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Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 1 Disciplina: PROJETO DE IRRIGAÇÃO E DRENAGEM Prof: Alberto E. Knies DIMENSIONAMENTO DE IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - SISTEMA AUTOPROPELIDO - 1) CÁLCULO DA LÂMINA A SER APLICADA a) DISPONIBILIDADE TOTAL DE ÁGUA NO SOLO (mm) ( ) pgpmpcc10DTA ⋅ρ⋅θ−θ= Onde: θcc = umidade de capacidade de campo (%) θpmp = umidade de ponto de murcha permanente (%) ρg = densidade global (g/cm3) p = profundidade efetiva do sistema radicular (m) b) DISPONIBILIDADE REAL DE ÁGUA NO SOLO (mm) fDTADRA ⋅= Onde: f = fator de disponibilidade que representa a fração de água em relação a capacidade de água disponível que poderá ser utilizada ou apropriada pela cultura sem que ocorra déficit de água (em decimal) c) TURNO DE REGA: intervalo entre duas irrigações sucessivas numa mesma área (dias). Etm DRA TR = d) LÂMINA BRUTA DE IRRIGAÇÃO (mm) Ea TREtm LBI ⋅ = Onde: Ea = eficiência de aplicação (80% = 0,8) Obs.: No sistema autopropelido normalmente usam-se lâminas entre 15 a 40 mm/irrigação. Lâminas maiores normalmente causam problemas de escoamento (TA>VIB ou TIB). Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 2 e) PERÍODO DE IRRIGAÇÃO (PI): número de dias necessárias para completar uma irrigação em uma determinada área (dias). PI ≤ TR Obs.: Normalmente considera-se 1 dia de folga, para eventual manutenção, limpeza, etc. Logo PI = TR - 1. f) ÁREA IRRIGADA POR DIA: PI AREA DIAAI =/ 2) DISPOSIÇÃO DO SISTEMA NA ÁREA Com a linha principal no centro ou na lateral da área. Exemplo de disposição do sistema, com a linha principal no centro da área. 3) ESCOLHA DO AUTOPROPELIDO E DO CANHÃO HIDRÁULICO (ASPERSOR) Nesta escolha deverá ser levado em conta a cultura que será irrigada, o tipo de solo e o tamanho da área que se pretende irrigar, bem como escolher o tipo de autopropelido que caracteriza a pressão de serviço, diâmetro do bocal, diâmetro molhado (DM), vazão (Q), ângulo de trajetória e ângulo de giro do aspersor a ser usado. � Largura da faixa irrigada (Lf): Lf= DM x Sobreposição Onde: Lf = largura da faixa irrigada, em metros; DM = diâmetro molhado pelo aspersor, em metros e, o valor da sobreposição obtido da tabela seguinte, em decimal (ex.: 0,80). Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 3 Velocidade do vento Largura da faixa* sem vento 80 % do diâmetro molhado < 8 Km/h (< 2,2 m/s) 70 a 80 % do diâmetro molhado 8 a 17 Km/h (2,2 a 4,7 m/s) 60 a 70 % do diâmetro molhado > 17 Km/h (> 4,7 m/s) 50 a 60 % do diâmetro molhado *Segundo Bernardo et al. (2009). � Comprimento da faixa irrigada (Cf): Cf = (2 x L) + LF Onde: Cf = comprimento da faixa irrigada, em metros; L = comprimento da mangueira, em metros e, LF = largura da faixa irrigada, metros. � Comprimento do percurso do autopropelido (CP): CP = Cf - Lf Onde: CP = comprimento do percurso do autopropelido, metros; Cf = comprimento da faixa irrigada, metros e, LF = largura da faixa irrigada, metros. OBS: do comprimento da faixa molhada pelo autopropelido, deverá ser descontado o raio de alcance em cada extremidade (que nada mais é que a largura da faixa molhada) para se determinar o comprimento do percurso. Caso a linha principal esteja localizada na lateral da área, descontar somente o raio de alcance. � Percurso total do aspersor (PTA): PTA = 2 x L Onde: PTA = percurso total do aspersor, em metros e, L = comprimento da mangueira, em metros (considerando