10.14688/1984-3801/gst.v8n2p160-169 UNIFORMIDADE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA EM ASPERSÃO CONVENCIONAL SOB DIFERENTES PRESSÕES DE SERVIÇOS Ulisses Reis Correia Pinto 1, Pedro Henrique Pinto Ribeiro 1*, Leandro Caixeta Salomão 1, Fernando Soares de Cantuario 1, Ramilos Rodrigues de Brito 2, Thiago Tassio de Sousa Silva 2, Ademilson Coneglian³ RESUMO: O desempenho hidráulico do aspersor é bastante afetado pela pressão de operação, influenciando diretamente o raio de alcance, o perfil de distribuição e a uniformidade de distribuição de água. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a uniformidade de distribuição da água aplicada em irrigação por aspersão convencional, operando nas pressões de 10; 15; 20 e 25 m.c.a, sendo realizado três repetições cada pressão de operação e sobreposição das lâminas de água com o espaçamento de 6 x 6m. Para a determinação dos valores de distribuição de água, ao longo das diversas pressões de serviço, utilizaram-se os Coeficientes de Uniformidades de Cristhiansen (CUC) e Coeficiente de Uniformidade de Distribuição (CUD). Este trabalho foi realizado na área de avaliação de uniformidade de distribuição de água em aspersão convencional, localizado ao lado do laboratório de hidráulica e física do solo, do Instituto Federal Goiano (IF Goiano), Campus Urutaí - GO, utilizando para coleta da lâmina precipitada 144 coletores ficando 20 cm do solo, equidistantes em torno de um aspersor instalado no centro da área a 1,40m altura, formando um quadrante com coletores espaçados entre si de 2 x 2m. Os resultados obtidos para o espaçamento (6x6 m) demonstram que ocorreu aumento da média geral dos valores de CUC e CUD à medida que houve aumento na pressão de serviço do aspersor. Os valores de CUC e CUD de melhor qualidade foi para pressão de 25 m.c.a (96,28% e 95,21%, respectivamente). A dependência espacial da distribuição de água em aspersão convencional foi constatada por meio dos modelos variográficos. O melhor ajuste foi para pressão de 25 m.c.a com o modelo de semivariograma isotrópico gaussiano (R²=1,00), porém, as outras pressões estudadas (10, 15 e 20 m.c.a) ajustaram-se melhor no modelo de semivariograma isotrópico esférico. Palavras-chaves: irrigação, CUC, CUD, sobreposição, espaçamento 1 Departamento de Engenharia Agrícola e Irrigação. Instituto Federal Goiano Campus de Urutaí. *E-mail: pedroirri@gmail.com. Autor para correspondência. 2 Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho, FCA/Botucatu, SP. 3 Universidade Estadual de Goiás, Ipameri, GO. Recebido em: 21/11/2014. Aprovado em: 08/09/2015.
