CRITÉRIOS PARA A ELABORAÇÃO DE PROJETO DE IRRIGAÇÃO

Transcrição

1 CRITÉRIOS PARA A ELABORAÇÃO DE PROJETO DE IRRIGAÇÃO Hernandez, F. B. T. (1999) 1. Definição da precipitação ou lâmina a ser aplicada na área: esta precipitação varia em função, principalmente, da cultura (cada cultura apresenta uma evapotranspiração e, portanto, um consumo de água) e da região geográfica em que a área se situa (de região para região as condições climáticas - chuvas, evaporação, ventos, etc. - variam); 2. Seleção do equipamento mais adequado ou das alternativas dos equipamentos para a área: esta seleção leva em consideração a cultura plantada ou a ser plantada, a topografia da área, o tamanho da área e a disponibilidade de água; 3. Cálculo do turno de rega e tempo de funcionamento por posição: para fazer estes cálculos leva-se em conta, principalmente, o consumo diário de água que a cultura necessita, a profundidade do sistema radicular, a resistência que a planta apresenta ao "déficit" de água e as características físicas do solo, principalmente, quanto á sua capacidade de armazenamento de água; 4. Cálculo da vazão: esse cálculo refere-se à vazão total do equipamento e baseia-se na área a ser irrigada, na precipitação definida e o número de horas de trabalho diário; 5. Dimensionamento hidráulico: o dimensionamento das tubulações e dos acessórios, tais como: válvulas, hidrantes, cotovelos de derivação e outros, baseia-se na vazão total, na altura manométrica necessária e na velocidade da água no interior dos tubos. Uma vez selecionadas as tubulações e acessórios, procede-se a locação dos mesmos na área, locando-se, inclusive, as posições necessárias para o equipamento escolhido; 6. Dimensionamento do conjunto motobomba: o dimensionamento deste conjunto também baseia-se na vazão, na altura manométrica e na potência necessária. Na escolha da bomba, além dos ítens anteriormente citados, deve-se atentar para que a bomba escolhida trabalhe no ponto de máximo rendimento ou próximo possível dele, e para a sua altura máxima de sucção; 7. Elaboração de planta ou croqui: efetuados os cálculos deve ser elaborada uma planta ou croqui, onde são locados o ponto de captação, a linha mestra, as linhas laterais, os acessórios e o posicionamento do equipamento; 8. O roteiro prossegue com a análise econômica do projeto e outros ítens, tais como custos, receitas, fluxo de caixa, comercialização, etc, conforme a exigência da situação. LEVANTAMENTO DE DADOS DA ÁREA Para a elaboração de um projeto de irrigação, seja por aspersão, localizada ou por superfície, são necessários a coleta de alguns dados na área a ser irrigada. Esses dados são: 1. Área a ser irrigada em hectares, alqueires ou m Espécie de cultura plantada ou a ser plantada e o espaçamento entre plantas e entre linhas. 3. Tipo de solo: a. Quanto à sua textura: argilosa, arenosa ou textura média. b. Quanto à sua permeabilidade: muito permeável, meio permeável ou pouco permeável. 4. Topografia do terreno: plana, suavemente ou fortemente ondulada (planta plani-altimétrica). 5. Precipitação desejada ou calculada (em mm). Normalmente a precipitação é calculada pelo projetista, que leva em conta os dados climatológicos da região em que será instalado o equipamento, a cultura a ser irrigada e o equipamento a ser utilizado.

