exemplo em questão, entrando na curva de rendimento de uma bomba centrífuga MARK, com os dados referidos encontrou-se um rendimento de 70 %; 6) Pm = Q x Hman 75 x nb x nm

Pm = 13,8 l/s x 46,5 mca 75 x 0,90 x 0,70

Pm = 13,58 mca Como não existe no mercado motor elétrico com esta potência, utilizaremos um motor elétrico trifásico com potência de 15 CV, que e o primeiro de potência superior à calculada, encontrado no comercio

Exercícios Propostos: 17) Qual deve ser a potência do motor elétrico que deve ser acoplado a uma bomba centrífuga para ser utilizada em um sistema de irrigação que necessita de uma vazão de 20 l/s e de uma atura manométrica total de 115 mca. Considere o rendimento do motor elétrico igual a 90 % e o rendimento da bomba igual a 70 %. a) 50 CV b) 40 CV c) 30 CV d) 70 CV e) 60 CV 18) Que diâmetro deve ter a tubulação adutora, em PVC rígido, de um sistema de irrigação, que necessita de uma vazão de 30 l/s, sabendo-se que a velocidade da água na tubulação não deve ultrapassar de 2 m/s e que a perda de carga permitida na adutora é igual a 20 % da pressão de serviço do aspersor utilizado (30 mca). A distância do ponto de captação de água ao início da área irrigada é de 300 metros e o coeficiente de Hazen-Willians (C ) é de 145 para o PVC rígido.

61

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

a) b) c) d) e)

C. E. Cotrim

6 polegadas 7 polegadas 8 polegadas 9 polegadas 10 polegadas

19) Qual é a altura máxima de sucção permitida para uma bomba a ser instalada na região de Viçosa (MG), a 900 metros de altitude (Pressão atmosférica = 9,22 mca), sendo a temperatura média da água igual a 30 ºC (Pressão de vapor da água = 0,43 mca) e a perda de carga na tubulação de sucção igual a 1,24 metros. Sabe-se também que NPSH exigido pela bomba igual a 2,0 metros. a) 4,50 m b) 6,55 m c) 8,00 m d) 7,55 m e) 5,55 m 20) Em uma propriedade, um agricultor dispõe de um conjunto Motobomba e uma adutora de 2000 metros, sendo 1000 metros com diâmetro de 200 mm e 1000 metros com diâmetro de 150 mm, em aço zincado (C=120). Sabendo que o desnível do ponto de captação (Conjunto motobomba) até o início da área a ser irrigada é de 10 m e que a pressão de funcionamento do sistema, início da linha lateral (PIN), é de 40 mca. A pressão manométrica na saída da bomba, sabendo que a vazão do sistema é de 30 l/s e desprezando as perdas localizadas e na sucção, é de aproximadamente? a) 40 mca, b) 50 mca c) 80 mca d) 90 mca e) 100 mca 6) Calcular o diâmetro de uma tubulação de PVC rígido com capacidade para conduzir uma vazão de 15 m3/h, sabendo que a perda de carga na adutora é de 0,008 m/m. Sabe-se também que para o PVC, o valor de C= 145 e que no mercado são encontrados tubos com diâmetros em números inteiros de polegadas. (2,3,4,5,6,7,8,9,10... polegadas). Assinale a resposta entre as alternativas abaixo. a) 2 polegadas b) 3 polegadas c) 4 polegadas d) 5 polegadas e) 6 polegadas 7) Para irrigar uma área, afastada 1500 metros do rio, o produtor necessita de uma vazão de 40 l/s.

Pede-se calcular a perda de carga total que ocorre na tubulação sabendo que a mesma é de aço zincado com diâmetro de 200 mm, que a perda de carga contínua hf é de 15 mca e que no trecho serão colocadas as seguintes peças especiais: Tipo de Peça Quantidade (N) Valor de K NK Curvas de 45 º 04 0,2 0,8 Registro de Gaveta 02 0,2 0,4 Válvula de Retenção 01 2,5 2,5 Cotovelo de 90 º 03 0,9 2,7 a) 28,18 mca, b) 16,18 mca c) 30,18 mca d) 40,18 mca e) 50,18 mca 8) Calcular a altura máxima de sucção permitida para uma bomba centrífuga a ser instalada em local cuja altitude é 3000 metros, sendo a temperatura média da água de 20ºC e a perda de carga localizada 62

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

na tubulação de sucção de 1,20 m. Sabe-se ainda que a vazão da bomba é de 30 l/s e que o diâmetro da tubulação de sucção é de 150 mm.

Dados: Para altitude de 3000 m temos pressão atmosférica de 7,03 mca Para temperatura média da água de 20 ºC temos pressão de vapor de 0,24 mca. a) 7,07 mca b) 7,27 mca c) 8,23 mca d) 5,43 mca e) 6,03 mca 10) Caracterize o regime de escoamento que acontece em uma tubulação com diâmetro de 25 mm, sabendo que a velocidade da água na tubulação é de 0,05 m/s e que a viscosidade cinemática da água é de 1,02 x 10-6 m2/s. Assinale a resposta entre as alternativas abaixo. a) Regime de escoamento laminar b) Regime de escoamento turbulento c) Faixa de transição d) Nenhuma das alternativas anteriores.

63

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

OS MÉTODOS DE IRRIGAÇÃO Inicialmente falaremos sobre o método de irrigação por aspersão, passando na seqüência para considerações sobre o método de irrigação localizada e finalmente discorremos sobre o método de irrigação por superfície.

IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO 1- Considerações Gerais É o método de irrigação em que a água e aspergida sobre a superfície do terreno, através do fracionamento do jato d’água em gotas, por aspersores.

O jato - fracionamento da água pela passagem da mesma sob pressão através de orifícios denominados bocais - São necessários equipamentos como motobombas, tubulações e aspersores.

- Sistema versátil - Possibilidade do uso em diversas culturas em diferentes tipos de solo e topografia - É mais vantajoso a sua utilização em solos de textura grossa - Alta capacidade de infiltração de água - alta percolação com irrigação por superfície - Baixa capacidade de retenção de água - irrigações leves e freqüentes - O vento, umidade relativa do ar e temperatura - principais fatores climáticos que afetam o uso da irrigação por aspersão - O vento - uniformidade de aplicação de água dos aspersores - Temperatura e a umidade relativa do ar - perda de água por evaporação 2 - Componentes de um Sistema de Aspersão -

Aspersores - parte principal do sistema - distribuição da água em forma de chuva Estacionários ou rotativos, com um, dois ou três bocais Diâmetro dos bocais variam de 2 até 30 mm Aspersores rotativos - mais comuns - giro completo ou parcial de 90 a 180 graus Quanto à pressão de serviço os aspersores podem ser: Aspersores de Pressão de Serviço Muito Baixa -micro aspersores ou aspersores de jardins Operam com pressão entre 4 e 10 mca.

Aspersoress de Pressão de Serviço Baixa - rotativo, usado para irrigação de sub copa ou para irrigação de pequenas áreas. Trabalhão com pressão entre 10 e 20 atm.

Aspersores de Pressão de Serviço Média - os mais usados. A pressão de serviço está entre 20 e 40 metros de coluna de água e o raio de alcance entre 12 e 36 metros.

Aspersores de Pressão de Serviço Alta ou Canhão Hidráulico - aspersores de médio e longo alcance. Médio alcance trabalhão com pressão entre 40 e 80 metros de coluna de água e tem um raio de alcance entre 30 e 60 metros. São mais usados na irrigação de capineira, pomares etc...

Os de longo alcance trabalham com pressão entre 50 e 100 metros e alcançam um raio entre 40 e 80 metros. São mais usados em sistemas de irrigação do tipo autopropelido ou de montagem direta.

Acessórios - São peças utilizadas na condução da água até os aspersores.

Registros, curvas, redução, cruzetas, cotovelos, manômetro, braçadeiras, válvulas de derivação, válvulas de retenção, válvula de pé, tubo de subida, tripé, pé de suporte para tubos e borrachas de vedação.

Motobomba - O conjunto motobomba tem a finalidade de captar a água do reservatório (rio, poço, açude) é impulsioná-la sob pressão, através do sistema.

- Mais comum bombas centrífuga de eixo horizontal - Centrifuga de eixo vertical - água subterrânea (bombas submersas) 64

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

-

C. E. Cotrim

Os principais motores - elétricos, a díesel e a gasolina Tubulações - Transporte de água entre a motobomba e os aspersores.

