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IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA

6 – Sistemas de irrigação6 – Sistemas de irrigação(parte 2)


�� irrigação localizada: é o método em que a águaé aplicada diretamente sobre a região radicular,com baixa intensidade e alta freqüência. Métodoscom baixa intensidade e alta freqüência. Métodosde irrigação: gotejamento e microaspersão.






�� sistemas não convencionais: xique-xique e�� sistemas não convencionais: xique-xique eoutros.


�� Água

6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do método

�� Água

- vazão;- freqüência de oferta;- custo; e- qualidade.


�� Solo


�� Solo

- textura;- profundidade; e- salinidade.


�� Cultura


�� Cultura

- hábitos de crescimento;- característica da parte comercial; e- susceptibilidade à doenças.


�� Topografia


�� Topografia

�� Clima

�� Mecanização e tratos culturais

�� Mão-de-obra

�� Aspectos econômicos


6.4 – Sistema de irrigação por aspersão

- Adaptabilidade do sistema- Adaptabilidade do sistema

- vantagens e limitações

- componentes do sistema- aspersores- tubulações- motobomba- acessórios


- Classificação dos aspersores quanto àpressão de serviço:

- baixa pressão (<250 kPa):Øbocal < 4,0 mm e Q < 1,0 m3 h-1.Øbocal < 4,0 mm e Q < 1,0 m3 h-1.

- média pressão (de 250 a 400 kPa);4,0 < Øbocal < 7,0 mm e 1,0 < Q < 6,0 m3 h-1.

- alta pressão (>400 kPa) �� Tipocanhão (1 a 3 bocais); 6,0 < Q < 40,0 m3 h-1.


- Fatores que afetam o desempenho dosaspersores

- bocais- pressão de serviço- pressão de serviço- superposição- vento


- Dimensionamento das tubulações

- linhas laterais

Critério para dimensionamento: a variação devazão entre o primeiro e o último aspersor nãovazão entre o primeiro e o último aspersor nãopoderá ser maior que 10%.

Psg2ACdQa =



- linhas laterais

11

Psg2ACdQ

Psg2ACdQ

== 1n

Psg2ACdQ

Psg2ACdQ1,1

==

nn Psg2ACdQ = nn Psg2ACdQ =

n

1

Ps

Ps1,1 =

n

1

Ps

Ps21,1 = n1 Ps21,1Ps =

Para um limite de variação de vazão de 10% na linhalateral, a pressão de serviço tem um limite devariação equivalente a 21% da pressão de serviço.



- linhas laterais

Equação para dimensionamento: Hazen-Wiliams

LDCQ

646,10hf87,4

852,1

=



- linhas laterais

Linha lateral em nível �� hf = 0,20 x PsLinha lateral em nível �� hf = 0,20 x Ps

Linha lateral em aclive �� hf = 0,20 x Ps - ∆∆∆∆Z

Linha lateral em declive �� hf = 0,20 x Ps + ∆∆∆∆Z

∆∆∆∆Z é o desnível topográfico.



- linhas laterais

Fator de Christiassen

2N6

1mN21

1m1

F−++

+=



- linhas laterais com 2 diâmetros

1

L

1DD

1DD

L

1m1

n

2

1

n1

2

+

−

−

=hfLL = hf1 + hf2 – hf3

hf1 �� D1, L, Qt

hf2 �� D2, L2, Q2

Hf3 �� D1, L2, Q2



- linhas laterais

Relação entre Pin, Pfim e Pmed

Pin = Ps ++++ 0,75 x hfLL ++++ Aa �� (em nível) Pin = Ps ++++ 0,75 x hfLL - 0,5 ∆∆∆∆Z ++++ Aa �� (em declive) Pin = Ps ++++ 0,75 x hfLL + 0,5 ∆∆∆∆Z ++++ Aa �� (em aclive)




- linha principal

Critérios de dimensionamentoCritérios de dimensionamento

- baseado na velocidade média permitida ao longo da linha;

- baseada na perda de carga pré-estabelecida entre a primeira e a última linha lateral; e

- baseada em análise econômica.



- Altura manométrica total

05,1)Pinhfhfhh(H ++++= 05,1)Pinhfhfhh(H LLrecalquesuçãorsman ++++=


- Desempenho de um sistema de irrigaçãopor aspersão

A análise do desempenho de um sistema deirrigação por aspersão pode ser feita por meioirrigação por aspersão pode ser feita por meioda determinação do coeficiente deuniformidade, que reflete numericamente aqualidade da aplicação de água pelo sistema,ou seja, determina a uniformidade dedistribuição da água.