2 6. Horas de funcionamento desejado por dia: máximo de horas de funcionamento possível. 7. Desnível entre a água e o local de bomba em metros: este dado é de suma importância para o dimensionamento correto da bomba, pois cada bomba apresenta uma altura máxima de sucção. 8. Desnível entre o local da bomba e o ponto mais alto do terreno em metros. 9. Quantidade e qualidade da água disponível na estação seca: a. Se a água for captada numa fonte de água corrente (rio, riacho, canal, etc) determinar a sua vazão em litros/segundo ou metros cúbicos/hora; b. Se a captação for feita em um reservatório (represa, açude, etc) determinar o seu volume em metros cúbicos (m 3 ). Se estas medições foram feitas na época de chuvas, deve-se coletar junto aos moradores vizinhos a variação que as mesmas sofrem na época da seca. c. Qualidade da água: presença de sólidos em suspensão, ferro, manganês, carbonatos, coliformes, etc. 10. Tipo de acionamento que prefere para a bomba: Elétrico: voltagem e fases; Diesel Trator: marca, modelo e potência Outros, Caso já haja bomba centrífuga e ou motor para acionamento, especificar todos os dados disponíveis tais como: Marca Modelo Potência Rotação Vazão. Altura de sucção de recalque Diâmetro dos rotores etc 11. Sistema de irrigação que pretende utilizar ou as alternativas possíveis. 12. Anexar uma planta plani-altimétrica ou planimétrica da área a ser irrigada. Para irrigação localizada acrescentar curva de nível de metro em metro e locação das linhas de plantio. Caso não haja a planta, fazer um croqui da área com as seguintes indicações: Formato de área com suas dimensões; Aonde se localiza o ponto mais alto do terreno e a distância entre este e o ponto de captação de água. Localizar o ponto de captação da água e a distância entre o início da área a ser irrigada. Demarcar estradas, grotas, espigões, linhas de força, etc. 13. Se possuir, anexar os dados climatológicos da região, tais como: Chuva Evaporação do Tanque Classe A Evapotranspiração Velocidade do vento Temperatura média Umidade relativa Com base no levantamento de dados da área a ser irrigada, elabora-se o projeto de irrigação mais viável, técnica e economicamente.

3 RELAÇÃO ENTRE O SOLO, A PLANTA E A ATMOSFERA Qualquer planejamento e operação de um projeto de irrigação visa a máxima produção assim como a obtenção de um produto de qualidade através do uso racional da água, ao qual requer conhecimentos das relações que ocorrem entre o solo, a planta e a atmosfera e do manejo da irrigação. Conforme a região ou época do ano a prática da irrigação é indispensável para a produção vegetal. Dessa forma, diversas pesquisas são feitas com inúmeras culturas objetivando alcançar o máximo de produção com a aplicação da água. Inicialmente, para elaborar um projeto de irrigação devemos ter em mente que tal prática deve contribuir para: a. Aumentar a produção da cultura cultivada; b. Otimizar o trabalho agrícola assim como o uso do recurso disponível; c. Reduzir a degradação física do solo e a perda de nutrientes, entre outros. Para o planejamento e operação de um sistema de irrigação alguns princípios devem ser observados: i. A evapotranspiração diária de uma superfície coberta com vegetação rasteira, na ausência de energia advectiva, dificilmente excede a evaporação de um recipiente raso que contém água com a superfície exposta às mesmas condições climáticas; ii. Para que haja o máximo crescimento vegetativo, a transpiração de uma superfície vegetal deve ser mantida na sua capacidade potencial, sob as condições climáticas prevalecentes; iii. Durante o ciclo de irrigação, a tensão máxima que se deve permitir que a água do solo atinja, sem afetar a produção, é aquela sob a qual ainda haverá suficiente absorção de água pela planta, de modo que a previna de progressiva deficiência de água; iv. A razão entre a água evapotranspirada pela cultura e a água aplicada pela irrigação deve aproximar-se de 1, para que se tenhamáxima eficiência de uso e de aplicação de água; v. De forma geral, a seleção de culturas ou práticas culturais que visem aumento de produção e diminuição do ciclo vegetativo tendem a aumentar a eficiência no uso da água; vi. Irrigações profundas ou pouco frequentes são mais baratas que as rasas e frequentes; vii. A água que percola abaixo da zona radicular deve ser retirada por drenagem natural ou artificia; viii. A quantidade de sal trazida pela água da irrigação deve ser contrabalanceada com a da água removida com a drenagem; Algumas questões importantes para a irrigação são quando irrigar, quanto aplicar e como aplicar, devendo ser baseados em pesquisas locais e não em práticas específicas que obtiveram sucessos em outras regiões. Para que sejam feitas irrigações corretas, são necessários analisar os fatores do solo, clima, planta e disponibilidade de água, considerando os fatores de solo, água e engenharia na determinação da aplicação de água. Outras relações entre a prática da irrigação e os fatores culturais como a variedade utilizada, a densidade de plantio, aplicação de fertilizantes e corretivos, presença de invasoras, forma da colheita, operações mecanizadas, etc. Lembrando que essa prática deve sempre visar a melhor função econômica para o ambiente de produção.

