INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO DESEMPENHO DE MICROTUBOS SPAGHETTI

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1 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA NO DESEMPENHO DE MICROTUBOS SPAGHETTI M. F. Pinto 1 ; D. G. Alves 2 ; T. A. Botrel 3 RESUMO: O microtubo é um emissor de longo percurso de pequeno diâmetro e, portanto, susceptível ao entupimento e altamente sensível à variação de temperatura e pressão e, de baixo custo. No entanto, não se tem muitos estudos sobre o efeito da temperatura nestes emissores. Este trabalho objetivou avaliar a influência da temperatura no desempenho de microtubos spaghetti utilizados em sistemas de microirrigação. Inicialmente, determinou-se o comprimento dos microtubos com diâmetro nominal de 1,0 mm para um sistema de microirrigação funcionando sob pressão de alimentação de 14,7 kpa e com vazão de 1,0 L h -1 para temperatura de 20 C. Após o dimensionamento, foram mantidos constantes a pressão de alimentação e os comprimentos dos microtubos e, realizaram-se simulações para o sistema de microirrigação funcionando com temperaturas de 0 a 40 C. De acordo com resultados, verifica-se que vazão e a uniformidade de aplicação são influenciadas pela temperatura da água, sendo que a vazão é mais afetada que a uniformidade. PALAVRAS-CHAVE: microirrigação; uniformidade; vazão. SIMULATION OF TEMPERATURE INFLUENCE ON PERFORMANCE OF SPAGHETTI MICROTUBE SUMMARY: The microtube is a long-path emitter of small internal diameter. Therefore are susceptible to clogging and highly sensitive to variations in temperature and pressure and presentation low cost. However, few works has been developed to investigate the effect of temperature on performance of these emitters. There this study was carried out with the aim to evaluate the influence of temperature on performance of microtubes used in microirrigation systems. Initially, it was determined the length of the microtubes with nominal diameter of 1.0 mm, considering a microirrigation system with inlet pressure of 14.7 kpa and emitter flow rate of 1.0 L h -1 and temperature of 20 oc. After the designing, it carried out simulations for the microirrigation system operating at temperatures from 0 to 40 C. According to the results the flow rate and the application uniformity of water are influenced by water temperature, and the flow is more affected than uniformity. KEYWORDS: micro-irrigation; uniformity; flow. 1 Especialista em Laboratório da ESALQ-USP, Departamento de Engenharia de Biossistemas. 2 Doutorando em Eng. de Sistema Agrícolas, bolsista do CNPq, ESALQ-USP. Piracicaba- SP, , fone: , dinara@.usp.br 3 Prof. Dr. ESALQ-USP, Departamento de Engenharia de Biossistemas

