INCORPORAÇÃO ENERGÉTICA EM ADUTORA DE PVC PARA SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO 1 A. V. Diotto 2 ; J. Paulino 2 ; T. L. Romanelli 3 ; M. V. Folegatti 3 RESUMO: O balanço de energia em sistemas de produção agrícola vem se apresentando como uma nova possibilidade de avaliação seja para a qualificação ou para a comparação de sistemas. Nos trabalhos de balanço de energia de sistemas irrigados observa-se uma grande influência da irrigação nos resultados finais. Isto se deve ao fato do consumo direto de energia para pressurização e distribuição da água e também a energia incorporada pelo próprio sistema de irrigação. A incorporação de energia pelo sistema geralmente é expressa em função de um índice energético do sistema de irrigação, que considera apenas a área irrigada, não fazendo nenhuma alusão a sua adutora. Como a adutora pode ter uma participação expressiva na incorporação energética, este trabalho tem como objetivo apresentar um índice relativo à adução de água para sistemas de irrigação, em função da sua vazão e de seu comprimento. Encontrou-se um valor (em MJ) médio de incorporação energética da adutora em PVC de 0,2322*Q*L, onde Q é a vazão do sistema e L o seu comprimento. PALAVRAS-CHAVE: Índice energético; Balanço de energia; Sistemas de Adução de água. ENERGY INCORPORATION IN PVC WATER ADDUCTION SYSTEMS FOR IRRIGATION SUMMARY: The energy balance in agricultural systems has been presented as a new possibility of evaluation, either to qualify or compare the systems. Studies about energetic balance in irrigation systems present a large influence of irrigation on the results. This is because of the direct energy consumption for pressurizing the water and also the energy embodied in the irrigation equipment. The energy incorporation through the system is usually expressed by an energy index of the irrigation system, which considers only the irrigated area, not making any allusion to the adduction system. This part of system may have a significant participation in the energetic incorporation. These papers present an index for the adduction of water in irrigation, considering their flow and length. We found a value (in MJ) average incorporated of PVC pipe of 0.2322*Q*L, where Q is the flow of system and L is the length. KEYWORDS: Energetic index; Energy Balance; Water adduction systems 1 Parte de projeto de pesquisa de doutorado do autor, financiado pela FAPESP; 2 Doutorando em Irrigação e Drenagem, Depto. Engenharia de Biossitemas ESALQ/USP, Piracicaba SP. (19) 3445 8557 avdiotto@yhaoo.com.br; 3 Prof. Doutor. Depto. Engenharia de Biossitemas, ESALQ/USP, Piracicaba SP.
INTRODUÇÃO Atualmente vem se buscando metodologias que visam a avaliação de sistemas de produção de maneira mais global, ou seja, que seja capaz de englobar parâmetros distintos dos tradicionalmente utilizados. A utilização de uma avaliação utilizando-se dos fluxos de energia como medida de eficiência de um sistema agrícola deve ser vista como complementar a outras análises como a econômica e a social, buscando assim identificar uma avaliação da sustentabilidade energética da produção. O conhecimento de como os sistemas demandam e disponibilizam energia podem servir de orientação para se definir políticas de estímulo à adoção ou não de determinadas técnicas. Nos fluxos de energia consideram-se como energia de entrada não somente as fontes de energia empregadas, mas também a energia demandada nos processos de fabricação e obtenção dos insumos e serviços utilizados no processo produtivo. No caso de um sistema agrícola, além da energia diretamente utilizada como o óleo diesel, usado nas operações mecanizadas, e a eletricidade, nos sistemas de irrigação, contabiliza-se também a energia incorporada em insumos como maquinário, fertilizantes, defensivos, sementes e demais insumos empregados no processo de produção. Nesta lista de maquinários, não pode ser desconsiderado o sistema de irrigação quando se tratar de áreas que adotem esta prática. Diferentemente dos tratores e implementos, os sistemas de irrigação tem uma distribuição de materiais bem mais heterogênea. Podemos ter sistemas como o de aspersão via pivô central onde a predominância se dá por elementos de origem metálica (estrutura do próprio pivô e muitas vezes também a adutora), já os sistemas de gotejamento possuem geralmente a maioria de seus componentes de origem plástica, ou seja, a maior presença de derivados de petróleo. Esta grande variabilidade dentro dos sistemas poderá gerar um índice energético diferenciado para cada tipo de irrigação adotada. Índice energético pode ser considerado como sendo a incorporação de energia de determinado insumo ou equipamento adotado no sistema, expresso por uma determinada unidade, que pode ser área, ou até mesmo vazão a ser transportada. Este índice, quando multiplicado pela quantidade de insumo utilizado, vai resultar diretamente na quantidade de energia incorporada ao sistema, oriunda do processo em questão. No caso de sistemas de irrigação é comum encontrarmos índices expressos em função da área como o apresentado por Pimentel (1980), que é considerado umas das referencias em trabalhos de balanço de energia. Estes índices não levam em consideração a configuração das áreas, que podem apresentar diferentes comprimentos de adutora sendo necessários para se irrigar uma mesma área. A incorporação de energia proveniente da adutora em um sistema de irrigação, neste caso, pode ter maior ou menor participação no total de energia incorporada em função do seu comprimento. Neste contexto, elaborou-se este trabalho para se determinar a incorporação de energia proveniente de adutora de PVC, mantendo como variáveis a vazão transportada e o seu comprimento.