4 NECESSIDADE DE ÁGUA Determinar a quantidade de água necessária para a irrigação é um dos principais parâmetros para o correto planejamento, dimensionamento e manejo de qualquer sistema de irrigação, assim como, para avaliação dos recursos hídricos disponíveis. Quantidades de água superestimadas tem como resultado sistemas superdimensionados, que além de levar a aplicação da água em excesso encarece o custo da irrigação por área. A água necessária é a quantidade requerida pela cultura em determinado período de tempo de modo a não limitar seu crescimento e produção. A irrigação total necessária (ITN) é a quantidade de água a ser suprida pela irrigação em complemento às precipitações efetivas em atendimento à cultura. Dessa forma a ITN pode ser determinada através de períodos, mensal, trimestral ou conforme ciclo da cultura. A avaliação de períodos curtos para determinação da demanda máxima de irrigação gera valores altos levando ao superdimensionamento de sistemas. Porém, períodos longos contribuíram para que um projeto de irrigação seja subdimensionado. Nas nossas condições, períodos entre 5 a 10 dias são capazes de fornecer boas estimativas de consumo e perda de água, sendo o idela que o comprimento do período em que os dados são registrados sejam o mais próximo possível do turno de rega, isto é, do intervalo em dias entre duas irrigações sucessivas. A quantidade de ITN para determinado período pode ser estimada ela equação de balanço de água simplificada: ITN = ET Pe Ws s Ea Em que: ITN = lâmina total de irrigação necessária, no período; ET = somatório da evapotranspiração, no período; Pe = precipitação efetiva, no período; Ws = água proveniente do lençol freático, no período; s = variação do teor de umidade do solo, no período; e, Ea = Eficiencia da aplicação da irrigação, em decimal. Como normalmente Ws e s são valores pequenos, quando comparados com ET e Pe, esta equação pode ser descrita de forma mais simples: Considerando irrigação suplementar: ITN = ET Pe Ea Considerando irrigação total: ITN = ET Pe Ea A evapotranspiração com a precipitação são parâmetros para estimar a ITN. Regiões semi-áridas faz-se irrigação total. Nesse contexto a evapotranspiração é definida como a quantidade de água perdida para a atmosfera através do processo de transpiração vegetal e evaporação direta da superfície do solo durante determinado período de tempo. Essa pode ser expressa em valores totais, diários e médios, em volume por unidade de área ou por lâmina de água no período, dependendo principalmente da quantidade de energia solar recebida. Evaporação da água do solo em um solo saturado com água ou com lençol freático próximo a superfície, sua evaporação aproxima-se da evaporação de um recipiente com água, com a superfície livre exposta às mesmas condições atmosféricas. Transpiração processo ao qual a água retorna a atmosfera através dos estômatos das plantas sob a forma de vapor. Trata-se de movimento contínuo da água do solo para as raízes, seguindo para as folhas e destas para a atmosfera. Quando a capacidade de