Ferro fundido, aço, cimento amianto, concreto, aço zincado, alumínio e PVC rígido.

Os tubos, em geral, têm comprimento padrão de 6 metros A pressão de serviço e a espessura da parede variam com o material O conjunto de tubulações em um sistema de aspersão constitui-se de linha principal, linhas secundárias (que nem sempre existem) e linhas laterais Linha principal conduz água da motobomba até as linhas secundárias ou laterais (fixas) Linhas secundárias fazem a conexão entre as principais e as laterais (fixas) Linhas laterais conduzem água da linha principal até os aspersores. Podem ser fixa e móvel e, por este motivo, deve-se utilizar nestas, apenas materiais mais leves como PVC, Alumínio e Aço Zincado

Linha Lateral Sentido da irrigação Fonte de água Adutora

Aspersores Linha principal

MB

Área a ser irrigada

Figura 30.

Sentido da irrigação

Esquema de um sistema de irrigação por aspersão convencional mostrando as tubulações e aspersores.

3 - Tipos de Sistemas de Aspersão Os diversos tipos de sistemas de irrigação por aspersão serão classificados segundo o tipo de tubulação usada, o modo de instalação no campo, os tipos de conexões ou engates entre tubos, a movimentação das linhas laterais no campo e o tipo de manejo da irrigação.

Sistema Móveis - Tubulações portáteis, instalados sobre a superfície do terreno, permitindo que a linha lateral seja movimentada em diversas posições sobre a área do projeto. Tal movimentação pode ser manual ou mecânica.

Sistemas Fixos - São constituídos de tubulações suficientes para irrigar toda a área do projeto, sem mudança de tubulações.

Sistemas de Aspersão Móveis a)

65

Sistemas com movimentação manual Sistema de aspersão portátil; Sistema de aspersão semiportátil Sistema de aspersão por canhão hidráulico portátil; Sistema de aspersão por mangueira; Sistema de aspersão por tubos perfurados portáteis.

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

b)

C. E. Cotrim

Sistemas com movimentação mecânica Sistema de aspersão sobre rodas com deslocamento longitudinal; Sistema de aspersão sobre rodas com deslocamento lateral; Sistema Pivô Central; Sistema Autopropelido, com canhão hidráulico; Irrigador de braços tubulares suspensos;

Sistemas de Aspersão Fixos Sistema fixo portátil; Sistema fixo permanente.

Sistema de Aspersão Portátil São sistemas móveis com tubbulações portáteis, tanto a linha principal quanto as linhas laterais e o conjunto motobomba.

Materiais leves e de fácil montagem (acoplamento rápido); Motobombas montadas em carretas - facilitar a movimentação; Requer menos investimento e maior mão de obra que os demais.

Linha Lateral Fonte de água

Sentido da irrigação

Adutora

Aspersores Linha principal

MB

Figura 31. Esquema mostrando um sistema de aspersão convencional móvel.

Sistema de Aspersão Semi-portátil -

Linhas laterais móveis e linhas principal e secundária (quando existe) são fixas Estas podem ser enterradas ou ficar na superfície do solo Mão de obra utilizada é menor em comparação com o sistema anterior.

Sistema de Aspersão por Canhão Hidráulico Portátil

São sistemas portáteis composto de uma linha lateral ou mais, com um aspersor gigante apenas, por linha lateral. Terminada a irrigação em uma posição o canhão é removido para a posição seguinte, na mesma linha lateral. É comum a sua utilização na irrigação de pastagens, capineira e cana de açúcar.

66

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

Aspersor em Funcionamento Área irrigada

C. E. Cotrim

Sentido da Irrigação

Hidrante de Aspersor

MB Hidrante de linha com curva de derivação

Área irrigada

Figura 32. Esquema mostrando o sistema de aspersão por canhão hidráulico portátil Sistema de Aspersão Por Mangueira Constitui-se em um sistema de irrigação por aspersão semiportátil em que as linhas laterais são de PVC flexível (mangueiras) e as linhas principais e secundárias são fixas, constituídas de PVC rígido ou outro material resistente.

As linhas laterais funcionam com aspersor de subcopa de baixa pressão e baixa intensidade de aplicação de água.

As mangueiras são puxadas a mão para mudar os aspersores de posição. É mais comum o seu emprego em pomares, jardins e casas de vegetação.

Linha Lateral Planta Linha Secundária

Aspersores

mb Linha Principal

Figura 33. Esquema do Sistema de Irrigação Mostrando as Partes Sistema de Aspersão por Tubos Perfurados Portáteis A aspersão é feita por meio de linhas laterais perfurados, do tipo leve com acoplamento rápido, instalados sobre o solo ou suspensas em armações rústicas. Estas trabalham sob baixa pressão, normalmente inferior a 10 mca, irrigando faixa de 8 a 10 metros de largura.

Exemplo: Mangueira santeno.

Sistema de Aspersão Sobre Rodas com Deslocamento Longitudinal É um sistema de irrigação com movimentação mecânica, constituído de tubulações do tipo leve (PVC, Alumínio), de acoplamento rápido e próprio para tração, com múltiplos aspersores ou com um aspersor apenas do tipo gigante, montado sobre pares de rodas, de modo que se desloque no sentido longitudinal na mudança da linha lateral ou do canhão.

67

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Área já irrigada

Trator Área a ser irrigada

Fonte de água Adutora

Linha principal

MB Linha lateral sob rodas Torno

Figura 34. Esquema do Sistema mostrando partes.

Sistema de Aspersão Sobre Rodas com Deslocamento Lateral Existem dois tipos destes sistemas: Um em que a linha lateral é o eixo das rodas. Neste a linha lateral constitui o próprio eixo das rodas, que tem diâmetro de 1,20 a 1,40 metros, e o deslocamento lateral é feito por meio de um mecanismo de engrenagens e correntes, acionado por um motor localizado no meio da mesma (Rolão).

Outro em que a linha lateral é instalada em plano superior ao topo das rodas, suportadas por torres em forma de A, apoiadas em rodas e acionadas por um conjunto motobomba para cada torre (Line matic).

Linha lateral sobre rodas

Área já Irrigada Conjunto Motobomba montado sobre carreta que move com a lateral

Carreador

Canal

Figura 35. Esquema do sistema de irrigação sob rodas com deslocamento lateral mostrando partes Sistema Pivô Central É um sistema de movimentação circular, autopropelido a energia hidráulica ou elétrica. É construído de uma linha com vários aspersores ou difusores, de até 800 metros de comprimento, com tubos de aço de acoplamento especial, suportada por torres em forma de A dotadas de rodas, nas quais operam os dispositivos de propulsão do sistema.

68

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

O movimento do equipamento é de rotação em torno do ponto pivô, que lhe serve de ancoragem e de tomada de água, que pode derivar de poços profundos e de adutora. O sistema é dotado de recursos de ajustagem da velocidade de rotação e de alinhamento da tubulação.

A área irrigada por unidade, no Brasil, varia de 3 até 120 hectares.

As principais vantagens deste equipamento de irrigação em relação ao sistema tradicional de irrigação por aspersão são as seguintes: a) Economia de mão-de-obra na irrigação; b) Economia de tubulações, quando se usa água subterrânea; c) Boa uniformidade de irrigação; d) Após completar uma irrigação o sistema já está no ponto p/ iniciar a próxima; As principais desvantagens são as seguintes: a) Dificuldade de mudança de área; b) Perde aproximadamente 20 % da área (cantos); c) Alta intensidade de aplicação de água na extremidade do equipamento.

Fonte de água

Linha adutora enterrada

MB

Ponto Pivô

Tubulação c/ aspersores

Torre c/ rodas

Figura 36. Esquema de um Sistema Pivô Central Sistema Autopropelido com Canhão Hidráulico -

69

Canhão hidráulico, montado sobre carreta Desloca sobre um carreador, irrigando área de até 130 metros de largura por até 500 metros de comprimento O conjunto é constituído por um canhão hidráulico, uma carreta com turbina e pistão hidráulico, uma mangueira de alta pressão de até 200 metros de comprimento, um cabo de aço de até 400 metros, acoplado a uma linha principal com hidrantes, normalmente enterrada.

