avaliação de sistemas de irrigação

7/28/2019 Avaliao de Sistemas de Irrigao

1/41

AVALIAO DE

SISTEMAS DE IRRIGAO

PROF. DR. ELIEZER SANTURBANO GERVSIO

ENGENHARIA DE GUA NA AGRICULTURA

CEAGRO - UNIVASF


2/41

O pr inc ipal ob jet ivo de um sistema de

irr igao proporc ionar cond ies para

produzir econom icamente. Neste aspecto ,

os parmetros que expressam a qualidadeda irr igao devem ser en tend idos como

componentes dec isr ios do processo de

p lanejamento e operao dos s is temas deirr igao.


3/41

UNIFORMIDADE

EFICINCIA

GRAU DE ADEQUAO

PARMETROS DE DESEMPENHO PARA ANALISARA QUALIDADE DA IRRIGAO


4/41

As medidas de uni formidade expressam a

variab ili dade da lm ina de irr igao aplicada na

superfc ie do so lo . Uma fo rm a usual de ob t-las

po r medidas de disperso, exp ressando-as de fo rmaad im ens ional, pela comparao com o valo r mdio .

Essa grandeza caracter iza todo o sistema de

ir r ig ao e in tervm no seu pro jeto , tan to

agronm ico (afeta o clcu lo da quant idade de guanecessria irr igao) quan to h id rulico (def ine o

espaamento dos em issores , a vazo do sis tema e o

tempo de irr ig ao).

UNIFORMIDADE


5/41

CHRISTIANSEN (1942), adotou o desv io mdio como a

medida de d isperso.

N

i miYY

Nd

1

1

mY

dCUC 1

N nmero de ob serv aes;

Yi lm ina de gua aplic ada num ponto i, sobre a su perfcie do so lo;

Ym lm ina mdia de gua ap li cada;

CUC Coefic iente de Uniform idade de Christ iansen

Valo r mnimo acei tvel 80%

Valores inferiores :

- prec ip itao fo r s ign if ic ati va duran te a es tao d e cu lt iv o ;

- cu stos do sistema so suf ic ientemente reduzidos, com pensando a

d im inu io do lu cro dev id o a reduo na p roduo da cu ltu ra.


6/41

____________________________________________________________________________________Pro f. Dr. Eliezer Santu rbano Gervsio - Eng enharia de gua na Agr icu ltur a - CENAAMB/UNIVASF

WILCOX & SWAILES (1947)propuseram o desv io padro

(S) como a medida de disperso, denom inado coeficien tede un ifo rm idade estatst ica.

mY

S

CUE 1

Um valor de CUE = 70% fo i in ic ialmente suger ido com o o

mnimo aceitvel, sendo depo is aumentado para 75 a80%.


7/41

HART (1961) props um coef ic iente de uni formidade

tam bm incorp orando o desv io padro.

mY

SCUH

21

80

1

,

CUCYS

m

n

(5)

Se a lm ina de gua tem dis tr ib u io normal , ento CUH =

CUC. Ass im , o desv io padro das lm inas de ir rigao

com d is tr ib u io norm al poder ser ob tido em fu no do

valor d e CUC:


8/41

O desv io pad ro da d is tr ib u io das lm in as de irr igao

(assumida normal) , pode ser est imado quando se

conhecem a lm ina mdia e o CUC. Com estes valo res euma tabela de d is tr ib u io norm al, possvel determ inar

qual a porcentagem da rea es t recebendo certa

quantidade de gua.

Exemplo:Em um ensaio de campo com um sis tema de

ir rigao por asperso, u ti lizando-se 64 p lu v imetros

com espaamento s de 3 x 3 m , du ran te um perodo de

tempo sufic ien te para ap lic ar uma lm ina mdia de guaigual a 60 mm , determinou -se um CUC = 84%. Assum indo

que as lm inas de gua so normalm en te d is tr ibudas,

qual a porcen tagem da rea que recebe lm inas de gua

entre 50 e 65 mm e maior que 65 mm?


