NÚCLEO DE ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA Escola de Agronomia Departamento de Engenharia Agrícola NÚCLEO DE ENGENHARIA DE ÁGUA E SOLO Vital Pedro da Silva Paz vpspaz@ufba.br Francisco A. C. Pereira pereiras@ufba.br Aureo Silva de Oliveira aureo@ufba.br

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA ASPERSÃO CONVENCIONAL - Projeto e Dimensionamento - AGR 182 Irrigação e Drenagem Prof. Vital Pedro da Silva Paz vpspaz@ufba.br

3 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO Projeto INFORMAÇÕES GERAIS Cultura: xxxxxxxx Profundidade do sistema radicular: 40 cm Altura média m da cultura: 2,0 m Evapotranspiração máxima: 4,5 mm/dia Disponibilidade de água no solo: 50% Solo: Capacidade de campo: Ucc = 32% Ponto de murcha permanente: Upm = 17% Densidade global: dg = 1,2 g/cm 3 Velocidade de infiltração básica: b VIB = 10 mm/h

4 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Área: Dimensões: 400m x 540m (21,6 ha) Declividade: 4% 540m 4% 400m Rio

5 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto INFORMAÇÕES TÉCNICAST Aspersor Critério rio de escolha: Ia VIB (Catálogo dos fabricantes) Aspersor: : Tipo, modelo Diâmetros dos bocais: (mm x mm) Pressão de serviço: Ps = 3,5 kgf/cm 2 = 35 m.c.a. Vazão do aspersor: q a = 3,93 m 3 /h Espaçamento: amento: E = 18m x 24m Intensidade de aplicação: IA = 9,10 mm/h Tubulação Aço zincado: : C = 120 PVC: C = 140 Disposição do sistema no campo Critério: rio: facilidade operacional, declividade do terreno (sempre que possível, linhas laterais em nível, n custos,...)

6 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Disposição do sistema em campo 270m 4% 400m MB

7 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 1. Lâmina de irrigação Disponibilidade total de água DTA = ( θ θ )Z CC PM DTA = (0,32 0,17)x1,2x40 = 7,2cm = 72mm Disponibilidade real de água DRA = f DTA DRA = 0,50x72 = 36mm

8 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Lâmina bruta de irrigação Considerando uma eficiência de irrigação de 80% (mínimo de 75% para sistemas de irrigação por aspersão), visto que em sistemas pressurizados ocorrem perdas na condução e distribuição da água; os efeitos de temperatura e vento podem ser significativos no arrastamento e deriva da água aspergida pelos aspersores DRA 36,0 Lb = = = 45mm Ef 0,80

9 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 2. Turno de rega (ou intervalo entre irrigações) A reposição de água à cultura, via irrigação, deve ocorrer toda vez que for consumido 50% da disponi- bilidade total de água no solo (DRA = 36,0mm), sabendo-se se que a cultura a ser explora demanda ou necessita de 4,5mm/dia (ETm( ETm), tem-se portanto: DRA 36,0mm TR = = = 8 ETm 4,5mm/ dia dias

10 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 3. Tempo de irrigação Para assegurar uma reposição uma lâmina líquida de 36,0mm, considerou-se se uma eficiência de irrigação de 80% e com isso Lb = 45mm; A reposição será por meio de aspersores que apresentam IA = 9,1mm/h (< VIB) Assim, Ti Lb 45,0mm = = = 4,95 horas Ia 9,1mm / h 5 horas Se não é considerado tempo de mudança para as tubulações, pressupõe-se a opção de linhas de espera

11 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO Projeto Como dispor em campo?

12 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto nstalação/disposi ão/disposição em campo

13 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto nstalação/disposi ão/disposição em campo

14 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto NEAS

15 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto NEAS nstalação/disposi ão/disposição em campo Uma linha lateral móvel em operação (sem linha de espera) (com linha de espera)

16 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto NEAS nstalação/disposi ão/disposição em campo Duas linhas laterais móveis em operação (sem linha de espera) (com linha de espera)

17 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto NEAS nstalação/disposi ão/disposição em campo Quatro linhas laterais móveis em operação (com ou sem linha de espera)

18 SISTEMA POR ASPERSÃO Projeto NEAS nstalação/disposi ão/disposição em campo RETANGULAR El Ea El Ea 12m x 18m 18m x 24m 24m x 36m Ea x El : 18m x 24m

19 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 4. Posições da linha lateral Na disposição do sistema no campo a opção foi pela localização da linha principal no centro do terreno; com isso as linhas laterais se movimentarão no terreno em ambos os lados, 4.1. Comprimento da linha principal CP = 400 m (comprimento teórico, correspondente ao trecho onde efetivamente ocorrerá linhas laterais) movimentação das

20 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 270m 400m MB

21 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Posições da linha lateral

22 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Assim, 4.2. Número N de posições da linha lateral CP 400 N = = = 16, 6 El 24,0 posições A opção de 16 ou 17 posições ficará a cargo do projetista observando os limites e a possibilidade de maior área a ser irrigada; ressalta-se a necessidade de verificar a funcionalidade e operacionalização do sistema com 16 ou 17 posições

