DESEMPENHO HIDRÁULICO E PERFIL DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA DO MICROASPERSOR TWISTER EM DUAS POSIÇÕES DE INSTALAÇÃO 1

Transcrição

1 DESEMPENHO HIDRÁULICO E PERFIL DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA DO MICROASPERSOR TWISTER EM DUAS POSIÇÕES DE INSTALAÇÃO 1 C. A. Soares 2, J. R. Zanini 3, N. S. Silva 4, S. M. Andrade 5, G. O. Santos 6, E. R. Gomes 4 RESUMO: Avaliou-se o desempenho hidráulico do microaspersor Twister com 1 mm de diâmetro de bocal, fabricado pela empresa Eden Irrigação, em duas posições de instalação, realizando-se testes em bancada de ensaios no Laboratório de Hidráulica e Irrigação da FCAV/UNESP, Jaboticabal-SP. Determinou-se a equação característica (da relação vazão x pressão), coeficiente de variação de fabricação (CVF), raio de alcance e padrão de molhamento e a uniformidade de distribuição de água, utilizando os coeficientes de uniformidade de Christiansen (CUC) e de distribuição (CUD). O microaspersor foi caracterizado como de fluxo turbulento, tendo CVF excelente. O diâmetro de cobertura em posição normal está de acordo com os dados informados pelo fabricante. A maior intensidade de aplicação de água ocorreu a 0,25 m do emissor para o ensaio em posição normal e abaixo do emissor testado em posição invertida, decrescendo com o aumento da distância. Em relação à uniformidade de aplicação, o microaspersor foi classificado como bom nas duas posições de instalação. Na posição normal o CUC e CUD foi de 81,9 e 75,7% e na posição invertida obteve-se CUC de 84,8% e CUD de 71,8%. PALAVRAS-CHAVE: irrigação localizada, coeficiente de variação de fabricação, coeficientes de uniformidade HYDRAULIC PERFORMANCE AND WATER DISTRIBUTION PROFILE OF MICROSPRINKLER TWISTER IN TWO INSTALLATION POSITIONS ABSTRACT: It was evaluated the hydraulic performance of the Twister emitter with 1 mm diameter nozzle, manufactured by Eden Irrigation industry in two installation positions, carrying out tests on test bench at the Laboratory of Hydraulics and Irrigation FCAV/UNESP, Jaboticabal - SP. Determined the characteristic equation (the relation pressure x flow ), coefficient of manufacturing variation (CVF), range and pattern of wetting and uniformity of water distribution using the Christiansen uniformity coefficient (CUC ) and distribution (CUD). The emitter was characterized as turbulent flow, with excellent CVF. Coverage diameter in normal position is consistent with the data reported by the manufacturer. The highest intensity of water applied was at 0.25 m from the emitter to the test in the normal position and under the emitter tested in an inverted position, decreasing with increasing distance from the emitter. Regarding the uniformity of application, the emitter was rated as good in both positions installation. In normal position the CUC and CUD was 81.9 and 75.7 % in the inverted position and gave CUC 84.8 % and 71.8 % of CUD. KEYWORDS: localized irrigation, manufacturing variation coefficient, uniformity coefficient 1 Extraído da dissertação do primeiro autor, intitulada: Caracterização hidráulica do microaspersor Eden Twister em posição normal e invertida, concluída em julho de Doutoranda em Agronomia (Irrigação e Drenagem), FCA/UNESP, Caixa Postal 237, CEP: , Botucatu, SP. Fone: (14) criwan_1@hotmail.com 3 Eng. Agr., Prof. Dr., Depto. de Engenharia Rural, FCAV/UNESP, Jaboticabal, SP 4 Doutoranda(o) em Agronomia (Irrigação e Drenagem), FCA/UNESP, Botucatu, SP 5 Mestre em Agronomia, FCAV/UNESP, Jaboticabal, SP 6 Doutorando em Agronomia, FCAV/UNESP, Jaboticabal, SP

