FILTRO DE AREIA PORTÁTIL PARA PEQUENOS PROJETOS DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA

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1 1 FILTRO DE AREIA PORTÁTIL PARA PEQUENOS PROJETOS DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA M. B. Teixeira 1 ; C. F. de Oliveira 2 ; R. M. da Silva 3 ; F. N. Cunha 4 ; J. A. Frizzone 5 ; A. Ramos 6 RESUMO: O filtro de areia é um método de tratamento bastante antigo, porém tem um funcionamento semelhante ao dos filtros lentos das estações de tratamento de água e por isso objetivou-se avaliar a perda de carga em função da vazão de um filtro de areia desenvolvido para pequenos projetos de irrigação localizada. Os ensaios foram realizados no laboratório de hidráulica do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo. Para realizarem-se as leituras de vazão utilizouse um medidor magnético indutivo Conaut-Krohne modelo IFS 4000 W/6 com conversor de sinal IFC 090 D e com faixa de leitura de 0-90 m3 h -1 e precisão de 99%. A perda de carga em cada ponto de leitura foi determinada, indiretamente, utilizando dois manômetros diferenciais com coluna de mercúrio. Foram realizadas um conjunto de 20 leituras de vazão em três análises diferentes (repetições). O filtro de areia apresentou capacidade de suprir água para uma área irrigada com até 0,810 ha. O modelo matemático linear descreveu adequadamente a perda de carga do filtro de areia em função da variação da vazão. PALAVRAS-CHAVE: filtração; qualidade da água; perda de carga. SAND FILTER PORTABLE SMALL IRRIGATION PROJECTS LOCATED SUMMARY: The trials were carried out in the laboratory of hydraulic Department of Biosystems Engineering School of the Agriculture "Luiz de Queiroz", São Paulo University. The read's of the Were Measured flow used one rater the magnetic-inductive Conaut Krohne IFS 4000 model w / 6 with IFC 090 D convert signal and read range of 0-90 m3 h -1 and 99% accuracy. The loss of pressure at each read point was determined, indirectly, using two differential pressure gauges with a mercury column. Were performed a set of 20 flow readings in three different tests (repetition). The sand filter has the ability to supply water to an irrigated area is up to ha. The linear mathematical model adequately describes the loss of pressure of the sand filter in function of flow variation. Engenheiro Agrônomo, Prof. Dr. IFGoiano Campus Rio Verde, GO. Fone (64) marconibt@gmail.com 2 Engenheiro Agrônomo, Doutor em Agronomia, Departamento de Engenharia de Biossistemas, LEB - ESALQ/USP, Piracicaba - SP. 3 Engenheiro Agrônomo, Doutorando, Departamento de Engenharia de Biossistemas, LEB - ESALQ/USP, Piracicaba - SP. 4 Bolsista de Iniciação Científica CNPq, Agronomia, IFGoiano Campus Rio Verde GO. 5 Engenheiro Agrônomo, Prof. Titular, Departamento de Engenharia de Biossistemas, LEB - ESALQ/USP, Piracicaba - SP. 6 Engenheira Agrônoma, Profa. Dra. Universidade Estadual da Bahia, Ilhéus, BA

2 KEYWORDS: filtration; water quality; loss of load. INTRODUÇÃO O entupimento de emissores na irrigação localizada é causado por partículas minerais, orgânicas e precipitados químicos que afetam o desempenho hidráulico, reduzindo a vida útil de seus componentes e com isso os problemas de manutenção e, conseqüentemente, os custos de operação do sistema, reduzindo a uniformidade de distribuição da água e queda na eficiência da irrigação. De acordo com Testezlaf (2008), a utilização de filtros de meios porosos, principalmente tendo como meio filtrante a areia, é recomendado quando a água possui contaminação orgânica e de algas, sendo o seu correto dimensionamento e operação essenciais para reduzir os problemas de obstrução dos emissores. Dehghanisanij et. al. (2004), ao avaliarem o impacto de contaminantes biológicos no entupimento de gotejadores, concluíram que o filtro de areia foi mais efetivo na remoção desses agentes. A existência de poucas referências bibliográficas sobre projeto desses filtros e de informações técnicas insuficientes e dispersas sobre a sua operação, de forma apropriada para as condições brasileiras e associadas à assistência técnica limitada, determinam que as funções estabelecidas para o equipamento não sejam plenamente alcançadas, frustrando os agricultores com o baixo desempenho dos sistemas de irrigação. Dessa forma, esse trabalho refere-se à construção de um filtro de areia portátil com baixo custo de fabricação, e consequentemente a determinação de sua perda de carga e vazão suficiente para atender pequenos projetos de irrigação localizada (até 0,810 ha). MATERIAL E MÉTODOS O desenvolvimento e caracterização do filtro de areia portátil foi conduzido no Laboratório de Irrigação do Departamento de Engenharia de Biossistemas, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz - ESALQ/USP, campus de Piracicaba SP. Para construção do filtro de areia portátil utilizou-se um tubo de PVC 200 mm, com diâmetro de 8, com altura total de 1,00 m, denominado de carcaça. Na parte inferior do filtro foi instalado o cap de 8 (tampão) juntamente com as cripinas. Na carcaça do filtro (parte superior) foi instalado medidor de pressão, e duas tomadas (superior e inferior) de diâmetro de 1, para executar a retrolavagem do filtro quando necessário (Figura 1). No final da tubulação superior de 1 localizada entre a camada de areia e a flange foi desenvolvido e adaptado um distribuidor de fluxo de água, com altura de 0,18 m acima da camada de areia. Entre o distribuidor de fluxo de água e a camada filtrante há um espaço de 0,15 m destinado à expansão do leito filtrante, durante a retrolavagem. O filtro de areia após ter sido construído foi fixado com parafusos e braçadeiras de metal em um carrinho de duas rodas de forma a tornar o mesmo portátil e fácil adaptação em sistemas de irrigação localizada (até 0,81 ha) com vazão por setor irrigado de até 0,556 m 3 h -1.

