nÚcleo de engenharia de Água e solo - agro.ufg.br · transversal do bocal e o mesmo coeficiente...

NNÚÚCLEO DE ENGENHARIA DE CLEO DE ENGENHARIA DE ÁÁGUA E SOLOGUA E SOLO

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAEscola de Agronomia

Departamento de Engenharia Agrícola

Vital Pedro da Silva [email protected]

Francisco A. C. [email protected]

Aureo Silva de [email protected]

mailto:[email protected]



UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAUNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA DE AGRONOMIAESCOLA DE AGRONOMIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍÍCOLACOLA

AGR 182 AGR 182 –– IrrigaIrrigaçção e Drenagemão e DrenagemProf. Vital Pedro da Silva PazProf. Vital Pedro da Silva Paz

[email protected]@ufba.brwww.neas.ufba.brwww.neas.ufba.br

ASPERSÃO CONVENCIONALASPERSÃO CONVENCIONAL-- Projeto e Dimensionamento Projeto e Dimensionamento --

NEASNEAS


http://www.neas.ufba.br/

IRRIGAIRRIGAÇÇÃO POR ASPERSÃO ÃO POR ASPERSÃO –– ProjetoProjeto

INFORMAINFORMAÇÇÕES GERAISÕES GERAIS

Cultura: Cultura: xxxxxxxxxxxxxxxx

Profundidade do sistema radicular: 40 cmProfundidade do sistema radicular: 40 cm

Altura mAltura méédia da cultura: 2,0 mdia da cultura: 2,0 m

EvapotranspiraEvapotranspiraççãoão mmááxima: 4,5 mm/diaxima: 4,5 mm/dia

Disponibilidade de Disponibilidade de áágua no solo: 50%gua no solo: 50%

Solo:Solo:

Capacidade de campo: Capacidade de campo: UccUcc = 32%= 32%

Ponto de murcha permanente: Ponto de murcha permanente: UpmUpm = 17%= 17%

Densidade global: Densidade global: dgdg = 1,2 g/cm= 1,2 g/cm33

Velocidade de infiltraVelocidade de infiltraçção bão báásica: VIB = 10 mm/hsica: VIB = 10 mm/h

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IRRIGAIRRIGAÇÇÃO POR ASPERSÃO ÃO POR ASPERSÃO -- ProjetoProjeto

ÁÁrea:rea:

Dimensões: 400m x 540m (21,6 ha)Dimensões: 400m x 540m (21,6 ha)

Declividade: 4%Declividade: 4%

NEASNEAS

540m

400m

4%

Rio


INFORMAINFORMAÇÇÕES TÕES TÉÉCNICASCNICASAspersorAspersor

CritCritéério de escolha: Ia rio de escolha: Ia ≤≤ VIB (CatVIB (Catáálogo dos fabricantes)logo dos fabricantes)AspersorAspersor: Tipo, modelo: Tipo, modeloDiâmetros dos bocais: _____(mm x mm)Diâmetros dos bocais: _____(mm x mm)Pressão de serviPressão de serviçço: Ps = 3,5 o: Ps = 3,5 kgfkgf/cm/cm22 = 35 m.c.a.= 35 m.c.a.Vazão do Vazão do aspersoraspersor: : qqaa = 3,93 m= 3,93 m33/h/hEspaEspaççamento: E = 18m x 24mamento: E = 18m x 24mIntensidade de aplicaIntensidade de aplicaçção: IA = 9,10 mm/hão: IA = 9,10 mm/h

TubulaTubulaççãoãoAAçço o zincadozincado: C = 120: C = 120PVC: C = 140PVC: C = 140

DisposiDisposiçção do sistema no campoão do sistema no campoCritCritéério: facilidade operacional, declividade do terreno rio: facilidade operacional, declividade do terreno

(sempre que poss(sempre que possíível, linhas laterais em nvel, linhas laterais em níível, custos, ...)vel, custos, ...)