a linha principal no meio da área). � Área total irrigada (AI) pelo autopropelido: AI = Cf x Lf x Nf 1000 Onde: AI = área irrigada, em hectares; Cf = comprimento da faixa irrigada, em metros; Lf = largura da faixa de irrigação, metros e, Nf = número de faixas de deslocamento do aspersor. � Velocidade de deslocamento (V) V = Q x 1000 Lf x LBI Onde: V: velocidade de deslocamento do aspersor, em m/h; Q: vazão do aspersor, em m3/h; Lf: largura da faixa de irrigação, em metros e, LBI: lâmina bruta de irrigação aplicada, em mm. Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 4 � Tempo de irrigação por faixa (Tif): Tif = 2 x L + Lf V Onde: Tif = tempo de irrigação por faixa, em horas; L = comprimento da mangueira, em metros; Lf = largura da faixa de irrigação, em metros e, V = velocidade de deslocamento do aspersor, em metros/hora. � Tempo de percurso (Tp): Tp = 2 x L V Onde: Tp = tempo de percurso do aspersor, em horas; L = comprimento da mangueira, em metros; Lf = largura da faixa de irrigação, em metros e, V = velocidade de deslocamento do aspersor, em metros/hora. � Tempo que o aspersor deve funcionar parado na extremidade da faixa (Te): Te = Tif - Tp 2 Onde: Te = tempo de irrigação que o aspersor deve ficar parado na extremidade da faixa, em horas; Tif = tempo de irrigação por faixa, em horas; Tp = tempo de percurso do aspersor, em horas. � Número de faixas irrigadas diariamente (Nf/dia): Nf/dia = Nh / (Tif + Tempo para mudança) Onde: Nf/dia = número de faixas irrigadas diariamente; Nh = número de horas de operação do sistema por dia (conforme disponibilidade do produtor e energis para operação do sistema, normalmente no máximo 21 h/dia para sistema elétrico); Tif = tempo de irrigação por faixa, em horas; e, Tempo para mudança = tempo necessário para a mudança de posição da mangueira e do carro do aspersor, entre 0,5 a 1,5 h. � Lâmina média aplicada (Lm): Lm = Q x Tif x 1000 Cf x Lf Onde: Lm = lâmina média aplicada, em mm; Q = vazão do aspersor, em m3/h; Tif = tempo de irrigação por faixa, em horas; Cf = comprimento da faixa irrigada, metros e, Lf = largura da faixa de irrigação, em metros. � Intensidade de precipitação média (IPm): IPm = (1000 x Q) x 360 (DM x Lf) α Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 5 Onde: IPm = intensidade de precipitação média, em mm; Q = vazão do aspersor, em m3/h; DM = diâmetro molhado pelo aspersor, em metros; Lf = largura da faixa de irrigação, em metros e, α = ângulo de giro do aspersor, normalmente 180° a 360°. 4) DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO � DIMENSIONAMENTO DA LINHA PRINCIPAL DIMENSIONAMENTO BASEADO NO MÉTODO DO LIMITE DE VELOCIDADE É o método mais utilizado, devido a sua praticidade. Consiste em limitar a velocidade de escoamento na tubulação entre 1,0 e 2,4 m/s (ideal máximo 2,0 m/s). Uma vez fixada a velocidade, determina-se o diâmetro usando a equação da continuidade: D = 4 x Q 0,5 π x V Onde: D = diâmetro interno da tubulação, em metros; Q = vazão do sistema, em m3/s; π = pi (3,1415...); V = velocidade da água na tubulação, em m/s, normalmente usa-se 1,5 m/s. Escolher um diâmetro comercial mais próximo, conforme tabela seguinte: Diam. (galv- pol) Diam.(PVC - m) 1/2 0,015 3/4 0,020 1 0,025 1 1/4 0,032 1 1/2 0,040 2 0,050 2 1/2 0,060 3 0,075 4 0,100 5 0,125 6 0,150 Cálculo da perda de carga unitária (J) 8518,1 63,22788,0 ×× = DC Q J Onde: J = perda de carga unitária, m/m; Q = vazão do sistema, em m3/segundo; C = coeficiente de rugosidade (tabela abaixo); D = diâmetro da tubulação, em metros. Material da tubulação Valores de C Ferro fundido 100 Aço zincado 130 Alumínio 130 PVC 150 Aço galvanizado 125 Obs.: tubulação de PVC resiste até pressão de 80 mca e de aço até 200 mca. Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 6 � PERDA DE CARGANA TUBULAÇÃO PRINCIPAL (Hfp): HfP = J x L Onde: HfP = perda de carga na tubulação principal, em mca; J = perda de carga unitária, em m/m e, L = comprimento da tubulação, em metros. � PERDA DE CARGA NA MANGUEIRA DO AUTOPROPELIDO (Hfmang.): fornecida pelo fabricante ou calculada, idêntico ao cálculo da perda de carga na linha principal. Adotar C = 140, para mangueira de PEBD. � PERDA DE CARGA NA TURBINA DO AUTOPROPELIDO (Hfturb.): fornecida pelo fabricante. � PRESSÃO NA SAÍDA DA MOTOBOMBA (PsMB) PsMB = PA + hA + ∆Zfaixa + Hfmang. + Hfturb. + HfP + ∆ZP + Hfválvula de retenção + Hfregistro de gaveta Onde: PsMB = pressão na saída da bomba, em mca; PA = pressão de serviço do aspersor, em mca; hA = altura de funcionamento do aspersor, em metros; ∆Zfaixa = maior diferença de nível entre as faixas de irrigação, em metros; Hfmang. = perda de carga na mangueira, em mca; Hfturb. = = perda de carga na turbina, em mca; HfP = perda de carga na tubulação da linha principal, em mca; ∆ZP = maior diferença de nível na tubulação principal, em metros; Hfválvula de retenção = perda de carga na válvula de retenção, em mca. e, Hfregistro de gaveta = perda de carga no registro de gaveta, em mca. � PRESSÃO DE SUCÇÃO (PS): tubulação de sucção sempre 1 diâmetro > que a tubulação principal. PS = Hftubulação + Hfcurva 90° + Hfconexão excêntrica + Hfválvula de pé com crivo + ∆Zsucção Onde: PS = pressão de sucção, em mca.; Hftubulação = perda de carga na tubulação de sucção, em mca., calculada semelhante a perda de carga da tubulação principal; Hfcurva 90° = perda de carga da curva de 90º, em mca. (pode não estar presente); Hfconexão excêntrica = perda de carga da conexão excêntrica, em mca. (pode não estar presente); Hfválvula de pé com crivo = perda de carga na válvula de pé com crivo, em mca. e, ∆Zsucção = diferença de nível entre o nível da água e a bomba, em metros. � PRESSÃO MANOMÉTRICA OU ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (HmanT) A altura manométrica do sistema é obtida através das seguintes informações: � Pressão de serviço do aspersor; � Altura do aspersor; � Diferença de nível entre os extremos da faixa; � Perda de carga na mangueira (fornecidas pelo fabricante do equipamento); � Perda de carga na turbina (fornecidas pelo fabricante do equipamento); � Perda de carga na linha principal; Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 7 � Diferença de nível entre a tomada d’água e a entrada da área ; � Altura de sucção; � Perda de carga localizada (5% do somatório das demais perdas). HmanT = PsMB + HfS + HfLocalizada Onde: HmanT = altura manométrica total, em mca; PsMB = pressão na saída da motobomba, em mca; HfS = pressão de sucção, em mca e, HfLocalizada = perda de carga localizada, a qual pode ser assumida como 5 % das demais. 5) ESCOLHA DO CONJUNTO MOTOBOMBA Selecionar a bomba em função da HmanT e da vazão necessários pelo sistema de irrigação. - Cálculo da potência absorvida pelo motor é encontrado pela seguinte equação: xEmbx QxHman P 756,3 = Onde: P = potência necessária do motor (cv); Q = vazão do sistema (m3/h); HmanT = altura manométrica total (mca.); Emb = eficiência da motobomba, em decimais (normalmente 60 %). Deve-se admitir um acréscimo na potência instalada, em função da potência absorvida pela bomba, conforme indicado a seguir: Potência necessária Acréscimo < 2 cv 30% 2 a 5 cv 25% 5 a 10 cv 20% 10 a 20 cv 15% > 20 cv 10% � LISTA DE MATERIAIS ITEM DESCRIÇÃO UNIDADE QUANT. R$/UNID. R$ TOTAL Componentes do conjunto motobomba: sucção 1 2 .... Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 8 Componentes da linha principal 3 4 .... Componentes do autopropelido 5 6 ... TOTAL � DESCRIÇÃO DA OPERAÇÃO DO SISTEMA: Decrição da metodologia de operação do sistema, para facilitar o entendimento da distribuição e do manuseio do equipamento pelo produtor. Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 9 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES Cálculo das perdas localizadas Para conexões e registros (em metros de tubulação). Os dados de cima da célula se referem a tubulações de aço galvanizado e os de baixo da célula se referem a tubulações de PVC, cobre ou aço. Diam (galv - pol) Diam (PVC - mm) 1/2 15 3/4 20 1 25 1 1/4 32 1 1/2 40 2 50 2 1/2 60 3 75 4 100 5 125 6 150 Joelho 90º 0,4 1,1 0,6 1,2 0,7 1,5 0,9 2,0 1,1 3,2 1,4 3,4 1,7 3,7 2,1 3,9 2,8 4,3 3,7 4,9 4,3 5,4 Joelho 45º 0,2 0,4 0,3 0,5 0,4 0,7 0,5 1,0 0,6 1,3 0,8 1,5 0,9 1,7 1,2 1,8 1,5 1,9 1,9 2,4 2,3 2,6 Curva 90º 0,2 0,4 0,3 0,5 0,3 0,6 0,4 0,7 0,5 1,2 0,6 1,3 0,8 1,4 1,0 1,5 1,3 1,6 1,6 1,9 1,9 2,1 Curva 45º 0,2 0,2 0,2 0,3 0,2 0,4 0,3 0,5 0,3 0,6 0,4 0,7 0,5 0,8 0,6 0,9 0,7 1,0 0,9 1,1 1,1 1,2 Tê fluxo direto 0,3 0,7 0,4 0,8 0,5 0,9 0,7 1,5 0,9 2,2 1,1 2,3 1,3 2,4 1,6 2,5 2,1 2,6 2,7 3,3 3,4 3,8 Tê fluxo lateral 1,0 2,3 1,4 2,4 1,7 3,1 2,3 4,6 2,8 7,3 3,5 7,6 4,3 7,8 5,2 8,0 6,7 8,3 8,4 10,0 10,0 11,1 Tê fluxo bilateral 1,0 2,3 1,4 2,4 1,7 3,1 2,3 4,6 2,8 7,3 3,5 7,6 4,3 7,8 5,2 8,0 6,7 8,3 8,4 10,0 10,0 11,1 Registro gaveta aberto 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,2 0,4 0,3 0,7 0,4 0,8 0,4 0,9 0,5 0,9 0,7 1,0 0,9 1,1 1,1 1,2 Registro globo aberto 4,9 11,1 6,7 11,4 8,2 15,0 11,3 22,0 13,4 35,8 17,4 37,9 21,0 38,0 26,0 40,0 34,0 42,3 43,0 50,9 51,0 56,7 Registro angular 2,6 5,9 3,6 6,1 4,6 8,4 5,6 10,5 6,7 17,0 8,5 18,5 10,0 19,0 13,0 20,0 17,0 22,1 21,0 26,2 26,0 28,9 Válvula de pé e crivo 3,6 8,1 5,6 9,5 7,3 13,3 10,0 15,5 11,6 18,3 14,0 23,7 17,0 25,0 20,0 26,8 23,0 28,6 30,0 37,4 39,0 43,4 Válvula de retenção leve 1,1 2,5 1,6 2,7 2,1 3,8 2,7 4,9 3,2 6,8 4,2 7,1 5,2 8,2 6,3 9,3 8,4 10,4 10,4 12,5 12,5 13,9 Válvula de retenção pesada 1,6 3,6 2,4 4,1 3,2 5,8 4,0 7,4 4,8 9,1 6,4 10,8 8,1 12,5 9,7 14,2 12,9 16,0 16,1 19,2 19,3 21,4 Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem - Prof. Alberto E. Knies 10 Disciplina: Projeto de Irrigação e Drenagem Prof.: Alberto E. Knies TRABALHO 3 - Dimensionamento de Irrigação por Aspersão - SISTEMA AUTOPROPELIDO - *ÁREA: - Conforme ilustração abaixo. - Diferença do nível d’água até a bomba = 3,0 m - Variação do nível d’água = 0,5 m 250 m *SOLO - Capacidade de infiltração básica (CIB) = 16 mm/h - Ucc = 34% - Upmp = 18 % - Densidade do solo = 1,52 g/cm3 *CULTURA - Tipo: Milho - Altura da cultura + aspersor = 2,3 m - Evapotranspiração ou Uso Consuntivo Máximo (Etm) = 6,5 mm/dia - Fator de disponibilidade = 0,6 - Prof. efetiva do sistema radicular = 50 cm *DADOS GERAIS - Ventos = 2,0 m/s (máximo) - Eficiência de aplicação de água = 80 % - Jornada de trabalho =16 h/dia 600 m 100 m 105 m 107 m 109 m 45 m
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