O deslocamento do sistema sobre a faixa irrigada se faz pela ação do carretel, acionado pela turbina e pistão hidráulico, enrolando o cabo de aço, que foi previamente esticado e ancorado na outra extremidade da faixa a ser irrigada.

Na carreta há um dispositivo para interrupção automática do funcionamento do sistema, quando atingir o final da faixa A mudança do equipamento para a faixa seguinte deve ser efetuada com trator agrícola.

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

78 a 115 m

Caminho Área irrigada por passagem.

Unidade Autopropelida Hidrante 400 m Mangueira flexível

Linha Principal

Cabo de aço

Adutora

MB

Fonte de água

Figura 37. Esquema do Sistema Autopropelido com Canhão Hidráulico Irrigador de Braços Tubulares Suspensos São máquinas que irrigam por aspersão, por meio de braços tubulares, com aspersores regularmente distribuídos, mantidos por tirantes entre a estrutura metálica central, com rodas para deslocamento por tração ou por motor próprio, dando-lhe condições de altopropulsão. Os braços, em alguns tipos, giram em círculo completo, enquanto irrigam. Em outros tipos movimentam-se apenas alguns graus, na direção horizontal.

Sistema de Aspersão Fixo Portátil É um sistema de irrigação por aspersão convencional, com tubulações leves de acoplamento rápido, em quantidade suficiente para irrigar toda a área, sem que haja mudança de linhas laterais.

De modo geral só funciona algumas linhas ao mesmo tempo, proporcionando menor potência do conjunto motobomba e menor diâmetro das tubulações.

O sistema deve ser instalado no campo, no início do cultivo, e removido somente no seu término, para novo preparo do solo.

Sistema de Aspersão Fixo Permanente É o sistema de irrigação por aspersão em que as linhas principais, secundárias e laterais são em quantidade suficientes para irrigar toda a área e enterradas a uma profundidade que permite o preparo do solo, se for o caso. Como no caso anterior a área é dividida em parcela, irrigando apenas uma parte por vez.

4. Planejamento de Sistemas de Irrigação por Aspersão 4.1 - Distribuição do Sistema no Campo Vários pontos devem ser considerados na distribuição, no campo, das tubulações dos sistemas de irrigação por aspersão.

70

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

a) Localização da fonte de ågua Poços - Se possível, localizå-los próximo ao centro do terreno; Canais - Caso seja viåvel, estudar a possibilidade de uså-lo de modo que minimize o comprimento da linha principal do sistema; Rios - Estudar a possibilidade de usar a motobomba móvel, ao longo do rio; Barragem - Estudar a possibilidade de construir barragens de modo a usar o desnível do terreno para fornecer parte da pressão necessåria ao sistema. b) Tamanho e forma da årea Tamanho - à rea muito grande deverå ser dividida em subåreas, projetando-se um sistema para cada uma delas; Forma - A årea ou subårea deverå ter forma retangular ou quadrada para facilitar a rotatividade das linhas laterais de maneira a economizar mão de obra. c) Direção e Comprimento das Linhas Laterais Vento - Quando possível devem ser instaladas perpendicularmente à direção predominante dos ventos; Declividade - Se possível instalar perpendicularmente à maior declividade do terreno e acompanhando as curvas de nível, objetivando diminuir a variação de pressão entre os aspersores; Fileiras - A direção das linhas de plantio muitas vezes determina a direção das linhas laterais, principalmente pela maior facilidade de movimentação dos tubos na hora da mudança de posição.

Comprimento - Ă&#x2030; limitado pelas dimensĂľes da ĂĄrea e pelo critĂŠrio de dimensionamento que permite uma perda de carga na linha lateral de 20 % da pressĂŁo de serviço do aspersor utilizado. d) Linhas Principais e SecundĂĄrias Direção - As linhas principais e secundĂĄrias devem ser instaladas, na medida do possĂ­vel, no sentido da maior declividade do terreno Posição - As linhas principais e secundĂĄrias devem ser instaladas de modo que permitam a rotatividade das linhas laterais, reduzindo a mĂŁo de obra utilizada na sua movimentação.

4.2 - Procedimento de Cålculo Seguido em um Projeto de Irrigação por Aspersão Existem alguns parâmetros que precisam ser relembrados, uma vez que jå foram estudados anteriormente, alÊm de novos parâmetros que devem ser adicionados no momento. a) Disponibilidade Total de à gua do Solo (DTA). '()

! ' 10

onde: DTA = Disponibilidade total de ĂĄgua, em mm; Cc = Capacidade de campo, em % em peso; Pm = Ponto de murcha, em % em peso; Ds = Densidade do solo, em g/cm3. b) Capacidade Total e Real de Ă gua no Solo (CTA e CRA) 71

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

!() '() ,, em mm; !+) !() , em mm; Z = Profundidade efetiva do sistema radicular da cultura, em cm; f = fator de disponibilidade de ĂĄgua, em decimal. c) Velocidade de Infiltração BĂĄsica (VIB) - Ă&#x2030; a magnitude da velocidade de infiltração de ĂĄgua no solo, quando esta se trona praticamente constante, em cm/h ou mm/h. Ă&#x2030; de grande utilidade na determinação da intensidade de aplicação de ĂĄgua do aspersor. d) Evapotranspiração Potencial da Cultura (Etpc) .( .( / , em mm dia-1 onde: Eto = Evapotranspiração potencial de referĂŞncia, em mm dia-1; Kc = Coeficiente da cultura em decimal. e) Irrigação Real NecessĂĄria (IRN) -+ !+), em mm ( com irrigação total).

-+ !+) , em mm (com irrigação suplementar).

Pe = Precipitação efetiva em mm ( Precipitação provĂĄvel com 75 a 80 % de ocorrĂŞncia). f) Turno de Rega (TR) - Ă&#x2030; o intervalo em dias entre duas irrigaçþes sucessivas, em um mesmo local. !+) (+ .( g) PerĂ­odo de Irrigação (PI) - Ă&#x2030; o nĂşmero de dias necessĂĄrios para completar uma irrigação PI deve ser menor ou igual a TR h) Irrigação Total NecessĂĄria (ITN) -(

-+ .

Sendo: ITN em mm; Ea = eficiĂŞncia de aplicação de ĂĄgua do sistema de irrigação, em decimal. i) Escolha do Aspersor - Neste ponto do procedimento deve ser escolhido o aspersor a ser utilizado no sistema de irrigação. Naturalmente que a sua escolha nĂŁo ĂŠ um parâmetro numĂŠrico e sim uma seleção baseada em critĂŠrios relacionados a clima da regiĂŁo, cultura a ser irrigada e custo de implantação do sistema de irrigação dentre outros. j) Intensidade de Aplicação de Ă gua do Aspersor (IA) - Ă&#x2030; a intensidade com que o sistema aplicarĂĄ ĂĄgua sobre o solo. Deve ser menor ou igual Ă VIB do mesmo.

-)

W 3600 em mm/h 1 2

onde: 72

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

q = vazão do aspersor escolhido, em l/s; S1 = espaçamento entre aspersores ao longo da linha lateral, em m; S2 = espaçamento entre linhas laterais, em m. k) Tempo de Irrigação por Posição (TI) - Equivale ao tempo de funcionamento do sistema por posição em horas; -( -)

(-

l) Número de Horas de Funcionamento do Sistema por Dia (H) - Sistemas mecanizados - 20 horas - Sistemas manuais - 12 horas m) Número de Posições Irrigadas por Lateral por Dia (N) - É o número de posições que cada linha lateral cobrirá por dia, é função do número de horas em que o sistema funcionará por dia (H) e do tempo necessário por posição (TI).

[ (-

n) Número Total de Posições (n) Depende da área ( planta) Depende do layout utilizado (Esquema de distribuição) o) Número Total de Posições a Serem Irrigadas por Dia (Nd)

-

p) Número de Linhas Laterais do Sistema (Nl)

q) Espaçamento Entre Aspersores (S1) - O espaçamento entre aspersores está relacionado com o diâmetro molhado pelo aspersor, condições de ventos e uniformidade de aplicação de água.

O espaçamento deve ser checado, após o sistema em funcionamento, através da uniformidade de distribuição de água (CUC), entretanto, a principio, pode-se usar a Tabela 17 abaixo na sua determinação.

