4. Parâmetros para Dimensionamento de um Sistema de Irrigação Localizada

Para dimensionar um sistema de irrigação por gotejamento, é necessário conhecer os seguintes parâmetros: quantidade de água necessária, evapotranspiração, percentagem da área molhada e irrigação total necessária. Vejamos cada um deles a seguir.

a) Quantidade de Água Necessária:

A quantidade de água necessária para a irrigação de uma determinada área tem uma importância fundamental não só para o adequado dimensionamento do sistema, mas também para o agricultor. De fato, através dessa informação o agricultor poderá fazer um manejo racional de água, evitando aplicações de águas em excesso ou em quantidades deficientes.

A IRN representa a quantidade de água necessária para a cultura e é expressa em lâmina de água. Porém, quando se aplica uma lâmina de água poderão existir perdas por evapotranspiração da cultura, por percolação ou escorrimento superficial. Por essa razão, no cálculo da IRN devemos considerar a eficiência de aplicação do sistema. A equação para determinação está descrita a seguir

Onde:

IRN é a irrigação real necessária, em mm;

CC é a capacidade de campo com base em volume (cm3 água/cm3 solo);

Pm é o ponto de murcha permanente (cm3 água/cm3 solo);

Da é a densidade aparente do solo (g / cm3);

Z é a profundidade efetiva do sistema radicular (cm);

f é o fator de disponibilidade.

Ou assim representado:

IRN = ITN*Ea

Onde:

IRN = irrigação real necessária (mm);

ITN = irrigação total necessária (mm);

Ea = eficiência de aplicação (%).

Ea = perda por evaporação, arraste e erros de distribuição (uniformidade).

Os valores de eficiência dependem do método utilizado, das condições climáticas, das condições de operação e manutenção do sistema de irrigação. Na tabela a seguir, apresentam-se valores médios para os sistemas mais comuns.

Eficiência de aplicação média dos sistemas de irrigação:

- Irrigação Localizada - (85 a 95%).

- Pivô central - (80 a 90%).

- Aspersão convencional - 75 a 85%.

- Irrigação em sulcos - 50 a 70%.

b) Evapotranspiração:

Na irrigação localizada, não se molha toda a área irrigada, o que implica na redução da evapotranspiração devido à redução da evaporação direta do solo. É expressa em termos de lâmina d’água evapotranspirada e depende da percentagem de área molhada efetivamente pelo emissor. Sua determinação é feita por meio da equação:

ETg = evapotranspiração média na área [mm/d];

ETpc = evapotranspiração potencial da cultura [mm/d];

P = percentagem de área molhada em relação à área total.

c) Percentagem da água molhada (P):

A percentagem da área molhada é representada pela razão entre a área molhada e a representada pela planta. Em relação à área total irrigada, depende de alguns fatores como: espaçamento entre emissores, da vazão dos emissores, do tempo ou da lâmina aplicada por irrigação e do tipo de solo. Na determinação do valor de P, têm-se duas situações para analisar:

- Quando se irriga uma faixa contínua do solo, o que é mais comum na irrigação por gotejamento.

- Quando se irriga por planta, ou seja, não se formará uma faixa molhada contínua, mas sim bulbos molhados ou áreas molhadas.

Exemplo 1:

Manga: espaçamento 8,0 x 5,0 m.

Irrigação por gotejamento: formação de faixa molhada de 1,0 m de largura.

⇒Pw = 1,0 m / 8,0 m ⇒ P = 0,125 ou 12,5%

d) Irrigação Total Necessária (ITN) ou Lâmina Bruta:

A IRN representa a quantidade de água necessária para a planta, mas, durante a aplicação, existem perdas como evaporação, arraste, desuniformidade, percolação, etc. Assim, deve-se acrescentar certa quantidade para compensar essas perdas. Para isso, divide-se a IRN pela eficiência de irrigação.

