Condução da agua para irrigação

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Irrigação e Drenagem 
 
Condução da Água para Irrigação 
 
1. Introdução 
Em qualquer método de irrigação a água tem que ser conduzida da 
captação até a parcela irrigada. Em geral, os principais problemas na condução da 
água são falhas estruturais, infiltração excessiva e erro de dimensionamento. 
 São dois os tipos principais de condutos usados em irrigação: canais (ou 
condutos livres) e encanamentos (ou condutos sob pressão). 
 
2. Canais 
 
2.1 Forma Geométrica dos Canais 
 
 Quanto à forma geométrica, existem quatro tipos de canais: trapezoidal, 
retangular, triangular e semicircular. 
 
 
Figura 1 – Seção transversal de um canal trapezoidal. 
 
 
Figura 2 – Canal com paredes com e sem vegetação. 
2.2 Perda de Água por Infiltração em Canais Não-Revestidos 
 
 
 
 
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 O fator que, em geral, determina se deve ou não revestir um canal é a 
quantidade de água que será perdida por ele quando não-revestido, ou seja, 
comparando o custo do revestimento versus o custo da água perdida. 
 
Quadro 1 – Perda de água por infiltração em canais não revestidos. 
Material Perdas m3/m2 por dia 
Solo argiloso 0,08 a 0,25 
Solo areno-argiloso 0,30 a 0,45 
Solo arenoso 0,45 a 0,60 
Solo com cascalho 0,90 a 1,80 
 
 
 
Quadro 2 – Valores máximos recomendáveis da velocidade média no canal. 
Tipo de canal Velocidade 
Canal em areia muito fina 0,20 a 0,30 m/s 
Canal em areia grossa pouco compactada 0,30 a 0,50 m/s 
Canal em terreno arenoso comum 0,60 a 0,80 m/s 
Canal em terreno sílico-argiloso 0,70 a 0,80 m/s 
Canal em terreno argiloso-compacto 0,80 a 1,20 m/s 
Canal em rocha 2,00 a 4,0 m/s 
Canal de concreto 4,0 a 10,0 m/s 
 
 
3. Encanamentos 
 
 Em encanamentos, geralmente tem-se o escoamento em condutos 
forçados, ou seja, a água escoa sob pressão. O encanamento funciona totalmente 
cheio, e os condutos são sempre fechados. Nos projetos de irrigação, a condução 
da água se processa sob um regime turbulento. 
 Sempre que a água flui de um ponto para outro, há certa perda de energia, 
comumente denominada perda por atrito ou perda de carga. Quanto mais rugosa a 
parede da canalização, maior será a turbulência do fluxo e, em conseqüência, 
maior será a perda de carga. 
 
 
 
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3.1 Perda de Carga ao Longo da Tubulação 
 
 É a perda de carga atribuída ao movimento da água ao longo das 
tubulações. É considerada uniforme ao longo de qualquer trecho de uma 
canalização de diâmetro constante, constituindo a principal perda de carga na 
maioria dos projetos de condução da água. 
 Há várias equações para o cálculo da perda de carga ao longo das 
tubulações, dentre elas a equação de Hazen-Williams. 
 
3.1.1 Equação de Hazen-Williams 
 
 É recomendada apenas para escoamento de água à temperatura ambiente 
e para diâmetro igual ou maior que 2”. 
 
J = 6,806 ___1___ V 1,852 
 D1,17 C 
 
J = 10,641 ___1___ Q 1,852 
 D4,87 C 
 
V = 0,355 C x D0,63 x J0,54 
 
Q = 0,2788 C x D2,63 x J0,54 
 
 
 
 
Tabela 1 – Valores do Coeficiente de Hazen-Williams (C). 
Sendo: 
Q = vazão, m3 s-1; 
V = velocidade média, m s-1; 
D = diâmetro da tubulação, m; 
J = perda de carga unitária, mca m-1; 
C = coeficiente que depende da natureza da 
parede do tubo (material e estado), valor 
tabelado. 
 
 
 
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3.2 Perda de Carga Localizada 
 
 Sempre que ocorrem mudanças de direção do fluxo e, ou, da magnitude da 
velocidade, haverá uma perda de carga localizada, decorrente da alteração das 
condições do movimento, a qual se adicionará à perda causada pelo atrito. Essa 
perda é ocasionada por peças, como curvas, registros, tês, válvulas, mudança de 
diâmetro, etc., comumente existentes em qualquer encanamento. Pode ser 
calculada pela seguinte equação: 
 
hfl = K _V2_ 
 2g 
 
 
Quadro 3 – Valores do coeficiente de perda de carga localizada (K). 
Peça K 
Em que: 
hfl = perda de carga localizada, m; 
K = coeficiente do elemento causador da perda de carga; 
V = velocidade média na canalização, m s-1; 
g = aceleração da gravidade: 9,81 m s-1. 
 
