DIAGNÓSTICO DE SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA DO CAFEEIRO NA REGIÃO DO ALTO PARANAIBA- MG SOB DIFERENTES TECNOLOGIAS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA

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1 DIAGNÓSTICO DE SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA DO CAFEEIRO NA REGIÃO DO ALTO PARANAIBA- MG SOB DIFERENTES TECNOLOGIAS PARA TRATAMENTO DE ÁGUA André Luís Teixeira Fernandes 1, Guilherme Alves da Silva 2 ; Eusímio Felisbino Fraga Júnior 3 1. Eng. Agrônomo, Ms. Irrigação e Drenagem, Dr. Engenharia Agrícola, Professor e Pesquisador Universidade de Uberaba e Faculdades Associadas de Uberaba, Av. Nenê Sabino, 1801 Bloco M, CEP , Uberaba, MG. Fone: (0xx34) , Fax: (0xx34) andre.fernandes@uniube.br 2. Engenheiro Agrônomo, SLC Agrícola, Cristalina GO. Guilherme.Silva@slcagricola.com.br 3. Engenheiro Agrônomo, Mestrando em Irrigação e Drenagem, Esalq/USP. E- mail: eusimio@hotmail.com Data de recebimento: 07/10/ Data de aprovação: 14/11/2011 RESUMO Em sistemas de irrigação localizada, os problemas com entupimentos de emissores devido à baixa qualidade da água são comuns, por conta dos baixos diâmetros de seus orifícios. É recomendável que os cafeicultores irrigantes realizem periodicamente uma avaliação do seu sistema de irrigação, o que irá fornecer um diagnóstico do funcionamento do seu sistema para que seja possível a adoção de soluções que permitam reduzir os problemas da baixa uniformidade de distribuição da água. Portanto, o objetivo deste trabalho foi obter um levantamento do desempenho dos sistemas irrigados na região do Alto Paranaíba, em função de parâmetro de eficiência de aplicação de água correlacionados a diferentes tecnologias adotadas. Concluiu-se que, quanto maior o teor de Fe presente na água, maior foi a obstrução nos gotejadores autocompensantes, sendo que as maiores variações foram observadas nos gotejadores com vazão de 1,6 L h -1 (vazões menores), em relação à vazão proposta pelo fabricante. PALAVRAS-CHAVE: Coffea arabica L., obstrução de emissores, gotejamento, ferro. DIAGNOSIS OF LOCALIZED IRRIGATION SYSTEMS FOR COFFEE IN BRAZILIAN SAVANNAH UNDER DIFFERENT TECHNOLOGIES FOR WATER TREATMENT ABSTRACT In irrigation systems, problems with clogging of emitters due to poor water quality are common, due to the low diameter of the holes. It is recommended that farmers irrigators undertake a periodic evaluation of their irrigation system, which will provide a diagnosis of the functioning of your system so that it is possible to adopt solutions to reduce the problems of poor water distribution ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 390

2 uniformity. Therefore, the objective of this study was to obtain a survey of the performance of irrigated systems in Brasilian savannah, depending on the parameter of efficiency of water application related to different technologies adopted. It was concluded that the higher the Fe content in the water, the greater the obstruction in autocompensantes drippers, and the greatest variations were observed in the emitter with a flow of 1.6 L h-1 (lower flow) in relation to flow proposed by the manufacturer. KEYWORDS: Coffea arabica L., obstruction of emitters, drip, iron. INTRODUÇÃO De acordo com SANTINATO; FERNANDES (2005), a irrigação do cafeeiro no Brasil foi iniciada por volta de 1946, através de experimentações e pesquisas desenvolvidas pelo Instituto Agronômico de Campinas. Porém ela somente tomou vulto prático a partir de 1984, em conseqüência da implantação de cafezais em áreas consideradas marginais quanto ao parâmetro climático de déficit hídrico, estipulado pelo zoneamento climático nacional do extinto Instituto Brasileiro do Café (IBC). Estas áreas marginais localizam-se para o café arábica em partes das regiões do cerrado mineiro (Triângulo, Noroeste e Nordeste), do cerrado goiano (Leste), do cerrado