U. R. C. Pinto et al. 161 WATER DISTRIBUTION UNIFORMITY IN CONVENTIONAL SPRAY UNDER PRESSURE DIFFERENT SERVICES ABSTRACT: The hydraulic performance of the sprinkler is greatly affected by operating pressure, directly influencing the range, the distribution profile and the uniformity of water distribution. The objective of this study was to evaluate the distribution uniformity of applied irrigation water by sprinkler operating at pressures of 10, 15, 20 e 25 m.c.a, three repetitions being performed each operating pressure and overlapping water slides with a spacing of 6 x 6m. For the determination of the values of distribution of water throughout the various operating pressures, was used the coefficients uniformity Cristhiansen (CUC) and uniformity of distribution coefficient (CUD). This work was conducted in the area of assessment of uniformity of water distribution in sprinkler located next to the Campus Urutaí - GO laboratory hydraulic and soil physics, the Federal Institute Goiano (IF Goiano) to using to collect the precipitous slide 144 cm collectors 20 soil being equidistant around a rotor installed in the center area 1.40 m height, forming a quadrant with collectors spaced 2 x 2m. The results obtained for the spacing ( 6x6 m ), show that there was an increase in the overall mean value of CUC and CUD as there was an increase in the pressure of the sprinkler. The values of CUC and CUD were of better quality to a pressure of 25 m.c.a (96.28% and 95.21%, respectively). The spatial dependence of the water distribution in sprinkler was observed by means of variogram models. The best fit was to a pressure of 25 m.c.a with isotropic Gaussian semivariogram model (R² = 1.00), but other pressures studied (10, 15 and 20 m.c.a) set in the best isotropic spherical semivariogram model. Key-words: irrigation, CUC, CUD, overlapping, spacing. INTRODUÇÃO O aumento da população mundial vem gerando grande demanda por alimentos, intensificando assim a agricultura irrigada no Brasil e no mundo, por isto tem proporcionado maior pressão sobre os recursos ambientais, em particular, sobre os recursos hídricos, quando se trata dos estoques de água doce do planeta. Atualmente, mais da metade da população mundial depende de alimentos produzidos em áreas irrigadas. Diante desse cenário, tecnologias para a utilização mais racional dos recursos hídricos devem ser priorizadas, a fim de tornar o uso da água mais eficiente. No método de irrigação por aspersão, a água é aplicada ao solo na forma de uma chuva artificial, através do fracionamento do jato d água em um número enorme de gotas de água que se espalham no ar, caindo sobre o solo e ou plantas. Este fracionamento é obtido pelo fluxo da água sob pressão através de diferentes bocais (SOARES; RAMOS; FREITAS, 2006). A pressão é normalmente conseguida pelo bombeamento da água ou por grandes desníveis (gravidade) através de canalizações até as estruturas especiais para pulverização do jato, denominado aspersores. O planejamento racional de um sistema de aspersão requer o conhecimento da distribuição e quantidade de água aplicada, bem como a taxa de aplicação. Um dos processos de avaliar o desempenho de um sistema de irrigação por aspersão convencional é a uniformidade de distribuição de água, onde o índice de uniformidade é determinado através de um ensaio. O sistema de irrigação por aspersão convencional tem contribuído para corrigir fatores negativos do clima e elevar substancialmente o rendimento de variadas culturas, resultando em uma produtividade maior e em diferentes épocas do ano (dependendo dos fatores climáticos de cada região). A avaliação do sistema de aspersão deve ser feita para, visar à obtenção de dados reais para os cálculos e uma verificação do
Uniformidade de distribuição... 162 desempenho do equipamento (Aspersor), além de produzir subsídios para um melhor desenvolvimento na irrigação, podendo ser conseguidos através de coletores da precipitação colocados em locais representativos em cada área unitária. A avaliação de um aspersor permite obter dados confiáveis para se realizar um projeto e posteriormente manejar a irrigação. É de extrema importância fazer o ensaio de uniformidade de aplicação de água, pois só por meio deste que saberá a fração de água aspergida na área, sabendo onde a fração está em excesso e déficit hídrico. Este trabalho teve por objetivo avaliar a uniformidade de aplicação de água em diferentes pressões de serviço 10, 15, 20 e 25 m.c.a, para o espaçamento de 6 x 6m. MATERIAL E MÉTODOS A avaliação de uniformidade de distribuição de água sob diferentes pressões de serviço foi realizada nos meses de abril e maio de 2014, na área de avaliação de uniformidade de distribuição de água em aspersão convencional do Instituto Federal Goiano (IF Goiano), Campus Urutaí - GO, cujas coordenadas geográficas são 17º29 10 S de latitude, 48º12 38 O de longitude e 697 m de altitude. A área onde foi realizada a avaliação de uniformidade é composta pelos seguintes componentes: caixa de água de 3000 litros, 2 filtros de areia, 1 filtros de disco, 3 barras de PVC de 6 metros (constituído por uma linha lateral direta), motomba R-18 (categoria mono-estágio) centrifuga monobloco e mancalizada, 3500 Rpm, tendo vazão máxima até 30,8 m³/h e pressão máxima 64 m.c.a ou 6,4 bar. Ressalta-se que estes equipamentos já se encontram instalados na área onde foram realizadas as avaliações. Para realização da avaliação de uniformidade de distribuição sob diferentes pressões de serviço, utilizou-se um kit de ensaio de uniformidade de distribuição, com coletores (pluviômetros) de 80 mm de diâmetro e 102 mm. Para a obtenção dos dados em campo utilizou-se a metodologia proposta por Bernardo, Soares e Mantovani (2006), onde foram utilizados 144 coletores equidistantes em torno de um aspersor instalado no centro da área a 1,40 m altura, formando um quadrante com coletores espaçados entre si de 2 x 2 m (Figuras 1 e 2). Figura 1. Representação esquemática da disposição dos coletores e do aspersor na área da avaliação.