9/41

So luo:Como a d is tr ib u io normal, CUC = CUH. En to:

Reduzindo as variveis para que se possa u til izar a d is tr ib uio

norm al padro, tem-se:

Z65= (65-60)/12 = 0,4156

Z50= (50-69)/12 = -0,8313

a (50Y65) = a (-0,8313Y0,4156) = 0,4595

is to , lm inas de gua en tr e 50 e 65 mm so ap lic adas em 45,95% darea. Da mesma forma, lm inas de gua super io res a 65 mm ocorrem

em 33,72% da rea. Essa in fo rm ao pode ser u ti lizad a para avaliar a

pro duo das cu ltu ras desde que se conheam su as funes de

resposta a gua. O lucro dev id o produo pode en to ser

com parado aos custos do s istema.

mn Y 1 CUC 60 1 0,84S 12 mm0,8 0,8


10/41

KRUSE (1978) denominou de uni formidade ded is tr ibu io a razo en tre a mdia dos 25% dos

menores valo res de lm inas de ir rigao (Y25) e a

lm ina mdia ap licada na super fcie do so lo . Sua

origem credi tada ao SCS-USDA, por quem chamadade ef ic incia pad ro.

mY

YUD 25


11/41

DETERMINAO DO COEFICIENTE DE UNIFORMIDADEEM SISTEMAS CONVENCIONAIS DE ASPERSO

A u ni fo rm idade de di st rib uio de gua po r asperso res ro tativo s

aval iada em tes tes d e campo , nos quais a lm ina de gua co letada

em recipientes (plu vimetros ).

A NBR 8989 (1985) da Assoc iao Bras ilei ra de No rm as Tcnicas,

p ro pe que no mnimo 50 co leto res devero receber gua du ran te oensaio de campo .

O tem po d e ensaio deve ter uma du rao mnima de 1 hora, podendo-

se ado tar ou tro s p erodos , desde qu e sejam sufic ientes para

prop or cio nar um vo lum e mdio de gua nos c oleto res, equ ivalente

uma lm ina aplicada de 5 mm.

Em geral, realizado em cond ies de ven to fraco ou nu lo.

Pode ser uti l izada um a linha com vrios aspersores o u com um nico

aspersor em uma rea em nvel.


12/41

4 3 2 1 1 2 3 4

8 7 6 5 5 6 7 8

12 11 10 9 9 10 11 12

16 15 14 13 13 14 15 16

Manmetro

Registro

Coletores

Aspersor 1

Aspersor 2

3 m

Sa

Linha lateral

Linha principalQ

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

13 14 15

4 3 2 1

8 7 6 5

12 11 10 9

16 15 14 13

Sa

=12,00

m

Sl= 12,00 m

Q

2 2

1 1

a

b

16

Esquema de um ensaio de di str ibuio

de gua, com um a linh a de aspersores:

(a) Dis po sio dos aspersores e

pluvimetros;

(a) Resu ltado da so brep os io em

espaamento de 12 x 12 m.


13/41

32 31 30 29 29 30 31 32

28 27 26 25 25 26 27 28

24 23 22 21 21 22 23 24

20 19 18 17 17 18 19 20

3 m

Q

4 3 2 1 1 2 3 4

8 7 6 5 5 6 7 8

12 11 10 9 9 10 11 12

16 15 14 13 13 14 15 16

3 m

60 m

Quadrante IQuadrante II

Quadrante III Quadrante IV

(a)

12,00 m

Q

(b)

1 4

29 32322 3

30 31

3 2

31 30

4 1

32 29

5 8

25 28

6 7

26 27

7 6

27 26

8 5

28 25

9 12

21 24

10 11

22 23

11 10

23 22

12 9

24 21

13 16

17 20

14 15

18 19

15 14

19 18

16 13

20 17

(a) Disp osio dos co leto res no ensaio de d is tri bu io de gua com um

asperso r in di vid ual ; (b) Resul tado da sob repo sio em espaamento d e 12 x

12 m .


14/41

EXEMPLO 1

Real izou-se um teste de campo com um sistema deasperso, cu jos aspersores possuam dimetro s de

bocais de 5,0 x 6,5 mm e estavam submetidos presso

de operao de 30 mca. Foi u til i zada uma lin ha lateral

com quatro aspersores e as cond ies de operao

ob servadas durante o teste so apresentadas no Quadro

1. Os vo lumes de gua aplicados, no cent ro de cada

quadrcu la de 3 x 3 m , esto most rados na Figura 1. Para

este tes te, os co leto res com d imetro de cap tao de 10

cm , estavam fi xados 30 cm de al tu ra em relao superfcie do solo . O ob jet ivo determinar a

un ifo rm idade de d is tr ib u io de gua, em espaamento

de 18 x 18m .


