Irrigação por Aspersão: Sistema e Aplicações

IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO Disciplina Irrigação e Hidráulica Agrícola Curso Agronomia Professor João Eduardo Ribeiro da Silva INTRODUÇÃO O sistema de irrigação por aspersão é o mais utilizado no Brasil 20 mil pivôs centrais 1275 milhões de hectares de pivô 100 maiores municípios 70 área irrigada por pivôs 80 dos pivôs SP MG GO BA 1000 INTRODUÇÃO Principais culturas irrigadas por pivô central milho 240 da área total canadeaçúcar 213 feijão 205 soja 147 café 62 e algodão 31 301 das outorgas maior Maiores polos de irrigação situados nas bacias hidrográficas dos rios São Francisco e Paraná 50 dos pivôs 0639 Fonte Google Imagens Bacia hidrográfica do Tietê Paraná 0534 Fonte Google Imagens Bacia hidrográfica do São Francisco 0485 INTRODUÇÃO Fonte Landau et al 2015 0457 Área ocupada por Pivôs Centrais no Brasil em 2014 0438 INTRODUÇÃO Neste método de irrigação a água é aplicada ao solo sob a forma de uma chuva mais ou menos intensa e uniforme sobre a superfície com o objetivo de que a infiltração se processe no ponto o qual ela alcança 0425 INTRODUÇÃO 0416 INTRODUÇÃO 0408 INTRODUÇÃO 0402 INTRODUÇÃO 0397 INTRODUÇÃO Jato dágua emitido a grande velocidade que se dispersa no ar em um conjunto de gotas distribuindose sobre a superfície do terreno Objetivo conseguir uma distribuição uniforme entre vários aspersores 0393 INTRODUÇÃO 0390 INTRODUÇÃO 0387 INTRODUÇÃO 0385 INTRODUÇÃO 0382 Adaptabilidade do Sistema Solos Qualquer tipo de solo quanto a textura e estrutura Solos com velocidade de infiltração intensidade de aplicação Solos com velocidade de infiltração intensidade de aplicação 0381 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens Intensidade de aplicação mmhora 0379 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0377 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0376 Adaptabilidade do Sistema Topografia Terrenos planos de encosta terraços e platôs mais elevados Alta declividade distâncias variáveis entre linhas laterais menor uniformidade na distribuição 0375 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Infiltração processo pelo qual a água penetra no solo através de sua superfície O aumento da umidade se dá por camadas Redistribuição movimento descendente da água provocando molhamento das camadas inferiores 0374 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Os fenômenos infiltração e redistribuição caracterizam a capacidade de infiltração do solo A velocidade de infiltração Vi condiciona o tempo de irrigação necessário para a aplicação da quantidade de água desejada como também determina a escolha do melhor método de irrigação 0373 Velocidade de Infiltração da Água no Solo 0372 Velocidade de Infiltração da Água no Solo 0371 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Vib é usada no momento da escolha do aspersor A intensidade de aplicação deve ser menor ou igual a ela mm h1 Fonte Google Imagens 0370 Características Operacionais do aspersor Agropolo NY 25 0369 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Os fenômenos infiltração e redistribuição caracterizam a capacidade de infiltração do solo A velocidade de infiltração Vi condiciona o tempo de irrigação necessário 0368 Velocidade de Infiltração da Água no Solo 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎çã𝑜 𝐿â𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 mm hora1 Velocidade de Infiltração Vib mm hora1 0367 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Fonte Google Imagens 0366 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Como