Sistema de gotejamento

Prévia do material em texto

Andrey Souza de oliveira 
 
Igor Sousa Rodrigues Lima 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Irrigação gotejamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Feira de Santana – BA 
2020 
 
Andrey Souza de oliveira 
Igor Sousa Rodrigues Lima 
 
 
 
 
 
Irrigação gotejamento 
 
Atividade acadêmica entregue como requisito 
parcial para obtenção de nota referente a Il 
Unidade do 7º semestre de 2020 do Curso de 
Graduação da Universidade de Salvador, 
Campus Feira de Santana, concernente a 
matéria de Mecânica dos fluidos ministrada pelo 
Professor Nestor Galvez. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Feira de Santana – BA 
2020 
 
 
 
Sumário 
 
Introdução .......................................................................................................... 4 
Objetivos ............................................................................................................ 5 
Metodologia ........................................................................................................ 5 
Sistema de gotejamento ..................................................................................... 6 
Vantagens e desvantagens ................................................................................ 7 
Manutenção: ....................................................................................................... 8 
Desenvolvimento ................................................................................................ 9 
Cálculos:........................................................................................................... 11 
Materiais A serem utilizados............................................................................. 19 
Descrição dos materiais ................................................................................... 19 
Imagens Dos acessórios .................................................................................. 21 
Alimentos plantados ......................................................................................... 22 
Conclusão ........................................................................................................ 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Introdução 
 
 
Os sistema de irrigação por gotejamento apresentam uma alta eficiência de 
aplicação de agua, também de técnicas de manejo que determinam a qualidade 
da agua a serem aplicada em um processo de irrigação, o sistema de irrigação 
vem sendo como objetivo incentivar agricultores a adotarem medidas que 
permitam a otimização do uso de agua, reduzindo então os custos com 
manutenção, desperdícios, energia e então reduzindo os custos diários. 
O sistema de irrigação localizada, ou seja, por gotejamento é um método que se 
adapta bem as situações citadas, pois tem como principal característica 
aplicação de pequenas gotículas de água com uma eficiência alta mantendo 
então a umidade ao limite de disponibilidade de água 
Na irrigação por gotejamento, a água é aplicada de forma pontual através de 
gotas diretamente ao solo. Estas gotas, ao infiltrarem, formam um padrão de 
umedecimento denominado bulbo úmido. Estes bulbos podem ou não se 
encontrar com a continuidade da irrigação e formar uma faixa úmida, outro termo 
técnico utilizado em irrigação localizada por gotejamento 
Atualmente os produtores ou até mesmo empresas que trabalha com este 
sistema, não considera a uniformidade de aplicação de água, mas pensando 
pensa na nutrição completa e alguns tratamentos fitossanitários da planta 
através da irrigação. 
Os fabricantes de tubos por gotejamento, tem buscado desenvolver 
equipamentos, utilizando estratégias como, o emprego de novas matérias-
primas ou até mesmo desenvolvimento de s produtos com novo conceito de 
emissão de água. 
 
 
 
Objetivos 
 
O trabalho busca elaborar um sistema de bombeamento que simule um desnível 
entre o rio e do solo a 50 metros de altura, tendo uma distância do solo e do 
reservatório de água de 4 metros de altura. 
O trabalho como seu principal objetivo busca criar um sistema de gotejamento 
teórico que se adapte ao tipo de plantio recomendado. buscando controlar o 
gotejamento da água para cada tipo de planta, seja alface, feijão tomate dentre 
outros. 
Metodologia 
 
O sistema de gotejamento foi elaborado através de pesquisas e através de um 
projeto de bombeamento, nele mostra o tipo de tubulação diferenças de alturas, 
Cálculos de perda de carga e a potência da bomba a ser utilizada. O Sistema foi 
desenhado através do aplicativo paint mostrando como irá se comportar o 
sistema de bombeamento e o sistema de gotejamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema de gotejamento 
 