15/41

Parmetros Valor

Veloc id ade mdia do vento (m /s) 1,44

Veloc id ade mdia de ro tao dos asperso res (rpm ) 0,46

Vazo de cada aspers o r (m3/h ) 4,18

Du rao do tes te (ho ra) 1,0

A ltu ra dos asp ersor es em relao ao so lo (m) 1,5

Coefic iente de descarga dos aspersores 0,91

Quadro 1 Cond ies de operao dos aspersores

du rante o ensaio.


16/41

36 33 43 52

45 55 54

Q

80 86 78 56

98 96 91 62

80 76 68 50

38 44 43 39

46 19 4

41 15 3

40 10 1

34 14 1

37 20

44 19 4

48 37 30

48 40 37 38

60 73 88

76 87 104

70 87 86

52 54 42

4 21 43

3 18 45

1 12 35

1 8 36

1 12 39

3 26 44

0

0

1

0

0

0

0

N

Figura 1 Volum es de gua (m l) aplicados pelos

aspersores , em 1 hora de operao, em espaamento s Sa

= 18m , presso de 30 m ca.


17/41

6,9 10,9 12,7

8,0 12,7 13,0

12,5 14,4 14,8

13,2 16,2 17,6

11,2 13,6 15,3

8,9 11,1 11,6

10,6 6,2 5,6

10,3 6,6 5,6

14,4 12,5 10,4

15,4 15,0 12,7

15,8 13,5

12,5 7,8 5,7

10,4

Resu ltado da sobrepo sio (em mm) para os quatr o

aspersores operando em espaamento de 18 x 18 ,

presso de 30 mca.


18/41

Ym= 11,5 mm;= |Yi- Ym| = 97,2 mm ; d = 2,7; s = 3,3 mm;

Y25= 6,8 mm ;

m

d 2,7CUC 1 100 1 100 76,5%

Y 11,5

m

S 3,3CUE 1 100 1 100 71,3%Y 11,5

m

2 S 3,3CUH 1 100 1 0,798 100 77,1%

Y 11,5

25

m

Y 6,8UD 100 100 59,1%

Y 11,5


19/41

EXEMPLO 2

Um teste foi real izado com um asperso r, com dimetrodos bocais de 5,0 x 6,5 mm , submetido presso de

operao de 35 mca. As cond ies de operao duran te o

tes te so apresen tadas no Quadro 2. Na figu ra 2 so

apresentados os volumes de gua aplic ados peloaspersor e coletados em cada ponto representando uma

quadrcu la de 3 x 3 m. Os co leto res com dimetro de

cap tao de 10 cm es tavam a 30 cm de al tu ra em relao

ao so lo , Determ inar a uni fo rm idade de dist rib u io de

gua, en tre quatro aspersores operando em espaamento

de 12 x 18 m .


20/41

Parmetros Valor

Velocid ade do vento (m/s) 1,83

Veloc id ade de ro tao d o aspersor (rpm )

Quadrante I 0,33

Quadrante II 0,31

Quadrante III 0,32

Quadrante IV 0,26

Vazo do aspersor (m3/h ) 4,61

Coef ic iente de descarga do aspersor 0,93

Dimetro do s bo cais (mm) 5,0 x 6,5

A ltu ra do asp ersor em relao ao so lo (m) 1,5

Du rao do ensa io (ho ras ) 1,0

Pres so de operao (mca) 35,0

Quadro 2 Cond ies d e operao do asp ersor d uran te o tes te de

un ifo rm id ade de di s tr ib u io d e gua.