calcular a velocidade de infiltração de água no solo Fonte Google Imagens 0367 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Vários métodos Método do Infiltrômetro de Anel Fonte Google Imagens 0366 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Dois cilindros com 30 cm de altura e diâmetros de 25 e 50 cm Os cilindros são cravados no solo até uma profundidade de 15 cm 0366 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Adicionase água nos dois cilindros de modo que os níveis se igualem Medese a altura de água infiltrada a intervalos de tempo Reabastece quando chega a 5 cm 0365 Velocidade de Infiltração da Água no Solo Tempo Acumulado Tac min T min Inf Acumulada Iac mm I mm Vi m3 min1 m1 m1 28 28 190 190 000679 140 112 290 100 000089 225 85 340 50 000059 320 95 390 50 000053 440 120 440 50 000042 565 125 490 50 000040 685 120 540 50 000042 805 120 590 50 000042 0365 Velocidade de Infiltração da Água no Solo 𝑉𝑖 𝐼 𝑇 Vib 0365 Velocidade de Infiltração da Água no Solo 0364 Adaptabilidade do Sistema Clima Vento umidade relativa do ar e temperatura são parâmetros que exercem grande influência Vento desvio do jato dágua e má distribuição vídeo Umidade e temperatura provoca evaporação durante a operação do sistema Qual o melhor horário para irrigar 0364 Adaptabilidade do Sistema 0364 Adaptabilidade do Sistema Regiões com ventos fortes altas temperaturas e baixa umidade relativa não são indicados para a utilização do sistema por aspersão Fonte Google Imagens 0363 Adaptabilidade do Sistema Culturas Adaptase à maioria das culturas Não usar em culturas muito suscetíveis a doenças 0363 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0363 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0362 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0362 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0362 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0362 Adaptabilidade do Sistema Fonte Google Imagens 0361 Vantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão Aplicase a qualquer tipo de terreno Podese utilizar em qualquer tipo de solo Não é necessário sistematizar o terreno Pode ser totalmente automatizado 0361 Vantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão 0361 Vantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão A água é aplicada uniformemente e com alta eficiência Permite fácil controle da quantidade de água a ser aplicada Existem equipamentos versáteis que podem ser transportados para outras áreas 0361 Vantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão Não restringe a aeração do solo Proteção contra geada Desvantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão Sofre efeito de ventos que diminui a uniformidade de distribuição Interfere no controle fitossanitário Favorece o desenvolvimento de algumas doenças Imprópria para águas com alto teor de sais Componentes do Sistema de Irrigação por Aspersão Os componentes do sistema são bomba hidráulica linhas principalais linhas lateralais aspersores acessórios Aspersores De baixa pressão menos de 250 kPa diâmetro do bocal menor que 4 mm vazão menor que 1 m³h utilizados em hortaliças e em irrigação de pomares Aspersores De pressão média de 250 a 400 kPa dois bocais com diâmetros entre 4 e 7 mm vazões entre 1 a 6 m³h De alta pressão acima de 400 kPa tipo canhão 1 2 ou 3 bocais com vazões entre 6 e 40 m³h Alcance entre 25 e 70 m Grande tamanho da gota pode danificar a cultura Tubulação Quase totalmente em PVC rígido Uso de aço galvanizado ou zincado na linha principal quando se necessitar de diâmetro maior que 4 Disponível no