A irrigação por gotejamento é o sistema de distribuição de água e nutrientes mais 
eficiente para o cultivo. Ele fornece água e nutrientes diretamente para a zona 
de raízes da planta, nas quantidades certas, no momento certo, para que cada 
planta obtenha exatamente o que precisa, quando precisa, para crescer de 
maneira ideal. Graças à irrigação por gotejamento, os agricultores podem 
produzir rendimentos mais altos, economizando água, fertilizantes, energia e até 
produtos de proteção de culturas. 
O sistema de irrigação por gotejamento pode ser projetado para qualquer 
tamanho de propriedade, inclusive em estufas, porém deve ser bem 
desenvolvido com seus principais componentes como a bomba, os filtros, os 
reguladores de pressão, as válvulas e a cinta de gotejo. Também é possível 
incluir nesse sistema os medidores de fluxo e sensores de umidade 
O sistema por gotejamento funciona da seguinte forma, água e nutrientes são 
entregues em todo o campo em tubos chamados 'linhas de gotejamento', 
apresentando unidades menores conhecidas como 'gotejadores'. Cada 
gotejador emite gotas contendo água e fertilizantes, resultando na aplicação 
uniforme de água e nutrientes diretamente na zona de raiz de cada planta, em 
um campo inteiro. 
Irrigação por gotejamento pode ser feito da seguinte forma, através de um 
sistema de bombeamento ligada direta a linha de gotejamento, ou ao sistema de 
bombeamento que leve a agua para um reservatório que é posto a uma 
determinada altura onde essa caixa irá fazer essa agua escoar até o sistema de 
gotejamento com a ajuda da gravidade. Como mostra a figura abaixo. 
 
 
Um sistema de irrigação alimentado por gravidade é uma e eficaz de fornecer 
água para uma área de cultivo de tamanho menor. Seria especialmente rentável 
se o clima da área pudesse fornecer precipitação suficiente para manter 
consistentemente um reservatório cheio usando técnicas de coleta de água da 
chuva ou até mesmo um sistema de bombeamento 
Para ser realizado um sistema e gotejamento é necessário está ao poder de 
vários componentes. assim como: 
• Um reservatório de água 
• Válvulas e linhas de gotejamento 
• Temporizador e filtro 
• Tubulação 
• Uma estrutura para apoiar e elevar o reservatório de água 
 
Vantagens e desvantagens 
 
O sistema de gotejamento assim como os outros sistemas possuem grandes 
vantagens assim como desvantagens. 
 
Vantagens 
 
• A água de irrigação pode ser usada com um nível de eficiência máximo e 
as perdas de água podem ser reduzidas ao mínimo 
• As condições do solo podem ser levadas em consideração ao máximo e 
o risco de erosão do solo devido ao impacto da água de irrigação pode 
ser reduzido ao mínimo 
• O crescimento das ervas daninhas é reduzido, pois a água e os nutrientes 
são fornecidos apenas à planta cultivada 
• Baixos custos operacionais devido à menor necessidade de mão-de-obra 
 
Desvantagens 
 
• Altos requisitos de investimento inicial; 
• Requisito regular de capital para a substituição de equipamentos de 
irrigação por gotejamento na superfície (danos devido ao movimento do 
equipamento, radiação UV); 
• Perigo de salinidade do solo 
• Elevados requisitos de habilidade para o gerenciamento da água de 
irrigação,a fim de obter uma distribuição ideal da água; 
 
Manutenção: 
 
A mangueira pode precisar ser substituída após uma temporada de exposição 
aos elementos, O filtro deve ser lavado periodicamente e a simples abertura de 
uma válvula no filtro geralmente faz isso. A estrutura deve ser examinada para 
garantir que esteja correta antes de preenchê-la. O recipiente deve ser lavado 
com água sanitária antes de ser usado para uma segunda temporada. 
 
 
Desenvolvimento 
 
O sistema de gotejamento necessita de vários acessórios para poder ser 
realizada a irrigação, também para cada tipo de plantação existe uma 
especificação da mangueira de gotejamento adequada, adaptando a distância e 
o volume de água a ser gotejado. 
O sistema de gotejamento que foi elaborado com base nas seguintes plantações, 
Alface, Tomate, Maracugina e Banana 
O sistema de irrigação por gotejamento, foi realizado de seguinte forma, 
primeiramente colocamos uma bomba com sucção a 6 metros do rio, onde essa 
bomba irá elevar a água a 50 metros com o desnível da água do rio e mais 4 
metros de diferença entre o Reservatório e o solo. Este sistema de 
bombeamento possui os seguintes itens: 
Uma válvula de pé 
Um filtro de areia 
Um conjunto Moto-Bomba 
Uma válvula globo 
Quatro Joelhos 90º, sendo 3 de 3” e 1 de 4” 
Tubulação de PVC de 4” e 3” 
como visto no esquema abaixo. 
 