2 INTRODUÇÃO O microtubo spaghetti é um tipo de emissor utilizado em sistemas de microirrigação, feito de polietileno cujo diâmetro interno varia de acordo com sua faixa de identificação: 0,6; 0,7; 0,8; 1,0 e 1,5 mm para microtubos com faixa de cor amarelo, verde, laranja, azul e branco respectivamente. Este emissor é caracterizado pelo seu baixo custo e são indicados para várias situações, até mesmo para locais onde existem elevadas diferenças de pressão devido a desníveis de topografia e a grandes perdas de carga, pois é possível variar o comprimento do microtubo e consequentemente, compensar a variação de pressão, obtendo vazão uniforme em toda linha lateral (Alves et al., 2012; Souza et al., 2006; 2009). Devido a isto, o interesse por emissores microtubos vem crescendo, principalmente por entidades que prestam assistência técnica a pequenos produtores e comunidades carentes. Segundo Alves et al. (2012), a utilização desta tecnologia deve ser realizada em áreas pequenas visto que, a montagem deste sistema é trabalhosa e requer muita mão de obra. Além disso, para que o sistema de microirrigação com microtubos spaghetti seja dimensionado corretamente é necessário mão de obra especializada. Ressalta-se que os microtubos são susceptíveis ao entupimento e altamente sensíveis à variação de temperatura e pressão. Porém, o aprimoramento da tecnologia de filtragem de água tem tornado viável o uso de emissores mais sensíveis à obstrução. No entanto, não se tem muitos estudos sobre o efeito da temperatura em emissores microtubos o qual deve ser avaliado com mais cautela. A influência da temperatura sobre a vazão dos microtubos reduz com o aumento do número de Reynolds (Soares et al., 1982), consequentemente a faixa em que o regime de escoamento é laminar é mais sensível às influências das variações de temperatura na água. Essas variações ocasionam mudanças na viscosidade e podem acarretar alterações na vazão dos emissores. Souza (2005) avaliou a influência de diferentes temperaturas da água (15, 25, 30 e 35 ºC) no desempenho do sistema de irrigação com microtubos funcionando sob pressão de 100 kpa e concluiu que a cada 5 ºC de aumento na temperatura da água, a vazão média aumentou em 5%, porém, mesmo com uma variação de 15 ºC na temperatura da água, a uniformidade de distribuição foi superior a 90% e, o coeficiente de variação de vazão só ultrapassou 5% no caso extremo de 35 ºC na temperatura da água. Vale salientar que os resultados apresentados pelos autores anteriormente citados são válidos apenas para as condições em foram avaliados. Porém na concepção de um projeto é possível prever a influência da temperatura da água no desempenho do sistema com base nas características do ambiente em análise, utilizando modelagem teórica. Ante o exposto, este trabalho objetivou avaliar por meio de modelagem teórica, a influência da temperatura no desempenho de emissores microtubos spaghetti utilizados em sistemas de microirrigação. MATERIAL E MÉTODOS Admitiu-se para o dimensionamento do sistema de irrigação, um canteiro de 1,50 x 15,0m, uma linha lateral disposta em nível no campo para o cultivo de alface com espaçamento de 0,30 x 0,30m, utilizando um emissor por planta do tipo microtubo spaghetti.

3 Utilizou-se uma planilha eletrônica para o dimensionamento de emissores microtubos o qual foi realizado com base no cálculo da perda de carga causada pelo emissor em determinada condição de vazão e pressão. O comprimento do microtubo foi calculado com base na equação de Darcy-Weisbach ou equação universal de perda de carga eq. (1), sendo o fator de atrito (f) foi calculado pela equação de Hagen-Poiseuille eq. (2), pois o regime de escoamento dos emissores ser laminar (NR 2000). (eq. 1) (eq. 2) (eq. 3) em que: h f - perda de carga no microtubo, m; f - fator de atrito da fórmula universal, adimensional; L - comprimento do microtubo, m; D - diâmetro interno do microtubo, m; V - velocidade da água no microtubo, m s -1 ; e g - aceleração da gravidade, m s -2. NR - número de Reynolds, adimensional eq. (3); e ν - viscosidade cinemática da água, m 2 s -1. Inicialmente o comprimento dos microtubos com diâmetro nominal de 1,0 mm foi determinado para um sistema de microirrigação com linha lateral de 13 mm de diâmetro, funcionando sob pressão de alimentação de 14,7 kpa e com vazão dos emissores de 1,0 L h -1. Para este dimensionamento, assumiu-se temperatura de 20 o C e a viscosidade cinemática correspondente a esta temperatura é de 1,01x10-6 m 2 s -1. Após este dimensionamento, foram mantidos constantes a pressão de alimentação e os comprimentos dos microtubos e, realizaramse simulações para o sistema de microirrigação funcionando com temperaturas de 0 a 40 o C. O dimensionamento do sistema de microirrigação foi realizado utilizando o método trecho a trecho, de modo que a pressão em cada emissor ao longo da linha lateral foi determinada, possibilitando o cálculo do comprimento do microtubo em cada ponto de sua conexão com a linha lateral. Para determinação da vazão dos emissores funcionando sob diferentes temperaturas, utilizou-se a eq. 4 (rearranjo da equação de Darcy-Weisbach). A viscosidade cinemática da água foi calculada com base na eq. 5, obtida por meio do ajuste apresentado na Figura 1 A, considerando o modelo potencial para descrever a variação da viscosidade em função da temperatura da água (R 2 = 0,999953). Os valores de viscosidade utilizados para o ajuste foram obtidos de Azevedo Netto et al. (1998). (eq. 4) em que: P e - pressão de entrada do microtubo emissor, m.c.a. O coeficiente de variação de vazão entre os emissores e o desvio da vazão média em relação à vazão de projeto foram determinados para cada condição de temperatura considerada. em que: T - temperatura da água, C. RESULTADOS E DISCUSSÃO (eq. 5) Os resultados do coeficiente de variação de vazão e desvio da vazão média dos emissores em relação à vazão de projeto, para cada temperatura considerada, podem ser visualizados na Figura 1B. Observa-se que a medida que a temperatura se afasta de 20 C, que foi o valor