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DisposiDisposiçção do sistema em campoão do sistema em campo

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MB

270m

400m4%


1. Lâmina de irriga1. Lâmina de irrigaççãoão

( )ZDTA PMCC θθ −=

NEASNEAS

DTAfDRA =DRA = 0,50x72 = 36mmDRA = 0,50x72 = 36mm

DTA = (0,32 DTA = (0,32 –– 0,17)x1,2x40 = 7,2cm = 72mm0,17)x1,2x40 = 7,2cm = 72mm

Disponibilidade real de Disponibilidade real de ááguagua

Disponibilidade total de Disponibilidade total de ááguagua


Lâmina bruta de irrigaLâmina bruta de irrigaççãoão

Considerando uma eficiência de irrigaConsiderando uma eficiência de irrigaçção de 80% ão de 80% (m(míínimo de 75% para sistemas de irriganimo de 75% para sistemas de irrigaçção por ão por aspersão), visto que em sistemas pressurizados aspersão), visto que em sistemas pressurizados ocorrem perdas na conduocorrem perdas na conduçção e distribuião e distribuiçção da ão da áágua; gua; os efeitos de temperatura e vento podem ser os efeitos de temperatura e vento podem ser significativos no arrastamento e deriva da significativos no arrastamento e deriva da áágua gua aspergida pelos aspergida pelos aspersoresaspersores

NEASNEAS

mmEfDRALb 45

80,00,36===


2. Turno de rega (ou intervalo entre irriga2. Turno de rega (ou intervalo entre irrigaçções)ões)

A reposiA reposiçção de ão de áágua gua àà cultura, via irrigacultura, via irrigaçção, deve ão, deve ocorrer toda vez que for consumido 50% da ocorrer toda vez que for consumido 50% da disponidisponi--bilidadebilidade total de total de áágua no solo (DRA = 36,0mm), gua no solo (DRA = 36,0mm), sabendosabendo--se que a cultura a ser explora demanda ou se que a cultura a ser explora demanda ou necessita de 4,5mm/dia (necessita de 4,5mm/dia (ETmETm), tem), tem--se portanto:se portanto:

NEASNEAS

diasdiamm

mmETmDRATR 8

/5,40,36

===


3. 3. Tempo de irrigaTempo de irrigaççãoão

Para assegurar uma reposiPara assegurar uma reposiçção uma lâmina ão uma lâmina llííquida de 36,0mm, considerouquida de 36,0mm, considerou--se uma eficiência se uma eficiência de irrigade irrigaçção de 80% e com isso ão de 80% e com isso LbLb = 45mm;= 45mm;

A reposiA reposiçção serão seráá por meio de por meio de aspersoresaspersores que que

apresentam IA = 9,1mm/h (< VIB) Assim,apresentam IA = 9,1mm/h (< VIB) Assim,

NEASNEAS

horashorashmm

mmIaLbTi 595,4

/1,90,45

≅===

Se não é considerado tempo de mudança para as tubulações, pressupõe-se a opção de linhas de espera

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IRRIGAIRRIGAÇÇÃO POR ASPERSÃO ÃO POR ASPERSÃO –– ProjetoProjeto

Como dispor em campo ?

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SISTEMA POR ASPERSÃO SISTEMA POR ASPERSÃO –– ProjetoProjeto

InstalaInstalaçção/disposião/disposiçção em campoão em campo

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Uma linha lateral móvel em operação(sem linha de espera) (com linha de espera)


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Duas linhas laterais móveis em operação(sem linha de espera) (com linha de espera)


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Quatro linhas laterais móveis em operação(com ou sem linha de espera)


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RETANGULAR

El ≠ Ea

12m x 18m

18m x 24m

24m x 36m

El

Ea

Ea x El : 18m x 24m



4. Posi4. Posiçções da linha lateralões da linha lateralNa disposiNa disposiçção do sistema no campo a opão do sistema no campo a opçção foi pela ão foi pela localizalocalizaçção da linha principal no centro do terreno; ão da linha principal no centro do terreno; com isso as linhas laterais se movimentarão no com isso as linhas laterais se movimentarão no terreno em ambos os ladosterreno em ambos os lados ,,

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4.1. Comprimento da linha principalCP = 400 m

(comprimento teórico, correspondente ao trecho

onde efetivamente ocorrerá movimentação das

linhas laterais)