Desenho realizado no paint. 
 
Após ser elaborado o processo de bombeamento da água do rio até o 
reservatório, foram feitos os cálculos para ver qual bomba ideal a ser usada, 
nesses cálculos contêm a perda de carga que o sistema irá ocasionar e a 
potência da bomba. 
 
Cálculos: 
 
Para ser iniciado os cálculos do sistema de bombeamento, primeiramente foi 
analisado quais tubulações seria ideal para este sistema. Neste sistema de 
bombeamento foi utilizado tubulação de PVC com diâmetro de 3” e 4” 
(Polegadas) onde sua rugosidade está entre 0,01mm e 0,05mm tendo uma 
média então de ε = 0,03 mm. 
A vazão utilizada neste sistema de bombeamento foi de 2L/s transformando 
então para Q = 2x10^-3m³/s 
Dados para o cálculo: 
 
Ø tubulação de sucção = 4”. 
Ø tubulação recalque = 3”. 
Q= 5x10^-3 m³/s. 
εPVC = 0,03 mm. 
Aréa 
𝐴1 =
𝜋𝑑2
4
 =
𝜋(4𝑥0,0254)2 
4
= 8,017x10−3m² 
 𝐴2 =
𝜋𝑑2
4
 =
𝜋(3𝑥0,0254)2
4
 = 4,560x10−3m² 
Vazão 
Q = Av 
5𝑥10−3 = 8,017x10−3 ∗ 𝑣4" 
v4” = 0,62m/s 
5𝑥10−3 = 4,560𝑥10−3 ∗ 𝑣3" 
V3” = 1,10m/s 
Reinolds 
 
𝑅𝑒 =
𝑣𝐷
𝑣
 onde a viscosidade cinemática da água v=1,01x10^-6 m2 /s. 
𝑅𝑒4" =
0,62 (4.0,0254)
1,01𝑥10−6
 
𝑅𝑒4" = 6,2𝑥104 
𝑅𝑒3" =
1,10 (3 ∗ 0,0254)
1,01𝑥10−6
 
𝑅𝑒3" = 8,3𝑥104 
Rugosidade relativa ε/d 
 
𝛆
𝑑
4" =
0,03
4.25,4
 
𝛆
𝑑
4" = 2,95𝑥10−4 f = 0,021 
𝛆
𝑑
3" =
0,03
3.25,4
 
𝛆
𝑑
3" = 3,93𝑥10−4 f = 0,020 
Reinolds, Rugosidade relativa e o fator de atrito são números adimensionais 
 
Análise dos valores de “k” dos acessórios. 
 
K válvula de pé 4” = 2,0 
K joelho 90º 4” = 0,30 
K joelho 90º 3” = 
4 − 2
0,30 − 0,39 
= 
3 − 2
𝑘 − 0,39
 
2
−0,09 
= 
1
𝑘 − 0,39
 
2k – 0,78 = -0,09 
2k = 0,78 – 0,09 
Kjoelho3” = 0,345 
K válvula Globo 100% aberta 3” = 4 
K Canto vivo 3” = 1 
Todos os valores do coeficiente K encontrado foi analisado através das tabelas 
das perdas de cargas localizadas. 
Cálculo Da Perda de carga. 
 
Hf = (𝑍2 + 𝑍1) + ∑ 𝑓
𝐿𝑣²
2𝑔𝐷
 + ∑ 𝑘
𝑣²
2𝑔
 
Hf = (50 + 4) + 0,021
6(0,62)²
2∗9,81∗(4∗0,0254)
 + 0,020
58(1,10)²
2∗9,81∗(3∗0,0254)
 + 
(0,62)²
2.9,81
(2,0+0,30) + 
(1,10)²
2.9,81
[4,0+1+3(0,345)] 
Hf = 54 + 0,0242 + 0,9551 + 0,0451 + 0,372 
Hf = 55,392 M.c.a (Metros Coluna de Água). 
Após os cálculos da perda de carga do sistema de bombeamento, iremos 
calcular a potência para a utilização de uma bomba ideal. 
P = 
ɣ∗Q∗Hf
𝑛
 