baiano (Oeste) e em algumas regiões de Mato Grosso, agreste de Pernambuco e Serra do Baturité no Ceará. Segundo SANTINATO; FERNANDES; FERNANDES (2008), a maior concentração das áreas de café acha-se no cerrado mineiro, com predominância dos sistemas de irrigação por tubos perfurados a laser (tripa), canhão (autopropelidos/carretéis enroladores) e irrigação localizada gotejo. Dentre estes métodos o gotejo é o mais utilizado por apresentar melhor uniformidade de aplicação de água, sendo verificado valores acima de 80% e também pela possibilidade de automatização da fertirrigação. Em sistemas de irrigação localizada, os problemas com entupimentos de emissores devido à baixa qualidade da água são comuns, por conta dos baixos diâmetros de seus orifícios. É altamente recomendável que os cafeicultores irrigantes realizem periodicamente uma avaliação do seu sistema de irrigação, o que irá fornecer um diagnóstico do funcionamento do seu sistema para que seja possível a adoção de soluções que permitam reduzir os problemas da baixa uniformidade de distribuição da água. Em geral, são utilizadas na avaliação quatro categorias: salinidade, infiltração de água, toxicidade e outros problemas, entretanto, devem-se levar em consideração que os problemas de qualidade, no geral, são complexos e que a combinação deles pode afetar a produção das culturas de forma muito mais grave que um problema isolado. A presença de ferro e manganês em águas naturais superficiais é devida às interações da água com o solo (BARROS, 2001). O ferro é um dos elementos mais abundantes, encontrado com maior frequência que o manganês, nos minerais de silicatos das rochas ígneas sob a forma de diversos óxidos, como magnetita, hematita e limonita. Neste contexto, a avaliação sistemática do projeto e o monitoramento da qualidade da água são essenciais para prevenir o entupimento. A limpeza de ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 391

3 linhas pela abertura do final das mesmas, assim como o cloro, é recomendável na manutenção dos sistemas (BUCKS et al., 1979). A presença de Fe na água aparece como um dos principais problemas relacionados à obstrução de emissores de um sistema de irrigação localizada, sendo que níveis acima de 1,5 ppm são considerados, em partes, um alto risco potencial de obstruções, segundo a qualidade de água da irrigação. Segundo AYES; WESTCOT (1991) para se evitar a precipitação de ferro nas incrustações e nos emissores, este deve ser precipitado e filtrado antes que entre no sistema de irrigação. Para isto, o ferro é oxidado, geralmente por cloração, de modo a atingir uma forma insolúvel. Outra forma é arejar a água em tanques abertos ou injetando mecanicamente ar na água para induzir a oxidação e precipitação do ferro. Portanto, o objetivo deste trabalho foi obter um levantamento do desempenho dos sistemas irrigados na região do Alto Paranaíba, em função de parâmetro de eficiência de aplicação de água correlacionados a diferentes tecnologias adotadas. MATERIAL E MÉTODOS O presente trabalho foi realizado no período de julho de 2008, sendo avaliadas várias fazendas na região do Alto Paranaíba, em Minas Gerais, que adotam diferentes métodos e manejos da qualidade da água. As propriedades assistidas foram separadas em classes conforme o nível de tecnologia adotada para o controle da concentração de Fe existente na água, além do tipo de gotejador utilizado no sistema. Com isso, foi determinada a concentração de Fe em diferentes pontos do sistema (captação, reservatório (entrada), reservatório (saída), gotejador. As propriedades foram ordenadas em função do método de tratamento da água, sendo então classificadas em 4 grupos principais: Tratamento 1 Reservatório para decantação Tratamento 2 Reservatório para decantação com aeração. Tratamento 3 Reservatório para decantação com aeração e cloração. Tratamento 4 Cloração na captação e reservatório