Irrigação

Projeto enxuto

Na hora de projetar um sistema de irrigação com pivô central é necessário avaliar as diferentes variantes, pois diversos elementos permitem reduzir os custos sem diminuir a qualidade final e a eficiência do produto

Osistema de irrigação por aspersão pivô central é reconhecido como uma das inovações mais significativas no contexto histórico da agricultura irrigada mundial. A possibilidade de distribuir a água a partir de um ponto central, rotacionando um equipamento autopropelido que descreve uma área irrigada circular, tornou-se uma solução criativa, capaz de automatizar a aplicação de água com notável desempenho. Esse sucesso estendeu-se praticamente para todas as regiões do mundo, nas mais diversas condições climáticas, edáficas e topográficas. O pesquisador americano William E. Splinter (1976) considerou que o impacto tecnológico do pivô central na agricultura seria semelhante ao obtido com a introdução do trator na mecanização agrícola.

A despeito de suas vantagens operacionais e de desempenho amplamente reconhecidas, deve-se destacar que, como outros sistemas de irrigação, o pivô central também apresenta características que podem influenciar seu desempenho e, principalmente, seu custo. Algumas dessas características serão discutidas a seguir, levando-se em consideração a possibilidade de argumentar com os fabricantes suas possíveis implicações técnicas e econômicas. Ao mesmo tempo, deve-se reconhecer que o pivô central reúne um conjunto de componentes mecânicos, elétricos e eletrônicos totalmente projetados e desenvolvidos sob a responsabilidade das empresas fabricantes, que devem assegurar um desempenho plenamente satisfatório nas condições onde as irrigações serão realizadas.

DIMENSÕES E TOPOGRAFIA DA ÁREA

Estruturalmente, o equipamento resume-se em uma linha lateral típica da irrigação por aspersão, ou seja, uma tubulação com aspersores ou sprayers (espalhadores de água) instalados ao longo de seu comprimento, suportada por estruturas metálicas com forma da letra A, que abrigam as rodas motrizes acionadas por motorredutores elétricos, responsáveis pelo deslocamento radial do equipamento na área irrigada. Assim, pode-se admitir que o custo de investimento apresente uma relação

tipicamente linear com as dimensões do equipamento. Porém, a área irrigada aumenta com o comprimento dessa tubulação elevado ao quadrado, ou seja, aumenta em maior proporção que o custo de investimento (Figura 1). Portanto, é fácil concluir que o custo por unidade de área irrigada deve diminuir à medida que aumenta o comprimento da tubulação. Portanto, são muito competitivos em áreas extensivas. Por exemplo, entre 40ha (357m de raio) e 120ha (618m de raio) pode-se observar que, enquanto a área aumentou três vezes, o raio, ou o comprimento da tubulação, aumentou apenas 1,73 vez. A Tabela 1 apresenta os acréscimos de área irrigada por unidade de comprimento (m) da tubulação, em sucessivas distâncias do ponto central do equipamento, onde é possível observar a vantagem que o aumento do comprimento da tubulação pode representar na ampliação da área irrigada.

Um recurso comumente utilizado para ampliar a área irrigada consiste na instalação de um aspersor setorial com maior vazão e alcance na extremidade da tubulação. Mesmo aumentando a perda de carga e a exigência de maior pressão, em geral, suprida por uma motobomba instalada na última torre, local onde retira água da tubulação e a conduz externamente até o aspersor final, o acréscimo de área irrigada é muito significativo, tornando esta opção economicamente atrativa.

Ao mesmo tempo, o aumento da área irrigada requer maiores diâmetros da tubulação, determinando maior reforço estrutural, que podem comprometer parcialmente esta relação de custo que, entretanto, ainda deve prevalecer. Por essa razão, apesar dos argumentos de fabricantes e entusiasmo de muitos agricultores, torna-se difícil justificar a opção por pivô central em áreas reduzidas, por mais favoráveis que possam se revelar às características desse sistema. Por alguma razão de natureza prática, em geral, a viabilidade econômica parece se destacar em áreas superiores a cerca de 40 hectares. A área média irrigada por pivôs centrais no Brasil em 2013 atingiu 66 hectares (Embrapa, 2013). Áreas mais reduzidas requerem análises econômicas mais detalhadas, procurando privilegiar culturas

Um projeto bem dimensionado garante aplicação na hora certa e na quantidade necessária, sem desperdícios

com maior valor de mercado.