P = 
9810∗5x10−3∗55,392
0,80
 
P = 3396,222W 
Transformando para Cv 
 P = 
3696,222
735
 
P = 4,71 Cv 
Então para o sistema iremos utilizar uma bomba com aproximadamente 5 Cv 
(cavalos-vapor). 
Cálculo do tempo 
Q=5l/s 
Caixa = 20000L 
𝑄 = 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜
 5 = 
20000
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜
 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 = 
20000
5
 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 = 4000𝑠 
Convertendo de segundos para hora então 
4000
3600
 = 1:1111h 
A bomba irá levar um tempo de 1h e 11 minutos para encher a caixa por completo 
 
 
 
 
Gasto de energia da bomba 
Potência da bomba = 3396,22w 
Horas ligada = 1:111h 
Preço do Kw/h = 0,48 R$ 
R$ = Potência*Tempo*Kw/1000 
3396,22*1,111*0,48/1000 = 1,811 R$/h 
A bomba irá ter um gasto de 1 real e 81 centavos a cada hora de uso 
Após o sistema de bombeamento ser projetado e calculado a perda de carga até 
o reservatório de 20000L, Cálculo do tempo para encher a caixa e o gasto de 
energia por hora, foi projetado o sistema de gotejamento, onde neste sistema 
possui um filtro de areia um tubo de venturi de fertilização, um recipiente de 
fertilização, mangueiras de gotejamento, válvulas de descarga de água suja e os 
próprios produtos a serem irrigados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A imagem abaixo mostra a tubulação juntamente com o filtro de tela, suas três 
válvulas globo, o injetor venturi para fertilização o recipiente de fertilizantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A imagem abaixo mostra o sistema de gotejamento e os alimentos que irão ser 
irrigado, possuindo bananas, tomates, Alfaces e maracugina, onde cada tipo de 
plantação possui 5 metros de distância. 
 
 
 
 
 
A imagem abaixo mostra a imagem da parte de irrigação completa mostrando 
como ela foi ligada, tendo uma altura de 4 metros onde será deslocada a água 
com a ajuda da gravidade. 
 
 
Este sistema de irrigação funciona da seguinte forma, existem três válvulas 
globos para o controle uma fecha o sistema todo, uma fecha a entrada onde vai 
succionar o fertilizante e a outra fecha a passagem direta da água. 
Quando a válvula cujo onde o injetor venturi estiver aberta, a água passará pelo 
injetor venturi onde irá ter um aumento de velocidade ao meio do estreitamento 
do tubo causando então por conta desse aumento de velocidade a sucção dos 
fertilizantes que está dentro do recipiente, após a agua irá seguir a um percurso 
de 34 metros de tubulação a onde irá encontrar válvulas reguladores de vazão e 
mangueiras gotejadoras podendo então controlar a vazão que irá ser distribuída 
para os alimentos a serem regados. Ao final das mangueiras gotejadoras existe 
uma válvula de final de final de linha onde essa válvula irá se abrir para poder 
eliminar a sujeira que está contida dentro das mangueiras e se fechar após um 
determinado tempo. 
Materiais A serem utilizados 
 
• 1 Bomba centrifuga 5vc 
• 4 Válvulas reguladoras de vazão 
• 22 Mangueira de irrigação por gotejamento 40 m 
• 1 Caixa de água 20000L 
• 1 Filtro de areia 
• 1 Filtro de tela ou disco 
• 1 Tubo de Venturi para fertirrigação 
• 22 Válvula de final de linha 
 
Descrição dos materiais 
 
Bomba Centrifuga 
 
Conjunto Moto-bomba utilizada para levar a água do rio até o reservatório para 
poder ser distribuído para irrigação, uma bomba com 5Cv (Cavalo vapor) 
´ 
Válvula Reguladora de vazão 
Esta válvula é utilizada para limitar a vazão a um nível presente 
independentemente das variações de pressão na rede. 
Mangueira De gotejamento 
 