Tabela 17. Variação do Espaçamento entre Aspersores, com a Velocidade do Vento Velocidade do Vento (km/h) Sem vento Menor que 8 de 8 a 17 Maior que 17 73

Espaçamento em % do Diâmetro Molhado pelo Aspersor 80 entre 70 e 75 entre 60 e 65 entre 50 e 55 Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

r) NĂşmero de Aspersores por Linha Lateral (Na) Depende da planta topogrĂĄfica da ĂĄrea a ser irrigada, da distribuição do sistema no campo e do espaçamento utilizado entre aspersores. s) Capacidade Requerida para o Sistema (Q) - Ă&#x2030; a vazĂŁo necessĂĄria para a irrigação de toda a ĂĄrea do projeto. \

2,78 ) -+ . . [ -

onde: Q = vazão, em l s-1; A = årea do projeto, em ha; IRN = irrigação real necessåria, em mm; Ea = eficiência de aplicação da irrigação, em decimal; Ec = eficiência de condução da ågua, em decimal; H = número de horas de funcionamento do sistema por dia, em horas; PI = Período de irrigação, em dias.

4.3 - Dimensionamento de Linhas laterais Antes de estabelecer o comprimento e o diâmetro de uma linha lateral, deve-se considerar os seguintes pontos: a) O diâmetro e o comprimento de uma linha lateral devem ser tais que a diferença de vazão entre o primeiro e o último aspersor não exceda 10 % da vazão do último ou a diferença de pressão não exceda a 20 % da pressão mÊdia ao longo da linha (pressão de serviço do aspersor). b) A direção da linha latera, quando possível, deve ser disposta perpendicularmente à maior declividade e, de preferência, em nível; c) A linha lateral, quando possível, deve ser perpendicular à direção predominante dos ventos; d) A relação entre pressão no início (PIN), pressão no final (Pfim) e pressão mÊdia (Pm), ao longo da linha lateral, Ê determinada pelas seguintes equaçþes: K

- 4 9[ Â&#x2039; 0,5 â&#x2C6;&#x2020;, 4 ) >

= 9[ Â&#x2039; 0,5 â&#x2C6;&#x2020;, 4 ) = 4 [ Â&#x2039; â&#x2C6;&#x2020;,

Onde: Hf = perda de carga ao longo da linha lateral em mca; â&#x2C6;&#x2020;Z = Diferença de nĂ­vel ao longo da linha lateral em m; Aa = Altura do Aspersor; Pm = PressĂŁo mĂŠdia da lateral que ĂŠ igual Ă pressĂŁo de serviço do aspersor. e) A perda de carga em tubulaçþes com mĂşltiplas saĂ­das, que ĂŠ o caso das linhas laterais, ĂŠ igual Ă perda de carga determinada como se a tubulação nĂŁo tivesse saĂ­da alguma, multiplicada por um fator F, que ĂŠ função do nĂşmero de saĂ­das, ou seja: [ [ & Â&#x152; 74

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

onde: Hf = perda de carga em tubulaçþes com mĂşltiplas saĂ­das; Hfâ&#x20AC;&#x2122;= perda de carga em tubulação normal, sem saĂ­das, com vazĂŁo constante atĂŠ o final; F = fator de correção, em função do nĂşmero de saĂ­das da linha lateral.

O fator de correção F pode ser calculado pela seguinte equação: Â&#x152;

1 1 â&#x2C6;&#x161; 1 4 4 4 1 2 6 ?

onde: m = coeficiente correspondente ao expoente da velocidade na equação de perda de carga em uso (m=1,852 p/ Eq. de Hazen-Willians, m=1,9 p/ Eq. de Scobey e m=2,0 para Eq. de Darcy).

N = nĂşmero de saĂ­das ao longo da linha lateral (no. de aspersores).

Sendo assim, na determinação da perda de carga ao longo da linha lateral, determina-se a perda de carga como se toda a vazão fosse conduzida atÊ o final da tubulação e depois multiplica-se o valor encontrado pelo fator de correção F. 1) Dimensionamento da Linha Lateral com um Diâmetro O critÊrio mais empregado para o dimensionamento da linha lateral Ê permitir, no måximo, 10 % de variação na vazão entre o primeiro e o último aspersor, o que corresponde a uma variação de 20 % na pressão entre os aspersores externos.

Quando, por condiçþes locais a linha lateral tiver que ficar morro acima e a diferença de nĂ­vel ao longo da mesma exceder a 50 % da variação de pressĂŁo permitida, recomenda-se usar vĂĄlvulas de controle de pressĂŁo. a) Linha Lateral em NĂ­vel O tipo de aspersor a ser usado especifica qual deve ser a vazĂŁo (q) a pressĂŁo de serviço (PS) e o espaçamento (S1). O diâmetro ideal da linha lateral deve possibilitar que a pressĂŁo mĂŠdia ao longo da mesma, seja igual Ă pressĂŁo de serviço. Conhecendo-se o comprimento da linha lateral (L) e o espaçamento entre aspersores ao longo da linha lateral (S1), determina-se o nĂşmero de aspersores (N) na lateral e o fator de correção F. Procura-se o diâmetro, que, com uma vazĂŁo Q = N x q e um comprimento L, haja uma perda de carga Hf igual a 20 % de PS. [ 0,20 ou 0,20 [ & Â&#x152; onde: Hf ĂŠ a mĂĄxima perda de carga permitida na linha lateral; Hfâ&#x20AC;&#x2122; ĂŠ a mĂĄxima perda de carga permitida, caso a vazĂŁo do inĂ­cio da linha fosse conduzida atĂŠ o final da mesma.

A pressão no início da linha lateral (PIN) sou seja na conexão da linha lateral com a principal serå: K - 4 9[ 4 ) onde: Aa = altura de elevação do aspersor em m; 75

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

b) Linha Lateral em Aclive (Morro acima) Neste caso, a perda de carga permitida por causa do atrito serĂĄ igual a 20 % da pressĂŁo de serviço menos a pressĂŁo requerida para compensar a perda de carga em virtude da inclinação da linha, ou seja: [ 0,20 â&#x2C6;&#x2020;, ou 0,20 â&#x2C6;&#x2020;, [ & Â&#x152; K

- 4 9[ 4 0,5 â&#x2C6;&#x2020;, 4 )

c) Linha Lateral em Declive (Morro abaixo) Neste caso, a perda de carga permitida, ocasionada pelo atrito serĂĄ igual a 20 % da pressĂŁo de serviço do aspersor mais a pressĂŁo ganha pela diferença de elevação da linha lateral. [ 0,20 4 â&#x2C6;&#x2020;,

ou

Â&#x17D;Â?Â? Â&#x2018;U,?U qÂ&#x2019;Xâ&#x2C6;&#x2020;Â&#x201C; Â&#x201D;

A pressĂŁo no inĂ­cio da linha lateral serĂĄ: K

- 4 9[ 0,5 â&#x2C6;&#x2020;, 4 ) Em declividades acentuadas, muitas vezes tem-se que reduzir o diâmetro da tubulação para minimizar a diferença de pressĂŁo ao longo da linha lateral.

A condição ideal e quando se consegue equilibrar a perda de carga, por atrito, com o ganho de pressĂŁo em virtude da declividade, ou suja: Hf = â&#x2C6;&#x2020;Z. Neste caso a pressĂŁo serĂĄ constante ao longo da linha lateral.

- Dimensionamento das Linhas Principais e Secundårias A função mais importante da linha principal Ê conduzir a ågua em quantidade e pressão requeridas para o funcionamento das linhas laterais, em quaisquer posiçþes.

O principal objetivo no dimensionamento da linha principal Ê selecionar os diâmetros das tubulaçþes, de modo que ela passe a cumprir sua função economicamente.

Condiçþes Gerais para o Dimensionamento a) A perda de pressão ocasionada por atrito, ao longo da tubulação (Hf), Ê o principal fator a ser considerado no dimensionamento de qualquer tubulação. b) No dimensionamento da linha principal, todas as perdas que ocorrem no sistema devem ser consideradas, ou seja, as perdas de carga por atrito, ao longo das tubulaçþes, as perdas localizadas nas conexþes, nas peças especiais, e as perdas de cargas devido à variaçþes de nível, bem como devem-se considerar a posição da linha lateral que resulte na maior perda de carga na linha principal. c) A distribuição de pressão, ao longo da linha principal, não Ê a somatória das pressþes das diversas linhas laterais, porÊm a distribuição de vazão Ê aditiva. A figura abaixo ilustra a distribuição de pressão e vazão, ao longo de uma linha principal, com três linhas laterais.