4 Viscosidade a (m 2 s -1 x10-6 ) Coeficiente de variação (%) Desvio na vazão (%) M. F. Pinto et al. considerado no projeto, o coeficiente de variação aumenta, independentemente da temperatura aumentar ou diminuir. Isto acontece porque o comprimento dos microtubos ao longo da linha lateral é calculado para uma dada vazão e temperatura, neste caso quando a temperatura muda, a vazão dos emissores é afetada, afetando também o perfil de pressão ao longo da linha lateral e por conseguinte a uniformidade da vazão, como pode ser visualizado na Figura 1B. 2,0 1,5 1,0 AJ AZ 3,0 2,5 2,0 1,5 CV Q ,5 1,0 0, ,0 0,0 A Temperatura( C) 100 B. Figura 1. A: Viscosidade cinemática em função temperatura da água (AJ: ajustado; e, AZ: valores obtidos de AZEVEDO NETTO et al. (1998)); B: Coeficiente de variação de vazão (CV) e desvio da vazão em relação a vazão de projeto (ΔQ) versus temperatura. Para as condições consideradas neste trabalho, percebe-se que o coeficiente de variação de vazão aumenta a uma taxa aproximada de 0,67 % por cada 10 C de mudança de temperatura. Apesar de ser um caso específico, o que se pode afirmar é que a uniformidade de aplicação de água é afetada pela temperatura da água, é claro que a magnitude como isso se dar é inerente a cada projeto. O outro importante fato a ser observado na Figura 1B é a mudança na vazão dos emissores devido a mudanças na temperatura da água. Observa-se, para as condições avaliadas, que o desvio na vazão de projeto é proporcional ao desvio da temperatura, sendo que cada mudança de temperatura de 10 C tem-se um desvio de vazão aproximado de 20 % do valor de projeto (1 L h -1 ). CONCLUSÕES De acordo com os resultados apresentados, pode-se concluir que tanto a vazão como a uniformidade de aplicação é afetada pela temperatura da água, sendo a primeira como maior magnitude que a segunda. AGRADECIMENTOS Temperatura ( C) Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela concessão da bolsa de estudos; ao Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), CNPq e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo apoio financeiro a esta pesquisa, por meio do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Engenharia da Irrigação (INCTEI). -40

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALVES, D. G.; PINTO, M. F.; SALVADOR, C. A.; ALMEIDA, A. C. S.; ALMEIDA, C. D. G. C.; BOTREL, T. A. Modelagem para o dimensionamento de um sistema de microirrigação utilizando microtubos ramificados. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.16, n.2, p , AZEVEDO NETTO, J.M.; FERNADEZ, M.F.; ARAÚJO, R.; ITO, A.E. Manual de hidráulica. 8.ed. São Paulo: Edgard Blucher, p. SOARES, A.A.; BERNARDO, S.; LOUREIRO, B.T.; CONDÉ, A.R. Características hidráulicas de microtubos cipla e de linhas laterais para irrigação por gotejamento. Irrigação e Tecnologia Moderna, Brasília, v. 10, n. 1, p. 5-9, SOUZA, R.O.R.M. Modelagem, desenvolvimento de software para dimensionamento, e avaliação de sistema de irrigação por gotejamento com microtubos p. Dissertação (Mestrado em Irrigação e Drenagem) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, SOUZA, R.O.R.M.; PÉREZ, G.F.E.; BOTREL, T.A. Irrigação localizada por gravidade com microtubos. Irriga, Botucatu, v. 11, n. 2, p , SOUZA, R.O.R.M; MIRANDA, E.P.; NASCIMENTO NETO, J.R.; FERREIRA, T.T.S.; MESQUITA, F.P. Irrigação localizada por gravidade em comunidades agrícolas do Ceará. Revista Ciência Agronômica, v. 40, n. 1, p , 2009.