U. R. C. Pinto et al. 163 Figura 2. Aspersor em funcionamento e coletores dispostos para avaliação de Uniformidade de Distribuição de Água. Para instalação e fixação dos coletores na área, foram utilizadas haste de ferro, ficando o coletor a 20 cm do solo, utilizando borrachas elásticas para fixação dos coletores junto à haste. Para leitura da lâmina precipitada junto aos coletores, utilizou uma proveta graduada com capacidade de 100 ml e precisão de 1 ml. Ressalta-se que todas as leituras de precipitação foram convertidas para mm (milímetros), através da relação Volume/Área. As pressões de serviço adotadas neste trabalho para avaliar a uniformidade de distribuição de água, foram de 10; 15; 20 e 25 m.c.a, sendo realizadas três repetições por pressão, totalizando 12 avaliações realizadas para sobreposição de 6 x 6m. Salienta-se que somente a primeira pressão encontra-se abaixo da recomendada pelo fabricante, as demais se encontram dentro da faixa recomendada pelo fabricante do aspersor. A determinação da vazão ao aspersor foi realizada pelo método volumétrico, onde se utilizou um balde com capacidade de 20 litros, mangueira acoplada ao bocal e cronômetro. O tempo de funcionamento do sistema de irrigação durante a realização do teste para cada pressão avaliada foi de uma hora, onde logo após este procedimento realizou a coleta do volume de água aos pluviômetros. As avaliações foram realizadas em dias alternados entre as 16 e 18 horas no período compreendido de abril a maio. Para a estimativa da evaporação da água durante a avaliação, foram instalados 4 coletores (pluviômetros), dispostos fora da área de abrangência do aspersor e com volume de água conhecido (20 ml). Este volume de água foi conferido logo após o término da leitura dos volumes coletados na malha durante o ensaio. Essas medidas possibilitaram considerar desprezível a evaporação no decorrer dos ensaios, visto que não foi possível determinar variação entre o volume inicial e final. O aspersor utilizado foi o 435 ½ M (Tabela 1) sobrecopa da marca Naandaanjain, aspersor de plástico de impacto de giro completo e parcial, de grande durabilidade, defletor de oito posições que permite ajustar distância, a altura do jato e o volume da precipitação. Entretanto, foi mantido uma mesma posição para todos os ensaios realizados (12,8º).
