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IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6 – Sistemas de irrigação6 – Sistemas de irrigação (parte 2) IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� irrigação localizada: é o método em que a água é aplicada diretamente sobre a região radicular, com baixa intensidade e alta freqüência. Métodoscom baixa intensidade e alta freqüência. Métodos de irrigação: gotejamento e microaspersão. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� sistemas não convencionais: xique-xique e���� sistemas não convencionais: xique-xique e outros. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� Água 6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do método ���� Água - vazão; - freqüência de oferta; - custo; e - qualidade. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� Solo 6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do método ���� Solo - textura; - profundidade; e - salinidade. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� Cultura 6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do método ���� Cultura - hábitos de crescimento; - característica da parte comercial; e - susceptibilidade à doenças. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ���� Topografia 6.3.3 – Fatores que influenciam na escolha do método ���� Topografia ���� Clima ���� Mecanização e tratos culturais ���� Mão-de-obra ���� Aspectos econômicos IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.4 – Sistema de irrigação por aspersão - Adaptabilidade do sistema- Adaptabilidade do sistema - vantagens e limitações - componentes do sistema - aspersores - tubulações - motobomba - acessórios IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Classificação dos aspersores quanto à pressão 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) ���� Tipo canhão (1 a 3 bocais); 6,0 < Q < 40,0 m3 h-1. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Fatores que afetam o desempenho dos aspersores - bocais - pressão de serviço- pressão de serviço - superposição - vento IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - linhas laterais Critério para dimensionamento: a variação de vazão entre o primeiro e o último aspersor nãovazão entre o primeiro e o último aspersor não poderá ser maior que 10%. Psg2ACdQa = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - linhas laterais 11 Psg2ACdQ Psg2ACdQ = = 1n Psg2ACdQ Psg2ACdQ1,1 = = nn Psg2ACdQ = nn Psg2ACdQ = n 1 Ps Ps 1,1 = n 1 Ps Ps21,1 = n1 Ps21,1Ps = Para um limite de variação de vazão de 10% na linha lateral, a pressão de serviço tem um limite de variação equivalente a 21% da pressão de serviço. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - linhas laterais Equação para dimensionamento: Hazen-Wiliams L D C Q 646,10hf 87,4 852,1 = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - 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. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - linhas laterais Fator de Christiassen 2N6 1m N2 1 1m 1F −++ + = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - linhas laterais com 2 diâmetros 1 L 1 D D 1 D 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 IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - 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) IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - 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; e - baseada em análise econômica. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Dimensionamento das tubulações - Altura manométrica total 05,1)Pinhfhfhh(H ++++= 05,1)Pinhfhfhh(H LLrecalquesuçãorsman ++++= IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Desempenho de um sistema de irrigação por aspersão A análise do desempenho de um sistema de irrigação por aspersão pode ser feita por meioirrigação por aspersão pode ser feita por meio da determinação do coeficiente de uniformidade, que reflete numericamente a qualidade da aplicação de água pelo sistema, ou seja, determina a uniformidade de distribuição da água. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Desempenho de um sistema de irrigação por aspersão - Coef. Unif. Christiassen (CUC) −Xx n ∑ − −= = Xn Xx 1100CUC n 1i i - Coef. Unif. Distribuição (CUD) X x 100CUD = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Desempenho de um sistema de irrigação por aspersão - Coef. Unif. Estatístico (CUE) − n 2)Xx( − ∑ − −= = 2 n 1i 2 i X)1n( )Xx( 1100CUE - CUD = 1,59 CUC - 59 - CUE = 1,25 CUC - 25 IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Na impossibilidade de se avaliar a distribuição de água em toda área irrigada, recomenda-se executar ensaios em locais mais representativos.representativos. - Em sistemas por aspersão convencional, deve-se escolher locais sob diferentes pressões de operação dos aspersores, levando-se em consideração sua representatividade espacial. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Sendo um único ensaio, o mesmo deve ser executado onde prevalece a condição operacional média (cerca de 37% do comprimento da lateral).média (cerca de 37% do comprimento da lateral). Sendo viável a execução de dois ensaios, o segundo deve ocorrer próximo à extremidade final da linha lateral (pequenas variações de pressão, tornam os resultados bastante representativos). IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Um terceiro ensaio, quando possível, deve ser conduzido próximo ao local correspondente a 50%conduzido próximo ao local correspondente a 50% da perda de carga na linha lateral, ou cerca de 20% do comprimento, representando os aspersores que operam à maiores pressões. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Para facilitar o processamento, os coletores devem apresentar a mesma área de influência. Caso contrário, deve-se atribuir valores ponderais a cada coletor. Os dois índices de eficiência utilizados são assim definidos: aplicada água de quantidade útil água de uantidadeq Eapl = requerida água de quantidade útil água de uantidadeq Earm = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA A quantidade de água útil representa a fração beneficamente utilizada para satisfazer os processos fisiológicos associados à produção, podendo incluir lixiviações para controlar o excesso de sais solúveis eventualmente presentesexcesso de sais solúveis eventualmente presentes no ambiente radicular. A quantidade de água aplicada refere-se ao volume escoado nosbocais dos aspersores. Esses volumes serão ajustados às mesmas unidades expressas nas quantidades de água definidas no numerador das equações propostas. A quantidade de água requerida pode representar um volume, uma área, ou uma lâmina, a ser armazenada no ambiente radicular. A Eapl caracteriza a proporção da água aplicada que permanece útil à cultura. Portanto, até que não haja perdas por percolação, a Eapl permanecenão haja perdas por percolação, a Eapl permanece próximo à unidade, refletindo apenas as perdas por evaporação, em geral, muito reduzidas. Dessa forma, mesmo que a Eapl seja elevada, a irrigação pode resultar em enorme deficiência de água às culturas durante o turno de irrigação adotado. Para superar essa limitação, adotou-se a Earm que responde pela qualidade da reposição de água no ambiente radicular. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Assim, uma Earm de 100% indica que houve reposição plena de água útil em todos os locais amostrados. Aplicações excessivas serão detectadas pela Eapl. Portanto, apenas esses dois índices permitem avaliar objetivamente a qualidade das irrigações. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Os dados, a seguir, representam volumes de água coletados (cm3) em uma área irrigada por aspersão convencional, após 4 h de operação de aspersores regularmente espaçados de 12 x 12 m, com vazão média avaliada em 1,44 m3 h-1. aspersores regularmente espaçados de 12 x 12 m, com vazão média avaliada em 1,44 m3 h-1. Os coletores com áreas de influência idênticas de 12 m2, foram simetricamente dispostos entre 4 aspersores adjacentes em operação simultânea. Assumir uma lâmina requerida de 4,0 cm e uma área de captação dos coletores de 80 cm2. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA A quantidade de água requerida, expressa como 580 540 450 380 340 325 310 300 260 210 120 060 A quantidade de água requerida, expressa como volume, corresponde à lâmina requerida multiplicada pela área de captação dos coletores, ou seja 4 cm x 80 cm2 = 320 cm3. Portanto, os volumes coletados excedentes a 320 cm3 constituem perdas por percolação. Se inferiores, serão integralmente adicionados à quantidade útil ou disponível, conforme indicado a seguir: Água útil = (6 x 320) + 310 + 300 + 260 + 210 + 120 + 60 = 3180 cm3 580 540 450 380 340 325 310 300 260 210 120 060 Água req = 320 cm3 x 12 coletores = 3840 cm3 Água apl = 1,5 m3 h-1 x 4 h / 144 m2 = 0,04167m = 4,167 cm ���� 4,167 cm x 80 cm2 x 12 coletores = 4000 cm3 795,0 4000 3180 aplicada água de quantidade útil água de uantidadeq Eapl === 828,0 3840 3180 requerida água de quantidade útil água de uantidadeq Earm === Os resultados indicam perdas de 20,5%. Na ausência de deflúvio superficial, essas perdas são atribuídas à percolação para fora do ambiente radicular da cultura e evaporação da água aspergida entre os bocais dos aspersores e os coletores. A percolação é facilmente calculada:A percolação é facilmente calculada: As perdas por evaporação podem ser estimadas, subtraindo-se a percolação das perdas totais, ou seja, 0,205 - 0,174 = 0,031. 174,0 4000 695 4000 )31803875( aplicada água de quantidade útil água - coletada água Perc == − == A estimativa das perdas por evaporação assume que o volume total coletado represente fielmente o volume aspergido, descontando-se as perdas por evaporação. Deve-se admitir a reduzida probabilidade de apenas 12 coletores IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA probabilidade de apenas 12 coletores reproduzirem com precisão, o volume total aspergido na área de ensaio. Portanto, apesar desta estimativa estar rigorosamente inserida no balanço de volume aplicado, sua interpretação deve ser cautelosa. O aumento do número de amostras deve favorecer essa interpretação. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA ∑ − −= = 5,317.12 5,317x 1100CUC n 1i i % 4,64 1355 1100CUC = −= Estes resultados comprovam que a aplicação do coeficiente de uniformidade de Christiansen fornece poucas informações práticas na avaliação de sistemas de irrigação por aspersão, cujo desempenho depende basicamente da distribuição espacial da água aspergida. % 4,64 3810 1355 1100CUC = −= IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.5 – Sistema de irrigação localizada - Adaptabilidade do sistema - Vantagens e limitações - Quantidade de água necessária AT AMe PAM = AT AS PAS = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Evapotranspiração Lloc KETcETc = −+= 100 P 115,0 100 P KLKeller (1978) 100100 0,1K65%P Se L =→≥ P1,0KL = Fereres (1981) Keller & Bliesner (1990) 30,0 100 P 09,1K65%P29% Se L +=→<< 10,0 100 P 94,1K20%P Se L +=→≤ IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Lâmina e intervalo de irrigação − = 100 PAM .f.Z.Ds. 10 UU IRN PMCCloc − = PAM .Z.Ds. UU IRN aCC − = 100 PAM .Z.Ds. 10 UU IRN aCCloc Ea IRN ITN locloc= loc loc ETc IRN TR = - Componentes do sistema de irrigação IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - componentes do sistema - emissores - gotejadores ���� 2 a 10 