2 II INOVAGRI International Meeting, 2014 INTRODUÇÃO Nos sistemas de irrigação localizada a água é aplicada diretamente na região radicular com baixas vazões e altas frequências, umedecendo menor volume de solo quando comparado aos outros sistemas, o que reduz as perdas de água por evaporação e percolação (Mantovani et al., 2012). O gotejamento e a microaspersão são os dois principais sistemas de irrigação localizada e segundo esses autores a área irrigada por esses sistemas no Brasil corresponde acerca de ha, havendo contínua expansão devido ao desenvolvimento de tecnologias relacionadas ao equipamento utilizado como gotejadores, microaspersores, acessórios e controladores. A microaspersão é um sistema intermediário entre a aspersão convencional e o gotejamento e foi idealizada originalmente para substituir o gotejamento em áreas com solos de texturas arenosas, onde se necessita de bulbos molhados com maiores dimensões para atender as percentagens mínimas de área molhada por planta. Esse sistema funciona com vazões dos emissores, variando de 20 a 150 L h -1, sendo maiores do que as utilizadas no gotejamento (2 a 20 L h -1 ). Os emissores, denominados de microaspersores, através dos quais a água é aspergida sobre uma porção limitada do solo, são os principais componentes do sistema, cujas características interferem tanto no dimensionamento como no manejo do sistema de irrigação, tornando-se assim indispensável que os projetistas conheçam suas características (Mantovani et al., 2012; Bernardo et al., 2008). O conhecimento das características hidráulicas dos componentes de qualquer sistema de irrigação é essencial para seu correto dimensionamento e operação. Na irrigação localizada essas características constituem-se na relação vazão x pressão, no regime de escoamento existente, na uniformidade de fabricação, na grandeza do raio de alcance e na uniformidade de distribuição da água (ABNT, 2004; ABNT, 2006). O conhecimento dessas características permite sua adaptação em diferentes condições, bem como a introdução de mudanças em sua construção. Vários trabalhos realizados com microaspersores têm demonstrado eficiência e coeficientes de uniformidades condizentes com os estabelecidos em normas técnicas, porém algumas informações obtidas diferem do valor anunciado nos catálogos dos fabricantes. Sendo assim, tornam-se necessários ensaios que comprovem a qualidade do produto fabricado e sua homogeneidade de fabricação. Diante do exposto este trabalho teve por objetivo avaliar as características hidráulicas do microaspersor Twister 51 L h -1, fabricado pela Eden Irrigação, sob condições de laboratório. MATERIAL E MÉTODOS Os ensaios foram conduzidos no Laboratório de Hidráulica e Irrigação, da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias UNESP - Jaboticabal SP, utilizando-se o microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm de diâmetro e vazão nominal de 51 L h -1, fabricado pela empresa Eden Irrigação (Figura 1A). Para realização dos testes de vazão e pressão, seguindo as recomendações da ABNT (2004), foram utilizados 10 microaspersores, obtidos aleatoriamente na linha de produção. Os microaspersores tiveram suas vazões determinadas quando submetidos às pressões de 10, 15, 20, 25 e 30 m. c. a. (49, 98, 147, 196, 245 e 294 kpa). Utilizou-se uma bancada de ensaios (Figura 1B), onde o bombeamento de água para o sistema foi realizado por um conjunto motobomba, suprido por um reservatório com capacidade de 500 L. Os testes foram realizados com água à temperatura ambiente (aproximadamente 20 ºC). A água primeiramente passou por um filtro de discos de 120 mesh, em seguida foi conduzida por uma tubulação de polietileno, contendo saída para os microaspersores. Para a leitura das pressões foi utilizado um manômetro tipo Bourdon, previamente calibrado, com subdivisões de