UNIFORMIDADE DE APLICAÇÃO DE ÁGUA POR MICROASPERSORES OPERANDO EM POSIÇÃO INVERTIDA

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1 UNIFORMIDADE DE APLICAÇÃO DE ÁGUA POR MICROASPERSORES OPERANDO EM POSIÇÃO INVERTIDA SILVIO C. SAMPAIO MAURO K. KOBAYASHI MARCUS METRI CORRÊA TERMOS PARA INDEXAÇÃO: Microaspersão, uniformidade. RESUMO Objetivou-se avaliar o comportamento da uniformidade de aplicação de água por três microaspersores operando em posição invertida, em diferentes alturas e espaçamentos. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa- MG, em condições isentas de vento. A avaliação dos microaspersores foi realizada por meio de semiperfis, perfis tridimensionais e Coeficientes de Uniformidade de Christiansen. Os microaspersores testados foram da marca DAN, com dispositivos giratórios, modelo 99, 944 e (autocompensante), submetidos à pressão de serviço de kpa e alturas de ;,;,;, e, metros. Realizaram-se simulações com espaçamentos de x,,x,, x,,x,, x,,x, e 4x4 metros, para obter os respectivos Coeficientes de Uniformidade de Christiansen, e as simulações foram feitas com os perfis médios de três repetições com microaspersores, de cada modelo, sorteados ao acaso. Durante o ensaio coletou-se a água escoada nos microaspersores testados, com a finalidade de quantificar e avaliar o e- feito dessa perda. Pelos resultados, conclui-se que a altura e o espaçamento tiveram efeito direto na uniformidade de distribuição de água por todos os microaspersores avaliados, sendo a altura a que mais influenciou essa uniformidade. Esses efeitos foram amenizados para o microaspersor que possuiu maior alcance e semiperfil de distribuição do tipo retangular. WATER APPLICATION UNIFORMITY BY SPINNERS OPERATING IN AN INVERTED POSITION ABSTRACT The objective of this research was to evaluate the water application uniformity by three spinners operating in up side down position at five different heights and spacings. The tests were performed in an environment with no wind, at the Hydraulic Laboratory of the Agricultural Engineering Department of the Viçosa Federal University MG. The evaluated spinners were performed by profile-half, tridimensional-profile and Christiansen s Coefficient. The evaluated spinners were of the DAN trademark, models 99, 944 and (pressure compensator), which were submitted to kpa pressure and installed at heights of.;.;.;. and. meters. Simulations of the water distribution were done, INDEX TERMS: Spinners, uniformity. considering spinners spacing of.x.;.x.;.x.;.x.;.x.;.x.; and 4.x4. meters, aiming to obtain the Christiansens s Coefficients. Each simulation was done using the average profile resulting of tests done with three spinners, of every model, chosen by chance. During the tests, the water decanted from spinners was collected, in order to quantify and to evaluate the effect of the lost water. The results showed that the height and the spacing had a direct effect on the uniformity distribution for all spinners evaluated, although the uniformity was more influenced by the height. The effects were reduced for spinners having largest range distances and semi-profile distribution of the rectangular type.. DS - Professor Adjunto da UNIOESTE/CASCAVEL. Professor do curso de mestrado em Engenharia Agrícola- Engenharia de Sistemas Agroindustriais.. MS, Doutorando do DEA/UFV. Bolsista do CNPq.. MS, Doutorando do DEA/UFV. Bolsista do CNPq. Professor Assistente da UNIOESTE/CASCAVEL. INTRODUÇÃO