Uniformidade de distribuição... 164 Tabela 1. Características do aspersor Naandanjain 435 ½ M, utilizado no trabalho Características do aspersor Vazão 0,38 a 1,18 m³/h Diâmetro molhado 23 a 30 m Pressão de serviço 1,5 a 4 bar Para aferição de pressão foi instalado um manômetro de glicerina de 0 a 4 kgf/cm² (Figura 3). Figura 3. Aspersor Naandaanjain 435½ M, instalado na área de avaliação, juntamente com o manômetro de glicerina. Para a avaliação da uniformidade, adotou-se neste ensaio, o coeficiente de uniformidade Chiristiansen (CUC), descrito pela seguinte equação 1: n yi ym i1 CUC 1 100 (1) ny m Em que: CUC: Coeficiente de Uniformidade Christiansen; n: número de coletores ou pluviômetros; y i : lâmina de água aplicada no i-ésimo ponto sobre a superfície do solo, em mm; y m : lâmina média aplicada, em mm. Adotou-se, também, neste ensaio o Coeficiente de Uniformidade de Distribuição (CUD) que é: q CUD 25% _ q m em que: CUD: Coeficiente de Uniformidade de Distribuição (%); q 25% : Médias das menores lâminas, representando 25% do total das lâminas obtidas mm; q _ m : lâmina média aplicada, em mm. Os valores de CUC e CUD foram calculados para diferentes condições, ou seja, 10; 15; 20 e 25m.c.a e para sobreposição de 6 x 6m. A partir dos resultados das avaliações foram gerados gráficos de isolinhas em duas dimensões (2D), por meio da técnica da Krigagem, representativas da distribuição de água, com o auxílio do programa Surfer versão 11.0 (2012). Para a interpretação dos dados obtidos de CUC e CUD, seguiu-se a proposta de Mantovani, Bernardo e Palaretti (2007). 100 (2)
U. R. C. Pinto et al. 165 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados dos coeficientes (CUC e CUD) obtidos neste trabalho sob diferentes pressões de serviço e espaçamento (6x6) estão apresentados na Tabela 2. É possível observar que ocorreu aumento crescente da média geral dos valores de CUC e CUD, à medida que houve aumento na pressão de serviço do aspersor, assim aumentando o CUC 11,44% da menor para maior e 15,55% o CUD, isto se deve ao fato do aspersor não possuir regulador de pressão (autocompensante). Observou-se, também, que os valores de CUD são inferiores aos valores de CUC, nas respectivas pressões de serviço. Segundo Benami e Hore (1964), os valores de CUC não dão ênfase aos desvios abaixo da média, que são mais críticos na prática, diferente do CUD, que utiliza a média de 25% dos menores valores de lâmina de irrigação. Baixos valores de CUC e CUD proporcionam aumento do consumo de água e de energia, com aumento dos custos e redução da produtividade. Carrion et al. (2001) relatam que CUC menor que 80% não é recomendado para utilização em projetos de aspersão. Tabela 2. Coeficiente de Uniformidade de Christiansen (CUC) e Coeficiente de Uniformidade de Distribuição (CUD), operando sob diferentes pressões de serviço e simulação de espaçamento (6 x 6m). Valores médios referentes a três avaliações Pressão (m.c.a) CUC (%) CUD (%) 10 85,95 81,19 15 87,92 85,63 20 92,38 90,12 25 96,28 95,21 Nota-se que o desempenho hidráulico adoção de menores espaçamentos contribui do aspersor foi bastante afetado pela pressão com o aumento da uniformidade de de serviço influenciando diretamente a distribuição de água, característica uniformidade de distribuição de água importante, principalmente em regiões, onde conforme figuras 7 e 8. Concordando com o fator água é limitante e sujeita a ventos Mantovani, Bernardo e Palaretti (2007), fortes. quando afirmam que há influência da pressão Rocha et al. (1999) ressaltam que em de serviço sobre a eficiência de aplicação e regiões áridas e semiáridas, como a região uniformidade dos sistemas de irrigação. Nordeste do Brasil, onde a irrigação é de Se comparando os coeficientes fundamental importância na produção calculados, independente da pressão de agrícola, baixos valores de uniformidade de serviço adotada e espaçamento utilizado, aplicação de