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MB

270m40

0m


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Posições da linha lateral


Assim, Assim,

4.2. N4.2. Núúmero de posimero de posiçções da linha lateralões da linha lateral

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A opção de 16 ou 17 posições ficará a cargo do projetista observando os limites e a possibilidade de maior área a ser irrigada; ressalta-se a necessidade de verificar a funcionalidade e operacionalização do sistema com 16 ou 17 posições

posiçõesElCPN 6,16

0,24400

===


5.5. NNúúmero total de posimero total de posiçções da linha lateralões da linha lateralConsiderando a instalaConsiderando a instalaçção da linha principal no ão da linha principal no centro do terreno, para 16 posicentro do terreno, para 16 posiçções em cada ladoões em cada lado::

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6. Comprimento efetivo da linha principal

Visto que a irrigação ocorrerá ao longo de 16 posições, em cada lado da linha principal, a posição da linha lateral na extremidade do terreno poderá se considerado igual a metade do espaçamento entre linhas; como 16 posições tem-se, portanto, 15 trecho de 24m:

CP’ = 15x24 = 360 m

posiçõesxNN 322162' ===


7. N7. Núúmero de posimero de posiçções a serem irrigadas por diaões a serem irrigadas por dia

A reposiA reposiçção de ão de áágua devergua deveráá ocorrer a cada 8 dias ocorrer a cada 8 dias (TR = 8 dias)(TR = 8 dias)

TratandoTratando--se de sistemas de irrigase de sistemas de irrigaçção por aspersão ão por aspersão convencional, em que as tubulaconvencional, em que as tubulaçções se ões se movimentam ao longo do terreno, com um total de movimentam ao longo do terreno, com um total de 32 posi32 posiçções da linha lateral, toda a ões da linha lateral, toda a áárea deverrea deveráá ser ser irrigada no mirrigada no mááximo em 8 dias.ximo em 8 dias.

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7. N7. Núúmero de posimero de posiçções a serem irrigadas por diaões a serem irrigadas por dia

ÉÉ preferpreferíível, sempre que possvel, sempre que possíível, que a irrigavel, que a irrigaçção ão seja completada em TRseja completada em TR--1 dias (Per1 dias (Perííodo de odo de IrrigaIrrigaçção), reservando um dia para reparos e ão), reservando um dia para reparos e manutenmanutençção do sistema, alão do sistema, aléém de folga semanal; m de folga semanal; porporéém, m, éé viviáável realizar a irrigavel realizar a irrigaçção em um perão em um perííodo odo igual ao turno de regaigual ao turno de rega

NEASNEAS

diaposdiasposições

PINNP /4

832

===

Assim, fazendo PI = TR, temAssim, fazendo PI = TR, tem--se:se:


8. N8. Núúmero de posimero de posiçções que cada lateral deve ões que cada lateral deve irrigar por dia, considerando a jornada de irrigar por dia, considerando a jornada de trabalho na propriedadetrabalho na propriedade

TratandoTratando--se de irrigase de irrigaçção, ão, éé normal considerar normal considerar uma jornada de trabalho (JT) superior a 12h/dia, uma jornada de trabalho (JT) superior a 12h/dia, porporéém, inferior a 20h (caso da irrigam, inferior a 20h (caso da irrigaçção por ão por aspersão convencional)aspersão convencional)

NEASNEAS

Considerando JT = 12h/dia e sabendoConsiderando JT = 12h/dia e sabendo--se que o se que o tempo de irrigatempo de irrigaçção (Ti) necessão (Ti) necessáário para repor a rio para repor a lâmina de lâmina de áágua gua àà cultura cultura éé de 5 h/poside 5 h/posiçção, temão, tem--se:se:

dialatposdiaposh

diahTiJTN pl //4,2

//5/12

===

2 pos/lat/dia


Ajustando: Ajustando: NplNpl = 2 pos/= 2 pos/latlat/dia/dia

A jornada de trabalho serA jornada de trabalho seráá de 10 horas/dia efetivas de de 10 horas/dia efetivas de funcionamento do sistema, restando outras 2 h para funcionamento do sistema, restando outras 2 h para mudanmudançças de posias de posiçção da lateral, se este for o caso, ou ão da lateral, se este for o caso, ou para reparos e manutenpara reparos e manutençção do sistema.ão do sistema.

