6 – sistemas de irrigação - ufrrj · o que se pretende com a irrigação é satisfazer ......

IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA

6 – Sistemas de irrigação6 – Sistemas de irrigação


6.1 – Considerações iniciais

�� Aplicação artificial de água ao solo, em�� Aplicação artificial de água ao solo, emquantidades adequadas, visando proporcionar aumidade necessária ao desenvolvimento dasplantas nele cultivadas, a fim de suprir a faltaou a má distribuição das chuvas.


�� o que se pretende com a irrigação é satisfazeras necessidades hídricas das culturas, aplicando aágua uniformemente e de forma eficiente, ouseja, que a maior quantidade de água aplicadaseja, que a maior quantidade de água aplicadaseja armazenada na zona radicular e ficando àdisposição da cultura. Este objetivo deve seralcançado sem alterar a condições físicas equímicas do solo e com mínima interferênciasobre os demais fatores necessários à produçãocultural.


6.2 – Importância da irrigação no Brasil e no mundo (ANA, 2007)

�� No mundo, uma área da ordem de 1,541bilhão de hectares está ocupada pela produçãoagrícola, dos quais cerca de 277 milhões dehectares está sob o domínio de infraestruturahídrica de irrigação. Essa área de 18% sobcultivo irrigado é responsável por cerca de 44%da produção total agrícola.


6.2 – Importância da irrigação no Brasil e no mundo (ANA, 2007)

�� No Brasil, a área irrigada corresponde à5,89% da área plantada, quando considerados os62 principais cultivos temporários e permanentes,e responde por cerca de 16% da produção.


�� A estimativa de potencial para acréscimo naárea mundial de solos aptos a serem dominadospor sistemas de irrigação situa-se ao redor de190 milhões de hectares, e considera a190 milhões de hectares, e considera apossibilidade das áreas potenciais brasileiras querepresentam um adicional, à atual área irrigada,de cerca de 26 milhões de hectares. Ou seja, oBrasil detém um potencial superior a 13% dascapacidades mundiais de incorporação de novasáreas à agricultura irrigada.


�� Um dos desafios da agricultura irrigada noBrasil consiste em garantir outorgas de águacompatíveis com as demandas de potenciais solosaptos à irrigação de forma a compatibilizar asegurança de oferta de água à vocação do paíssegurança de oferta de água à vocação do paísde provedor de alimentos, à segurança alimentarinterna e à demanda externa.

�� Outro desafio consiste em reduzir as perdasde água nos sistemas de irrigação, seja na suacondução e distribuição na infra-estruturahídrica, seja na aplicação da água nos cultivospelos métodos e manejo das parcelas.


�� As escolhas dos métodos mais adequados,juntamente com a questão das perdas, traduz-senum desafio relacionado às atividadesnum desafio relacionado às atividadesempresariais do agronegócio e à assistênciatécnica para o setor, que pouco a pouco vai sendosuperado pela agricultura irrigada e pela eficáciano manejo, que deve ser adotada pelosagricultores.


�� Em complemento, há o desafio associado àpreservação da qualidade das águas de retornopelos sistemas de drenagem agrícola, que devempelos sistemas de drenagem agrícola, que devemser isentas de teores de componentes prejudicaisao meio ambiente e aos demais usuários àjusante, e o desafio de garantir a ofertaqualitativa de água ao projeto, ao longo de suavida útil.


6.2.1 – Situação da irrigação no Brasil

�� A evolução da superfície com sistemas de�� A evolução da superfície com sistemas deirrigação e drenagem agrícola destinados àagricultura no Brasil, indica que nos últimos 30anos (1975/2003), houve a incorporação de umaárea média anual de cerca de 78 mil hectares.


�� A partir do início da década de 1990 houveuma redução na taxa de crescimento da áreauma redução na taxa de crescimento da áreairrigada em decorrência da retirada de algumaslinhas de crédito específicas para irrigação, masa tendência de a irrigação manter baixocrescimento pode estar se revertendo.


�� A incorporação de áreas irrigadas pelo métodolocalizado (gotejamento, micro-aspersão), elevou-se de 112.730 ha (1996), para cerca de 338 milhectares (2003/04). No Nordeste, o índice dehectares (2003/04). No Nordeste, o índice deexpansão de sistemas de irrigação localizadapermitiu ampliar a cobertura para uma superfíciede 177 mil hectares (2003/04), sendo que em1996 a área sob controle da irrigação localizadaera de 55.200 hectares.


�� No ano de 2003/04, pela primeira vez no país,as áreas irrigadas pelo sistema de irrigação porsuperfície, que vem se mantendo praticamenteestagnada, foram igualadas pela soma das áreasestagnada, foram igualadas pela soma das áreasatendidas pelos demais métodos de irrigação, quetiveram maior atratividade para os produtores.Alguns autores interpretam esse resultado comobenéfico com relação ao uso de recursos hídricos,uma vez que esses sistemas, via de regra, sãomais eficientes na aplicação da água no solo.