mercado PVC rígido de 2 3 e 4 polegadas com 6 m de comprimento Fatores que Afetam a Pulverização Pressão Fatores que Afetam a Pulverização Vento Gotas 10 mm muita influência do vento 40 mm prejudica as folhas Sobreposição A aplicação de água por um aspersor se processa de modo circular por consequência haverá área entre os aspersores que não receberão água É imprescindível que haja sobreposição dos jatos dágua Sobreposição O espaçamento entre aspersores é definido no catálogo do fabricante A percentagem de superposição é dependente do tipo de aspersor selecionado Sobresposição VAZÃO DOS ASPERSORES Em que Qa vazão do aspersor em m3 s1 Cd coeficiente de descarga 096 A área dos bocais em m2 g aceleração da gravidade 981 m s2 Ps pressão de serviço do aspersor em mca Determinado pelo fabricante VAZÃO DOS ASPERSORES Em que Ip intensidade de precipitação em m s1 Qa vazão do aspersor em m3 s1 EA espaçamento entre aspersores em m e EL espaçamento entre linhas laterais em m Consideração Ip Vib Ip Intensidade de precipitação m h1 ou mm h1 Vib Velocidade de infiltração básica mm h1 Dimensionamento das Tubulações Linha Principal O critério utilizado é baseado na velocidade média do escoamento em condutos forçados 10 a 20 ms Em geral na irrigação trabalhase com a velocidade de 15 ms O cálculo do diâmetro da tubulação principal é feito utilizando a equação da continuidade Dimensionamento das Tubulações Linha Principal Equação da continuidade 𝑄1 𝑄2 𝑄 𝑉 𝑥 𝐴 𝑄 π 𝑥 𝐷2 4 x V 𝐷 4 𝑥 𝑄 π 𝑥 𝑉 Dimensionamento das Tubulações Linha Principal A perda de carga é calculada utilizandose a equação de HazenWilliams ℎ𝑓 10646 𝑥 Τ 𝑄 𝐶 185 𝑥 𝐿 𝐷487 Dimensionamento das Tubulações Linha Principal Exercício 1 Dimensione a linha principal de um sistema de irrigação por aspersão convencional sendo dados Comprimento da linha principal L 120 m Material da tubulação PVC C 150 Somente 1 linha lateral com vazão 00067 m3 s1 Dimensionamento das Tubulações Linha de Recalque e de Sucção MB Linha de recalque Linha de sucção Linha principal Linha lateral Dimensionamento das Tubulações Linha Principal Cálculo do diâmetro da linha principal 𝐷 4 𝑥 𝑄 π 𝑥 𝑉 𝐷 4 𝑥 00067 314 𝑥 15 𝐷 0075 𝑚 75 𝑚𝑚 3 Dimensionamento das Tubulações Linha Principal Cálculo da perda de carga na linha principal ℎ𝑓 10646 𝑥 Τ 𝑄 𝐶 185 𝑥 𝐿 𝐷487 ℎ𝑓 10646 𝑥 Τ 00067 150 185 𝑥 120 0075487 ℎ𝑓 345 𝑚𝑐𝑎 Dimensionamento das Tubulações Linha de Recalque e de Sucção De forma prática utilizase o mesmo diâmetro da linha principal para a linha de recalque Para o dimensionamento da sucção calcule o diâmetro da mesma forma da linha principal ou de forma simplificada basta utilizar um diâmetro comercial acima do da linha de recalque Dimensionamento das Tubulações Linha de Recalque e de Sucção MB Linha de recalque Linha de sucção Linha principal Linha lateral Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Critério para dimensionamento a variação de vazão entre o primeiro e o último aspersor não poderá ser maior que 10 ou seja Q1 11 Qn Como consequência Ps1 121 Psn Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Para um limite de variação de vazão de 10 entre o primeiro e o último aspersor de uma linha lateral de aspersão a pressão de serviço tem um limite de variação equivalente a 21 da pressão de serviço Em termos práticos considerase que a variação de pressão ao longo de uma LL não poderá exceder a 20 da pressão de serviço do aspersor somada a diferença de nível entre os extremos da linha Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Fator de Christiansen F Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Exercício 2 