9. N9. Núúmero de laterais necessmero de laterais necessááriasriasPara irrigar toda a Para irrigar toda a áárea em 8 dias (PI = TR), 4 rea em 8 dias (PI = TR), 4 posiposiçções devem ser irrigadas por dia, totalizando 32 ões devem ser irrigadas por dia, totalizando 32 posiposiçções; com a jornada de trabalho estabelecida, ões; com a jornada de trabalho estabelecida, cada lateral funcionarcada lateral funcionaráá em 2 posiem 2 posiçções por dia.ões por dia.

Assim,Assim,

NEASNEAS

lateraisdialatpos

diaposNNPNLPL

2//2

/4===


10.10. Vazão total necessVazão total necessáária (vazão de projeto)ria (vazão de projeto)

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Qn – vazão necessária; l/sA – área total a ser irrigada; m2Lb – lâmina bruta de irrigação; mmPI – período de irrigação; diasTf – tempo de funcionamento do sistema, por dia; h

3600xTfxPILbxAQn =

hmslxxxQn /5,121/75,333600108

0,45216000 3===

ASPERSÃO ASPERSÃO -- Dimensionamento HidrDimensionamento Hidrááulicoulico

1. Linha lateral1. Linha lateral

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Dimensionamento hidráulico de linhas laterais de irrigação

por aspersão

(tubulações de múltiplas saídas)



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1.1. Comprimento da linha lateralDe acordo com a disposição do sistema na área, o comprimento teórico da linha lateral será:

LL = 270 m

1.2. Espaçamento dos aspersores na linha lateralCom a escolha do aspersor, tem-se que o espaçamento entre aspersores na linha será:

Ea = 18 m



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1.3. Número de aspersores na linha lateralPara um comprimento de 270 m e aspersoresespaçados de 18 m, tem-se:

aspersoresElLNa L 15

18270

===

1 2 15



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1.4. Comprimento efetivo da linha lateralCom a linha principal no centro do área, o primeiro aspersor deverá funcionar à metade do espaçamento (Ea/2 = 9m), complementando a aplicação em ambos os lados da área dividida

1 2

Ea/2 Ea

15



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1.4. Comprimento efetivo da linha lateral

Assim,

( ) ( ) mEaEaNaLl 26121818115

21' =+−=+−=

Comercialmente, como as tubulações têm comprimento padrão de 6m, serão adquiridos 44 tubos, totalizando 264 m de tubulação; entende-se que hidraulicamente o funcionamento se dá em 261m, comprimento considerado para efeito de dimensionamento.



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1.5. Número de saídas

Hidraulicamente verifica-se que uma linha lateral de irrigação por aspersão constitui uma tubulação com múltiplas saídas (aspersores),correspondente ao número de aspersores em funcionamento; portanto:

N = Na = 15



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1.6. Vazão da linha lateral

Sendo uma tubulação de múltiplas saídas, a vazão da linha lateral corresponde a vazão de todos os aspersores em funcionamento; Portanto:

QLL = Na x qa

QLL = 15 x 3,92 m3/h = 58,98 m3/h


REVISÃO DE HIDRREVISÃO DE HIDRÁÁULICA ULICA -- 11

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Equação de Hazen-Willians (perda de carga ao longo de uma tubulação sob pressão)

LDC

Qhf 87,4

852,1 1645,10 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

Tratando-se de uma tubulação com múltiplas saídas, cuja vazão decresce com o comprimento, a perda de carga deve ser ajustada por um fator de correção apresentado por Christiansen (F), tabelado, ou estimado a partir das seguintes expressões:



NEASNEAS

Sendo:m – expoente da velocidade ou da vazão na equação de perda de carga;N – número de saídas (no caso, correspondente ao número de aspersores)

261

21

11

Nm

NmF

−++

+=

FLDC

Qhf 87,4

852,1 1645,10 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=



NEASNEAS

Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais

Deve-se permitir no máximo uma variação de vazão de 10% entre os aspersores extremos na lateral. Assumindo que todos os aspersores são iguais (teoricamente todos apresentam a mesma área da secção transversal do bocal e o mesmo coeficiente de descarga), cuja vazão éfunção da pressão, para uma variação de vazão de 10%, a pressão pode variar de aproximadamente 20%, como demonstrado a seguir.

A variação de 10% da vazão assegura uma regularidade e uniformidade aceitável ao longo do comprimento L, sem maiores efeitos na distribuição da água para a cultura.