para decantação com aeração e cloração Neste mesmo diagnóstico, realizou-se outro agrupamento, sendo que as propriedades foram agrupadas conforme o tipo de gotejador, sua vazão, bem como o teor de ferro presente em água no momento de coleta, conforme a seguir, sendo que neste agrupamento, aplicou-se a metodologia para a determinação da uniformidade de aplicação de água. Tratamento 1 Autocompensantes, 1,6 L.h -1, Fe < 1,5 ppm Tratamento 2 Autocompensantes, 1,6 L.h -1, Fe > 1,5 ppm Tratamento 3 Autocompensantes, 2,3 L.h -1, Fe < 1,5 ppm Tratamento 4 Autocompensantes, 2,3 L.h -1, Fe > 1,5 ppm Tratamento 5 - Não compensantes, 1,6 L.h -1, Fe < 1,5 ppm Tratamento 6 - Não compensantes, 1,6 L.h -1, Fe > 1,5 ppm ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 392

4 Para a coleta de dados no campo e seu processamento, utilizou-se a metodologia proposta por Keller e Karmeli (1975). Nesta metodologia, são coletadas as vazões em quatro emissores ao longo da linha lateral, sendo: o primeiro gotejador, no início da linha; o segundo, situado a 1/3 da linha; o terceiro, situado a 2/3 da linha; e o quarto, no final da linha lateral. Esse procedimento é realizado em quatro linhas dentro do setor, escolhidas aleatoriamente, seguindo a disposição das linhas no início, a 1/3, a 2/3 e no final do setor, resultando assim em 16 valores de lâmina da água aplicada. Para a coleta das vazões dos emissores são utilizadas provetas graduadas. Com os dados obtidos de vazão, devem-se calcular três coeficientes, descritos a seguir. Para classificar o sistema, com relação à sua uniformidade, utiliza-se a Tabela 1. - Uniformidade de emissão (UE): UE = 100 qn q qn = média das 25% menores vazões obtidas. q = média das vazões. - Uniformidade de emissão absoluta (UEa): qn UEa = 50 + q q q x qn = média das 25% menores vazões obtidas. qx = média das 12,5% maiores vazões. - Uniformidade de emissão estatística (Us): Sq Us = q ( 1 CVq) = 100 CVq = coeficiente de variação da vazão do emissor. Tabela 1. Critério para classificação dos coeficientes calculados: Classe UE, UEa e Us (%) Excelente > 90 Bom Razoável Ruim < 70 Fonte: SANTINATO; FERNANDES; FERNANDES (2008). RESULTADOS E DISCUSSÃO Observando-se a Tabela 2, verifica-se a variação da uniformidade de aplicação de água, conforme o enquadramento dos diferentes gotejadores. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 393

5 Tabela 2 Uniformidade de aplicação de água (%) de acordo com cada coeficiente e vazão média encontrada nos emissores Tratamento UE (%) UEa (%) Us (%) Classificaçã o do sistema Vazão média do gotejador, em l/h (Q) 1. Autocompensantes, 1,6 L.h -1, Fe < 1,5 ppm 93,4 a 92,8 a 93,4 a Excelente 2,22 2. Autocompensantes, 1,6 L.h -1, Fe > 1,5 ppm 91,7 ab 90,8 ab 91,8 a Excelente 2,44 3. Autocompensantes, 2,3 L.h -1, Fe < 1,5 ppm 91,9 a 90,8 ab 92,7 a Excelente 2,36 4. Autocompensantes, 2,3 L.h -1, Fe > 1,5 ppm 89,2 ab 89,7 ab 91,6 a Excelente 2,63 5. Não compensantes, 1,6 L.h -1, Fe < 1,5 ppm 82,3 b 82,2 b 81,1 b Bom 3,09 6. Não compensantes, 1,6 L.h -1, Fe > 1,5 ppm 88,4 ab 87,1 ab 90,5 a Excelente 2,27 C. V. (%) 4,74 4,73 3,66 DMS 9,52 9,45 7,42 *Médias seguidas pela mesma letra, nas colunas, não diferem significativamente entre si pelo teste de Tukey a 5% Comparando-se as médias de cada tratamento, de acordo com cada um dos coeficientes, o tratamento 5 (gotejadores não compensados, vazão de 1,6 l/h e teores de ferro inferiores a 1,5 ppm) foi o que apresentou os menores coeficientes de uniformidade, provavelmente devido ao elemento móvel presente no mecanismo do gotejador, constituído pela membrana autocompensante. Analisando-se apenas os coeficientes UE e a UEa, o tratamento 5 diferiu estatisticamente apenas dos tratamentos 1 e 3 em UE, e apenas do tratamento 1 no UEa. Porém, de acordo com a Us, o tratamento 5 foi inferior estatisticamente de todos ou outros tratamentos, e estes, não apresentaram