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IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO

Disciplina: Irrigação e Drenagem - 6339

Curso: Engenharia Agronômica - 6º período

Professor: João Eduardo Ribeiro da Silva

Centro Universitário do Triângulo INTRODUÇÃO

• O sistema de irrigação por aspersão é o mais utilizado noBrasil

• 20 mil pivôs centrais

• 1,275 milhões de hectares de pivô

• 100 maiores municípios – 70% área irrigada por pivôs

• 80% dos pivôs – SP, MG, GO, BA

INTRODUÇÃO

• Principais culturas irrigadas por pivô central: milho (24,0% daárea total), cana-de-açúcar (21,3%), feijão (20,5%), soja(14,7%), café (6,2%) e algodão (3,1%)

• 30,1% das outorgas – maior

• Maiores polos de irrigação situados nas bacias hidrográficasdos rios São Francisco e Paraná (50% dos pivôs)

Fonte: Google Imagens

Bacia hidrográfica do Tietê - Paraná

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Bacia hidrográfica do São Francisco

INTRODUÇÃO

Fonte: Landau et al. (2015)

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.

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INTRODUÇÃO


INTRODUÇÃO


INTRODUÇÃO


INTRODUÇÃO


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INTRODUÇÃO

• Jato d’água emitido a grande velocidade quese dispersa no ar em um conjunto de gotas,distribuindo-se sobre a superfície do terreno.

• Objetivo: conseguir uma distribuição uniformeentre vários aspersores

INTRODUÇÃO


INTRODUÇÃO


INTRODUÇÃO


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INTRODUÇÃO


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



Intensidade de aplicação = mm/hora



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• Topografia:

– Terrenos planos, de encosta, terraços e platôsmais elevados

– Alta declividade = distâncias variáveis entre linhaslaterais = menor uniformidade na distribuição

Velocidade de Infiltração da Água no Solo

• Infiltração = processo pelo qual a água penetra nosolo através de sua superfície

• O aumento da umidade se dá por camadas

• Redistribuição - movimento descendente da águaprovocando molhamento das camadas inferiores


• Os fenômenos infiltração e redistribuiçãocaracterizam a capacidade de infiltração do solo

• A velocidade de infiltração (Vi) condiciona o tempode irrigação necessário para a aplicação daquantidade de água desejada como tambémdetermina a escolha do melhor método de irrigação

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• Vib é usada no momento da escolha do aspersor

• A intensidade de aplicação deve ser menor ou iguala ela (mm h-1)


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• Os fenômenos infiltração e redistribuiçãocaracterizam a capacidade de infiltração do solo

• A velocidade de infiltração (Vi) condiciona o tempode irrigação necessário


�� çã� = �â��á��

��(mm hora-1)

≤

Velocidade de Infiltração (Vib) (mm hora-1)




Como calcular a velocidade de infiltração de água no solo?


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• Vários métodos

• Método do Infiltrômetro de Anel



• Dois cilindros com 30 cm de altura e diâmetros de 25 e 50 cm

• Os cilindros são cravados no solo até uma profundidade de 15cm


• Adiciona-se água nos dois cilindros, de modo que os níveis seigualem

• Mede-se a altura de água infiltrada a intervalos de tempo

• Reabastece quando chega a 5 cm


TempoAcumulado(Tac) (min)

∆T(min)

Inf. Acumulada(Iac)

(mm)∆I

(mm)Vi

(m3 min-1 m-1 m-1 )

2,8 2,8 19,0 19,0 0,00679

14,0 11,2 29,0 10,0 0,00089

22,5 8,5 34,0 5,0 0,00059

32,0 9,5 39,0 5,0 0,00053

44,0 12,0 44,0 5,0 0,00042

56,5 12,5 49,0 5,0 0,00040

68,5 12,0 54,0 5,0 0,00042

80,5 12,0 59,0 5,0 0,00042

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� =∆�

∆#Vib



• Clima:

– Vento, umidade relativa do ar e temperatura sãoparâmetros que exercem grande influência

– Vento – desvio do jato d’água e má distribuição >> vídeo

– Umidade e temperatura – provoca evaporação durante aoperação do sistema

– Qual o melhor horário para irrigar???