A seguir, tem-se a equação que descreve esse parâmetro. Para o planejamento de sistemas de irrigação, a quantidade de irrigação necessária (ITN) pode ser determinada para períodos mensais, trimestrais ou para o ciclo da cultura. É dada pela fórmula:

Onde:

ITN = Irrigação total necessária, em mm;

IRN = Irrigação real necessária, em mm;

Ea = eficiência de aplicação, em %.

Obs.: Ea é em função da perda por evaporação direta, arraste pelo vento, erros de distribuição (uniformidade) e percolação. 

Exemplo 2:

Calcule a irrigação total necessária para a melancia irrigada por gotejo, cuja irrigação real necessária é de 20 mm e eficiência de aplicação de 95%.

ITN = 20 / 0,95 = 21 mm

e) Tempo de Irrigação por Posição (Ti):

Uma vez selecionado o emissor, utilizando o catálogo de fabricante, pode-se determinar o tempo de funcionamento por dia.

f) Número de Unidades Operacionais (N):

O número de unidades operacionais ou de setor é função do turno de rega, do tempo de funcionamento do sistema por dia e do tempo de operação por setor, tendo a seguinte relação:

Onde nh é o número de horas de trabalho por dia. É comum se utilizar nh igual a 24 h.

g) Vazão Necessária ao Sistema (Q):

A vazão total do sistema pode ser obtida pela seguinte equação:

Onde:
Q = vazão de projeto, em l/h;
A = área do projeto, em m2;
ITN = irrigação total necessária, em mm (l/m2);
N = número de unidades operacionais;
Ti = tempo de irrigação, em h.

Exemplo 3:

1. Calcule o número de setores de um projeto de irrigação por gotejamento com as seguintes características: turno de rega (TR) de 3 dias; número de horas de trabalho= 16 h; tempo de irrigação = 4 h.

N = ?

N = TR × nh  

           Ti

N = 3 x 16 / 4

N = 12 setores

2. Calcule a vazão do projeto do exemplo anterior, considerando uma área de 20.000 m2 ; irrigação total necessária de 21 mm; 12 setores e tempo de irrigação de 4h.

Q = A × ITN

        N × T

Q = 20.000 x 21 / 12 x 4 = 8750 l/h

Exercícios de Reflexão:

1. Qual a importância de se determinar a quantidade de água necessária para a irrigação de uma cultura?

2. Por que ocorre uma redução da evapotranspiração na irrigação localizada?
3. Na irrigação por gotejamento, como é expressa a evapotranspiração e de que ela depende?

2. DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO DO SISTEMA:

O projetista deverá efetuar o dimensionamento hidráulico do sistema, ordenadamente, como descrito a seguir.

2.1. Linhas Laterais:

As linhas laterais são as linhas nas quais estão instalados os gotejadores que aplicam água nas plantas. Essas linhas devem ser dispostas em nível e são constituídas de tubos de polietileno flexível, com diâmetro variando de 12 a 32 mm. As linhas laterais são espaçadas ao longo das linhas de derivação com distâncias preestabelecidas, normalmente determinadas em função do espaçamento entre fileiras de plantas.

2.2. Equação para Dimensionamento das Linhas Laterais:

A equação utilizada para o dimensionamento das linhas laterais é a de Hazen-Williams modificada. Observe:

Onde:

Q = vazão de projeto, em m3/s;

C = coeficiente de rugosidade do tubo (140 para PVC e 144 para PE);

D = diâmetro da tubulação (m);

L = comprimento da tubulação (m);

F = fator de Christiansen;

Cg = coeficiente de rugosidade do tubo com gotejadores, que varia de 80 a 140; em termos médios, adota-se Cg = 100.

2.3. Linhas de Derivação:

São instaladas na direção da maior declividade do terreno e podem ser usados mais de um diâmetro em seu dimensionamento. Quando se estiver dimensionando as linhas de derivação, é de fundamental importância obter como base o seguinte critério:

O limite de hf (perda de carga) na linha lateral somado ao limite na linha de derivação não poderá ultrapassar 30% da pressão de serviço do gotejador. Caso, no dimensionamento, seja utilizado um limite de hf (perda de carga) inferior a 20% na linha lateral, essa diferença deverá ser transferida para a linha de derivação, de tal sorte que a soma entre os dois limites não ultrapasse 30% da pressão de serviço do gotejador. Lembrando que hf é calculada pela equação de Hazen-Williams modificada.