3 Figura 1. Desenho esquemático do filtro de areia portátil. Foi utilizado um sistema moto bomba da marca KSB, modelo Hydrobloc P1000, para aplicação de água, sendo o mesmo acoplado a um reservatório de PVC com capacidade para 500 litros. Para realizar-se a leitura de vazão utilizou-se um medidor de vazão magnético indutivo Conaut - Krohne modelo IFS 4000 W/6 com conversor de sinal IFC 090 D e com faixa de leitura de 0-90 m 3 h -1 e precisão de 99%. Para determinação da perda de carga em função da vazão circulante, de onde gerou-se o modelo matemático (equação 1), foram realizadas um conjunto de 20 leituras de vazão em três análise diferentes (repetições) utilizando-se dois manômetros diferenciais com coluna de mercúrio e registros de 1 para monitoramento do ensaio (Figuras 2). Figura 2. Esquema experimental para determinação da perda de carga em função da vazão circulante. Hf = ß 0 + ß 1 Q (eq. 1) em que: Hf = perda de carga no filtro, m; Q = vazão que escoa através do filtro, m³.h -1 ; ß 0 = coeficiente de permeabilidade característico do material filtrante, adimensional; ß 1 = coeficiente de permeabilidade associado à perda de carga e a vazão unitária. A vazão máxima utilizada no ensaio, para o modelo de filtro de areia desenvolvido foi a recomendada pela ASAE (1993) com vazões entre 10 e 18 L.s -1.m -2.

4 A análise estatística foi realizada utilizando-se o programa SAS (1999), pelo procedimento GLM (Modelo Linear Generalizado). Adotou-se o delineamento inteiramente aleatorizado, com utilização dos testes F para análise de variância e análise de regressão. RESULTADOS E DISCUSSÃO Com os valores experimentais de perda de carga em função da vazão, procedeu-se a um ajuste de curvas procurando um modelo matemático que melhor demonstrasse um valor significativo de correlação entre as variáveis. Para Testezlaf et. al. (1995) o conhecimento dessa característica permite o dimensionamento correto do filtro para cada condição de projeto apresentado. A Figura 3 ilustra a curva ajustada aos valores de perda de carga do filtro de areia com mesh Figura 3. Perda de carga em função da vazão para o filtro de areia desenvolvido e respectiva equação de perda de carga. Na Tabela 1, é possível afirmar que o modelo linear explica o comportamento hidráulico do filtro de areia, a 1% de significância (Tabela 1), observando que a equação da perda de carga do filtro de areia (Hf =1, ,9722Q) foi estatisticamente significativa descrevendo um modelo matemático linear de forma a explicar a variação da perda de carga no filtro de areia em função da vazão circulante com um R 2 de 0,8583. Tabela 1. Análise de variância para os dados coletados Fonte de Soma dos Graus de Quadrado F Pr > F Variação Quadrados Liberdade Médio Regressão 55, , ,29 <.0001 Erro 9, ,15682 Total 64, Embora o coeficiente de determinação não seja muito elevado o ajuste foi significativo com uma probabilidade P < 0,05 (Tabela 2) para os coeficientes e de P < 0,01 para o modelo (Tabela 1), indicando uma forte relação do modelo linear entre as variáveis vazão e perda de carga. Tabela 2. intervalos de confiança para os parâmetros da análise de regressão Coeficientes Valor Erro Padrão Valor - t Intervalo de confiança 95% ß 0 1, , , , ,60372 ß 1 5, , , , ,61104 Durante os ensaios observou-se que a perda de carga especifica no filtro quando limpo, foi superior a recomendada para filtros de areia. Puig-Bargués et al. (2005) citam que, a alta

5 pressão, interna, em filtros podem deformar as partículas biológicas que são retidas no meio filtrante e pode passar através do filtro reduzindo a eficiência do sistema de filtração. CONCLUSÕES A vazão máxima utilizada no ensaio, para o modelo de filtro de areia desenvolvido atendeu a recomendação proposta pela ASAE (1993) com vazões entre 10 e 18 L.s -1.m -2. O filtro de areia desenvolvido tem capacidade de suprir água para uma área irrigada com até 0,810 ha. A perda de carga em decorrência da vazão circulante nos filtros de areia pode ser descrita pelo modelo matemático linear. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro a esta pesquisa, através do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Engenharia da Irrigação (INCTEI). REFERÊNCIAS ASAE EP405.1 Design and installation of microirrigation systems, St Joseph: ASAE STANDARDS Dec.92., p. DEHGHANISANIJ, H.; YAMAMOTO, T.; RASIAH, V. Impact of biological clogging agents on filter and emitter discharge characteristics of microirrigation system. Irrigation and Drainage, Malden, v.53, n.4, p , PUIG-BARGUÉS J; BARRAGÁN J; RAMI REZ DE CARTAGENA F. Filtration of effluents for microirrigation systems. Transactions of the ASAE, v.48, n.3, p , TESTEZLAF, R.; RAMOS, J.P.S. Sistema automatizado para determinação de perda de carga em filtros de tela e discos usados na irrigação localizada. EMBRAPA, Brasil, v.30, n.8, p , TESTEZLAF, R. Filtros de areia aplicados à irrigação localizada: Teoria e prática. Engenharia Agrícola, Jaboticabal. v.28. n.3. p , 2008.