2 6 A irrigação localizada iniciou-se com o desenvolvimento e a utilização do gotejador, para aplicação da água em pequenas vazões, alta freqüência e pequena área molhada, de modo a manter a umidade sempre próxima à capacidade de campo. Com a necessidade de aumentar a área molhada e atender a maiores demandas, surgiu a microaspersão. A irrigação localizada por microaspersão é muito utilizada para cultivo de frutíferas em regiões áridas ou semi-áridas, onde há alguma escassez de água, obtendo, dessa forma, uma alta eficiência de aplicação. Em ambientes protegidos, o método é bastante utilizado, não apenas pela alta eficiência, como também pela grande adequabilidade do método a esse tipo de cultivo. Conforme Vermeiren e Joblin, citados por Favetta (99), na irrigação localizada, a água é conduzida por uma rede de tubulações até o ponto de infiltração no solo. Por esse motivo, a distribuição de água aplicada por cada emissor representa bem a distribuição de água do sistema de irrigação. Segundo Pizarro (97), a distribuição de á- gua caracteriza todo o sistema de irrigação, tendo efeitos diretos tanto no projeto como no seu funcionamento. Savaldi, citado por Costa (994), ressalta os fatores que influenciam a uniformidade de distribuição de água em microaspersão: - posição vertical do microaspersor: para obter uma ótima distribuição, o microaspersor deve ser colocado sobre um suporte vertical, a uma altura de cm do solo e distante de 6 cm do tronco das árvores. - ângulo de irrigação: quanto maior o ângulo de aplicação de água, menor será a uniformidade de distribuição; por isso, recomenda-se a aplicação o mais horizontal possível. - elemento distribuidor: em geral, a uniformidade de distribuição do microaspersor com elemento giratório dinâmico tem uma forma trapezoidal, sendo melhor que a do difusor com elemento de distribuição estático, que tem uma forma triangular. - pressão de serviço: uma pressão maior que a pressão nominal de trabalho pulveriza o jato, causando acúmulo de água próximo ao emissor e déficit no perímetro molhado. Por outro lado, quando a pressão de trabalho é menor que a nominal, as gotas d água são maiores, podendo alcançar maiores distâncias, o que causaria um maior acúmulo de água no perímetro e déficit de água perto do microaspersor. - reguladores e amortecedores: os reguladores têm a função de manter as pressões e vazões constantes e controlar, assim, o tamanho das gotas de água na saída do emissor, como também o diâmetro molhado. O amortecedor mantém uma velocidade adequada no bocal e evita o efeito de nebulização. Em ambos os casos, obtém-se uma melhoria na uniformidade de distribuição de água. - tronco e folhagem da árvore: O tronco constitui um obstáculo permanente. Em plantas jovens, o microaspersor pode ser colocado perto do tronco, mas depois de algum tempo, muda-se para uma distância de 6 cm. Quanto à folhagem, deve-se cortar todos os ramos que estejam no caminho do jato. - vazão nominal: em geral, microaspersores com vazões menores têm deficiência na distribuição de água. Microaspersores com vazão entre 7 e 9 l/h possuem melhores uniformidades do aqueles de a 9l/h. Para que essa prática seja eficiente e consiga dar sustentação ao objetivo de seus usuários, é necessário um bom conhecimento sobre o desempenho dos aparelhos e dispositivos usados na irrigação. Vários trabalhos foram conduzidos nesse sentido, Sampaio, Vilela e Faria (99), Costa (994), Nogueira (99) e Paes (9). Entretanto, a maioria dos trabalhos realizados avaliou a distribuição de água dos microaspersores sempre operando no solo, não fazendo nenhuma ressalva quanto ao seu uso em casa-de-vegetação e frutíferas conduzidas em latas, onde os mesmos são colocados invertidos e suspensos de maneira a facilitar o manejo. Em geral, os catálogos técnicos também não apresentam nenhuma informação sobre esse assunto. Nesse contexto, com este trabalho procurou-se avaliar as características de distribuição de água de três microaspersores da marca DAN, operando invertido às alturas de ;,;,;, e, metros e espaçamentos de,x,;,x,;,x,;,x,;,x,;,x, e 4,x4,, com o objetivo de avaliar o comportamento de suas uniformidades de aplicação em função destes dois fatores: altura e espaçamento, obtendo-se assim, parâmetros técnicos essenciais para um dimensionamento mais criterioso do sistema em casas-de-vegetação ou em campo, onde os microaspersores operam geralmente invertidos. MATERIAL E MÉTODOS Os microaspersores utilizados foram da marca DAN, com dispositivos giratórios, modelo 99, e 944, com vazões de 7, e 6 l/h, respectivamente, com pressão de serviço de kpa, recomendado pelo fabricante. Desses microaspersores, somente o modelo possuiu dispositivo autocompensante. Todos os ensaios foram realizados no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa-MG, em condi- Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