escala de 0,1 m. c. a. e um manômetro de coluna de mercúrio, graduado a cada 1 mm. O controle da pressão foi realizado utilizando uma válvula reguladora de pressão manual (registro de agulha), situada entre o conjunto de bombeamento e os microaspersores. Para determinação de vazão foram conectados na linha de alimentação, simultaneamente 5 microaspersores, espaçados de 0,40 m, tendo seus jatos d água interceptados e seus volumes direcionados para baldes plásticos com capacidade de 18 L. O tempo de coleta foi de cinco minutos cronometrado com precisão de centésimos de segundos (ABNT, 2004). Em seguida, os baldes previamente tarados foram pesados em balança eletrônica, com capacidade para 10 kg e precisão de 0,1 g. A curva característica da vazão x pressão foi obtida através de análise de regressão a partir dos 943

3 C. A. Soares et al. dados obtidos, sendo os valores de vazão a média das 10 unidades ensaiadas, com três repetições. Também com esses dados, foi determinado o coeficiente de variação de fabricação (CVF) utilizandose a Eq. (1) n i=1 (qi - qm) n - 1 CVF = 100 (1) q m em que, CVF - coeficiente de variação de fabricação (%); q i - vazão de cada emissor (L h -1 ); q m - vazão média dos emissores (L h -1 ); n - número de emissores do lote de amostragem. Para o teste de uniformidade de distribuição de água, diâmetro de cobertura e coeficientes de uniformidade (CUC e CUD) foram identificados quatro emissores em ordem crescente de vazão, utilizados como repetições (ABNT, 2004). No piso do laboratório foram distribuídos coletores com 0,08 m de diâmetro e 0,102 m de altura em forma de malha, com espaçamento de 0,5 m entre os mesmos e o microaspersor localizado no centro da malha. Na mesma malha foram dispostas também duas linhas de coletores (raio 1 e raio 2), cujo ponto central coincidiu com a posição do microaspersor, para obter o perfil radial de distribuição da água. Os microaspersores foram submetidos à pressão contínua de 20 m. c. a., por uma hora. O diâmetro de cobertura foi determinado descartando-se os coletores com taxa de aplicação menor que 0,13 mm h -1 (ABNT, 2004) e para a determinação do CUC e CUD foi considerada sobreposição de 100% do raio de alcance do microaspersor. Esse mesmo teste foi repetido com o microaspersor em posição de instalação invertida (utilizando-se a mesma bailarina empregada na posição normal), para verificar se a posição de instalação influencia na distribuição espacial e radial da água. Para a sustentação do microaspersor nessa posição, foram utilizados dois cabos de aços, os quais foram fixados em extremidades opostas das bancadas do laboratório. O microaspersor foi instalado a 0,70 m acima da superfície do coletor, simulando a utilização do mesmo sobre bancada em casa de vegetação ou em canteiros de hortaliças. Nesse teste foi adicionado um coletor abaixo do microaspersor. Com os valores da distribuição espacial foi calculado o coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) e o coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD), utilizando as equações 2 e 3, respectivamente. CUC = 100 [1- Xi-X n X ] (2) em que, CUC - coeficiente de uniformidade de Christiansen, %; Xi lâmina medida em cada coletor, mm; X lâmina média entre os coletores, mm e n - número de coletores. CUD = q 25 q m 100 (3) em que, CUD - coeficiente de uniformidade de distribuição, %; q 25 - vazão média dos 25% menores valores de vazão, L h -1. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 verifica-se que o microaspersor Twister foi classificado como de boa uniformidade segundo a ANBT (1986) e como excelente de acordo com ASABE (2008). A ABNT (1986) classifica os emissores com CVF inferior a 10% como de boa uniformidade; 10 a 20% uniformidade média; de