76

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

L2,Q2 PB=PA+Hf(AB) PC=PB+Hf(BC) PMB=PC+Hf(C-B) MB

PA=Pin C

B 1

A 3

2 Q1

Q1+Q2 Q1+Q2+Q3 L3,Q3

L1,Q1

Figura 38. Esquema do sistema de irrigação mostrando a variação de vazões e pressão ao longo da tubulação d) Nos projetos de irrigação que apresentam ramificações da linha principal, será considerada linha principal aquela que no ponto de ramificação requerer a maior pressão, a outra será considerada secundária. O dimensionamento da linha secundária será em função da diferença entre a pressão no ponto de entroncamento com a linha principal e a pressão necessária, no início da linha lateral, na posição mais desfavorável. e) No dimensionamento da linha principal, tem-se que determinar as vazões máximas a serem conduzidas nos diversos trechos, bem como relacionar as vazões conduzidas em cada condição com o comprimento dos trechos nos quais elas são conduzidas. Por exemplo, no projeto esquematizado na figura do ítem C, a vazão das três linhas laterais será levada, no máximo até o ponto (1), a vazão de duas linhas laterais será conduzida no máximo até o ponto (2), e a partir do ponto (2) será transportada somente a vazão de uma linha lateral. E quando estiver sendo conduzida a vazão de duas linhas laterais até o ponto (2), não haverá nenhuma vazão sendo conduzida além dele, porém quando estiver sendo conduzida a vazão de uma linha lateral até o ponto (3), está será a única vazão conduzida além do ponto (1).

Dimensionamento São três os critérios mais usados para o dimensionamento das linhas principais e secundárias: dimensionamento baseado na velocidade média permitida ao longo da linha, dimensionamento baseado na perda de carga pré-estabelecida entre a primeira e a última posição da linha lateral e dimensionamento baseado na análise econômica.

Dimensionamento em Função da Velocidade Média da Água na Linha Principal ou Secundária Este critério baseia-se na determinação dos diâmetros dos diferentes trechos da linha principal e secundária, de modo que a velocidade média em cada trecho fique entre 1,0 e 2,5 m/s.

Nesse método para determinar o diâmetro aproximado utiliza-se a fórmula de Bresse. ' / \ onde: 77

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Q = vazão a ser conduzida no trecho, em m3s-1; K = Coeficiente variåvel entre 0,75 e 1,40; D = Diâmetro da tubulação, em metros.

Para efeito de exemplos em sala de aula vamos considerar o valor de K igual a 1,0.

Para o cålculo da velocidade utiliza-se a equação da continuidade. *

w Â&#x2019;

*

ou

9 w

~ { _

onde: V = velocidade da ågua na tubulação, em m s-1; Q = vazão da linha principal, em m3 s-1; D = diâmetro da tubulação, em m.

Dimensionamento em Função da Perda de Carga Preestabelecida Este critÊrio baseia-se em permitir uma perda de carga no trecho da linha principal compreendido entre a primeira e a última posição da linha lateral, de 15 a 20 % da pressão de serviço dos aspersores. Nesta perda de carga não estå incluída a diferença de nível ao longo da linha principal. Quando as condiçþes topogråficas impþem um grande desnível ao longo da linha principal, faz-se necessårio usar vålvulas de controle de pressão ou registros no início das linhas laterais. [ 0,15

ou [ 0,20

Exercícios Propostos (Dimensionamento de linha lateral em nível) 1) Dimensionar uma linha lateral, em nível, para as seguintes condiçþes: * Linha Lateral Comprimento (L) = 180 m; Material (Aço Zincado ) - C = 120; * Aspersor Espaçamento = 18 x 24 m; Pressão de Serviço = 3 atm; Vazão (q) = 3,45 m3/h.

Considerar m = 2 para o cålculo de F. Solução: Perda de Carga (Hf) Hf = 20 % de PS ...

Hf = 0,20 x 30 m = 6,0 mca.

NĂşmero de Aspersores por Lateral (N) N = 180 m 18 m

N = 10 aspersores

Fator de Correção para Lateral com 10 saĂ­das (F) 1 1 â&#x2C6;&#x161; 1 Â&#x152; 4 4 4 1 2 6 ?

78

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

1 1 √2 1 4 4 2 4 1 2 10 6 10?

F=0,385 Hf’= 6/0,385 = 15,60 mca.

Vazão no início da linha lateral (Ql) = 10 x 3,45 m3/h = 34,5 m3/h = 0,0096 m3/s 3600s/h Equação de Hazen- Willians D = [ 10,646 x ( Q )1,852 x L ] 0,205 Hf’ C D = [ 10,646 x ( 0,0096 )1,852 x 180 ] 0,205 15,6 120 D = 0,075 m = 75 mm = 3 polegadas.

(Dimensionamento de linha lateral morro acima) 2) Dimensionar uma linha lateral com as mesmas condições do exemplo anterior, porém com um aclive de 2,5 %. ∆Z = 2,5 % x 180 m 100

∆Z = 4,5 m

Hf = 0,20 x 30 m - 4,5 m

Hf = 1,5 m

Hf’ = 1,5m 0,385

Hf’ = 3,9 m

D = [ 10,646 x ( Q )1,852 x L ] 0,205 Hf’ C D = [ 10,646 x ( 0,0096 )1,852 x 180 ] 0,205 3,90 120 D = 0,100 m

= 100 mm

= 4 polegadas.

(Dimensionamento da Linha Principal em função da Velocidade Média da água na tubulação) 3) Dimensionar a linha principal esquematizada na Figura 38, para as seguintes condições: vazão por linha lateral de 6,0 l/s, linha principal de aço zincado com 360 metros de comprimento.

• comprimento do trecho MB - (1) será de 120 metros e conduzirá uma vazão máxima de 18 l/s (3 linhas); O trecho de (1) a (2) será também de 120 metros e conduzirá, no máximo, a vazão de duas linhas laterais (12 l/s); e o trecho do ponto (2) ao ponto (3) será também de 120 metros e conduzirá uma vazão de 6 l/s.

Sendo assim: a) Trecho MB - (1) L = 120 metros Q = 18 l/s = 0,018 m3/s 79

... D = K x

Q

.....

D = 1.

0,018

D = 0,134 m

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Portanto devemos analisar os diâmetros 100 mm, 125 mm e 150 mm.

Para D = 100 mm ...

Temos

V=4xQ πxD2

..... V = 4 x 0,018 πx (0,1)2

... V = 2,29 m/s

Procedendo-se da mesma maneira chegamos a: Para D = 125 mm ......

Para D = 150 mm .......

V= 1,47 m/s * V = 1,02 m/s

Portanto recomenda-se o diâmetro de 125 mm ( 5 polegadas). b) Trecho (1) - (2) L = 120 metros Q = 12 l/s = 0,012 m3/s

... D = K x

Q

.....

D = 1.

0,012

D = 0,109 m

Portanto devemos analisar os diâmetros 75 mm, 100 mm e 125 mm.

Para D = 75 mm ...

Temos

V=4xQ πxD2

..... V = 4 x 0,012 ... V = 2,71 m/s πx (0,075)2

Procedendo-se da mesma maneira chegamos a: Para D = 100 mm ......

Para D = 125 mm .......

V = 1,52 m/s * V = 0,98 m/s

Portanto recomenda-se o diâmetro de 100 mm ( 4 polegadas). c) Trecho (2) - (3) L = 120 metros Q = 6 l/s = 0,006 m3/s

... D = K x

Q

.....

D = 1.

0,006

D = 0,077 m

Portanto devemos analisar os diâmetros 50 mm, 75 mm e 100 mm.

Para D = 50 mm ...

V=4xQ πxD2 Procedendo-se da mesma maneira chegamos a: Para D = 75 mm ......

Para D = 100 mm .......

Temos

..... V = 4 x 0,006 πx (0,05)2

... V = 3,00 m/s

V= 1,36 m/s * V = 0,76 m/s

Portanto recomenda-se o diâmetro de 75 mm ( 3 polegadas).