diferença estatística entre si. Isso ocorreu devido ao fato de que a Us apresenta uma metodologia de cálculo mais rigorosa, pois considera o desvio padrão do emissor em relação às demais médias observadas. Comparando-se T1 e T3, que apresentam baixos teores de Fe, com T2 e T4, que apresentam altos teores de Fe, observa-se que não houve diferença estatística na uniformidade de aplicação, indicando que o alto teor de Fe, nas condições avaliadas, não comprometeu a uniformidade de aplicação de água. Com relação à vazão medida, comparando-se com a vazão de projeto (de cada um dos gotejadores), mesmo com coeficientes de uniformidade considerados bons/excelentes (acima de 80%), nota-se que em todos os tratamentos houve aumentos da vazão média, o que pode comprometer o sistema. Segundo VIEIRA et al. (2004), na irrigação localizada, vários fatores podem comprometer esta uniformidade, tais como a desuniformidade dos emissores, devido a processos de fabricação, o dimensionamento inadequado do sistema, bem como o entupimento dos emissores causado pelas partículas minerais ou orgânicas presentes na água, como é o caso no trabalho em questão. A situação mais crítica foi encontrada no tratamento 5, onde a vazão média de 3,09 l/h foi bem superior à vazão do gotejador (1,6 l/h). ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 394

6 Observou-se que, mesmo sem diferença estatística, a melhor uniformidade ocorre em gotejadores autocompensantes e quando a água apresenta teores de Fe menores que 1,5 ppm (T1). Quanto maior o teor de Fe presente na água, maior será a obstrução nos gotejadores autocompensantes, sendo que as maiores variações foram observadas nos gotejadores com vazão de 1,6 L h -1 (vazões menores), em relação à vazão proposta pelo fabricante. Conforme Martinko et al. (1997), o entupimento pelo ferro ocorre em razão da ação bacteriana associada ao ferro que, ao ser oxidado da forma ferrosa (Fe 2+ ) para a forma férrica (Fe 3+ ), forma precipitados de hidróxido férrico (Fe(OH) 3 ) muito insolúveis em água. Cordeiro (2002) observam que na região Sudeste é comum a ocorrência águas que apresentam elevados teores de ferro total, elemento este que pode provocar sérios problemas de entupimento, sobretudo quando presente em forma reduzida, podendo precipitar-se no interior das tubulações quando oxidado favorecendo, ainda, o desenvolvimento de ferrobactérias A análise do agrupamento entre diferentes sistemas de tratamento de água para a irrigação, observadas em diferentes pontos do sistema, pode ser observada na Figura 1. 3,00 2,50 ppm 2,00 1,50 1,00 T1 T2 T3 T4 0,50 0,00 Captação Reservatório (Entrada) Reservatório (Saída) Gotejador Figura 1. Gráfico de distribuição do teor de Fe em diferentes pontos do sistema, em função das diferentes tecnologias de tratamento de água. Analisando-se a Figura 1, percebe-se que o método mais eficiente de tratamento da água foi o que utilizou o reservatório aerado juntamente com um sistema de cloração da água, pois, a partir da saída do reservatório, em (T4) houve um decréscimo do teor de Fe, enquanto que nos demais tratamentos, esse teor aumentou. Esse aumento pode ter sido ocasionado pelo acúmulo de ferro precipitado e argila nas mangueiras. É importante ressaltar a importância dos três itens do sistema agindo em conjunto (reservatório, aeração e cloração), pois é no reservatório que o ferro irá se precipitar, ao invés de seguir para o interior das mangueiras. FEITOSA FILHO et al. (1999) relatam que a ferrugem pode se desenvolver pela ação de bactérias ferruginosas que infectam a água, mesmo que o conteúdo de ferro na água seja pequeno (menor que 1 ppm). ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 395