3 6 ções isentas de vento, com a finalidade de não influenciar a distribuição superficial de água, segundo o projeto de normas da ABNT (97). A água utilizada isenta de algas e materiais em suspensão foi mantida com temperatura em torno de º durante todos testes. As distribuições de água foram estudadas com pressão de kpa, para os microaspersores operando às alturas de ;,;,;, e, metros. Para isso, foram distribuídos coletores espaçados de m, sendo o primeiro coletor distanciado de cm do microaspersor, promovendo raio máximo de, m, ao longo de raios ortogonais, conforme Figura, de acordo com a norma da ABNT (97), que recomenda um mínimo de 4 raios ortogonais para tal avaliação. Os coletores tinham,m de diâmetro e,m de altura. Durante o ensaio, a água escoada no microaspersor, por causa de seu impacto no suporte do anteparo do microaspersor, foi coletada utilizando um coletor sob o emissor, com o objetivo de quantificar essa perda. Um dispositivo de prevenção de vazamento no microaspersor (Leakage Prevention Device) foi usado para evitar possíveis perdas de água quando despressurizado o sistema. Esse dispositivo nada mais é do que uma simples válvula que permite a passagem da água somente quando uma certa pressão atuante sobre a mesma é alcançada. No presente trabalho, a válvula foi regulada para uma pressão de kpa. Foram realizadas três repetições para cada ensaio, totalizando 4 testes com duração de uma hora. Fizeram-se simulações para obter a superposição dos microaspersores em cada altura, com espaçamentos de x,,x,, x,,x,, x,,x, e 4x4 metros, para possibilitar o estudo da uniformidade de aplicação, por meio do coeficiente de uniformidade de Christiansen, conforme Equação: n X i X i= = Eq. CUC (%) nx em que: CUC = Coeficiente de Uniformidade de Christiansen, %; X i = precipitação observada em cada coletor, mm/h; X = precipitação média dos coletores, mm/h; n = Número de coletores. Os cálculos da uniformidade de aplicação foram feitos para cada microaspersor, altura e espaçamento, com a média das três repetições, negligenciando a água escoada na haste e levando-a em consideração para verificar seu e- feito na uniformidade de distribuição. As superfícies de distribuição com os microaspersores operando isoladamente e com superposição foram avaliadas por meio de semiperfis médios e perfis tridimensionais, respectivamente. Vale lembrar que cada superfície de distribuição avaliada partiu da média de três repetições, oriundas de três microaspersores sorteados ao acaso. As superposições e coeficientes de uniformidade de Christiansen foram obtidas utilizando o software CATCHD, desenvolvido por Allen (99). RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura apresenta os semiperfis médios dos três microaspersores avaliados, fornecendo os alcances máximos de,;,7 e, metros para os modelos 99, 944 e, respectivamente, sempre para maior altura avaliada (, metros). No entanto, apenas no aspersor 944 Coletores Espaçados de m FIGURA Disposição dos coletores para determinação da superfície de distribuição de água. o alcance máximo também foi observado com altura de na altura de m, diminuindo o alcance e aumentando a m.. Nota-se que o comportamento foi bastante irregular variação da precipitação em todos os microaspersores ava- Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