- Coef. Unif. Christiassen (CUC)

− Xxn

∑ −

−= =

Xn

Xx1100CUC

n

1ii

- Coef. Unif. Distribuição (CUD)

X

x100CUD =



- Coef. Unif. Estatístico (CUE)

−n

2)Xx(

−

∑ −−= =

2

n

1i

2i

X)1n(

)Xx(1100CUE

- CUD = 1,59 CUC - 59

- CUE = 1,25 CUC - 25


- Na impossibilidade de se avaliar adistribuição de água em toda área irrigada,recomenda-se executar ensaios em locais maisrepresentativos.representativos.

- Em sistemas por aspersão convencional,deve-se escolher locais sob diferentes pressõesde operação dos aspersores, levando-se emconsideração sua representatividade espacial.



Sendo um único ensaio, o mesmo deve serexecutado onde prevalece a condição operacionalmédia (cerca de 37% do comprimento da lateral).média (cerca de 37% do comprimento da lateral).Sendo viável a execução de dois ensaios, osegundo deve ocorrer próximo à extremidadefinal da linha lateral (pequenas variações depressão, tornam os resultados bastanterepresentativos).


Um terceiro ensaio, quando possível, deve serconduzido próximo ao local correspondente a 50%conduzido próximo ao local correspondente a 50%da perda de carga na linha lateral, ou cerca de20% do comprimento, representando osaspersores que operam à maiores pressões.


Para facilitar o processamento, os coletoresdevem apresentar a mesma área de influência.Caso contrário, deve-se atribuir valoresponderais a cada coletor.

Os dois índices de eficiência utilizados são assimdefinidos:

aplicada água de quantidade

útil água de uantidadeqEapl =

requerida água de quantidade

útil água de uantidadeqEarm =


A quantidade de água útil representa a fraçãobeneficamente utilizada para satisfazer osprocessos fisiológicos associados à produção,podendo incluir lixiviações para controlar oexcesso de sais solúveis eventualmente presentesexcesso de sais solúveis eventualmente presentesno ambiente radicular.

A quantidade de água aplicada refere-se aovolume escoado nos bocais dos aspersores. Essesvolumes serão ajustados às mesmas unidadesexpressas nas quantidades de água definidas nonumerador das equações propostas.

A quantidade de água requerida pode representarum volume, uma área, ou uma lâmina, a serarmazenada no ambiente radicular.

A Eapl caracteriza a proporção da água aplicadaque permanece útil à cultura. Portanto, até quenão haja perdas por percolação, a Eapl permanecenão haja perdas por percolação, a Eapl permanecepróximo à unidade, refletindo apenas as perdaspor evaporação, em geral, muito reduzidas.

Dessa forma, mesmo que a Eapl seja elevada, airrigação pode resultar em enorme deficiência deágua às culturas durante o turno de irrigaçãoadotado.

Para superar essa limitação, adotou-se a Earm queresponde pela qualidade da reposição de água noambiente radicular.


Assim, uma Earm de 100% indica que houvereposição plena de água útil em todos os locaisamostrados. Aplicações excessivas serãodetectadas pela Eapl.

Portanto, apenas esses dois índices permitemavaliar objetivamente a qualidade das irrigações.


Os dados, a seguir, representam volumes de águacoletados (cm3) em uma área irrigada poraspersão convencional, após 4 h de operação deaspersores regularmente espaçados de 12 x 12m, com vazão média avaliada em 1,44 m3 h-1.aspersores regularmente espaçados de 12 x 12m, com vazão média avaliada em 1,44 m3 h-1.

Os coletores com áreas de influência idênticas de12 m2, foram simetricamente dispostos entre 4aspersores adjacentes em operação simultânea.Assumir uma lâmina requerida de 4,0 cm e umaárea de captação dos coletores de 80 cm2.


A quantidade de água requerida, expressa como

580 540 450 380 340 325310 300 260 210 120 060

A quantidade de água requerida, expressa comovolume, corresponde à lâmina requeridamultiplicada pela área de captação dos coletores,ou seja 4 cm x 80 cm2 = 320 cm3. Portanto, osvolumes coletados excedentes a 320 cm3

constituem perdas por percolação. Se inferiores,serão integralmente adicionados à quantidade útilou disponível, conforme indicado a seguir:

Água útil = (6 x 320) + 310 + 300 + 260 + 210+ 120 + 60 = 3180 cm3

580 540 450 380 340 325310 300 260 210 120 060

Água req = 320 cm3 x 12 coletores = 3840 cm3

Água apl = 1,5 m3 h-1 x 4 h / 144 m2 = 0,04167m= 4,167 cm �� 4,167 cm x 80 cm2 x 12 coletores= 4000 cm3

795,04000

3180


útil água de uantidadeqEapl ===

828,03840

3180

requerida água de quantidade

útil água de uantidadeqEarm ===

Os resultados indicam perdas de 20,5%. Naausência de deflúvio superficial, essas perdas sãoatribuídas à percolação para fora do ambienteradicular da cultura e evaporação da águaaspergida entre os bocais dos aspersores e oscoletores.