21/41

0

0

0

0

0

0

2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

4

4

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

4

29

3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

4

13

18

29

24

21

14

5

2

0

0

0

1

3

14

27

37

43

39

39

28

14

5

0

0

0

2

12

28

40

47

43

48

43

37

29

12

0

0

0

5

23

45

55

45

35

35

44

43

43

23

2

0

0

10

28

42

53

45

40

30

34

49

43

27

5

2

2

11

27

43

53

35

30

36

31

45

48

35

5

2

0

6

26

45

54

40

30

27

35

44

52

28

14

2

0

2

22

39

40

49

47

44

46

40

47

29

4

1

1

4

18

24

37

51

52

52

47

40

33

9

3

0

0

2

8

16

24

36

40

46

38

27

18

6

0

0

0

0

1

13

11

18

18

19

14

6

6

2

0

0

N

Figura 2 Volumes de gua (m l) aplic ados pelo aspersor, durante 1 ho ra de

oper ao pres so de 35 m ca.


22/41

16,9 21,8 22,0

14,9 20,8 21,8

16,6 20,4 23,0

17,6 21,3 23,8

21,6 16,6 15,3

19,9 17,4 11,8

20,1 15,8 12,9

22,4 18,1 17,6

Resu ltados da sobrep os io das lm inas de gua apl icadas

po r quatro asperso res, em espaamento de 12 x 18 m.


23/41

Ym= 18,8 mm; Y25= 14,6 mm;|Yi Ym| = 64,7 mm ; d = 2,8 mm;

s = 3,3 mm

m

d 2,8CUC 1 100 1 100 85,1%

Y 18,8

m

S 3,3CUE 1 100 1 100 82,4%Y 18,8

m

2 S 3,3CUH 1 100 1 0,798 100 86,0%

Y 18,8

25

m

Y 14,6UD 100 100 77,7%

Y 18,8


24/41

As medidas de ef icincia qu ant i f icam fisicamente a qu al idade

da irr igao, po r inco rporarem algumas conseqnc ias da

uni formidade.

Se por um lado as medidas de uni formidade dependem

somente do grau de d isperso com que a gua apl icada, po rou tro lado, as medidas d e eficinc ia dependem tan to d a

un iform idade com o da fo rma com que o sis tema de irr igao

operado.

As perdas de gua que podem oco rrer na irr igao porasperso resu ltam da deriv a pelo ven to , da evaporao, da

perc olao abaixo da p ro fundidade efetiva do sis tema

radicular da cul tura e do escoamento superf ic ia l , para fora da

rea irr igada.

EFICINCIA DA IRRIGAO POR ASPERSO


25/41

As perdas causadas pela der iva ao vento assum em valores

tp icos, variveis entre 5 e 10% (KELLER & BLIESNER, 1990).

Essas perdas podem ser in tens i f icadas como o aumento da

velo cid ade mdia do ven to , temperatura e g rau de

pu lv er izao do jato de gua causado pelo ac rsc im o da

pres so de operao.

Um dim ens ion amento adequado do sis tema de asperso no

deve perm it i r perdas por escoamento su perf ic ial , assim com o

as perdas por deriva ao vento devem ser minimizadas,

op erando -se o sis tema de irr igao em horas de ven to fracoou n ulo , ou uti l izando alguma medida de p ro teo, como

quebra-vento.


26/41

Os parmetros de efi cinc ia mais c om um ente u til izado s so:ef ic inc ia

de ap li cao, efic incia de d is tr ib u io, efic inc ia em potenc ia l de

ap licao e ef ic inc ia d e armazenagem .

Cons ideremos que para um sist ema de ir rig ao p or asp erso, sejam

def in idos:

Yr lm in a de i rr ig ao necessria para suprir o dfic it de gua na

zona radicular;

Va vo lume de gua derivado parc ela;

Vev vo lume total de gua evapo rado;

Vv vo lum e de gua derivado pelo vento;

Vr volume de gua necessrio para suprir o dfic it na zona radicu lar;

Vs vo lume de gua armazenado na zona radicu lar, aps um evento deirr igao;

Vd vo lume de dfic it (Vd= Vr Vs);

Vp vo lum e de gua perco lado abaixo do sis tema radicular;

Ve vo lume de gua esco ado para fo ra da p arcela irr igada.