4 6 liados. Entretanto, observa-se nos gráficos que o aumento da altura melhorou a perfomance dos três micros, principalmente nas alturas de e, metros. O modelo 944 a- presentou tendência de aumentar a lâmina nas extremidades às alturas de, e, metro. O fabricante não apresenta os semiperfis dos microaspersores avaliados. Pela Figura verifica-se a distribuição de água com seus respectivos Coeficientes de Uniformidade de Christiansen, para o microaspersor modelo 99, na altura em metros, pois essa altura geralmente é encontrada na prática da irrigação em casa-devegetação. Como já era esperado para maiores alturas e menores espaçamentos, encontraram-se os maiores valores de Coeficientes de Uniformidade de Christiansen. Entretanto, vale ressaltar que a situação de menor espaçamento leva a maiores custos de implantação do sistema. Desse modo, na Figura constata-se que o espaçamento x poderia perfeitamente ser uma condição ideal de irrigação, sendo o 4x4 também utilizado, porém com um critério menos rigoroso, pois além de possuir um menor Coeficiente de Uniformidade de Christiansen, o mesmo apresenta um excesso de aplicação próximo ao emissor. 6 4 Modelo 99 m, m, m, m, m Modelo 944 m, m, m, m, m,,, 4 4,, Distância,,, 4 4,, Distância Modelo,,, 4 4,, Distância m, m, m, m, m FIGURA Semiperfis médios de três modelos de microaspersores da marca DAN operando na posição invertida em cinco alturas. Vale lembrar que nas figuras, 4, e 6 os eixos liados, e sim indica uma malha que simula a distribuição de água do micro nos respectivos espaçamentos. de superfície não correspondem aos espaçamentos ava- Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

5 6 Assim, nessas figuras o microaspersor encontra-se sempre no meio da malha, fato esse mais bem visualizado na Figura 6, pois apresenta o escoamento na haste do microaspersor. Pela Figura 4 visualiza-se a influência da altura sobre a distribuição de água com seus respectivos Coeficientes de Uniformidade de Christiansen, no espaçamento em x, sendo esse um dos espaçamentos recomendados pelo fabricante para todos os microaspersores avaliados. Os gráficos da figuras e 4 mostram a perfomance do microaspersor 99, visto que em todos os modelos de microaspersores avaliados os efeitos são similares. 99 (x) CUC =9,% 99 (x) CUC =96,9% 4,, 99 (x) CUC =9,% 4,,,, 99 (4x4) CUC =,6% 4,,,,,, FIGURA Efeito do espaçamento sobre a uniformidade de distribuição do microaspersor DAN modelo 99, operando em posição invertida à altura de metros. Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

6 64 99 (Alt=m) CUC=7,% 99 (Alt=,m) CUC=,%,,7,,,,7,,,, 99 (Alt=,m) CUC=,% 99 (Alt=,m) CUC=9,,%,,,,,,,, 99 (Alt=m) CUC=7,% 99 (Alt=,m) CUC=,%,,7,,7,,7,,,7 FIGURA 4 Efeito da altura (a, b, c, d, e) sobre a uniformidade de distribuição do microaspersor DAN modelo 99, operando em posição invertida no espaçamento x. Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

7 6 A Figura apresenta uma superfície de resposta, em que se verifica a influência da altura e do espaçamento simultaneamente no Coeficiente de Uniformidade de Christiansen. Observa-se que o modelo 99 possui uma superfície mais uniforme, provavelmente uma conseqüência do seu perfil próximo ao retangular e maior raio de alcance. Essa melhor uniformidade pode ser percebida quando fixa-se a altura em m, (figura 6, modelo 99), observando-se que os Coeficientes de Uniformidade de Christiansen aumentam rapidamente quando diminui o espaçamento, ao passo que, nos outros dois modelos (944 e ), esse efeito foi menor, além de apresentarem menores coeficientes de uniformidade. Nota-se, nos três microaspersores avaliados, a importância do efeito da altura sobre o coeficiente de uniformidade de Christiansen, ao se comprovar que os mesmos passam de praticamente zero para valores superiores a 7%, quando a altura passa de m para,m. Acima de,m, os coeficientes Christiansen aumentam gradativamente para maiores alturas e menores espaçamentos. Modelo 99 Modelo CUC (%) 6 4,,, 4,, Altura CUC (%) 6 4,,, 4,, Altura Espaçamento Espaçamento Modelo 944 CUC (%) 6 4 Espaçamento 4,, Altura FIGURA Influência da altura e espaçamento sobre o coeficiente de uniformidade de Christiansen dos microaspersores DAN, modelos 99, 944 e, instalados em posição invertida. Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