5 transpiração exceder a capacidade de absorver água do solo ocorrerá o murchamento do vegetal. No interior da planta esse fluxo varia, podendo ficar entre 0,30 e 1,80 m/h. A principal fonte de calor é o sol, através de energia radiante, onde aproximadamente 585 calorias são capazes de evaporar um centímetro cúbico de água, à temperatura de C. Dessa forma a sazonalidade e a posição em relação ao globo terrestre são capazes de explicar os maiores e menores teores de água transferidos para a atmosfera. Há um outro processo em que a evaporação é influenciada pela percentagem e extensão de área coberta pelo vegetal. Evapotranspiração sua quantidade depende da planta, do solo e do clima, onde esse último predomina sobre os demais de modo que a quantidade de água varia com a extensão da área coberta pelo vegetal e com as estações do ano. Se a área não for coberta totalmente pela estrutura do vegetal, a energia que chega a ele será utilizada parcialmente na ET, menor quantidade de água será evaporada e grande parte da energia será utilizada para aquecer o ar e o solo. Com exceção para solos descobertos e saturados. Efeito Oásis é o fenômeno que descreve uma maior ET em plantas isoladas ou pequenos cultivos, por receberem energia solar direta sobre a área mais a energia da massa de ar quente e com baixa umidade das áreas próximas descobertas. Como exemplo podemos destacar a ET que foi de 2,6mm/dia em uma superfície com grama na primavera, e de 5,0 mm/dia, no outono, onde o campo próximo ao lisímetro estava coberto pela vegetação na primavera e com solo exposto no outono, na Califórnia. A ET varia com as culturas conforme a arquitetura da planta (ângulo da folha, altura e densidade), as características da folha (n estômatos e horas de sua abertura) e á duração do ciclo e da época de cultivo. Agua necessária durante o ciclo ou ano, para as respectivas culturas Algodão mm Feijão mm Arroz mm Fumo mm Banana mm Milho mm Batatinha mm Soja mm Café mm Sorgo mm Cana mm Tomate mm Cebola mm Verduras mm Citrus mm Uva mm Fonte: Salassier (2005). EVAPOTRANSPIRAÇÃO Existem vários métodos que estimam a evapotranspiração potencial, ou seja, quando não há deficiência de água no solo que limite seu uso pelas plantas. Conforme as características das plantas a evapotranspiração varia com as culturas, havendo assim uma necessidade definir a evapotranspiração potencial para uma cultura de referencia (ETo) e a evapotranspiração potencial (ETpc) e a real (ETc) por cultura, sendo assim definidas: 1. Evapotranspiração potencial de referência, inicialmente definido como evapotranspiração de uma superfície extensiva, totalmente coberta com grama de tamanho uniforme (8 a 15 cm), em fase de crescimento ativo em solo com ótimas condições de umidade, condições de manutenção que exigiram mudança de conceito, passando em 1990 (Smith 1991) a ser a equação de Penman-Monteith devido a consistência técnica e excelentes resultados. 2. Evapotranspiração potencial da cultura, representa a evapotranspiração da cultura quando a ótimas condições de umidade e nutrientes no solo, de modo

6 a permitir a produção potencial dessa cultura no campo. A relação entre ETpc e a ETo pode ser expressa pela seguinte equação: ETpc = kc Eto em que kc é o coeficiente da cultura 3. Evapotranspiração da cultura, quantidade de água evapotranspirada por uma determinada cultura sob condições normais de cultivo, sem a obrigatoriedade do teor de água permanecer próximo a capacidade de campo, o que nos leva a concluir que a ETc é menor, ou, no máximo igual a ETpc. ETc = Ks ETpc DETERMINAÇÃO DA ETo Em que Ks é o coeficiente que depende da umidade do solo. Para a determinação da evapotranspiração potencial de referência (ETo) são apresentados alguns métodos mais generalizados, divididos em dois grandes grupos, ou seja, diretos e indiretos. Métodos Diretos Os principais são: a) Lisímetros; b) Parcelas experimentais no campo; c) Controle da Umidade do solo; e d) Método de Entrada-Saída, em grandes áreas. A- Lisímetros Trata-se de tanques enterrados no solo, dentro dos quais se mede a evapotranspiração, sendo o mais preciso desde que devidamente instalado. Assim, os lisímetros podem ser divididos em dois grupos: pesáveis e não pesáveis. Lisímetros não pesáveis Drenagem ou percolação Tanque enterrado com dimensões mínimas de 1,5m de diâmetro por 1,0m de altura, no solo, deixando sua borda 5cm superior a superfície do solo. Do fundo do tanque sai um cano que conduzirá a água drenada a um recipiente. O tanque tem que ser cheio com solo do local, seguindo os mesmo horizontes, com 10cm de brita no fundo coberta com areia grossa. Representação esquemática (Salassier, 2005).