 
 
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Ampliação gradual 0,30 
Bocais 2,75 
Comporta aberta 1,00 
Controlador de vazão 2,50 
Cotovelo de 90º 0,90 
Cotovelo de 45º 0,40 
Crivo 0,75 
Curva de 90º 0,40 
Curva de 45º 0,20 
Curva de 22½º 0,10 
Entrada normal em canalização 0,50 
Entrada de borda 1,00 
Existência de pequena derivação 0,03 
Junção 0,40 
Medidor Venturi 2,50 
Redução gradual 0,15 
Registro de ângulo aberto 5,00 
Registro de gaveta aberto 0,20 
Registro de globo aberto 10,00 
Saída da canalização 1,00 
Tê, passagem direta 0,60 
Tê, saída de lado 1,30 
Tê, saída bilateral 1,80 
Válvula de pé 1,75 
Válvula de retenção 2,50 
Velocidade 1,00 
 
 
 
3.3 Velocidade Admissível nas Tubulações 
 
 Quanto maior a velocidade da água na canalização, menor será o diâmetro 
necessário para determinada vazão e, em conseqüência, menor será o custo fixo 
 
 
 
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da canalização; contudo, velocidades elevadas implicam grandes perdas de carga, 
aumento do perigo de corrosão das tubulações e maior sensibilidade aos efeitos 
dos golpes de aríete. 
 Nas linhas de recalque, tendo-se em vista o dimensionamento econômico, a 
velocidade pode variar de 0,6 a 2,4 m s-1, e os valores mais usados estão entre 1 e 
2 m s-1. 
 
Golpe de Aríete: 
 
 Por golpe de aríete se denominam as variações de pressão decorrentes de 
variações da vazão, causadas por alguma perturbação, voluntária ou involuntária, 
que se imponha ao fluxo de líquidos em condutos, tais como operações de 
abertura ou fechamento de válvulas, falhas mecânicas de dispositivos de proteção 
e controle, parada de turbinas hidráulicas e ainda de bombas causadas por queda 
de energia no motor, havendo, no entanto, outros tipos de causas. 
É o caso típico de condutos de recalque providos de válvulas de retenção 
logo após a bomba, e sem dispositivos de proteção. Neste caso a situação de 
ocorrência do golpe de forma mais desfavorável e com mais frequência, é aquela 
decorrente da interrupção brusca da energia elétrica fornecida ao motor da bomba 
que alimenta o conduto. É nesta situação onde corriqueiramente se verificam 
valores extremos para o golpe de aríete. 
Durante o fenômeno do golpe de aríete, a pressão poderá atingir níveis 
indesejáveis, que poderão causar sérios danos ao conduto ou avarias nos 
dispositivos nele instalados. Danos como ruptura de tubulações por sobrepressão, 
avarias em bombas e válvulas, colapso de tubos devido a vácuo, etc. 
 
 
 
4. Motobomba 
 
 Como a maioria das bombas usadas em irrigação pertence ao tipo 
centrífuga de eixo horizontal, serão discutidas suas principais características. 
 Elas requerem válvula de pé e é necessário observar o limite máximo de 
altura estática de sucção. Podem ser portáteis ou fixas e são acionadas por 
 
 
 
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motores elétricos, diesel ou gasolina. As portáteis são montadas em blocos sobre 
rodas, o que facilita sua movimentação. 
 Como em irrigação trabalha-se com água limpa, usam-se normalmente 
rotores fechados.As bombas com um só rotor são denominadas bombas de 
simples estágio. Quando a altura manométrica requerida na bomba for muita 
grande, serão usadas bombas com dois ou mais rotores, denominadas bombas de 
dois, três ou mais estágios. 
 
 
Figura 3 – Bomba de eixo horizontal 
 
 
 
 
Figura 4 – Esquemas de rotores aberto, semi-aberto e fechado. 
 
A Figura 5 mostra as peças especiais utilizadas numa instalação de 
bombeamento. 
 
Na linha de sucção 
 
1) Válvula de pé com crivo 
Instalada na extremidade inferior da tubulação de sucção. É uma válvula 
unidirecional, isto é, só permite a passagem do líquido no sentido ascendente. 
 
 
 
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Com o desligamento do motor de acionamento da bomba, esta válvula mantém a 
carcaça ou corpo da bomba e a tubulação de sucção cheia do líquido recalcado, 
impedindo o seu retorno ao reservatório de sucção ou captação. 
Nestas circunstâncias, diz-se que a válvula de pé com crivo mantém a 
bomba escorvada (carcaça e tubulação desta válvula é a de impedir a entrada de 
partículas sólidas ou corpos estranhos como: folhas, galhos, etc., A válvula deve 
estar mergulhada a uma altura mínima de: 
 
h = 2,5Ds + 0,1 (h e Ds em metros) 
para evitar a entrada de ar e formação de vórtices. 
 