23 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 5. Número total de posições da linha lateral Considerando a instalação da linha principal no centro do terreno, para 16 posições em cada lado: N' = 2N = 16 x 2 = 32 posições 6. Comprimento efetivo da linha principal Visto que a irrigação ocorrerá ao longo de 16 posições, em cada lado da linha principal, a posição da linha lateral na extremidade do terreno poderá se considerado igual a metade do espaçamento entre linhas; como 16 posições tem-se, portanto, 15 trecho de 24m: CP = 15x24 = 360 m NEAS

24 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 7. Número N de posições a serem irrigadas por dia A reposição de água deverá ocorrer a cada 8 dias (TR = 8 dias) Tratando-se de sistemas de irrigação por aspersão convencional, em que as tubulações se movimentam ao longo do terreno, com um total de 32 posições da linha lateral, toda a área deverá ser irrigada no máximo m em 8 dias.

25 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 7. Número N de posições a serem irrigadas por dia É preferível, sempre que possível, que a irrigação seja completada em TR-1 1 dias (Período de Irrigação), reservando um dia para reparos e manutenção do sistema, além m de folga semanal; porém, é viável vel realizar a irrigação em um período igual ao turno de rega Assim, fazendo PI = TR, tem-se: NP N 32 posições = = = 4 pos PI 8 dias / dia

26 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 8. Número N de posições que cada lateral deve irrigar por dia, considerando a jornada de trabalho na propriedade Tratando-se de irrigação, é normal considerar uma jornada de trabalho (JT) superior a 12h/dia, porém, inferior a 20h (caso da irrigação por aspersão convencional) Considerando JT = 12h/dia e sabendo-se se que o tempo de irrigação (Ti) necessário para repor a lâmina de água à cultura é de 5 h/posição, tem- se: N pl = JT Ti = 12 h / dia 5 h / pos / dia = 2,4 pos / lat / dia 2 pos/lat/dia

27 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto Ajustando: Npl Npl = 2 pos/lat lat/dia A jornada de trabalho será de 10 horas/dia efetivas de funcionamento do sistema, restando outras 2 h para mudanças as de posição da lateral, se este for o caso, ou para reparos e manutenção do sistema. 9. Número N de laterais necessárias Para irrigar toda a área em 8 dias (PI = TR), 4 posições devem ser irrigadas por dia, totalizando 32 posições; com a jornada de trabalho estabelecida, cada lateral funcionará em 2 posições por dia. Assim, NL = NP N PL = 2 4 pos / dia pos / lat / dia = 2 laterais

28 IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO - Projeto 10. Vazão total necessária (vazão de projeto) Qn = PI A x x Tf Lb x 3600 Qn vazão necessária; l/s A área total a ser irrigada; m2 Lb lâmina bruta de irrigação; mm PI período de irrigação; dias Tf tempo de funcionamento do sistema, por dia; h Qn = x 45,0 3 = 33,75 l / s = 121,5 m 8 x 10 x 3600 / h

29 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral Dimensionamento hidráulico de linhas laterais de irrigação por aspersão (tubulações de múltiplas saídas)

30 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.1. Comprimento da linha lateral De acordo com a disposição do sistema na área, o comprimento teórico da linha lateral será: LL = 270 m 1.2. Espaçamento dos aspersores na linha lateral Com a escolha do aspersor, tem-se que o espaçamento entre aspersores na linha será: Ea = 18 m

31 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.3. Número de aspersores na linha lateral Para um comprimento de 270 m e aspersores espaçados de 18 m, tem-se: LL 270 Na = = = 15 aspersores El

32 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.4. Comprimento efetivo da linha lateral Com a linha principal no centro do área, o primeiro aspersor deverá funcionar à metade do espaçamento (Ea/2 = 9m), complementando a aplicação em ambos os lados da área dividida Ea/2 Ea

33 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.4. Comprimento efetivo da linha lateral Assim, Ea 18 Ll ' = = ( Na 1) Ea + = ( 15 1) 18 + m Comercialmente, como as tubulações têm comprimento padrão de 6m, serão adquiridos 44 tubos, totalizando 264 m de tubulação; entende-se que hidraulicamente o funcionamento se dá em 261m, comprimento considerado para efeito de dimensionamento.

34 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.5. Número de saídas Hidraulicamente verifica-se que uma linha lateral de irrigação por aspersão constitui uma tubulação com múltiplas saídas (aspersores), correspondente ao número de aspersores em funcionamento; portanto: N = Na = 15

35 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 1. Linha lateral 1.6. Vazão da linha lateral Sendo uma tubulação de múltiplas saídas, a vazão da linha lateral corresponde a vazão de todos os aspersores em funcionamento; Portanto: QLL = Na x q a QLL = 15 x 3,92 m 3 /h = 58,98 m 3 /h

36 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 1 Equação de Hazen-Willians (perda de carga ao longo de uma tubulação sob pressão) 1,852 hf = 87 Q 10,645 C 1 4, D L Tratando-se de uma tubulação com múltiplas saídas, cuja vazão decresce com o comprimento, a perda de carga deve ser ajustada por um fator de correção apresentado por Christiansen (F), tabelado, ou estimado a partir das seguintes expressões:

37 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 1 F = 1 m N + m 1 6 N 2 Sendo: m expoente da velocidade ou da vazão na equação de perda de carga; N número de saídas (no caso, correspondente ao número de aspersores) Q = 10,645 C 1,852 hf 4, 87 D 1 L F

38 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais Deve-se permitir no máximo uma variação de vazão de 10% entre os aspersores extremos na lateral. Assumindo que todos os aspersores são iguais (teoricamente todos apresentam a mesma área da secção transversal do bocal e o mesmo coeficiente de descarga), cuja vazão é função da pressão, para uma variação de vazão de 10%, a pressão pode variar de aproximadamente 20%, como demonstrado a seguir. A variação de 10% da vazão assegura uma regularidade e uniformidade aceitável ao longo do comprimento L, sem maiores efeitos na distribuição da água para a cultura.

39 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais ΔQ = 10% ΔP 20% 1 2 Linha principal Linha lateral

40 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais ΔQ = 10% ΔP 20% Se a vazão varia com a pressão e sendo o aspersor 1 localizado no início da LL e o aspersor 2 localizado na extremidade da linha: q 2 i = Cd A g H i q i = k H i q 1 = k H 1 q 2 = k H 2 Para uma vazão unitária do aspersor da extremidade (q 2 = 1), o aspersor do início da linha lateral deve ter vazão 10% superior (q 1 = 1,10), ou seja, q 1 = 1,10 q 2

41 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais ΔQ = 10% ΔP 20% Sendo assim: k H 1,1 H H = 1 1,1 qq H 2 q 1 = q2 k H 2 2 H 2 H 1 = = (,1) = 1, 21 H Resulta, portanto, que: H1 = 1,21 H2

42 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais ΔQ = 10% ΔP 20% Para assegurar uma variação de vazão de 10% entre os aspersores extremos da LL, e portanto, ao longo de toda a tubulação, a variação de pressão permitida é 21%. A variação de pressão é expressa em relação a pressão de serviço do aspersor.

43 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico REVISÃO DE HIDRÁULICA - 2 Critério para Dimensionamento de Linhas Laterais ΔQ = 10% ΔP 20% Hidraulicamente, variação de pressão em uma tubulação de condução de água é sinônimo de perda de carga (hf); Assim, a máxima perda de carga permitida na Linha Lateral de aspersores será de 20% (hfmax = 0,20 Ps)

44 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL Como foi demonstrado anteriormente, sendo uma tubulação com múltiplas saídas, a pressão ao longo do comprimento L, deve variar no limite de 20% da pressão de serviço do arpersor, de forma que a vazão não varie mais que 10%. A linha lateral pode estar disposta na superfície do terreno em três situações: em nível, em aclive e em declive.. A perda de carga corresponde a diferença de pressão entre o início e o final da linha lateral (aspersores extremos);. NEAS

45 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL A distribuição de pressões obedece ao que está representado na figura abaixo, para linhas em nível, aclive ou declive. ¾ da perda de carga ocorre a cerca de 40% do comprimento total da tubulação. A pressão de serviço (ou aspersor) está localizada a aproximadamente 0,4 L.

46 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL Pin ¾hf hf Ps Pf 1/4 hf 0,4 L L

47 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL a) Linha lateral em nível hf = 0, 20 P s 3 Pin = Ps + hf + 4 Aa 1 Pf = Ps hf + 4 Aa

48 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL a) Linha lateral em aclive 0,20 P s = hf + ΔZ 3 1 Pin = Ps + hf + ΔZ Pf = Ps hf ΔZ Aa Aa 0,4L Ps ½ ΔZ ΔZ

49 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES NA L. LATERAL a) Linha lateral em declive 0,20 P s = hf ΔZ 0,4L 3 1 Pin = Ps + hf ΔZ Aa ΔZ Ps 1 1 Pf = Ps hf + ΔZ Aa ½ ΔZ

50 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico RETORNANDO Perda de carga na linha lateral Como a linha lateral está em nível (verificar a área do projeto), tem-se hf = 0,20 Ps hf = 020 x 35,0 = 7,0 m.c.a

51 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico RETORNANDO Diâmetro da linha lateral Ql = 58,95 m 3 /h = 0, m 3 /s L = 261 m F = 0,385 C = 120 hf = 7,0 m.c.a F 0, = 10, , , D, 87 D = 0,0952m = 95,2mm Dc = 100mm 261 ( 0,385) Q = 10,645 C 1,852 hf 4, 87 1 = + m N D L N 2 F m 1

52 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico RETORNANDO Diâmetro da linha lateral (Diâmetro comercial Dc = 100mm) Perda de carga corrigida 1,852 0, hf = 10, ( 0,385) hf = 5,51m 4, ,1 Pressão no início e no final da linha lateral 3 Pin = 35,0 + 5,51 + 2,0 = 41, 13m 4 1 Pf = 35,0 5,51 + 2,0 = 38, 37m 4 NEAS

53 ASPERSÃO - Dimensionamento Hidráulico 2. Linha Principal Em construção...