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• Regiões com ventos fortes, altas temperaturas ebaixa umidade relativa não são indicados para autilização do sistema por aspersão



• Culturas:

– Adapta-se à maioria das culturas

– Não usar em culturas muito suscetíveis a doenças.





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Vantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão

• Aplica-se a qualquer tipo de terreno

• Pode-se utilizar em qualquer tipo de solo

• Não é necessário sistematizar o terreno

• Pode ser totalmente automatizado



• A água é aplicada uniformemente e com alta eficiência

• Permite fácil controle da quantidade de água a seraplicada

• Existem equipamentos versáteis que podem sertransportados para outras áreas


• Não restringe a aeração do solo

• Proteção contra geada

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Desvantagens do Sistema de Irrigação por Aspersão

• Sofre efeito de ventos, que diminui auniformidade de distribuição

• Interfere no controle fitossanitário

• Favorece o desenvlvimento de algumas doenças

• Imprópria para águas com alto teor de sais

Componentes do Sistema de Irrigação por Aspersão

• Os componentes do sistema são: bombahidráulica, linha(s) principal(ais), linha(s)lateral(ais), aspersores, acessórios

Aspersores

• De baixa pressão (menos de 250 kPa):diâmetro do bocal menor que 4 mm, vazãomenor que 1 m³/h, utilizados em hortaliças eem irrigação de pomares

Aspersores

• De pressão média (de 250 a 400 kPa): doisbocais com diâmetros entre 4 e 7 mm, vazõesentre 1 a 6 m³/h

• De alta pressão (acima de 400 kPa): tipocanhão. 1, 2 ou 3 bocais, com vazões entre 6 e40 m³/h. Alcance entre 25 e 70 m. Grandetamanho da gota pode danificar a cultura.

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Tubulação

• Quase totalmente em PVC rígido

• Uso de aço galvanizado ou zincado na linhaprincipal quando se necessitar de diâmetromaior que 4”

• Disponível no mercado – PVC rígido de 2, 3 e 4polegadas, com 6 m de comprimento

Tubulação

• Quase totalmente em PVC rígido

• Uso de aço galvanizado ou zincado na linhaprincipal quando se necessitar de diâmetromaior que 4”

• Disponível no mercado – PVC rígido de 2, 3 e 4polegadas, com 6 m de comprimento

Fatores que Afetam a Pulverização

• Pressão

Fatores que Afetam a Pulverização

• Vento

• Gotas

– < 1,0 mm: muita influência do vento

– > 4,0 mm: prejudica as folhas

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Sobreposição

• A aplicação de água por um aspersor se processa demodo circular, por consequência, haverá área entreos aspersores que não receberão água.

• É imprescindível que haja superposição dos jatosd’água

Sobreposição

• O espaçamento entre aspersores é definido nocatálogo do fabricante

• A percentagem de superposição é dependente dotipo de aspersor selecionado

Sobreposição VAZÃO DOS ASPERSORES

• Em que:

– Qa = vazão do aspersor, em m3 s-1;– Cd = coeficiente de descarga (0,96);– A= área dos bocais, em m2;– g = aceleração da gravidade (9,81 m s-2);– Ps = pressão de serviço do aspersor, em (mca).

Determinado pelo fabricante

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VAZÃO DOS ASPERSORES

• Em que:– Ip = intensidade de precipitação, em m s-1;– Qa = vazão do aspersor, em m3 s-1;– EA = espaçamento entre aspersores, em m; e,– EL = espaçamento entre linhas laterais, em m.