8 66 Os resultados apresentados anteriormente não consideram a água escoada pelo impacto da mesma no suporte do anteparo. Apresenta-se na Figura 6 a distribuição de água dos microaspersores avaliados contabilizando a água escoada. A principal conseqüência desse escoamento são os possíveis danos físicos causados nas plantas que estiverem localizadas exatamente abaixo desse escoamento. O dispositivo de prevenção de escoamento (Leakage Prevention Device), que é acionado quando o sistema está despressurizado, reduz esses danos, mostrando-se eficaz nas pressões inferiores de kpa. Pode-se observar no Quadro um resumo dos Coeficientes de Uniformidade de Christiansen para todos os microaspersores estudados em função da altura e espaçamento, quando é computada ou não a água escoada no microaspersor. Observa-se uma grande alteração no perfil de distribuição (Figura 6) sem, contudo, afetar a uniformidade (Quadro ). Esse pequeno efeito no Coeficiente de Uniformidade de Christiansen pode ser um indicativo de que esse coeficiente de uniformidade possui algumas limitações, necessitando, dessa maneira, de estudos que analisem detalhadamente tal comportamento. Em alguns casos, o Coeficiente de Uniformidade de Christiansen até aumentou com a inclusão da água escoada na haste do microaspersor durante seu funcionamento, como, por exemplo passando de % para,4%, em que ambos são considerados insignificantes na prática da irrigação. Modelo 99 Modelo , 4, 6,,,, 6,, Modelo, 6,, FIGURA 6 Perfil de distribuição dos microaspersores DAN, modelos 99, 944 e, operando em posição invertida, quando computado o escoamento decorrente do impacto da água no suporte do anteparo do microaspersor. Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

9 67 QUADRO Valores de Coeficientes de Uniformidade de Christiansen médios ( repetições) para três modelos de microaspersores operando na posição invertida, avaliados em diferentes alturas e espaçamentos em metros, e quando computada ou não a água escoada decorrente do impacto da água no suporte do anteparo do microaspersor. Microaspersor 99 Não computada a água escoada Computada a água escoada Esp,,, 4,,, 4 Alt 9,6, 7, 6, 7,,7, 7,,7 76, 6,9 7, 4,,4, 99, 97,6 9, 9,, 9,6 4, 99, 97,7 9, 9,6,9 9,7 4,, 99, 97, 96, 96,, 4, 9, 99,7 97, 96,7 96,, 4,9 9,, 9, 96,7 96,9 94,7 9, 4,,6 9, 96, 96,9 94,7 9,9 4,,6, 99,6 9,9 97, 97,6 9,9,,4 99,7 9,9 97, 97,7 9,9,,4 Microaspersor 944 Não computada a água escoada Computada a água escoada Esp,,, 4,,, 4 Alt 74,6 4,4 4,,9,9,, 7, 7, 6,9 7,,,,,,9 67,6 9, 64,,7 4, 4, 9, 94,, 7, 6,, 47,7, 97, 9, 9, 76,, 7, 76,6 99, 9,4 94, 6, 7, 6, 6,, 99,4 6, 9, 7,, 7,4 7,6 99, 9,4, 79,4 76, 79, 6,, 99, 9, 9,6 9,,6 9,, 9, 9, 9,6 94,4 7,,7 7, Microaspersor Não computada a água escoada Computada a água escoada Esp,,, 4,,, 4 Alt 64,6 46,,6,,,, 64,6 4,,4,,,,, 9,, 4, 79, 7, 64, 44, 9, 79,7,7 79, 69,6 6,6 6,, 97,4 9,6,7 77, 7,6 66,4 6,7 9, 9,, 76,6 7, 6,6 6,, 9,9 9,6,,7 7,, 7,6 9,4 9,6 79,4,7 7,, 7,, 9, 97, 6,9 74, 79,9 76,6, 9, 97, 6,4 7,4 79, 76,9, OBS.: Espaçamentos = x;,=,x,; = x;, =,x,; = x;,=,x,; 4= 4x4. Pelo trabalho realizado por Sampaio, Vilela e Faria do recomendado pela literatura, adotando-se o limite (99) constata-se que essa água escoada no perfil mínimo de %, embora na literatura são encontrados distribuição pode provocar perdas de água e nutrientes valores de limites mais elevados dependendo da cultura por causa do processo de lixiviação no centro do perfil. e seu valor de mercado. Entretanto, não faz nenhuma referência à uniformidade O Quadro apresenta ainda dados bastante úteis de distribuição de água. na prática da irrigação em casa-de-vegetação, em que o A área sombreada no Quadro indica situação produtor, fazendo uso de algum desses modelos avaliados, em que o microaspersor apresenta uniformidade abaixo tem plenas condições de conhecer a uniformidade a Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