(Dimensionamento em Função da Perda de Carga Preestabelecida) 4) Dimensionar a linha principal, esquematizada na figura abaixo, para as seguintes condições: aspersor com vazão de 0,62 l/s, pressão de serviço de 30 mca e espaçamento de 18 x 24 m; e linha principal em aço zincado com 288 m e morro acima, com desnível, ao longo da principal de 2 m.

80

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Hf = 0,15 x PS = 0,15 x 30 = 4,5 m Q = 8 asp x 0,62 l/s = 5 l/s L = 288 m 1,852

D = [ 10,646 x ( Q ) Hf C

xL ]

0,205

MB 8 Aspersores

D = [ 10,646 x ( 0,005 )1,852 x 288 ] 0,205 4,50 120 D = 0,083 m = 83 mm Como os diâmetros comerciais encontrados são 75 mm e 100 mm e o diâmetro calculado situa-se entre eles, pode se aplicar parte da linha principal com diâmetro de 100 mm e parte com diâmetro de 75 mm.

Croquis da Área Irrigada

Para determinar o comprimento de cada segmento tem-se: 100 mm

75 mm

L2, D2, J2

L1, D1, J1 L

L = L1 + L2

.............

L1 = L - L2

................

Hf = L1 x J1 + L2 x J2

L2 = Hf - L x J1 onde: J2 - J1 L = comprimento total da tubulação, em metros; L1 = trecho da tubulação com maior diâmetro, em m; L2 = trecho da tubulação com menor diâmetro, em m; Hf = perda de carga permitida ao longo da linha, em m; J1 = perda de carga unitária na parte de maior diâmetro, em m/m; J2 = perda de caga unitária na parte de menor diâmetro em m/m.

J1 = 10,646 x (0,005 )1,852 (0,1)4,87 120

.............

J1 = 0,0061 m/m

J2 = 10,646 x ( 0,005 )1,852 (0,075)4,87 120

.............

J2 = 0,0248 m/m

L2 = 4,5 - 0,0061x 288 ............

L2 = 146,7 m ........... L1= 288 - 146,7 0,0248 - 0,0061 L1 = 141,3 m, como os tubos são de 6 metros temos: L1 = 144 m com tubos de 100 mm L2 = 144 m com tubos de 75 mm.

81

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

5) Dimensionar a linha principal para o projeto esquematizado na figura abaixo sendo: Vazão da Linha Lateral = 4 l/s Pressão de serviço do aspersor = 30 mca Linha Principal em aço zincado - C = 120 Comprimento da Linha Principal = 384 m L = 348 m

Hf = 0,20 x PS

C

MB

Hf = 0,20 x 30 = 6 mca.

D=Kx

Q

B

A

Aspersores

onde:

J = 10,646 x ( Q )1,852 (D )4,87 C Trecho

Vazão do Trecho (l/s)

AB 192 m

8 l/s

BC 192 m

4 l/s

Diâmetro da Tub. (mm)

Velocidade (m/s)

125 100 75 100 75 50

0,65 1,01 1,81 0,51 0,90 2,03

J(Perda Unitária) (m/m) 0,0145 0,0163

Para a vazão de 8 l/s = 0,008 m3/s no trecho AB, aplicando a equação de Bresse D = encontramos D = 0,090 m = 90 mm, por isso testamos os diâmetros 75, 100 e 125mm.

0,008,

Para o Trecho BC, Q = 0,004 m3/s, encontramos D = 0,063 m = 63 mm, por isso testamos os diâmetros de 100 mm, 75 mm e 50mm.

A perda de carga total será Hft = JAB x LAB + JBC x LBC = 192 x 0,0145 + 192 x 0,0163 Hft = 2,78 m + 3,13 m = 5,91 m que é inferior à perda de carga permitida de 6 mca, portanto os diâmetros escolhidos satisfazem o critério de dimensionamento.

82

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

IRRIGAÇÃO LOCALIZADA 1. Conceito - São todas as Irrigações em que a água é aplicada diretamente sobre a região radicular das plantas com pequena intensidade e alta freqüência.

2. Tipos 1) 2) 3) 4) 5)

Gotejamento Microaspersão Tubos Perfurados ou Porosos (Mangueira Santeno) Xique-xique Cápsulas porosas, “Potejamento” 1- Gotejamento

Compreende todos os sistema de irrigação nos quais a água é aplicada ao solo, diretamente sobre a região radicular das culturas, em pequena intensidade (1 a 10 litros/hora) porem com alta freqüência (Truno de rega entre 1 e 4 dias) de modo que mantenha a umidade na zona radicular próximo à “capacidade de campo”.

Meios de Aplicação da Água: - Tubos Perfurados (pequenos orifícios) - Pequenas peças denominadas gotejadores Forma de Aplicação (“Ponto Fonte”) - Superfície do solo com área molhada de forma circular - O volume de solo molhado em forma de bulbo – Cebola - Gotejadores muito próximos – forma faixa molhada contínua Exigências - Cabeçal de Controle (Controle de Parcelas) - Filtragem da água para evitar entupimento dos gotejadores 2- Microaspersão Neste sistema a água é aspergida de maneira localizada, através de microaspersores, próximo ao sistema radicular das plantas, com baixa intensidade e alta freqüência.

Normalmente - maior intensidade/ menor freqüência que o gotejamento - menos entupimento no sistema (> vel. da água, < sedimentação) 3. Principais Vantagens da Irrigação Localizada a) Maior eficiência de uso da água b) Maior produtividade c) Maior eficiência de adubação d) Maior eficiência no controle fitossanitário e) Adapta-se a diferentes tipos de solo e topografia f) Problemas são amenizados com água salina e solo salino g) Economia de mão de obra h) Não há erosão horizontal ou vertical i) Menor interferência do vento 83

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

4. Principais Desvantagens da Irrigação Localizada a) Entupimento do sistema b) Distribuição do sistema radicular (bulbo) c) Necessita de operadores habilidosos (sofisticação) d) Acúmulo de sais nos limites da frente de molhamento (bulbo) – e na superfície do solo (evaporação) – perigo potencial de estes sais serem levados ao sistema radicular da cultura, quando chove.

5. Componentes dos Sistemas de Irrigação Localizada Em geral os sistema de irrigação localizada são fixos e constituídos das seguintes partes: - Motobomba - Cabeçal de controle - Linha principal - Válvulas (facultativas) - Linhas de derivação - Linhas laterais - Gotejadores - Microaspersores Lago

Cabeçal De Controle

MB

Linhas de Derivação

Parcela

Linhas Laterais com Gotejadores ou Microaspersores

Linhas Laterais Válvula

Figura 29. Esquema de Um sistema de irrigação Localizada (Microaspersão ou Gotejamento) Motobomba O conjunto motobomba é um dos componentes de maior importância no método de irrigação localizada.

- Mais utilizadas bombas centrífugas de eixo horizontal - Água de poço – Bombas centrífugas de eixo vertical (Submerça) - Motores - Elétrico ou Diesel - Potencia absorvida pelo motor

\ [ 75 . .e

onde: Pm = potencia do motor, em CV; 84

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Q = vazĂŁo bombeada, em l s-1; Hman = altura manomĂŠtrica total, em mca; Em = rendimento do motor, em decimal; Eb = rendimento da bomba, em decimal.

A altura manomÊtrica total (Hman) representa o aumento de pressão que a bomba deve transmitir ao líquido. [ [ 4 [ 4 [ 4 [ 4 [ onde: Hs = altura geomÊtrica de sucção, em m; Hr = altura geomÊtrica de recalque, em m; Hc = perda de carga no cabeçal de controle, em mca; Hf = perda de carga ao longo de toda a tubulação, em mca; Hp = Pressão necessåria no gotejador ou microaspersor, mca.

Obs.: Acrescentar 5% Ă Hman para compensar as perdas localizadas Cabeçal de Controle Recebe a ĂĄgua do conjunto motobomba e libera ĂĄgua filtrada, na pressĂŁo certa e na vazĂŁo determinada para o funcionamento do sistema. Ă&#x2030; composto de: Medidores de vazĂŁo ManĂ´metros Filtros Tanques de Fertilizantes e Injetores Sistema de controle de operação Linha Principal A linha principal conduz ĂĄgua da motobomba atĂŠ as linhas de derivação.

Material utilizado na linha principal (normalmente) - PVC rígido ou flexível - Tubos galvanizados (aço zincado, alumínio etc) - Tubos de fibrocimento Linha de Derivação A linha de derivação conduz ågua da linhas principal atÊ as linhas laterais.