NEASNEAS


%20%10 ≅Δ⇔=Δ PQ

Linha lateral

1 2Linha principal



NEASNEAS


%20%10 ≅Δ⇔=Δ PQ

Se a vazão varia com a pressão e sendo o aspersor 1 localizado no início da LL e o aspersor 2 localizado na extremidade da linha:

ii HgACdq 2= ii Hkq =11 Hkq =

22 Hkq =

Para uma vazão unitária do aspersor da extremidade (q2 = 1), o aspersor do início da linha lateral deve ter vazão 10% superior (q1 = 1,10), ou seja, q1 = 1,10 q2



NEASNEAS


%20%10 ≅Δ⇔=Δ PQ

Resulta, portanto, que: H1 = 1,21 H2

2

1

2

1

HkHk

qq

=2

1

2

21,1HH

qq

=2

11,1HH

= ( ) 21,11,1 2

2

1 ==HH

Sendo assim:



NEASNEAS


%20%10 ≅Δ⇔=Δ PQ

Para assegurar uma variação de vazão de 10% entre os aspersores extremos da LL, e portanto, ao longo de toda a tubulação, a variação de pressão permitida é 21%.

A variação de pressão é expressa em relação a pressão de serviço do aspersor.



NEASNEAS


%20%10 ≅Δ⇔=Δ PQ

Hidraulicamente, variação de pressão em uma tubulação de condução de água ésinônimo de perda de carga (hf);

Assim, a máxima perda de carga permitida na Linha Lateral de aspersores será de 20% (hfMax = 0,20 Ps)


DISTRIBUIDISTRIBUIÇÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERALÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL

NEASNEAS

Como foi demonstrado anteriormente, sendo uma tubulação com múltiplas saídas, a pressão ao longo do comprimento L, deve variar no limite de 20% da pressão de serviço do arpersor, de forma que a vazão não varie mais que 10%.

A linha lateral pode estar disposta na superfície do terreno em três situações: em nível, em aclive e em declive..

A perda de carga corresponde a diferença de pressão entre o início e o final da linha lateral (aspersores extremos);.



NEASNEAS

A distribuição de pressões obedece ao que está representado na figura abaixo, para linhas em nível, aclive ou declive.

¾ da perda de carga ocorre a cerca de 40% do comprimento total da tubulação.

A pressão de serviço (ou aspersor) estálocalizada a aproximadamente 0,4 L.



NEASNEAS

0,4 L L

Pf

Ps

Pin

¾ hf

1/4 hf

hf



NEASNEAS

a) Linha lateral em nível

sPhf 20,0=

AahfPsPin ++=43

AahfPsPf +−=41



NEASNEAS

a) Linha lateral em aclive

0,4LPs

½ ΔZ

ΔZ

fs

ZhfPs Δ+=20,0

AaZhfPsPin +Δ++=21

43

AaZhfPsPf +Δ−−=21

41



NEASNEAS

a) Linha lateral em declive

fs

ΔZ

½ ΔZ

Ps

0,4LZhfPs Δ−=20,0

AaZhfPsPin +Δ−+=21

43

AaZhfPsPf +Δ+−=21

41


RETORNANDO ......RETORNANDO ......

NEASNEAS

1.7. Perda de carga na linha lateral

fs

Como a linha lateral está em nível (verificar a área do projeto), tem-se

hf = 0,20 Ps

hf = 020 x 35,0 = 7,0 m.c.a



FLDC

Qhf 87,4

852,1 1645,10 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

NEASNEAS

1.8. Diâmetro da linha lateral

fs

Ql = 58,95 m3/h = 0,016375 m3/sL´= 261 mF = 0,385C = 120hf = 7,0 m.c.a

( )385,02611120016375,0645,100,7 87,4

852,1

D⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

261

21

11

Nm

NmF

−++

+=

D = 0,0952m = 95,2mmDc = 100mm



NEASNEAS

1.8. Diâmetro da linha lateral

fs

(Diâmetro comercial Dc = 100mm)

Perda de carga corrigida

( )385,02611,01

120016375,0645,10´ 87,4

852,1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=hf hf´ = 5,51m

Pressão no início e no final da linha lateral

mPin 13,410,251,5430,35 =++=

mPf 37,380,251,5410,35 =+−=


2. Linha Principal2. Linha Principal

NEASNEAS

fs

Em construção ......

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