2) curva de 90o Imposta pelo traçado da linha de sucção. 
 
3) Redução Excêntrica 
Liga o final da tubulação à entrada da bomba, de diâmetro geralmente 
menor. Essa excentricidade visa evitar a formação de bolsas de ar à entrada da 
bomba. São aconselháveis sempre que a tubulação de sucção tiver um diâmetro 
superior a 4” (100 mm). 
 
Na linha de recalque 
 
1) Ampliação concêntrica 
Liga a saída da bomba de diâmetro geralmente menor à tubulação de 
recalque. 
2) Válvula de retenção 
É unidirecional e instalada à saída da bomba, antes da válvula de gaveta. 
Suas funções são: 
- impedir que o peso da coluna de água do recalque seja sustentado pela bomba o 
que poderia desalinhá-la ou provocar vazamentos na mesma; 
- impedir que, com o defeito da válvula de pé e estando a saída da tubulação de 
recalque afogada (no fundo do reservatório superior), haja um refluxo do líquido, 
fazendo a bomba funcionar como turbina, o que viria a provocar danos à mesma; 
 
3) válvula de gaveta 
 
 
 
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Instalada após a válvula de retenção. Suas funções são de regular a 
vazão e permitir reparos na válvula de retenção. 
Observação: a bomba centrífuga deve ser sempre ligada e desligada com a 
válvula de gaveta fechada, devendo-se proceder de modo contrário nas bombas 
axiais. 
 
 
 
Figura 5 – Peças especiais numa instalação típica de bombeamento. 
 
 
 
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Nos projetos de irrigação, em geral, as bombas não trabalham afogadas, ou 
seja, são sempre instaladas em posição acima do nível da água do ponto de 
sucção (Figura 5a), no entanto, também podem ser instaladas abaixo do nível da 
água do ponto de sucção (Figura 5b). 
. 
Figura 6 – Instalação com bomba de sucção positiva (a) e afogada (b). 
 
5. Altura Manométrica da Instalação 
 
 A altura manométrica pode ser calculada pela seguinte equação: 
Hm = HG + ht Onde: HG = Altura geométrica e ht = perda de carga total. 
 
 
 
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Figura 7 – Altura manométrica de uma instalação com reservatório aberto. 
6. Associação de Bombas 
 
 Razões de naturezas diversas levam à necessidade de se associar 
bombas: 
 
a) inexistência no mercado de bombas que possam, isoladamente, atender a 
vazão de demanda; 
b) inexistência no mercado de bombas que possam, isoladamente, atender a 
altura manométrica de projeto; 
c) Aumento da demanda da vazão com o decorrer do tempo. 
 
 
Figura 8 – Exemplos de associação de bombas em paralelo. 
 
 
 
 
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Figura 9 – Exemplos de associação de bombas em série. 
 
 
 
 
7. Potência do Conjunto Motobomba 
 
 A potência da bomba necessária para o projeto de irrigação pode ser 
determinada pelas seguintes fórmulas: 
 
P = Q x Hman (cv) ou P = 0,736 Q x Hman (kw) 
 75 Emb 75 Emb 
Em que: 
P = potência necessária ao sistema; 
Q = vazão bombeada, em L s-1; 
Hman = altura manométrica total, em mca; 
Emb = eficiência da motobomba, em decimais (geralmente, Emb < 70); 
(Emb = eficiência da bomba x eficiência do motor). 
 
A altura manométrica total (Hman) representa o aumento de pressão que a 
bomba deve transmitir ao líquido, a qual, na irrigação por aspersão, pode ser assim 
representada: 
 
Hman = Hs + Hr + Hf + Hp + Ha 
 
 
 
 
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Sendo: 
Hman = altura manométrica, mca; 
Hs= altura geométrica de sucção, m; 
Hr = altura geométrica de recalque, m; 
Hf = perda de carga ao longo de toda a tubulação, mca; 
Hp = pressão necessária no aspersor, mca; 
Ha = altura de elevação no aspersor, m. 
 
O motor que aciona a bomba deverá trabalhar sempre com uma folga ou 
margem de segurança a qual evitará que o mesmo venha, por uma razão qualquer, 
operar com sobrecarga. Portanto, recomenda-se que a potência necessária ao 
funcionamento da bomba (P) seja acrescida de uma folga, conforme especificação 
a seguir para motores elétricos: 
 
Quadro 4 – Potência exigida pela bomba e sua respectiva margem de segurança 
recomendada. 
Potência necessária Acréscimo 
< 2 cv 30% 
2 a 5 cv 25% 
5 a 10 cv 20% 
10 a 20 cv 15% 
> 20 cv 10% 
 
 
Para motores a óleo diesel recomenda-se uma margem de segurança de 
25% e a gasolina, de 50% independente da potência calculada.