Material utilizado - Tubos de polietileno flexĂ­vel â&#x20AC;&#x201C; superfĂ­cie do Solo - PVC rĂ­gido - quando enterrados InĂ­cio da linha de derivação â&#x20AC;&#x201C; registros/vĂĄlvulas controle de vazĂŁo Linha Lateral SĂŁo linhas onde estĂŁo instalados os gotejadores ou microaspersores que aplicam ĂĄgua junto Ă s plantas.

Materiais: - Tubos de polietileno flexĂ­vel com diâmetro de 12 a 32 mm Espaçamento ao longo da linha de derivação â&#x20AC;&#x201C; função do espaçamento entre fileiras de plantas.

85

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Espaçamento entre gotejadores/microaspersores – função do espaçamento entre plantas ao longo da fileira e do tipo de planta a ser irrigada (algumas plantas - mais de um gotejador/aspersor por cova) Emissores São dispositivos que possibilitam a distribuição do fluxo de água com vazão e freqüência constante, na forma de gotas ou pequenos jatos.

1) Tipos de Emissores: a) Gotejadores – libera água em gotas b) Gotejador integrado – já vem intercalados na tubulação a espaços constantes c) Tubos de emissão – Tubos perfurados ou tubos porosos d) Difusores – distribui a água de forma circular (sem peças móveis) e) Microaspersores – libera água de forma uniforme em uma pequena área circular, dispondo de peças móveis para auxiliar na distribuição de água 2) Características necessárias aos emissores - fornecer vazão uniforme e constante - sofrer pequenas variações devido a condições extremas - ter uniformidade de fabricação - ser resistente a agressões químicas e ambientais - causar pequenas perdas de carga na tubulação - não sofrer alterações significativas com a temperatura - ter baixo custo.

3) Classificação dos Emissores a) Quanto ao número de pontos - uma saída - múltiplas saídas b) Quanto à pressão de trabalho - baixa pressão: 2 a 5 mca - alta pressão de trabalho: 8 a 15 mca c) Quanto à vazão do ponto de saída - baixa vazão: < 4 l/h - média vazão: < 4 a 10 l/h - alta vazão: > 10 l/h. d) Quanto à seção de saída - seção estreita: < 0,8 mm - seção média: 0,8 a 1,0 mm - seção larga: > 1,0 mm e) Quanto ao mecanismo de perda de pressão - orifício - vortéx - de longa passagem - autocompensante

86

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Gotejadores São peças conectadas às linhas laterais capazes de dissipar a pressão disponível na linha e aplicar vazões pequenas e constantes.

- Vazão de 2 a 20 l/h e pressão de 5 a 30 mca 1) Tipos de Gotejadores - de microtubos - de longo percurso integrado - tipo orifício de saída - tubos perfurados - microgotejadores (autocompensante) * vazão de 4 l/h * pressão variando de 5 a 30 mca.

2) Quanto à conexão na linha podem ser: - conectados sobre a linha - conectados na linha - conectados no prolongamento da linha

Gotejador

a) gotejador sobre alinha

Gotejador

b) Gotejador na linha Gotejador

Prolongamento

c) Gotejador integrado d) Gotejador no prolongamento

Figura 30. Esquema mostrando a conexão dos gotejadores na linha lateral.

Microaspersores Tem a mesma finalidade dos difusores, só que dispõe de peças móveis, possibilitando boa distribuição de água mesmo para baixas vazões.

Vazão de 20 a 140 l/h e pressão de serviço de 5 a 30 mca.

6. Distribuição do Sistema no Campo 87

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

- Linhas de derivação no sentido da maior declividade - Pequena variação de nĂ­vel ao longo da linha lateral (curva de nĂ­vel) - Cabeçal â&#x20AC;&#x201C; sempre que possĂ­vel na parte mais elevada do terreno - Pequeno comprimento da linha principal (Distancia entre CC e Sistema) - Ă rea subdividida em subĂĄreas retangulares ou parcelas (se possĂ­vel) Ă&#x2039; função da cultura a ser irrigada: - Espaçamento entre linhas - Entre gotejadores/microaspersores na linha - O tipo de emissor (vazĂŁo e localização) 7. Quantidade de Ă&#x201E;gua NecessĂĄria - Demanda evapotranspiromĂŠtrica da cultura (perĂ­odo crĂ­tico) - Turno de rega variando de 1 a 4 dias (pequeno) - Manter a umidade na zona radicular prĂłximo Ă cap. de campo 7.1 Evapotranspiração Lâmina evaporada + tanspirada/dia em toda a ĂĄrea Irrigação localizada nĂŁo se molha toda a ĂĄrea irrigada .(Â&#x160; .(

100

onde: ETl = evapotranspiração mÊdia, na irrigação localizada, mm dia-1 ETc = evapotranspiração potencial da cultura, em mm dia-1 P = percentagem da årea molhada em relação à årea total irrigada .( .( / .( .* / .( .* / / q

.(Â&#x160; / / .* >UU

7.2 Irrigação Real NecessĂĄria Lâmina real de ĂĄgua a ser aplicada na irrigação -+ .(Â&#x160; (+ onde: IRN = irrigação real necessĂĄria, em mm ETl = evapotranspiração na irrigação localizada, mm dia-1 TR = Intervalo entre irrigaçþes em dias (turno de rega) Em volume por cova *+ .(Â&#x160; (+ ) onde: VRN = volume real necessĂĄrio, em l cova-1 Ac = ĂĄrea representada por cova, em m2 88

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, CiĂŞncia e Tecnologia Baiano â&#x20AC;&#x201C; Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Em irrigação localizada: -+

!!

' , 10 100

onde: IRN â&#x20AC;&#x201C; Irrigação real necessĂĄrio, em mm CC â&#x20AC;&#x201C; Capacidade de Campo, % em peso Pm â&#x20AC;&#x201C; Ponto de murcha, % em peso Da â&#x20AC;&#x201C; Densidade do solo, em g cm-3 Z â&#x20AC;&#x201C; Profundidade efetiva do sistema radicular da cultura, em cm f â&#x20AC;&#x201C; Fator de disponibilidade de ĂĄgua do solo (f <1) P â&#x20AC;&#x201C; Percentagem da ĂĄrea molhada em relação Ă ĂĄrea total irrigada 7.3 Irrigação Total NecessĂĄria Lâmina total a ser aplicada por irrigação -(

-+ , .

*(

*+ , Â&#x160;= .

onde; Ea = eficiência de aplicação de ågua do sistema, em decimal

VTN = volume total a ser aplicado por cova em litro.

8. Tempo de Funcionamento por Posição O tempo de funcionamento da irrigação em faixa ou por årvore Ê dado pela seguinte equação: (

Â&#x2013;bÂ&#x2014; Â&#x2019;t Â&#x2019;Â&#x2DC; Â&#x2122;

,

para irrigação em faixa contínua.

ou Â&#x2013;bÂ&#x2014; Â&#x161;Â&#x203A; sbÂ&#x2014; ( Â&#x2122; Â&#x153; Â&#x2122; , para irrigação por ĂĄrvore.

onde: T = tempo de irrigação por posição, em horas ITN = irrigação total necessåria, em mm Sg = espaçamento entre gotej. ao longo da linha lateral, em m Sl = espaçamento entre linhas laterais, em m Ac = årea representada por cada årvore, em m2 n = número de gotejadores por årvore q = vazão do gotejador, em l/hora VTN = volume total a ser aplicado por cova, em litros.

9. Número de Unidades Operacionais O número de unidades operacionais (N) em que o projeto de irrigação deve ser dividido pode ser determinado pela seguinte equação: (+ 24 D ( 89

Apostila: Noçþes BĂĄsicas de Irrigação â&#x20AC;&#x201C; AspersĂŁo e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

Sendo N um número inteiro, em geral par.

Esta equação considera que o sistema funciona 24 horas por dia, caso o sistema funcione menos que 24 horas por dia o número deve ser substituído na forma.