27/41

EFICINCIA DE APL ICA O (Ea): def in id a pela relao en tre

a quantid ade de gua incorpo rada ao solo ata pro fund idade

efetiva do sis tema radicu lar da cultu ra e a quantidade de guaapl icada.

sa

a

VE

V

s

aev v e p s

V

E V V V V V


28/41

Mul t ip l icando o numerador e o denominador por Vp + Vs

(vo lum e inf i l t rado ) tem-se:

p ssa

p s ev v e p s

V VVE

V V V V V V V

EFICINCIA DE DISTRIBUI O (Ed):mede a gua arm azenada

na zon a radicular p ara uso no p rocesso de evapo transp irao,

em relao gua in f i l t rada, a qual d uma est im ativa das

perdas de gua por perco lao.

s

d

p s

VE

V V


29/41

Assum indo que o s is tema de irri gao por asperso est

adequadamente projetado e operado , podem-se desprezar as

perdas de gua po r escoamento superf ic ial . Dessa form a, osegu nd o termo representa a ef icinc ia em potencial de

ap l icao.

EFICINCIA EM POTENCIAL DE APLICA O (Epa):mede a

gua in f i l t rada em relao gua der ivada parcela. Ocomplemento de Epa rep resen ta as perdas po r evaporao e

deriva pelo vento.

p s

pa

ev v s p

V VEV V V V


30/41

Em termos de lm ina d e gua, a ef ic inc ia de ap licao pode

ser expressa da seguin te forma:

s m

am a

Y Y

E Y Y

Ys lm ina mdia de gua in fil tr ada na pro fu nd idade efet iva

das razes ;Ym lm in a mdia de gua in f il t rada;

Ya lm ina mdia de gua ap licada pelo s is tem a.


31/41

Na rea com excesso de gua tem -seYs = Yre na rea com

dfic i t tem -seYs= Ydem queYda lm ina mdia in f il t rada na

rea de dfic it . Desprezando -s e o escoamen to superf ic ial e aevaporao na s uper fc ie do so lo duran te a ir r ig ao, Ympode

ser es tim ada pela lm ina co letada na su perfcie d o so lo

duran te o ensaio de dis tr ibu io.

Para determ in ao deYau til iza-se a segu in te expresso:

s aa

1 2

q TY 1000

E E

Ya lm in a mdia de gua apli cad a pe lo s is tem a, mm;

qs vazo do aspersor, m3/h ;

Ta tempo de ap l ic ao de gua, h ;

E1 espaamen to entre aspersores na lin ha lateral, m;

E2 - espaamento entr e laterais, m ;


32/41

EFICINCIA DE ARMAZENAGEM (Es): a ef ic inc ia de

armazenagem pode ser expressa por:

s ss

r r

V YE

V Y

r CC aY z

CC um idade do solo na capacidade de campo , cm3cm-3;a um idade do so lo no mom ento da ir r igao, cm

3cm-3;

z profu nd idade efetiva do s istema radicu lar, mm .


33/41

Consid ere os resu ltados da sobreposio das lm inas de

gua ap licadas por quatro asperso res , duran te 1 h deoperao, em espaamen to de 12 x 18 m , referen te ao

exemp lo 2. Send o a vazo d o asperso r 4,61m3/he a lm inamdia ap lic ada na superfc ie do so lo de 18,8 mm , determ inar

a efi c incia de ap lic ao e armazenagem para uma lm ina real

necessria de 17 mm . Supor que a gua qu e inf i ltr a no s o lo

em excesso lm ina real necessria perd ida por

perco lao. Na rea com dfic it , toda gua in fi l t rada

cons iderada armazenada para uso pelas p lantas.

EXEMPLO 3

s aa

1 2

q T 4,61.1Y 1000 1000 21,3 mm

E E 12.18

Lmina mdia aplicada pelo sistema de irrigao


34/41

Lmina mdia armazenada para uso pelas plantas

16,9 21,8 22,0

14,9 20,8 21,8

16,6 20,4 23,0

17,6 21,3 23,8

21,6 16,6 15,3

19,9 17,4 11,8

20,1 15,8 12,9

22,4 18,1 17,6

s 16,9 14,9 16,6 17,0 17,0 ... 17,0 15,3 11,8 12,9 17,0Y 16,4 mm24


35/41

pa

18,8E 100 88,26%

21,3 d

16,4E 100 87,23%

18,8

a

16,4E 100 76,99%

21,3 s

16,4E 100 96,47%

17,0

Observa-se que dos 21,3 mm de gua apl icado s pelo sis tema,

2,50 m (11,74%) consti turam perdas por evaporao e deri va

pelo vento (18,8 mm ating iram o so lo e inf i l t raram ). Destes,

16,4 mm perm aneceram na zona radicu lar (87,23%) e 2,4 mm

(11,27%) fo ram perd id os por perco lao. A sat is fao dasnecess id ades da cu ltu ra fo i 96,47%, is to , um dfic it de

3,53%.