Apesar das reconhecidas vantagens, algumas dificuldades são comumente encontradas para se irrigar áreas extensivas. A primeira delas é relacionada à topografia do terreno. À medida que a área aumenta, em geral, ocorrem maiores variações topográficas que podem comprometer até mesmo a estabilidade do equipamento, além de criar sérias complicações operacionais. Nessas condições, é exigida a instalação de reguladores de pressão nos aplicadores de água e recomendável a inclusão de inversores de frequência nas unidades de bombeamento, com a finalidade de controlar a velocidade de rotação de um motor elétrico trifásico acoplado à bomba hidráulica, em função das variações nas condições operacionais determinadas pela topografia e assim, reduzir o consumo de energia.

Uma das importantes vantagens atribuídas a esses sistemas é que o término de uma irrigação ocorre exatamente no local onde deve ser iniciada a próxima. Entretanto, a presença de obstáculos, como estradas, cercas, edificações, acidentes topográficos, erosões localizadas, linhas de transmissão de energia elétrica, vegetação com cadastro ambiental, brejos etc pode interromper o percurso radial completo do equipamento, forçando uma configuração setorial que, invariavelmente, compromete a operação e, em consequência, aumenta o custo. Nesses casos, além da obrigatória redução da área irrigada, o equipamento deve retornar inoperante ao ponto inicial do percurso, consumindo energia e desgastando precocemente seus componentes.

Outra reconhecida limitação é o inevitável aumento da vazão de precipitação da água aplicada com o comprimento do equipamento, podendo exceder a capacidade de infiltração de água no solo. Em consequência, os problemas causados por deflúvio superficial podem ser agravados, predispondo à manifestação de inaceitáveis processos erosivos superficiais. A execução de estruturas dimensionadas para conservação do solo, que poderia atenuar o problema, pode impor dificuldades ao deslocamento do equipamento na área irrigada.

Não se deve esquecer que grandes áreas também promovem custos adicionais, como as dimensões das adutoras para abastecer esses sistemas de irrigação. Todos esses fatores devem ser criteriosamente avaliados para conduzir a um resultado economicamente compensador.

LOCALIZAÇÃO DO

MANANCIAL HÍDRICO

O histórico de sucesso do pivô central iniciou-se com a possibilidade de suprir a demanda hídrica do sistema de irrigação com recursos hídricos subterrâneos extraídos no ponto central do equipamento. Infelizmente, porém, essa condição não é facilmente encontrada na maioria das áreas potencialmente irrigáveis, que retiram água de recursos superficiais, como rios, riachos e represas, em geral, localizados em cotas inferiores às das áreas irrigadas. Assim, torna-se relevante que o recurso hídrico esteja o mais próximo possível e com pequenos desníveis das áreas irrigadas, uma vez que deverá ser conduzido ao ponto central por adutoras enterradas, resistentes à pressão e corrosão do solo e hidraulicamente favo-

Tabela 1 - Acréscimo de área irrigada por metro de comprimento da tubulação em sucessivas distâncias do ponto central

Distância do centro 10

Acréscimo de área 63 50

314

Metros lineares (m) 100 200 300 400 500 600

Metros quadrados (m2) 628 1257 1885 2513 3142 3770

ráveis ao escoamento, contribuindo para reduzir as perdas de carga no projeto hidráulico do sistema de irrigação.

CARACTERÍSTICAS ECONÔMICAS

DO INVESTIMENTO

Todo investimento proposto para aumentar a produção agrícola apresenta dois componentes econômicos inevitáveis, resumidos em custos fixos e variáveis. Os primeiros caracterizam-se pela aquisição do produto ou equipamento, incluindo transporte, montagem, seguro etc. Por sua vez, os custos variáveis incluem gastos com a operação e manutenção recomendados pelos fabricantes.