7 Assim, a evapotranspiração potencial de referencia em um período qualquer é dada pea seguinte equação: ETo = I + P - D S Em que: ETo = evapotranspiração potencial de referência, em mm; I = irrigação do tanque, em L; P = precipitação pluviométrica no tanque, em L; D = água drenada do tanque em L; e, S = área do tanque, em m 2. Os lisímetros precisam ser irrigado diariamente ou a cada dois dias, e sua precisão requer períodos por semana, quinzena ou mês. Lisímetros pesáveis Pesagem mecânica Esse lisímetro permite a determinação para períodos curtos, por hora ou diária. Utilizados em centros de pesquisa de modo que se possam calcular coeficientes de correção para ETo. Trata-se de um tanque apoiado sobre uma balança. A evapotranspiração potencial em um período qualquer entre duas irrigações é dada pela equação a seguir: ETo = P S Em que: ETo= evapotranspiração potencial de referencia, em mm/dia; P= variação no peso do tanque, em kg; e, S = área do tanque, em mm 2. Flutuante Hidráulico

8 B-Parcelas experimentais A água necessária durante o ciclo da cultura é calculada pela soma da quantidade de água aplicada nas irrigações, das precipitações efetivas durante o período e da quantidade de água que estava armazenada no solo antes do plantio menos a quantidade de água que estava armazenada no solo antes do plantio, menos a quantidade de água que ficou no solo após a colheita, em uma equação: n U = I + Pe + ( (Mi Ni) Dai hi i=l 100 sendo: U = agua necessária acultura durante o ciclo, em mm; I = quantidade total de irrigação, mm; Pe = precipitação efetiva durante o ciclo, em mm; n = n de camadas em que foi dividido o solo Mi = percentagem de umidade antes do plantio antes da enegésima camada de solo, % em peso; Ni = % de umidade após o ciclo da cultura na enegésima camada de solo, % em peso; Dai = densidade aparente da enegésima camda g/cm 3 ; Hi= altura de cada camada em que foi dividida a profundidade do solo em mm, em geral a cada 10cm. C-Controle da umidade do solo Determina a evapotranspiração de várias culturas e pode ser calculado pela seguinte equação n ET = (M li M 2i ) Dai hi i=l 200 sendo: ET = agua evapotranspirada entre duas sucessivas amostragens dentro de um intervalo de irrigação, em mm; n = n de camadas em que foi dividido o solo estudado; M li = percentagem de umidade da primeira amostragem na enegésima camada de solo, % em peso; M 2i = percentagem de umidade da segunda amostragem na enegésima camada de solo, % em peso; Dai = densidade aparente da enegésima camda g/cm 3 ; Hi= altura de cada camada em que foi dividida a profundidade do solo em mm, em geral a cada 10cm. Para determinar a evapotranspiração durante o ciclo da cultura, somam-se as quantidade determinadas nos intervalos de amostragens. É usado satisfatoriamente em solo bem drenados e profundos, por não influenciar na flutuação do teor de umidade na zona radicular da cultura.