4 II INOVAGRI International Meeting, a 30% uniformidade marginal e superior a 30% desuniforme ou inaceitável. Já ASABE (2008) classifica a uniformidade dos emissores com CVF de até 5%, como excelente; maiores que 5 a 7% média; maiores que 7 a 10% baixa; maiores que 10 a 15% marginal e, acima de 15% inaceitável. Vários trabalhos têm sido realizados para verificar-se o CVF dos emissores, pois é uma medida estatística que avalia o processo de fabricação dos emissores; sendo utilizada também para avaliar a variação de fluxo do emissor ao longo de uma linha lateral de irrigação localizada (Holanda Filho et al. 2001). Na Figura 2 observa-se a curva característica do microaspersor Twister e sua equação característica (q=l h -1 ; H=m c. a.), sendo obtida através da regressão não linear potencial, tendo um excelente ajuste e explicando bem o modelo, como um coeficiente de regressão de 0,9999. O expoente de descarga do emissor (x) é utilizado para caracterizar o regime do fluxo dentro do emissor e pelos dispositivos de dissipação de energia e/ou de regulação, sendo aqui o fluxo classificado como turbulento (Pizarro Cabelo, 1990). Segundo esse autor, um emissor perfeito (autocompensante) teria o expoente x = 0, os de regime laminar x = 1 e nos de regime turbulento x < 1. Verifica-se que a variação da pressão não apresentou efeito no coeficiente de variação de fabricação, pois a equação de regressão ajustada apresentou coeficiente angular aproximadamente igual a zero (Figura 3). Resultados diferentes foram obtidos por Miola et al. (2009) e Holanda Filho et al. (2001), os quais observaram efeito linear da pressão sobre o CVF, notando-se aumento do CVF elevando-se a pressão. A maior intensidade de aplicação de água ocorreu a 0,25 m do microaspersor testado em posição normal (Figura 4), obtendo intensidade de aplicação média de 4,86 mm h -1 e raio de alcance de 3,25 m. Já no teste em posição invertida a maior intensidade ocorreu abaixo do emissor (Figura 5), com aplicação média de 26,6 mm h -1 e raio de alcance de 1,75 m. O diâmetro efetivo de cobertura do microaspersor testado em posição normal foi de 6,50 m, estando esse de acordo com os dados informados pelo fabricante. A desuniformidade em sistemas de irrigação por microaspersão é presenciada pelo fato da elevada precipitação próximo à base dos emissores, atingindo nas extremidades de alcance do jato valores muito pequenos, chegando-se praticamente a zero (Silva & Silva, 2005). De acordo com a classificação de Mantovani (2001) e Bernardo et al. (2008), o microaspersor foi classificado como de boa uniformidade de aplicação de água nas duas posições de instalação. Na posição normal o CUC foi 81,9% e o CUD 75,7%. Já na posição invertida obteve-se CUC de 84,8% e CUD de 71,8%. Em função do CUC, Mantovani (2001) e Bernardo et al. (2008) classificam o desempenho de sistemas de irrigação localizada da seguinte forma: CUC maior que 90%, uniformidade de distribuição excelente; maior que 80 a 90%, bom; maior que 70 a 80%, razoável; maior que 60 a 70%, ruim e inferior a 60%, inaceitável. E em relação aos valores de CUD o desempenho de sistemas de irrigação localizada são classificados: CUD maior que 84%, uniformidade de distribuição excelente; maior que 68 a 84%, bom; maior que 52 a 68%, razoável; de 36 a 52%, ruim e inferiores a 36%, inaceitável (Mantovani, 2001). CONCLUSÕES A equação de vazão (L h -1 ) x pressão (m. c. a.) para o microaspersor Twister 51 L h -1 o caracteriza como de fluxo turbulento, com expoentes de descarga (x) 0,5077; O CVF foi considerado como bom, segundo a ABNT (1986) e excelente de acordo com ASABE (2008); O diâmetro de cobertura em posição normal está de acordo com os dados informados pelo fabricante; A maior intensidade de aplicação de água ocorreu a 0,25 m do emissor para o ensaio em posição normal e abaixo do emissor testado em posição invertida, decrescendo com o aumento da distância; O microaspersor foi classificado como de boa uniformidade de aplicação de água nas duas posições de instalação; A posição de instalação influenciou na lâmina de água aplicada pelo microaspersor e no raio de alcance, não sendo indicado a utilização do microaspersor Twister 51 L h -1 em posição invertida, pois 945