A percolação é facilmente calculada:A percolação é facilmente calculada:

As perdas por evaporação podem ser estimadas,subtraindo-se a percolação das perdas totais, ouseja, 0,205 - 0,174 = 0,031.

174,04000

695

4000

)31803875(


útil água - coletada águaPerc ==−==

A estimativa das perdas por evaporação assumeque o volume total coletado represente fielmenteo volume aspergido, descontando-se as perdaspor evaporação. Deve-se admitir a reduzidaprobabilidade de apenas 12 coletores


probabilidade de apenas 12 coletoresreproduzirem com precisão, o volume totalaspergido na área de ensaio.

Portanto, apesar desta estimativa estarrigorosamente inserida no balanço de volumeaplicado, sua interpretação deve ser cautelosa. Oaumento do número de amostras deve favoreceressa interpretação.


∑ −

−= =

5,317.12

5,317x1100CUC

n

1ii

% 4,641355

1100CUC = −=

Estes resultados comprovam que a aplicação docoeficiente de uniformidade de Christiansenfornece poucas informações práticas na avaliaçãode sistemas de irrigação por aspersão, cujodesempenho depende basicamente da distribuiçãoespacial da água aspergida.

% 4,643810

13551100CUC =

−=


6.5 – Sistema de irrigação localizada

- Adaptabilidade do sistema

- Vantagens e limitações

- Quantidade de água necessária

AT

AMePAM =

AT

ASPAS =


- Evapotranspiração

Lloc KETcETc =

−+=100

P115,0

100

PKLKeller (1978)

100100

0,1K65%P Se L =→≥

P1,0KL =

Fereres (1981)

Keller & Bliesner (1990)

30,0100

P09,1K65%P29% Se L +=→<<

10,0100

P94,1K20%P Se L +=→≤


- Lâmina e intervalo de irrigação

−=

100

PAM.f.Z.Ds.

10

UUIRN PMCC

loc

−

= PAM.Z.Ds.

UUIRN aCC

−=

100

PAM.Z.Ds.

10

UUIRN aCC

loc

Ea

IRNITN loc

loc=

loc

loc

ETc

IRNTR =

- Componentes do sistema de irrigação



- componentes do sistema

- emissores- gotejadores �� 2 a 10 L h-1

- microaspersores �� 20 a 150 L h-1- microaspersores �� 20 a 150 L h



Psg2ACdQa = xhkq =



- componentes do sistema

- tubulações (60 a 70% do custo)- Linha lateral (½” �� g ; ¾” �� m)- Linha de derivação- Linha de derivação

- Cabeçal de controle- Filtros (areia, tela e disco)- Injetor de fertilizante- sistemas de controle de Q e P


- Filtros

- Centrifugadores


- Filtros

- Tela

Mesh* Abertura

(micra)

80 18080 180

100 152

120 125

150 105

180 89

200 74


- Filtros

- Disco


- Filtros

- Areia


- Injetor de fertilizante

- Bomba injetora


- Injetor de fertilizante

- Venturi


6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculoda subunidade de irrigaçãoda subunidade de irrigação

Coeficiente de UniformidadeNo emissores por plantaVazão média do emissor

Tolerância de vazão

CV de fabricação do emissor

Tolerância de pressão

Equação do emissor (q-h)

Vazão das laterais e derivação

Distribuição da rede de irrigação

Lev. topográfico

Lâmina e tempo de irrigação derivação irrigaçãoirrigação

Espaçamento entre

emissores

Diâmetros e regime de pressão nas laterais e

derivação

Fórmulas de P.C.

P.C. localizada

SecundáriasPrincipalCabeçal


6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculoda subunidade de irrigação

- Tolerância de vazão- Tolerância de vazão

a

ns

q

q

e

CV27,11CU

−=

a

25

q

qCU = - Conhecidos CU, CV e “e”, se calcula

qns.



- Tolerância de pressão- Tolerância de pressão

x1

K

qh

=

- Conhecidos qa e qns, assim como a equação doemissor (q = k hx), são calculadas as pressões médiae mínima.



- Tolerância de pressão- Tolerância de pressão

)hh(MH nsa −=∆

- A diferença de pressão admissível na subunidde,∆∆∆∆H, é proporcional a (ha – hns).