água na superfície do solo, verifica-se que o CUD é mais sensível às principalmente, em solos leves, podem variações na distribuição de água de um resultar em elevadas perdas de água por sistema de irrigação, essa observação também percolação profunda. foi realizada por Souza et al. (2006) em Assim, a melhor tomada de decisão, avaliações de sistemas de irrigação por deve-se basear em análises técnica e gotejamento em cultivo de café. econômica. Estudos realizados por Faria et al. Holanda Filho et al. (2001), Guirra, (2009), obtiveram resultados similares aos do Zanini e Silva (2013) observaram redução do presente estudo, observando-se que CUC e do CUD com o aumento do espaçamentos reduzidos apresentaram espaçamento dos aspersores. Entretanto, melhores valores de CUC. Pereira (2003) relata que pequenos A força do grau de dependência espaçamentos aumentam os custos do sistema espacial na última pressão (25 m.c.a) com tubulações e mais aspersores, além de diminuiu, entretanto, isso ocorreu em função requerer maior mão de obra para mudança do ajuste do modelo gaussiano em detrimento das linhas de distribuição, por outro lado a do modelo esférico, além desse rearranjo
Uniformidade de distribuição... 166 espacial foi à pressão que melhor apresentou o R² (1,000), conforme Tabela 3. Tabela 3 Coeficiente e parâmetros de semivariograma isotrópicos relativos à uniformidade de distribuição de água em aspersão convencional sob diferentes pressões Pressão Modelo Co Co+C A R² IDE 10 mca Esférico 0,011600 0,146200 4,5200 0,877 0,921 15 mca Esférico 0,004400 0,144800 3,2800 0,105 0,970 20 mca Esférico 0,003000 0,093000 3,3000 0,170 0,968 25 mca Gaussiano 0,014000 0,567000 6,5125 1,000 0,975 A dependência espacial e o padrão agregado de distribuição de água em aspersão convencional foram constatados por meio dos modelos variográficos. Ajustaram-se modelos de semivariograma isotrópico esférico para pressões de 10, 15 e 20 m.c.a e gaussiano para a pressão de 25 m.c.a, apresentados pelas Figuras 3, 4, 5 e 6. Os semivariogramas atingiram um patamar dentro de cada período de avaliação, correspondente ao seu alcance, de forma a satisfazer as suposições de estacionariedade. Figura 3 Curva do variograma isotrópico sob pressão de 10 mca. Figura 4 Curva do variograma isotrópico sob pressão de 15 mca. Figura 5 Curva do variograma isotrópico sob pressão de 20 mca. Figura 6 Curva do variograma isotrópico sob pressão de 25 mca.
U. R. C. Pinto et al. 167 Figura 7. Mapas de distribuição de água resultantes da Krigagem ordinária em blocos para espaçamento entre aspersores de 6 x 6m e pressões de 10 mca (A) e 15 mca (B). Figura 8. Mapas de distribuição de água resultantes da Krigagem ordinária em blocos para espaçamento entre aspersores de 6 x 6m e pressões de 20 mca (C) e 25 mca (D). A pressão de 25 m.c.a mostrou melhor dependência espacial quando comparadas com as demais pressões, conforme Tabela 2 e Figuras 3, 4, 5 e 6. Comparando os mapas das pressões, Figuras 7 e 8, evidencia a melhor distribuição de água pelo aspersor com pressão de 25 m.c.a, confirmado com a curva gaussiana do modelo do variograma. CONCLUSÕES O desempenho hidráulico do aspersor é bastante afetado pela pressão de serviço, influenciando o raio de alcance, o perfil de distribuição e a uniformidade de distribuição de água. Independente da pressão de serviço adotada o espaçamento (6x6), apresentou valores de (CUC e CUD), superiores a 80%, sendo recomendados para irrigação por aspersão convencional. REFERÊNCIAS ALVES, A. D.; CASTRO, P. T. Desempenho de um sistema de irrigação por aspersão tipo canhão hidráulico, sob diferentes condições de velocidade de vento na região de Paracatu, CE, Brasil. Engenharia Rural, Piracicaba, SP, v.6, n.2, p.79-84, 1995. BENAMI, A.; HORE, F. R. A new irrigationsprinkler distribution coefficient. Transactions of the American Society of
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