Consideração

Ip ≤ Vib

• Ip = Intensidade de precipitação (m h-1, ou mm h-1)

• Vib = Velocidade de infiltração básica

Dimensionamento das Tubulações -Linha Principal

• O critério utilizado é baseado na velocidade média doescoamento em condutos forçados (1,0 a 2,0 m/s)

• Em geral, na irrigação trabalha-se com a velocidade de 1,5m/s

• O cálculo do diâmetro da tubulação principal é feitoutilizando a equação da continuidade


• Equação da continuidade

$1 = $2

$ = '� → $ =()*+

,xV

/ =4'$

π'

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• A perda de carga é calculada utilizando-se a equação deHazen-Williams

23 = 10,646' $ 7⁄ 1,85';

/,,<=


• Exercício 1 – Dimensione a linha principal de um sistema deirrigação por aspersão convencional, sendo dados:

• Comprimento da linha principal (L) = 120 m

• Material da tubulação: PVC (C) = 150

• Somente 1 linha lateral, com vazão = 0,0067 m3 s-1


• Cálculo do diâmetro da linha principal

/ =,)>

()?/ =

,)@,@@A=

B,C,)C,D

/ = 0,075F = 75FFG3IJ


• Cálculo da perda de carga na linha principal

23 = 10,646' $ 7⁄ 1,85';

/,,<=

23 = 10,646' 0,0067 150⁄ 1,85'120

0,075,,<=

23 = 3,45F�

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Dimensionamento das Tubulações -Linha de Recalque e de Sucção

• De forma prática, utiliza-se o mesmo diâmetro da linhaprincipal para a linha de recalque

• Para o dimensionamento da sucção, calcule o diâmetro damesma forma da linha principal, ou de forma simplificada,basta utilizar um diâmetro comercial 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 entreo primeiro e o último aspersor não poderá ser maior que10%, ou seja:

Q1 = 1,1 Qn

Como conseqüência:

Ps1 = 1,21 Psn


• Para um limite de variação de vazão de 10% entre o primeiroe o último aspersor de uma linha lateral de aspersão, apressão de serviço tem um limite de variação equivalente a21% da pressão de serviço

• Em termos práticos, considera-se 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.

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Fator de Christiansen (F)Dimensionamento das Tubulações -

Linha Lateral

• Exercício 2 - Calcular a perda de carga na LL representadaabaixo, sabendo-se que:

– Qa = 2,71 m3 h-1

– EA = 12 m

– D = 3”

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• Exercício 3 - Calcular o diâmetro recomendado para uma LL de aspersores, de acordo com os seguintes dados:

– Qa = 4,42 m3 h-1

– EA = 18 m

– Ps = 30 mca

– N = 12


• Como a LL possui 12 aspersores com EA de 18 m, tem-se:– L = 216 m

– F = 0,393 (Fator de Christiansen para 12 aspersores)

• Limite de perda de carga na LL = 20% x 30 mca = 6 mca

• Aplicando a eq. de H.W. para D, tem-se: D = 0,086 m


• Este diâmetro não é comercial e se encontra entre osdiâmetros comerciais de 3” e 4”.

– Para D = 3” → hf = 10,82 mca

– Para D = 4” → hf = 2,67 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”.

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Cálculo da Pressão Requerida no Início da Linha Lateral

• Considera-se 75% (3/4) da perda de carga ao longo demetade da linha lateral

• O dimensionamento é feito com base no aspersor que operacom pressão de serviço média, o qual se encontra no meioda linha lateral

Manômetro

34K ��L��LM

12K ��íO�

Aspersor do meio

Pressão!


• A pressão requerida no início da linha lateral é expressa daseguinte forma

P�� = P� Q � Q 34K '23 R G1 2K '/�J

• 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)


• Linha lateral em nível → P�� = P� Q � Q B,⁄ '23

• Linha lateral em aclive → P�� = P� Q � Q B,⁄ '23 Q GC +⁄ '/�J

• Linha lateral em declive → P�� = P� Q � Q B,⁄ '23 SGC +⁄ '/�J

Cálculo Hidráulico do Conjunto Motobomba

• Possibilita a escolha de uma motobomba que propiciefornecimento de água para os aspersores em níveis de vazãoe pressão requeridos pelo projeto

• Os parâmetros do projeto para tal são a vazão e a alturamanométrica– Vazão: é a necessária para suprir a necessidade de água

– Altura manométrica (hm): pressão que o conjunto terá que vencerpara fornecer a vazão adequada

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Cálculo Hidráulico do Conjunto Motobomba

• Cálculo da altura manométrica

TF� = P�� Q 23;P Q∆U;P Q 23;V Q ∆U;V Q 23;W Q ∆U;W Q 23 �� X�

• 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

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