M = 4,3 (diâmetro constante); M = 2,7 (2 diâmetros) eM = 2,0 (3 diâmetros). Recomenda-se M = 2,5.


tl HHH ∆+∆=∆

- A diferença de pressão admissível se divide entrea lateral e a terciária (ou derivação).

tl HHH ∆+∆=∆

As variações de pressão incluem as perdas de carga,bem como os desníveis topográficos.


Em terrenos com pouco desnível:

2

HHH tl

∆=∆=∆

Em terrenos com declive favorável às linhasterciárias, ∆∆∆∆H pode ser distribuído de outra forma,permitindo uma maior ∆∆∆∆Hl, e ao contrário se o maiordeclive estiver no sentido das laterais.

Por outro lado, a distribuição de ∆∆∆∆H em ∆∆∆∆Hl e ∆∆∆∆Htpode ser afetada por outros fatores, como aexistência de elementos que limitem o comprimento.


Exemplo:qa = 4 L h-1

qns = 3,69 L h-1

q = 1,38 h0,45 (q em Lh-1 e h em “m”)

∆∆∆∆H = 2,5 (10,64-8,90) = 4,35 m

x1

K

qh

= ha = 10,64 m;hns = 8,90 m

Se ∆∆∆∆Hl = ∆∆∆∆Hns�� m18,22

35,4HH tl ==∆=∆


Esta etapa é composta pelo distribuição das linhasde irrigação em planta, pela determinação dasvazões e pelos cálculos dos diâmetros e das

- Desenho da subunidade de irrigação

vazões e pelos cálculos dos diâmetros e daspressões.

O cálculo se inicia pela pressão ha e na determinaçãode hm, hn, Hm e Hn, conforme Figura, cujos valoresdevem respeitar os valores estabelecidos comrelação às tolerâncias de pressão:

lnm Hhh ∆<− tnm HHH ∆<−


Uma vez satisfeitas essas condições, o cálculo éfeito de forma inversa: partindo da pressão deentrada na subunidade, H , são calculadas h e h ,

- Desenho da subunidade de irrigação

entrada na subunidade, Hm, são calculadas ha e hns,e suas correspondentes qa e qns, a partir dos quaisse comprova que CU não é inferior ao mínimoestabelecido.


Serão discutidas as equações referentes à condiçãolinhas laterais alimentadas pela extremidade, que éa condição mais usual.

- Cálculo das laterais

a condição mais usual.


Na Figura anterior, se convenciona que i (d.l)apresenta valor positivo para aclive e negativo paradeclive. A pressão inicial é hm, a pressão no final éhu e a pressão mínima na linha é hn, sendoencontrada no ponto em que a tangente da curva de

u nencontrada no ponto em que a tangente da curva depressão é paralela ao terreno.

A pressão média é ha e a perda de carga é hf:

FlJ́hf = , em que J´leva em consideração o efeitodas conexões dos emissores na linhalateral, e é calculada por:


em que Se é o espaçamento entre emissores (m) e feo comprimento equivalente da conexão (m). O cálculo

e

ee

S

fS.JJ́

+=

o comprimento equivalente da conexão (m). O cálculode fe depende do tipo de conexão: sobre a linha,interlinha ou microtubo.

2

dh733,0hh fam ++=

nun hhh −=∆

dhhh fmu −−=

nfmn hdhhh ∆−−−=


A aplicação dessas fórmulas permite calcular hm ehn, e verificando a condição de que (hm-hn) sejamenor que a variação de pressão admissível nalateral (∆∆∆∆Hl). Para isso, 3 casos podem acontecer:

Caso 1: terreno horizontal �� i = 0;Caso 2: terreno em aclive �� i > 0;Caso 3: terreno em declive �� i < 0.

Subcaso 3.1: i < 0; lil < J´;Subcaso 3.2: i < 0; lil ≥≥≥≥ J´;



No cálculo das laterais, na qual a variação depressão (hm-hn) deve ser menor que ∆∆∆∆Hl, se fazdeterminando a pressão no início da mesma (hm). No

- Cálculo das terciárias

determinando a pressão no início da mesma (hm). Nocálculo das terciárias, se iguala Ha = hm e a partirde Ha, se calculam Hm e Hn, com as condições de(Hm – Hn) < ∆∆∆∆Ht.

Quando a subunidade é retangular e o diâmetro dalinha terciária é constante, a mesma pode sercalculada pelas mesmas equações apresentadas nocálculo da linha lateral.

Professor Daniel Fonseca de Carvalho

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

Instituto de Tecnologia - Depto. de Engenharia BR 465, km 7 - Seropédica-RJ - 23.890-000(21) 2682-1864; e-mail: [email protected]://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/daniel

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