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O grau de adequao da ir r igao refere-se frao da reaque recebe quan tidade su fici ente de gua para manter a

qual idade do pro du to e a pro du t ivid ade vegetal num nvel

econmico.

Em ou tras palav ras , a fr ao da rea ab ran g ida pelo s is tem ade irr igao que apresen ta confo rm idade s necess idades do

s is tem a de p roduo ag rco la.

Uma vez que essa defin io req uer a espec if ic ao da cu ltu ra,

so lo e cond ies de mercado , o g rau de adequao dai r r ig ao normalmen te def in ido em relao porcen tagem

da rea que recebe no mnim o a lm in a d e gua necessria

para s upr ir o dfic it hdr ic o .

GRAU DE ADEQUAO


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A avaliao do grau de adequao fei ta u ti lizando uma

d is tr ibu io de f requnc ias acumu ladas .

Irrigao sem dficit

Porcentagem da rea

0

Lminade

guacoletada

50 100

Yr

A l in ha pon ti lh ada refere-se lm ina lqu id a necessria para

supr ir o dfic it hdri co . Nesse caso , o g rau de adequao da

ir r ig ao 50%, um a vez que a metade da rea recebe no

mnim o a lm ina de gua necessria para supr ir o dfic it .


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A curv a d e d is tr ib u io de f reqnc ias cons truda a p art ir

das lm inas (ou vo lumes) de irr igao, co letadas duran te os

ensaios de dis tr ib u io de gua do s is tem a. Para determ inaro grau de adequao da ir ri gao, procede-se da segu in te

forma:

1. Disponha as lm inas d e gua em o rdem decresc ente;

2. Calcu le a f rao da rea que cada co leto r rep resen ta;

3. Calcu le a f rao da rea acumu lada (f reqnc ia

acumulada);

4. Faa o grfic o da frao da rea acumu lada v ersus lm in a

de irr igao;5. Determ in e a frao da rea que recebe no mnim o a lm in a

real necessria (grau de adequao).


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EXEMPLO 4

Cons id eremos o clc u lo do g rau de ad equao da i rr ig ao

por asperso, com o sis tema operando nas cond iesapresentadas no exemplo 2.

Resu ltados da so brepos io das lm inas de gua apl icadas

po r quatro asperso res, em espaamento de 12 x 18 m.

16,9 21,8 22,0

14,9 20,8 21,8

16,6 20,4 23,0

17,6 21,3 23,8

21,6 16,6 15,3

19,9 17,4 11,8

20,1 15,8 12,9

22,4 18,1 17,6


40/41

No de ordem Lmina de irrigao (mm) Freqncia absoluta Freqncia acumulada

1 23,8 0,04167 0,04167

2 23,0 0,04167 0,08333

3 22,4 0,04167 0,12500

4 22,0 0,04167 0,166675 21,8 0,04167 0,20833

6 21,8 0,04167 0,25000

7 21,6 0,04167 0,29167

8 21,3 0,04167 0,33333

9 20,8 0,04167 0,37500

10 20,4 0,04167 0,41667

11 20,1 0,04167 0,4583312 19,9 0,04167 0,50000

13 18,1 0,04167 0,54167

14 17,6 0,04167 0,58333

15 17,6 0,04167 0,62500

16 17,4 0,04167 0,66667

17 16,9 0,04167 0,70833

18 16,6 0,04167 0,75000

19 16,6 0,04167 0,79167

20 15,8 0,04167 0,83333

21 15,3 0,04167 0,87500

22 14,9 0,04167 0,91667

23 12,9 0,04167 0,95833

24 11,8 0,04167 1,00000


41/41

Frao da rea

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Lminade

irrigao(mm)

11

12

13

14

15

1617

18

19

20

21

22

23

24

25

GRAU DE ADEQUA O = 70,19%

avaliação de sistemas de irrigação

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