2.4. Pressão no início da linha de derivação (PinLD)

De um modo geral, o controle de pressão em um sistema de irrigação localizada é feito na entrada da linha de derivação. Portanto, deve-se conhecer a pressão a ser fornecida na linha de derivação, a qual pode ser determinada por:

Hd = hl + hfd + DNd = hl + DHd’

Onde:

Hd = pressão na entrada da linha de derivação (mca);

Hl = pressão na entrada da linha lateral (mca);

Hfd = perda de carga na linha de derivação (mca);

DNd = diferença de nível entre o início e o final da linha de derivação, positiva para aclive e negativa para declive (m);

DHd’ = diferença entre as pressões de entrada das linhas de derivação e lateral (mca).

2.5. Linha Principal:

O dimensionamento é feito pelo mesmo critério utilizado para o sistema de aspersão, ou seja, o diâmetro é observado por três pontos fundamentais como referência: determinação em função da velocidade média permitida ao longo da linha; determinação tendo como base a perda de carga preestabelecida entre a primeira e a última linha lateral e determinação em função da análise econômica.

2.6. Altura manométrica total (Hm):

É dada pela equação:

Hm = HS + HR + hfS + hfCC + hfLP + PinLD + hfLOC

Onde:

Hs = altura de sucção (m);

Hr = altura de recalque (m);

hfS = perda de carga na sucção (m);

hfCC = perda de carga no cabeçal de controle (mca);

hfLP = perda de carga na linha principal (mca);

PinLD = pressão no início da LD (mca);

hfLOC = perda de carga localizada (mca).

A perda de carga no cabeçal de controle é especificada pelo fabricante do equipamento. As perdas de cargas localizadas normalmente são consideradas como sendo igual a 5% da soma das outras perdas. Assim, a equação deverá ficar:

Hm = (HS + HR + hfS + hfCC + hfLP + PinLD) × 1, 05

2.7. Potência do Conjunto Motobomba:

As bombas centrífugas são as mais utilizadas nos sistemas de irrigação. Com a vazão e a altura manométrica do sistema, pode-se selecionar aquela que oferecer maior rendimento, usando o catálogo do fabricante. Geralmente, o catálogo traz a potência necessária no eixo da bomba ou potência a ser fornecida pelo motor (Pot). Entretanto, ela pode ser determinada pela seguinte equação:

Onde:
Pot = potência do motor (cv);
Q = vazão do sistema (l/s);
RMB = rendimento da bomba (%).

Você sabe como selecionar uma bomba? Uma bomba deverá ser selecionada seguindo os seguintes passos:

• Determine a vazão e a altura manométrica total requerida.

• Procure a bomba de menor potência que satisfaça esses valores, ou seja, a bomba mais eficiente, de melhor rendimento.

• Para determinar a potência aproximada da bomba, calcule-a utilizando um rendimento de 0,50, pois só coincidentemente você encontrará uma bomba comercial exatamente adequada às suas necessidades.

Exemplo:
Bomba para 4 m³/h com altura manométrica total 28 mca.

Potência Aproximada =  (4 x 28 )/ (270 x 0,5) = Pot= 0,83 CV

Atenção! Você deverá consultar a tabela do fabricante para determinar a

bomba adequada com esses dados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

- BERNARDO, S; MANTOVANI, E.C.; SILVA, D.D.; e SOARES, A.A. Manual de Irrigação. 9.ed. Viçosa: Editora UFV,2019. 545p.

- FERREIRA, Valber Mendes. Irrigação e Drenagem. Floriano/PI: EDUFPI, 2011. 126 p. (Técnico em Agropecuária).

- MANTOVANI, Everardo Chartuni; BERNARDO, Salassier;  PALARETTI, Luiz Fabiano. Irrigação: Princípios e Métodos. 3ª ed. atual. Viçosa/MG: Ed. UFV, 2009. 355p.