Ano 2003/2004 – Sistemas de irrigação (ha)

Brasil / Região Superfície

Aspersão

Convencional Pivô Central Localizada Total

Brasil 1.729.834 662.328 710.553 337.775 3.440.470

Norte 84.005 9.125 2.000 4.550 99.680 Norte 84.005 9.125 2.000 4.550 99.680

Nordeste 207.359 238.223 110.503 176.755 732.840

Sudeste 219.330 285.910 366.630 116.210 988.080

Centro-oeste 63.700 35.060 193.880 14.670 318.210

Sul 1.155.440 94.010 37.540 25.570 1..301.660


�� Apesar do baixo valor obtido no Brasil narelação área irrigada/área plantada, merecedestacar a importância da irrigação no contexto.Ainda que se verifique uma pequena percentagemAinda que se verifique uma pequena percentagemde área irrigada em nossas terras, emcomparação com a área plantada, cultivosirrigados produziram, em 1998, 16% de nossasafra de alimentos e 35% do valor de produção.No Brasil, cada hectare irrigado equivale a trêshectares de sequeiro em produtividade física e asete em produtividade econômica.


6.3 – Tipos de sistemas

Sistemas de irrigação é um conjunto deSistemas de irrigação é um conjunto detécnicas que visa distribuir água às plantascultivadas em quantidades adequadas parapromover um desenvolvimento vegetal adequado,com um mínimo de perdas.

Basicamente, um projeto de irrigação écomposto por dois sistemas: o sistema deirrigação, propriamente dito, e o de drenagem,quando necessário.


O sistema de irrigação é compostoessencialmente pelos seguintes sub-sistemas:

�� Subsistema de captação;�� Subsistema de captação;

�� Subsistema de condução; e

�� Subsistema de aplicação.


6.3.1 – Noções para elaboração de projetosde irrigação

Para elaboração de um projeto de irrigação, sejaPara elaboração de um projeto de irrigação, sejapor aspersão, localizada ou por superfície, sãonecessários a coleta de alguns dados na área aser irrigada. Esses dados são:



1 – área a ser irrigada;2 – espécie de cultura plantada ou a ser plantada2 – espécie de cultura plantada ou a ser plantadae o espaçamento entre plantas e entre linhas;

5 – Precipitação esperada (dependente-provável);

3 – Tipo de solo:3.1 – quanto à sua textura;3.2 – quanto à sua capacidade de infilt.

4 – Topografia do terreno;



6 – Jornada de trabalho diária;7 – Desnível entre a superfície da água e o local7 – Desnível entre a superfície da água e o localde instalação da bomba

8 – Desnível entre o local de instalação da bombae o ponto mais alto do terreno;

9 – Quantidade e qualidade da água disponível naestação seca:

- vazão ou volume armazenado;



10 – Tipo de acionamento para o motor:10.1 – elétrico;10.1 – elétrico;10.2 – combustão; etc.

11 – Sistema de irrigação a ser adotado;

12 – Ter disponibilidade de planta plani-altimétrica;

13 – Dados climatológicos �� estimativa da ETc;


6.3.2 – Sistemas

�� irrigação por superfície: compreende os�� irrigação por superfície: compreende osmétodos de irrigação nos quais a condução daágua do sistema de distribuição (canais etubulações) até qualquer ponto de infiltração,dentro da parcela a ser irrigada, é feitadiretamente sobre a superfície do solo. Métodosde irrigação: sulcos, faixas, corrugação,inundação e subirrigação.


�� irrigação por aspersão: é o método deirrigação em que a água é aspergida sobre asuperfície do terreno, assemelhando-se a umasuperfície do terreno, assemelhando-se a umachuva, em virtude da passagem da água sobpressão através de bocais, fracionando o jatod’água em gotas. Métodos de irrigação:convencional, auto-propelido, pivô central,sistema linear.


�� 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

nn

11

Psg2ACdQ

Psg2ACdQ

×××=

×××=

nn

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 à 21% da pressão de serviço.



- linhas laterais

Equação para dimensionamento: Hazen-Wiliams

LD

C

Q

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

1m

N2

1

1m

1F

×

−+

×+

+=



- linhas laterais com 2 diâmetros

1

Lx

1D

D

1D

D

L

1m

1

n

2

1

n

1

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

- baseada em análise econômica



- Altura manométrica total

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

−∑

n

−

−=∑=

Xn

)Xx(

1100CUC

n

1ii

- Coef. Unif. Distribuição (CUD)

X

x100CUD =



- Coef. Unif. Estatístico (CUE)

−∑n

2

−

−−=

∑=

2

n

1i

2i

X)1n(

)Xx(

1100CUC

- CUD = 1,59 CUC - 59

- CUE = 1,25 CUC - 25


6.5 – Sistema de irrigação localizada

- Adaptabilidade do sistema

- vantagens e limitações

- Evapotranspiração (gotejamento)

- componentes do sistema100

PxETpcETg =


- componentes do sistema

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

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

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

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


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 = khx), 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

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 ccomprimento.


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 deu n

encontrada 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:

Fl´Jhf =, 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.J´J

+=

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 igual Há = hm e a partir deHá, 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) 3787-3674; e-mail: [email protected]://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/daniel

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