Particularmente em irrigação, é sempre desejável aumentar a proporção de custos variáveis, em relação aos fixos, pela simples razão que podem ser administrados em condições desfavoráveis ao investimento. Assim, por exemplo, uma redução inesperada no valor da produção agrícola, a ocorrência de sinistros, como temporais, granizos, geadas, incêndios, a manifestação acentuada de doenças e pragas etc., permitem reduzir os custos operacionais. Entretanto, não interferem na depreciação e no valor das parcelas financiadas do equipamento. Comparado a outros sistemas de irrigação, deve-se reconhecer que o pivô central apresenta uma elevada proporção de custos fixos em relação aos variáveis, sugerindo que qualquer possibilidade para redução de custos de investimento deve ser devidamente apreciada no dimensionamento do projeto.

A facilidade em incorporar a fertirrigação representa uma destacada vantagem que o sistema oferece, porém, não existe a possibilidade de controlar geadas leves, uma vez que não promove a aplicação de água na área total cultivada durante períodos críticos de baixas temperaturas.

Equação

Intensidade de precipitação

Ii = 0,2 × π × ri × Q / (A × Di)

sendo, Ii a intensidade de precipitação, mm/h, em qualquer ponto i do comprimento; ri a distância radial do ponto considerado, m; Q a vazão do projeto, m3/h; A a área irrigada, ha; Di o diâmetro molhado pelo aspersor ou sprayer operando neste local, m.

Por exemplo, assumindo-se ri = 462m, Q = 174,8m3/h, A = 78ha, e Di = 30m, obtém-se uma intensidade de precipitação de 21,7mm/h. Reduzindo o valor de Di para 10m, a intensidade atinge 65mm/h, agravando problemas de deflúvio superficial, exigindo providências efetivas para conservação do solo.

Tabela 2 - Percentuais da vazão ao longo do comprimento da tubulação

Comprimento da tubulação % 10 25 50 75 Vazão no interior da tubulação % 99 94 75 44

ESCOLHA DOS APLICADORES DE ÁGUA

Em geral, os equipamentos são oferecidos com duas opções de aplicadores de água: aspersores ou sprayers. Os aspersores requerem maiores pressões operacionais, aumentando a potência da unidade de bombeamento e do transformador e o consumo de energia, porém, a área de aplicação de água ao longo da tubulação é ampliada, reduzindo a intensidade média de precipitação e, em consequência, eventuais problemas de deflúvio superficial. Por outro lado, a distribuição de água é mais afetada pela ocorrência de ventos.

A intensidade de precipitação aumenta com o comprimento da tubulação e depende do dimensionamento, conforme revela a equação a seguir.

É oportuno observar, que a intensidade de precipitação é uma característica do dimensionamento e, portanto, independe da velocidade de deslocamento do equipamento na área irrigada que, por sua vez, determina o volume de água aplicado em cada ponto da tubulação.

Do ponto de vista de conservação do solo, o comprimento da tubulação (ri) e, em consequência, a área irrigada (A), deveriam ser determinados em função de um valor representativo da capacidade de infiltração da água no solo (Ii) conforme estabelece a equação, reduzindo assim a ocorrência de eventuais processos erosivos.

Os sprayers operam com menores pressões, porém, restringem a área de precipitação, agravando os problemas decorrentes do deflúvio superficial, principalmente em grandes áreas irrigadas. Também, são mais suscetíveis à obstrução causada por eventuais impurezas presentes na água.

ESCOLHA DA VELOCIDADE DE ROTAÇÃO

A característica operacional do equipamento pivô central determina que quanto menor a velocidade de rotação, maior o volume de água aplicado em toda extensão do equipamento. Essa condição, entretanto, agrava a possibilidade de ocorrência de deflúvio superficial à medida que se afasta do ponto central, notadamente em grandes áreas irrigadas. Assim, há uma recomendação para se aplicar menores lâminas hídricas, utilizando o recurso do aumento da velocidade de rotação. Por outro lado, a maior frequência de deslocamento do equipamento deve aumentar o consumo de energia e contribuir para acelerar o desgaste de seus componentes. Além disso, aumenta as perdas de água por evaporação devido à maior frequência de molhamento superficial do solo. Portanto, deve-se procurar uma redução da velocidade de rotação, desde que não potencialize a manifestação de processos erosivos ao solo.