10 6 ser encontrada no sistema, em função do espaçamento utilizado e altura de instalação do microaspersor, ressaltando que maiores Coeficientes de Uniformidade de C- hristiansen são encontrados para menores espaçamentos e maiores alturas, em que há maior superposição de jatos, produzindo, assim, maiores precipitações (Figuras e 4) e levando a um manejo mais criterioso no tempo de aplicação. Os valores dos coeficientes de uniformidade a- presentados pelo fabricante podem ser observados no Quadro. Verifica-se nos Quadros e que os dados do fabricante para os modelos e 944 mostraramse sempre menores que aqueles encontrados nos testes, para altura de metros. Vale lembrar que essa altura de metros deveria fornecer maiores coeficientes de uniformidade, pois como foi demonstrado anteriormente, os CUC s aumentam com a altura. Já o modelo 99 a- presentou resultados semelhantes aos testes realizados. Essas diferenças de uniformidade entre os testes e fabricante provavelmente foram devidas ao coeficiente utilizado para quantificar a uniformidade de aplicação de água, visto que o fabricante não faz nenhuma referência nesse sentido. Savaldi, citado por Costa (994), cita alguns fatores que influenciam a uniformidade de distribuição de água em microaspersão; entretanto, pode-se acrescentar alguns outros fatores encontrados no presente trabalho como: altura e espaçamento. QUADRO - Valores de Coeficientes de Uniformidade fornecidos pelo fabricante para os microaspersores instalados em posição invertida a, metros de altura. Espaçamentos Modelos x x 4x a 9 9 a a 96 7 a 9 9 a 96 a - CONCLUSÕES a) A altura e o espaçamento possuíram efeitos diretos na uniformidade de Christiansen em todos os microaspersores avaliados, sendo a altura a que mais influenciou nessa uniformidade. b) Os efeitos de altura e espaçamento foram a- menizados para o microaspersor que possuiu maior raio de alcance. c) O coeficiente de uniformidade aumentou a- bruptamente com o aumento da altura de para, m, em todos os microaspersores. d) A água que escoou no microaspersor durante o ensaio, quando computada, proporcionou um perfil extremamente irregular; no entanto, afetou muito pouco os Coeficientes de Uniformidade de Christiansen. e) Em geral, os coeficientes de uniformidade a- presentados pelo fabricante ficaram um pouco abaixo daqueles encontrados nos ensaios, ambos operando na posição invertida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNI- CAS. Sistema de irrigação localizada, avaliação do desempenho: Projeto :.-. Rio de Janeiro, 97. 6p. ALLEN, R. Software Cath D: versão 4.4. St Joseph: ASAE, 99. p. COSTA, M.C. Caracterização hidráulica de dois modelos de microaspersores associados a três reguladores de fluxo e um mecanismo de pulso. Piracicaba: ESALQ, p. (Dissertação - Mestrado em Agronomia). FAVETTA, G.M. Avaliação da uniformidade de e- missão e da uniformidade estatística em irrigação localizada. Piracicaba: ESALQ, 99. p. (Dissertação - Mestrado em Agronomia). NOGUEIRA, A.M. Características hidráulicas e de distribuição de água por microaspersores. Piracicaba: ESALQ, p. (Dissertação - Mestrado em Agronomia). Ciênc. agrotec., Lavras, v., n.6, n.9-69, nov./dez.,

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