9 Métodos Indiretos São aqueles que não dão diretamente a evapotranspiração, sendo necessário multiplicar o valor encontrado por um fator (k) a ser determinado para cada região. São divididos em dois grupos: Evaporímetros e Equações. A-Equações Existem atualmente várias equações baseadas em dados meteorológicos para determinação da ET, sendo a maioria de difícil aplicação, não só pela complexidade, mas pela exigência de um grande número de informações meteorológicas, obtidos em estações de primeira classe. Outras equações são mais difundidas, e serão apresentadas aqui, sendo: Método Blaney-Criddle Relaciona valores de ET mensal com o produto da temperatura média mensal pela percentagem mensal das horas anuais de luz solar, modificado pela FAO com ajustes climáticos locais. Essa equação de forma simplificada é apresentada a seguir: ETo = c [ ( 0,457 T + 8,13 ) P] onde: ETo = evapotranspiração potencial de referência, em mm/mês; c = coeficiente regional de ajuste da equação; T = temp média mensal, em C ; P = percentagem mensal das horas anuais de luz solar. P varia em função da latitude e o fator c de acordo com as condições regionais de brilho solar, velocidade diurna do vento e umidade relativa mínima diurna. Método Hargreaves Hargreaves aplicando análise de regressão em dados diários de evapotranspiração potencial de referencia de Davis-Califórnia, obteve a seguinte Equação: ETo = [ (T med + 17,8) 0,0056 R A ( Tmax Tmin )1/2] Em que: ETo = evap pot ref em mm/dia; c = fator de ajuste da equação; T med = temperatura média diária, C T max = temperatura max diária C T min = temperatura min diária C R A = radiação no topo da atmosfera, MJ m -2 dia -1 R A Obtido em tabela. Método de Penman-Monteith Representa uma evolução da estimativa da evapotranspiração pelo método de Penman, por incorporar métodos termodinâmicos, aerodinâmicos nas deduções de Allen (1998) resistência ao fluxo de calor sensível e vapor de água e resistência da superfície a transferência de vapor. Recomendado como método padrão FAO para estimar a ETo, sendo:

10 onde: Rné a radiação líquida total diária (MJ m-2 d-1); G é o fluxo de calor no solo (MJ m-2 d- 1); γ = 0,063 KPaºC-1 é a constante psicrométrica; T é a temperatura média do ar (ºC); U2é a velocidade do vento a 2 metros de altura (ms-1); es é a pressão de saturação de vapor (kpa); ea é a pressão parcial de vapor (KPa); s é a declividade da curva de pressão de vapor na temperatura do ar, em KPaºC-1. B-Evaporímetros São equipamentos usados para medir a evaporação da água de duas formas, a com superfície livremente exposta (tanque de evaporação); e com a superfície porosa (atmômetros). B.1. Atmômetros Evaporímetro de Piché tubo de 22,5 cm de comprimento e 1,1 cm de diâmetro graduado em décimo de milímetro com uma das extremidades fechada. Na aberta prende-se um disco de papel de 3,2 cm de diâmetro por meio de anel. Possui agua destilada e é preso na vertical, onde a evaporação se dá pelo disco sendo determinada pela variação da água no tubo. Atmômetro de Ligingston esfera oca de porcelana porosa de 5cm de diâmetro com parede de 3mm de espessura, conectada por um tubo a um reservatório contendo água destilada. Sempre mantidos cheios, onde a água evaporada em mm é determinada pelo volume de água no reservatório. Atmômetro de Bellani consiste em um disco de porcelana porosa, em geral preto, com 8,5 cm de diâmetro, conectado à boca de um funil. A água destilada é conduzida ao funil por meio de uma bureta, que funciona como um reservatório. A quantidade de água evaporada, em mm, é determinado pela variação de água na bureta.

11 B.2. Tanque de evaporação Há vários tipos de tanques de evaporação, um de uso frequente chegou a ser conhecido internacionalmente. Tanque Classe A, em virtude do baixo custo de implantação e fácil manejo, tem sido empregados em diversos projetos de irrigação. Mede a evaporação de uma superfície de água livre, associada aos efeitos integrados da radiação solar, vento, temperatura e umidade do ar. Consiste de um tanque em aço inox ou galvanizado, com diâmetro de 1,21 cm e 25,5 cm de profundidade, instalado sob um estrado de madeira de 15 cm de altura, cheio de agua até 0,5cm da borda, não devendo baixar mais de 7,5cm. Sua evaporação é medida com um parafuso micrométrico assentado sobre um poço tranquilizador de metal com tripé assentado no fundo do tanque. Nesse poço pode-se instalar uma régua graduada para as leituras em milímetros, não tão precisa quanto no parafuso micrométrico. O ato de os processo de evaporação de agua livre no tanque (EV) e a ETo serem semelhantes apenas os seus aspectos físicos, converte-se EV em ETo, considerando as condições onde o tanque está instalado e as condições meteorológicas local. ETo = Kt EV em que: Kt = coeficiente do tanque; e, EV = evaporação do tanque, em mm/dia.