7 Para amenizar esses problemas, o procedimento ideal é fazer avaliação da água antes de se instalar qualquer sistema. Assim, podem-se recomendar sistemas de aeração que diminuam os níveis de Fe +2 e outros íons solúveis em água, e tanques de decantação para ocorrer a formação de limo ferroso no tanque e a parte que não venha a decantar seja retirada da água pelo sistema de filtragem. O dimensionamento inadequado da capacidade de armazenamento de água do reservatório pode influenciar na quantidade de ferro encontrada no interior das mangueiras, pois quando há uma demanda excessiva da água, há a necessidade de se captar a água que está mais ao fundo do reservatório, onde existe maior teor do elemento. Para o tratamento de recuperação dos emissores, VIEIRA et al. (2004) observam que existem produtos que removem o limo aderido às paredes das tubulações e gotejadores deixando, assim, a passagem de água novamente livre. Segundo PITTS et al. (1990), o ácido pode ser usado para abaixar o ph da água e reduzir o potencial de precipitação química. Ácidos como o sulfúrico (H 2 SO 4 ), o clorídrico (HCl), o fosfórico (H 3 PO 4 ) e o nítrico (HNO 3 ) podem ser usados para este propósito. Contrariamente, RESENDE et al., (2001) observa que a recuperação total ou parcial de emissores entupidos, além de não ser muito efetiva, é muito onerosa para o produtor. Os dados encontrados neste trabalho são semelhantes aos obtidos por VANZELA (2004) e FRANCO; HERNANDEZ (2009) para o ferro total, com médio a alto risco de dano a sistemas de irrigação localizada. CONCLUSÕES Quanto maior o teor de Fe presente na água, maior foi é a obstrução nos gotejadores autocompensantes, sendo as maiores variações observadas nos gotejadores com vazão de 1,6 L h -1. REFERÊNCIAS AYERS, R.S.; WESTCOT, D.W. A qualidade da água na agricultura. Tradução de GHEYI, R.S; MEDEIROS, J.F. de; DAMASCENO, F.A.V. Campina Grande, PB: UFPB, 1991, 218p. (Estudos FAO: Irrigação e Drenagem, 29). BARROS, A.R.B. Remoção de ions metálicos em água utilizando diversos adsorventes f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, BUCKS, D. A.; NAKAYAMA, F. S.; GILBERT, R.G. Trickle irrigation water quality and preventive maintenance. Agricultural Water Management, v.2, p , CORDEIRO, E.A. Influência do tratamento de água ferruginosa no desempenho de sistema de irrigação por gotejamento. Viçosa: UFV, 92p Dissertação Mestrado. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 396

8 FEITOSA FILHO, J.C.; BOTREL, T.A. ; PINTO, J.M. Desempenho de um sistema de aeração de reservatório de água constituído por tubos verticais ranhurados com descarga submersa. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.17, n.3, p.20-35, FRANCO, R.A.M. ; HERNANDEZ, F.B.T. Qualidade da água para irrigação na microbacia do Coqueiro, Estado de São Paulo. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.13, p , KELLER, J., KARMELI, D. Trickle irrigation design. S.1: Rain Bird Sprinkler Manufacturing Corporation, p. MARTINKO, J.; JOHN, M.; PACK, J. Metabolic diversity. In: Brock, B.; Madigan, M.T.; Martinko, J.M.; Parker, J. Biology of microorganisms. 8. ed. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice-Hall, p. Cap. 13. PITTS, D.J. ; HAMAN, D.Z. ; SMAJSTRLA, A.G. Causes and prevention of emitter plugging in microirrigation systems. Gainesville: Florida Cooperative Extension Service. University of Florida p. Bulletin 258 SANTINATO, R.; FERNANDES, A. L. T. Cultivo do cafeeiro irrigado por gotejamento. Belo Horizonte: O Lutador, p. SANTINATO, R.; FERNANDES, A. L. T.; FERNANDES, D. R. Irrigação na cultura do café. 2 ed. Belo Horizonte: O Lutador, p. VANZELA, L.S. Qualidade de água para irrigação na microbacia do córrego Três Barras no município de Marinópolis - SP f. Dissertação (Mestrado em Sistema de Produção) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, VIEIRA, Gustavo H. S. et al. Recuperação de gotejadores obstruídos devido à utilização de águas ferruginosas. Rev. bras. eng. agríc. ambient., Campina Grande, v. 8, n. 1, abr ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 397