MATERIAL E MÉTODOS A determinação do fluxo de energia de determinado sistema, pode ser conseguida através da determinação do fluxo de material deste sistema. Deve-se considerar o fluxo de materiais dos insumos diretamente e indiretamente aplicados, o consumo de combustível, a depreciação de maquinário e a mão-de-obra (Romanelli e Milan 2010). Depois de obtido o fluxo de material, será possível o cálculo do fluxo de energia através da multiplicação das quantidades de cada elemento pelo seu índice energético (Pimentel 1980). Em cálculos hidráulicos de adutora, é muito comum a utilização apenas do diâmetro interno dos tubos. Porém, quando se fala em fluxo de material, ou incorporação material oriunda de uma adutora, é necessária a utilização do diâmetro externo, para se conseguir o cálculo do volume e consequentemente o peso de material utilizado em determinada adutora (equação 1). (eq.1) em que, W = peso da adutora, Kg; D e = Diâmetro externo do tubo de PVC, m; D i = Diâmetro interno do tubo de PVC, m; L = Comprimento da adutora, m; = Peso específico do PVC, Kg m -3. Visando uma economia no investimento inicial, é comum a utilização de tubos com diferentes classes de pressão, o que nos leva a utilização de tubos com diferentes pesos por metro dentro de uma mesma adutora. Um dos métodos utilizados no dimensionamento de adutoras é a escolha do diâmetro mais econômico, ou seja, aquele de apresente o menor custo total, incluindo os custos fixos e variáveis. Azevedo Neto (1998) apresenta a equação 2 como sendo indicada para a escolha deste diâmetro, e esta será utilizada nas simulações de dimensionamento das adutoras. (eq.2) Encontrado o diâmetro ótimo econômico, elegeu-se o diâmetro comercial mais próximo e a partir deste diâmetro calculou-se a perda de carga unitária do tubo comercial, utilizando-se da equação de Razen-wilians, uma vez que esta já é consagrada entre os projetistas e se mostra bastante coerente para os diâmetros acima de 50mm, que é o caso do estudo. A utilização de determinada classe de pressão dentro de uma adutora está correlacionada à pressão máxima em cada ponto. A pressão num ponto n qualquer da adutora é dependente dos fatores, pressão de entrada no inicio da adutora, perda de carga do ponto inicial até o ponto n e da diferença de nível do ponto inicial até o ponto n. Na equação 3 temos o comprimento de tubo necessário para se realizar a troca de classe de pressão. (eq3) em que, P ci = pressão da classe imediatamente inferior a inicial ou a atual, mca; P ca = Pressão inicial ou a atual da classe de pressão, mca; j = perda de carga unitária, m m -1 ; H L = desnível da adutora de comprimento L, m; L = comprimento da adutora, m. A variação do consumo de material dentro de uma adutora está correlacionado com o seu comprimento, seu desnível total e também a pressão no ponto final da adutora. A pressão no ponto final da adutora foi fixada como sendo de 50 mca, assumindo-se que está pressão seja suficiente para atender a maioria dos projetos, seja de gotejamento, aspersão convencional ou pivô central. Assim, foi utilizada a equação 3 para variar os tubos dentro de uma adutora,
encontrando as correlações entre a vazão e consumo de material. Dentro de uma mesma vazão variou-se o comprimento e/ou o desnível, até que a pressão máxima no início da adutora chegasse a 125 mca (maior classe de pressão). O valor de massa específica utilizados foi de 1400 kg m -3. A transformação da massa de tubo em incorporação energética foi realizada através da multiplicação do peso de material pelo índice energético de 5,53 MJ Kg 1 ano (Boustead and Hancock, 1979). RESULTADOS E DISCUSSÃO Para a determinação do peso por metro de PVC, elaborou-se uma correlação entre esta variável e o diâmetro e a classe de pressão. Ajustou-se uma superfície de resposta (Figura 1) para se conseguir uma equação que pudesse ser utilizada nas simulações das adutoras (equação 4). (eq.4) em que, Z = consumo de PVC, Kg m -1 ; D = Diâmetro nominal do tubo PVC DeFoFo, mm; CP= Classe de pressão (60, 80 ou 125), mca. Na figura 2 podemos observar a correlação entre a vazão e a incorporação energética da adutora. Os degraus no gráfico são causados pela mudança de um diâmetro para outro, uma vez que comercialmente não possuímos uma gama de diâmetros muito variada. Vale salientar que a incorporação está apresentada por metro de adutora, deixando como variável o comprimento e a vazão. Para uma mesma vazão encontrou-se os valores máximos e mínimos de incorporação energética, utilizados posteriormente para a obtenção de uma regressão linear que representa a incorporação media. Encontrou-se como valor médio de incorporação energética a equação 5. (eq5) em que, I = incorporação energética proveniente da adutora em PVC, MJ ano -1 ; Q = Vazão da adutora, m 3 h -1 ; L = Comprimento da adutora, m. CONCLUSÕES A utilização do comprimento e da vazão da adutora como variáveis para o cálculo da incorporação energética se mostrou bastante coerente, sendo capaz de complementar os índices energéticos de irrigação existentes, ou entrar na composição de um novo índice. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao MCT, ao CNPq e à FAPESP, pelo apoio a esta pesquisa, através do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Engenharia da Irrigação (INCTEI). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AZEVEDO NETTO, J.M.; FERNANDEZ Y FERNANDEZ, M.; ARAUJO, R.; ITO, A.E. Manual de hidráulica. 8. ed. São Paulo: Blücher, 1998. 669p. BOUSTEAD, I.; HANCOCK, G. F. Handbook of industrial energy analysis. Ellis Horwood Publishers England, 1979. 422 p. PIMENTEL, D. 1980. Handbook of energy utilization in agriculture. CRC Press. 475pp.
ROMANELLI, T.L.; MILAN, M. Material flow determination through agricultural machinery management. SCIENTIA AGRICOLA. v.67, n.4, p.375-383, 2010. Figura 1. Superfície de resposta da correlação entre consumo de PVC, classe de pressão e diâmetro. Figura 2. Correlação entre vazão e incorporação energética para adutora de PVC.