Calcular a perda de carga na LL representada abaixo sabendose que Qa 271 m3 h1 EA 12 m D 3 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral 𝐻𝑓 10643 𝑥 𝑄 𝐶 1852 𝐷487 𝑥 𝐿 𝑥 𝐹 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral 𝐷 487 10643 𝑥 𝑄 𝐶 1852 𝐻𝑓 𝑥 𝐿 𝑥 𝐹 𝐻𝑓 10643 𝑥 𝑄 𝐶 1852 𝐷487 𝑥 𝐿 𝑥 𝐹 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Exercício 3 Calcular o diâmetro recomendado para uma LL de aspersores de acordo com os seguintes dados Qa vazão de 1 aspersor 442 m3 h1 EA espaçamento entre aspersores 18 m Ps pressão de serviço do aspersor 30 mca N 12 𝐷 487 10643 𝑥 𝑄 𝐶 1852 𝐻𝑓 𝑥 𝐿 𝑥 𝐹 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Como a LL possui 12 aspersores com EA de 18 m temse L 216 m F 0393 Fator de Christiansen para 12 aspersores Limite de perda de carga na LL 20 x 30 mca 6 mca Aplicando a eq de HW para D temse D 0086 m Q 5304 m3h 001473 m³s C 150 L 216 m e F 0393 𝐻𝑓 10643 𝑥 𝑄 𝐶 1852 𝐷487 𝑥 𝐿 𝑥 𝐹 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral 𝐷 487 10643 𝑥 001473 150 1852 6 𝑥 216 𝑥 0393 Dimensionamento das Tubulações Linha Lateral Este diâmetro não é comercial e se encontra entre os diâmetros comerciais de 3 e 4 Para D 3 75 mm hf 1082 mca Para D 4 100 mm hf 267 mca Conclusão O diâmetro da LL obrigatoriamente terá que ser aquele cuja hf não exceda ao limite permissível No presente caso é o diâmetro de 4 Cálculo da Pressão Requerida no Início da Linha Lateral Considerase 75 34 da perda de carga ao longo de metade da linha lateral O dimensionamento é feito com base no aspersor que opera com pressão de serviço média o qual se encontra no meio da linha lateral Manômetro 3 4 𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 1 2 𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑛í𝑣𝑒𝑙 Aspersor do meio Pressão Cálculo da Pressão Requerida no Início da Linha Lateral A pressão requerida no início da linha lateral é expressa da seguinte forma 𝑃𝑖𝑛𝑙𝑙 𝑃𝑠 𝐴𝑎 3 4 𝑥 ℎ𝑓 1 2 𝑥 𝐷𝑛 Onde Pinll pressão requerida no início da linha lateral mca Ps pressão de serviço dos aspersores mca Aa altura de elevação dos aspersores m hf perda de carga na linha lateral mca e Dn desnível ao longo da linha lateral m Cálculo da Pressão Requerida no Início da Linha Lateral Linha lateral em nível 𝑃𝑖𝑛𝑙𝑙 𝑃𝑠 𝐴𝑎 Τ 3 4 𝑥 ℎ𝑓 Linha lateral em aclive 𝑃𝑖𝑛𝑙𝑙 𝑃𝑠 𝐴𝑎 Τ 3 4 𝑥 ℎ𝑓 Τ 1 2 𝑥 𝐷𝑛 Linha lateral em declive 𝑃𝑖𝑛𝑙𝑙 𝑃𝑠 𝐴𝑎 Τ 3 4 𝑥 ℎ𝑓 Τ 1 2 𝑥 𝐷𝑛 Cálculo Hidráulico do Conjunto Motobomba Possibilita a escolha de uma motobomba que propicie fornecimento de água para os aspersores em níveis de vazão e pressão requeridos pelo projeto Os parâmetros do projeto para tal são a vazão e a altura manométrica Vazão é a necessária para suprir a necessidade de água Altura manométrica hm pressão que o conjunto terá que vencer para fornecer a vazão adequada Cálculo Hidráulico do Conjunto Motobomba Cálculo da altura manométrica 𝐻𝑚𝑎𝑛 𝑃𝑖𝑛𝑙𝑙 ℎ𝑓𝐿𝑃 𝑍𝐿𝑃 ℎ𝑓𝐿𝑅 𝑍𝐿𝑅 ℎ𝑓𝐿𝑆 𝑍𝐿𝑆 ℎ𝑓𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 Onde Hman altura manométrica Pinll pressão no início da linha lateral mca hfLP perda de carga na linha principal mca ZLP desnível da linha principal m hfLR perda de carga na linha de recalque mca ZLR desnível da linha de recalque m hfLS perda de carga na linha de sucção mca ZLS desnível da sucção m Hflocalizada perda de carga localizada m de 3 a 5 das outras perdas Cálculo Hidráulico do Conjunto Motobomba Cálculo da Potência Necessária no Conjunto MotoBomba Onde Q é a vazão do conjunto motobomba Ls Hman é a altura manométrica mca e Emb é a eficiência do conjunto motobomba porém em decimal 𝑃 𝑄 𝑥 𝐻𝑚𝑎𝑛 75 𝑥 𝐸𝑚𝑏 cv 𝑃 0736 𝑥 𝑄 𝑥 𝐻𝑚𝑎𝑛 75 𝑥 𝐸𝑚𝑏 KW