L h-1 - microaspersores ���� 20 a 150 L h-1- microaspersores ���� 20 a 150 L h IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Psg2ACdQa = xhkq = IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - componentes do sistema - tubulações (60 a 70% do custo) - Linha lateral (½” ���� g ; ¾” ���� m) - Linha de derivação- Linha de derivação - Cabeçal de controle - Filtros (areia, tela e disco) - Injetor de fertilizante - sistemas de controle de Q e P IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Filtros - Centrifugadores IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Filtros - Tela Mesh* Abertura (micra) 80 18080 180 100 152 120 125 150 105 180 89 200 74 IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Filtros - Disco IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Filtros - Areia IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Injetor de fertilizante - Bomba injetora IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA - Injetor de fertilizante - Venturi IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo da subunidade de irrigaçãoda subunidade de irrigação Coeficiente de Uniformidade No emissores por planta Vazão 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 Secundárias Principal Cabeçal IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo da 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. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo da subunidade de irrigação - Tolerância de pressão- Tolerância de pressão x 1 K qh = - Conhecidos qa e qns, assim como a equação do emissor (q = k hx), são calculadas as pressões média e mínima. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 6.5.1 Seqüência do projeto hidráulico e cálculo da subunidade de irrigação- 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) e M = 2,0 (3 diâmetros). Recomenda-se M = 2,5. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA tl HHH ∆+∆=∆ - A diferença de pressão admissível se divide entre a lateral e a terciária (ou derivação). tl HHH ∆+∆=∆ As variações de pressão incluem as perdas de carga, bem como os desníveis topográficos. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Em terrenos com pouco desnível: 2 HHH tl ∆ =∆=∆ Em terrenos com declive favorável às linhas terciárias, ∆∆∆∆H pode ser distribuído de outra forma, permitindo uma maior ∆∆∆∆Hl, e ao contrário se o maior declive estiver no sentido das laterais. Por outro lado, a distribuição de ∆∆∆∆H em ∆∆∆∆Hl e ∆∆∆∆Ht pode ser afetada por outros fatores, como a existência de elementos que limitem o comprimento. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA 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 x 1 K qh = ha = 10,64 m; hns = 8,90 m Se ∆∆∆∆Hl = ∆∆∆∆Hns���� m18,22 35,4HH tl ==∆=∆ IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Esta etapa é composta pelo distribuição das linhas de irrigação em planta, pela determinação das vazões e pelos cálculos dos diâmetros e das - Desenho da subunidade de irrigação vazões e pelos cálculos dos diâmetros e das pressões. O cálculo se inicia pela pressão ha e na determinação de hm, hn, Hm e Hn, conforme Figura, cujos valores devem respeitar os valores estabelecidos com relação às tolerâncias de pressão: lnm Hhh ∆<− tnm HHH ∆<− IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Uma vez satisfeitas essas condições, o cálculo é feito de forma inversa: partindo da pressão de entrada 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 quais se comprova que CU não é inferior ao mínimo estabelecido. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Serão discutidas as equações referentes à condição linhas laterais alimentadas pela extremidade, que é a condição mais usual. - Cálculo das laterais a condição mais usual. IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA Na Figura anterior, se convenciona que i (d.l) apresenta valor positivo para aclive e negativo para declive. A pressão inicial é hm, a pressão no final é hu e a pressão mínima na linha é hn, sendo encontrada no ponto em que a tangente da curva de u n encontrada no ponto em que a tangente da curva de pressão é paralela ao terreno. A pressão média é ha e a perda de carga é hf: FlJ´hf = , em que J´leva em consideração o efeito das conexões dos emissores na linha lateral, e é calculada por: IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA em que Se é o espaçamento entre emissores (m) e fe o comprimento equivalente da conexão (m). O cálculo e ee S fS .J´J += o comprimento equivalente da conexão (m). O cálculo de fe depende do tipo de conexão: sobre a linha, interlinha ou microtubo. 2 dh733,0hh fam ++= nun hhh −=∆ dhhh fmu −−= nfmn hdhhh ∆−−−= IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA A aplicação dessas fórmulas permite calcular hm e hn, e verificando a condição de que (hm-hn) seja menor que a variação de pressão admissível na lateral (∆∆∆∆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´; IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA IT-1101 - AGRICULTURA IRRIGADA No cálculo das laterais, na qual a variação de pressão (hm-hn) deve ser menor que ∆∆∆∆Hl, se faz determinando a pressão no início da mesma (hm). No - Cálculo das terciárias determinando a pressão no início da mesma (hm). No cálculo das terciárias, se iguala Ha = hm e a partir de Ha, se calculam Hm e Hn, com as condições de (Hm – Hn) < ∆∆∆∆Ht. Quando a subunidade é retangular e o diâmetro da linha terciária é constante, a mesma pode ser calculada pelas mesmas equações apresentadas no cálculo 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) 2682-1864; e-mail: carvalho@ufrrj.br http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/daniel
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