ADAPTAÇÃO DA CULTURA À CONFIGURAÇÃO DA ÁREA IRRIGADA

A configuração de uma área irrigada circular impõe que o plantio das culturas deve seguir essa forma inusitada na prática agrícola tradicional. Pode-se facilmente demonstrar que a forma circular representa 78,5% de uma área quadrada, cujas dimensões laterais são idênticas ao diâmetro irrigado. Assim, há uma proporção significativa de área não irrigada, quando se compara aos sistemas de irrigação adaptados às áreas quadriculares. Deve-se salientar que as soluções tecnológicas propostas para irrigar pelo menos parte desses 21,5% remanescentes não foram bem recebidas pelos irrigantes que, em geral, preferem ignorar essa possibilidade. Em condições favoráveis à instalação de várias unidades, pode-se adotar uma configuração entre as mesmas que pode resultar em significativa redução das áreas não irrigadas.

A forma circular não oferece grandes obstáculos nas operações mecanizadas desenvolvidas em culturas anuais, porém, requer alguma atenção em culturas perenes arbustivas ou arbóreas. Nesses casos, recomenda-se que as plantas sejam dispostas em círculos paralelos às trajetórias definidas pelas rodas motrizes do equipamento. Essa condição pressupõe que as culturas sejam desenvolvidas preferencialmente após a instalação do equipamento na área a ser irrigada.

A alternativa de irrigar culturas perenes, arbustivas ou arbóreas, desenvolvidas sem a previsão de serem irrigadas por pivô central, implica remoção ou mutilação das plantas que estiverem inseridas no percurso definido pelas rodas motrizes do equipamento. Deve-se atentar, também, para a limitação imposta pelo vão livre do equipamento à altura das plantas, após atingir seu completo desenvolvimento, restringindo sua aplicação em inúmeras frutíferas arbóreas.

ADOÇÃO DE MÚLTIPLOS

DIÂMETROS DA

TUBULAÇÃO

Apesar da condição operacional do sistema pivô central não ser hidraulicamente favorável, uma vez que as maiores vazões são destinadas às partes mais distantes do equipamento, conforme demonstrado por Scaloppi e Allen (1993) pode-se promover uma ou mais reduções sucessivas nos diâmetros da tubulação, sem comprometer o desempenho do sistema, com a finalidade de redução de custos. A Tabela 2 revela os percentuais de vazão presentes na tubulação em função do comprimento.

A presença de aspersores setoriais com maiores vazões, instalados nas extremidades das tubulações, pode representar proporções significativas da vazão total do equipamento, além de exigir pressurização diferenciada. Ao mesmo tempo, contribuem com elevados acréscimos na área irrigada e, portanto, devem ser sempre considerados nas análises econômicas do investimento.

Representação da linha lateral e da área irrigada por pivô central

DISPONIBILIDADE DE ENERGIA

O pivô central é considerado um grande consumidor de energia, tanto para a adução e o bombeamento pressurizado aos aplicadores de água, quanto para o acionamento das rodas motrizes do equipamento na área irrigada. Por essa razão, a existência de energia elétrica no sistema trifásico constitui uma exigência quase obrigatória nesse sistema de irrigação. A indisponibilidade dessa fonte de energia na propriedade impõe sérias restrições econômicas ao projeto, que poderia ser justificado apenas em condições especiais de comercialização da produção. A opção por energia obtida através de motores de combustão acionados por óleo diesel, etanol, gasolina ou gás liquefeito de petróleo, em raras condições pode ser economicamente justificável nesses projetos.

ASSISTÊNCIA TÉCNICA

Diferentemente de outros sistemas alternativos de irrigação, a complexidade dos componentes do sistema pivô central requer uma permanente assistência técnica especializada. A característica operacional de aplicar lâminas reduzidas de água, típica em sistemas com maior frequência de irrigação, impõe a necessidade de rapidez da assistência técnica em situações de imprevistos operacionais, uma vez que a reposição de água disponível ao solo é rigorosamente dimensionada no projeto. Portanto, é recomendável que esse compromisso esteja especificado em um contrato formal de prestação de serviços técnicos especializados com uma empresa idônea. .M

Edmar José Scaloppi, Unesp

Irrigar grandes áreas acarreta custos adicionais, como as dimensões das adutoras para abastecer todos esses sistemas