10. Vazão Necessária A vazão necessária ao projeto de irrigação é determinada pela seguinte equação: 2,78 ) -( ( onde: Q = vazão necessária ao projeto, em l s-1 A = área do projeto, em ha ITN = irrigação total necessária, em mm N = número de unidades operacionais em que o sistema for dividido T = tempo de irrigação por posição, em horas

\

ou

\

>U b b

, em m3/h

11. Dimensionamento da Linha Lateral - Linhas nas quais estão inseridos os gotejadores/microaspersores - Geralmente tubos flexíveis de polietileno - Diâmetros mais comuns 3/8”, ½”, 5/8”, e ¾” - Instaladas na direção das curvas de nível - Admite-se uma variação de vazão de 20% ao longo da L.L. - Em regime laminar – 20% de variação na pressão = 20% na variação da vazão - Perda de carga (pressão) ao longo da tubulação (H.W. ou D.W.) lisa, sem gotejadores/ microaspersores.

Equação de Hazen-Willians \ >, H? ' 89, J v 1,21 10>U ! onde: J = perda de carga unitária, em m m-1 Q = vazão que passa na tubulação, em l s-1 C = coeficiente que depende da parede do tubo – 144 (Cipla) D = diâmetro da tubulação, em mm Perda de carga total na linha lateral (c/ got ./microasp.) ! >, H? ∆[ v ] ! onde: ∆H = perda de carga na linha lateral, em mca J = perda de carga unitária em tubos lisos (D. da L.L.), m m-1 C= coeficiente de Hazen-Willians do tubo da linha lateral Cg = coeficiente de Hazen-Willians da linha lateral c/ gotejador F = Fator de Christiansen, para tubulação de múltiplas saídas 1 1 √ 1 4 4

4 1 2 6 ?

90

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

onde: N = número de gotejadores na linha lateral m = coeficiente da velocidade da equação de perda de carga (m=1,85 para H.W, m=2 para D.W. e m =1,9 para Scobey) Valores de Cg variam entre 80 e 140, são menores que os valores de C e dependem do tipo de gotejador, do diâmetro da linha lateral e do espaçamento entre gotejadores.

12. Dimensionamento da Linha de Derivação - Linha na qual estão inseridas as linhas laterais - Liga a linha principal com as linhas laterais - Em geral usam-se tubos flexíveis de polietileno ou PVC rígido - Dimensionamento idêntico ao das linhas laterais - F é função do número de linhas laterais conectadas à derivação - Perda de carga permitida = 10 % da pressão de serviço emissor - Registros ou válvulas de controle de vazão/inicio da derivação - São instaladas no sentido da maior declividade do terreno - Pressão necessária no inicio da derivação é igual à soma da pressão necessária na linha lateral, com a perda de carga e o desnível ao longo da linha de derivação.

- Perda de carga (pressão) ao longo da tubulação (H.W. ou D.W.) lisa, sem linhas laterais conectadas.

Equação de Hazen-Willians v 1,21 10

>U

\ >, H?

' 89, J !

onde: J = perda de carga unitária, em m m-1 Q = vazão que passa na tubulação, em l s-1 C = coeficiente que depende da parede do tubo – 144 (Cipla) D = diâmetro da tubulação, em mm Perda de carga total na linha de derivação ! >, H? ∆[ v ] ! onde: ∆H = perda de carga na linha lateral, em mca J = perda de carga unitária em tubos lisos (D. da L.L.), m m-1 C= coeficiente de Hazen-Willians do tubo da linha lateral Cg = coeficiente de Hazen-Willians da linha lateral c/ gotejador F = Fator de Christiansen, para tubulação de múltiplas saídas 1 1 √ 1

4 4 4 1 2 6 ? onde: N = número de gotejadores na linha lateral m = coeficiente da velocidade da equação de perda de carga (m=1,85 para H.W, m=2 para D.W. e m =1,9 para Scobey) Valores de Cg variam entre 80 e 140, são menores que os valores de C e dependem do diâmetro da linha de derivação e do espaçamento entre linhas laterais.

91

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

13. Dimensionamento da Linha Principal - Faz conexão entre o Cabeçal de Controle e linha de derivação - Pode-se usar qualquer material, fibrocimento, ferro, aço zincado, alumínio, PVC e polietileno.

- O dimensionamento pode seguir três critérios: 1 – Baseado na velocidade média permitida na linha (1 a 2,5 m/s) 2 – Baseado na perda de carga pré-estabelecida (15 a 20 % da Pressão de Serviço dos Emissores) entre 1a. e última derivação) 3 – Baseado na análise econômica Por ser o mais simples adotaremos aqui o primeiro critério Este critério baseia-se na determinação dos diâmetros dos diferentes trechos da linha principal, de modo que a velocidade média em cada trecho fique entre 1,0 e 2,5 m/s.

Nesse método para determinar o diâmetro aproximado utiliza-se a fórmula de Bresse. ' / \ onde: Q = vazão a ser conduzida no trecho, em m3 s-1; K = Coeficiente variável entre 0,75 e 1,40; D = Diâmetro da tubulação, em metros.

Quando escolhemos o valor K igual a 1,0, estamos fixando a velocidade em 1,27 m/s (Tab. Manual de Irrigação, Bernardo et al. 2006).

Para o cálculo da velocidade utiliza-se a equação da continuidade. *

w

ou

*

9 w

~ { _

onde: V = velocidade da água na tubulação, em m s-1; Q = vazão da linha principal, em m3 s-1; D = diâmetro da tubulação, em m.

92

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

GABARITO COM AS RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS Número do Exercício Proposto

Alternativas a b c d e

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

93

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano – Campus de Guanambi

C. E. Cotrim

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BERNARDO, S., SOARES, A.A., MANTOVANI, E.C. Manual de Irrigação, 8a. ed. atualizada e ampliada, Viçosa, Editora UFV, 2006, 625 p.

CHRISTIANSEN, J.E. Irrigation by sprinkler, Berkeley: California Agricultural Station, 1942, 124p. (Bul., 670).

CHRISTOFIDIS, D. Irrigação, a fronteira hídrica na produção de alimentos, Revista ITEM, Brasília, no. 54, p. 46-55, 2o. trimestre 2002.

CHRISTOFIDIS, D. Água irrigação e segurança alimentar, Revista ITEM, Brasília, no. 77, p. 16-21, 1o. trimestre 2008.

DAKER, A. Irrigação e drenagem, 7a. ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos, S. A , 1987. 453p. (A água na agricultura, 3) DAKER, A. Hidráulica aplicada à agricultura, 7a. ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos, S.A , 1987. 316 p. (A água na agricultura, 1) DAKER, A. Captação elevação e melhoramento da água, 7a. ed. Rio de Janeiro, Livraria Freitas Bastos 1987. 408 p. (A água na agricultura, 2)

S. A ,

HAGAN, R.M., HAISE, H.R. EDMINSTER, T.W., Irrigation of agricultural lends, American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA, 1967, 1180p. (Agronomy 11) ISRAELSEN, D. W., HANSEN, V.E. Irrigation principles and practices, 3a. ed. N. York: John Wiley and Sons, 1967.

447 p.

LEOPOLDO, P. R. Bombeamento para irrigação, ABEAS, Brasília, 1990, 82p. (Curso de Engenharia de Irrigação Módulo 09) RAMOS, M. M. Hidráulica aplicada à irrigação e drenagem, ABEAS, Viçosa - UFV, 1998. 140p. (Curso de Engenharia e Manejo de Irrigação - Módulo 1) REICHARDT, K. A água na produção agrícola. São Paulo, McGraw-Hill do Brasil, 1978.

121p.

REICHARDT, K. Processos de transferência no sistema solo-planta-atmosfera, 4a. edição, Campinas, Fundação Cargill, 1985, 466 p.

SEDIYAMA, G. C. Evapotranspiração: necessidade de água para as plantas cultivadas, ABEAS, Viçosa - UFV, 1996. 181 p. (Curso de Engenharia e Manejo de Irrigação) SILVA, A. M., SILVA, E.L., Necessidade de água para irrigação, Informe Agropecuário no. 100, Belo Horizonte, EPAMIG, p. 6-13, 1983.

TUBELIS, A. Aspectos climáticos e hidrológicos, ABEAS, Brasília- DF, 1990. 88 p. (Curso de Engenharia e Manejo de Irrigação) TELLES, D. D., VIEIRA, D. B., OLITTA, A. F. L., SCALOPPI, E.J., Curso básico de irrigação, Brasília, ABIDCODEVASF, 1990. 300 p.

94

Apostila: Noções Básicas de Irrigação – Aspersão e Localizada