5 C. A. Soares et al. observou-se uma diminuição no raio de alcance e uma elevada taxa de aplicação abaixo do emissor (26,6 mm h -1 ). AGRADECIMENTOS À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da Bolsa de Mestrado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT - Associação brasileira de normas técnicas. Requisitos mínimos para elaboração de projeto de sistema de irrigação localizada. PNBR 12: São Paulo, 1986, 8 p. ABNT - Associação brasileira de normas técnicas. Irrigação localizada: microaspersores - requisitos gerais e métodos de ensaio. PNBR 04: São Paulo, 2004, 11 p. ABNT - Associação brasileira de normas técnicas. Equipamentos de irrigação agrícola emissores e tubos emissores especificação e métodos de ensaio. NBR ISO 9261:2006. Rio de Janeiro, 2006, 17 p. ASABE - American society of agricultural and biological engineers. Design and Installation of Microirrigation Systems. ASABE STANDARDS 2008, EP405.1 APR1988 (R2008). St. Joseph: ASABE, BERNARDO, S.; SOARES, A.A.; MANTOVANI, E.C. Manual de Irrigação. 8. ed. Viçosa: Editora UFV, p. HOLANDA FILHO, R.S.F.; PORTO FILHO, F.Q; MIRANDA, N.O.; MEDEIROS, J.F. Caracterização hidráulica do microaspersor Rondo, da Plastro. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v. 5, n. 1, p.16-21, MANTOVANI, E.C. AVALIA: Programa de Avaliação da Irrigação por Aspersão e Localizada. Viçosa, MG: UFV, MANTOVANI, E.C.; BERNARDO, S.; PALARETTI, L.F. IRRIGAÇÃO: Princípios e Métodos. 3. ed. atual., 2 reimp. Viçosa: Editora UFV, p. MIOLA, E.C.C.; VIELMO, A.L.; SANTOS, K.L.; SCHONS, R.L.; ROBAINA, A.D.; PEITER, M.X. Curva característica do microaspersor Naandan Hadar Irriga, Botucatu, v. 14, n. 1, p , PIZARRO CABELLO, F. Riegos localizados de alta frecuencia - goteo - microaspersion exudacion. 3. ed. Madri: Ed. Mundi p. SILVA, C.A.; SILVA, C.J. Avaliação de uniformidade em sistemas de irrigação localizada. Revista Científica Eletrônica de Agronomia, Garça, v. 4, n. 8, Disponível em:< 946

6 II INOVAGRI International Meeting, 2014 Figura 1. A) microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm de diâmetro, acoplado em haste rígida de 0,40 m e B) bancada de ensaio montada para o teste de vazão x pressão. Tabela 1. Valores de vazão média, coeficiente de variação de fabricação (CVF) e classificação nas pressões preestabelecidas para microaspersor Twister 51 L h -1. Vazão Classificação Pressão CVF Média ABNT ASABE (m. c. a.) (L h -1 (%) ) (1986) (2008) 5 26,31 4,51 Bom Excelente 10 37,30 4,56 Bom Excelente 15 45,60 4,54 Bom Excelente 20 53,07 4,40 Bom Excelente 25 59,29 4,34 Bom Excelente 30 65,07 4,39 Bom Excelente Média 4,46 Bom Excelente Figura 2. Curva característica vazão x pressão para o microaspersor Twister 51 L h

7 C. A. Soares et al. Figura 3. Valores do coeficiente de variação de fabricação (CVF) em função das pressões aplicadas ao microaspersor Twister 51 L h -1 Figura 4. Padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm de diâmetro operando com pressão de 20 m. c. a., em posição normal. Figura 5. Padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm de diâmetro operando com pressão de 20 m. c. a., em posição invertida. 948