A mangueira para irrigação por gotejamento, também conhecida por tubo 
gotejador, é feita de polietileno e se estende por uma vasta área chamada de 
labirinto, pode ser prolongada com o uso de conexões tês e joelhos. Esse tubo 
gotejador para irrigação por gotejamento contém, ao longo de seu corpo, 
emissores ou gotejadores destinados a aplicar a água de maneira uniforme por 
todo o campo. 
Caixa de Água 
A Caixa de água de 20000L é um reservatório para poder armazenar a água 
para o uso, e que sua utilização no projeto vai ser com a função da gravidade. 
Filtro de areia 
Filtros de areia são indicadospara retenção de matéria orgânica presente na 
água. 
Filtros de Disco ou Tela 
Filtros de disco ou tela têm a mesma função e promovem o mesmo tipo de 
filtragem, que é a retenção de partículas em suspensão. Assim sendo, não são 
recomendados para retenção de matéria orgânica devido à baixa eficiência. A 
grande diferença entre os filtros de Disco e de Tela é o intervalo entre as 
limpezas necessárias. Como a área de filtragem muito superior, o filtro de disco 
promove um tempo maior de intervalo de limpeza. 
Tubo de Venturi para fertirrigação 
O injetor venturi profissional cria um diferencial de pressão formando um vácuo. 
Como a água flui através do orifício venturi cônico, uma rápida mudança na 
velocidade ocorre. Esta alteração de velocidade cria uma pressão reduzida, que 
succiona do líquido a ser injetado no sistema. 
 
Válvula de final de linha 
Válvula de ar utilizada no final de mangueiras de gotejamento ou tubos PE 
promovendo a autolimpeza dos tubos evitando o acúmulo de materiais sólidos 
que ocasionam entupimentos em sistema de irrigação. 
 
Imagens Dos acessórios 
 
Imagem – válvula de final de linha Imagem - Caixa de água 20000L 
 
 
Imagem – Mangueira de gotejamento Imagem – Venturi para fertilização 
 
Imagem – filtro de tela Imagem – bomba centrifuga 5 Cv 
Alimentos plantados 
 
Plantação de alface 
 
A mangueira de gotejamento utilizada é de 40 metros de Comprimento tendo 
diâmetro de 1” (polegada) e a distância de cada furo gotejador de 30 cm. 
A alface é uma verdura cujo seu consumo de água por pé é de 25L durante o dia 
Plantação de banana 
 
Foi utilizado quatro mangueira de gotejamento com comprimento de 40 metros 
cada tendo a distância de cada gotejador e 1 metro 
As Bananeiras são alimentos que consomem 25L de água por dia com sol 
totalmente aberto, 18L de água por dia com sol semi-aberto e 9L de água por dia 
com o sol totalmente fechado. 
Plantação de tomate 
 
A mangueira de gotejamento utilizada tem 40 metros de comprimento, diâmetro 
de 1” (polegada) e tendo uma distância de cada furo gotejador de 50cm a 1m 
Os tomateiros são verdura cujo consome 1 a 2,5 L de água por dia. 
 
Plantação de maracugina 
 
Foi utilizado Oito mangueiras de gotejamentos com 40 metros de comprimento 
com diâmetro de 1” (polegadas) e com os gotejadores com 2 metros de distância 
As maracuginas são frutas que consomem 20 L de água por planta durante ao 
dia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conclusão 
 
Com base nos estudos sobre o sistema de gotejamento, foi possível desenvolver 
de forma teórica um projeto que simule o sistema de gotejamento nas 
plantações. Neste trabalho mostra como se deve comportar de forma teórica um 
projeto de gotejamento mostrando quais itens e quais sistemas devem ser 
utilizados para um melhor plantio. 
O sistema de gotejamento no geral é um sistema que tem uma ótima eficiência 
e um gasto razoável. O sistema de gotejamento em seu custo inicial pode ser 
pouco elevado, porém após a sua instalação ele irá mostrar um rendimento e 
uma eficiência boa, com seus devidos cuidados. 
No trabalho teórico foi simulado e mostrado um sistema de bombeamento junto 
com o sistema de irrigação por gotejamento, calculado a perda de carga para o 
sistema de bombeamento para poder então adquirir uma determinada bomba, 
juntamente com esses mesmos cálculos foram calculados a quanto tempo 
levaria para encher uma caixa de 20000L com uma bomba que tenha uma vazão 
de 5L/s, calculado também quando esta bomba iria gastar em R$ a cada hora. 
Neste sistema foram utilizados teoricamente como alimentos plantados, o 
Abacaxi, Maracugina, Tomate e Bananas, dizendo a quantos litros de água ao 
dia esses mesmos alimentos irão receber