Uniformidade de distribuição de água do microaspersor MC-20
Introdução
A irrigação é uma importante técnica no desenvolvimento da agricultura, pois
permite a estabilidade da produção em períodos de déficit hídrico (Martins et
al., 2012). Nesse contexto, a agricultura irrigada tem alcançado grande
expressividade no setor produtivo mundial, com área irrigada em torno de 277
milhões de hectares (18% da área plantada) e responsável por 44% da produção
mundial de alimentos (Christofidis, 2006). Porém, o crescente uso da água para
fins de irrigação tem despertado a preocupação da opinião pública de maneira
geral, em razão dos impactos causados ao ambiente pela má utilização das águas
de superfícies pelos irrigantes (Martins et al., 2012).
Segundo Andrade et al. (2004), agricultura irrigada tem afetado o meio ambiente
de forma dramática com impactos que podem conduzir à degradação do solo e das
águas e perdas de produtividade. Coelho et al. (2005) citam que a simples
melhoria de 1% na eficiência do uso da água de irrigação nos países em
desenvolvimento de clima árido e semi-árido, significaria economia de cerca de
200 mil litros de água por agricultor, por hectare por ano.
Devido ao alto consumo de água da agricultura ligado a cultivos em grandes
extensões e às exigências hídricas das diversas culturas, fazem-se necessários
sistemas de irrigação bem dimensionados, que apresentem índices adequados de
uniformidade de aplicação de água, aliados a um manejo correto da irrigação,
propiciando assim a melhoria da produtividade, redução das perdas de água
(Prado e Colombo, 2011; Oliveira et al., 2012) e por lixiviação (Agostinho,
2011) e maximização dos recursos hídricos disponíveis (Santos et al., 2013).
Sendo assim, o uso de aplicativos computacionais que determinam a uniformidade
de aplicação de água em sistemas de irrigação, baseados em dados de
precipitação obtidos a partir de ensaios com o equipamento testado, estão sendo
cada vez mais utilizados (Carrión et al., 2001).
A análise das melhores disposições dos emissores no campo, através de modelos
de cálculo da distribuição espacial de água é efetuada a partir dos perfis
estacionários de distribuição de água dos microaspersores, operando nas mesmas
condições que serão atingidas por ocasião de sua instalação nos sistemas de
irrigação. Desta forma, o perfil radial de distribuição de água dos aspersores,
determinado em instalações apropriadas, em função das diferentes combinações de
pressão de serviço e diâmetro de bocais, é utilizado para simular a
distribuição de água de sistemas de irrigação (Allen, 1992).
O presente estudo teve como objetivo avaliar o perfil radial e a uniformidade
de distribuição de água do micraspersor MC-20, com bocal verde (1,5 mm de
diâmetro interno) e operando com pressões de 10, 15, 20, 25, 30 e 35 m c.a.
utilizando-se de um aplicativo computacional para o calculo da uniformidade na
aplicação de água, visando gerar informações que possam contribuir para o
melhor dimensionamento de sistemas e manejo de áreas irrigadas com o
microaspersor citado.
Material e Métodos
O estudo foi conduzido em área plana e asfaltada no Laboratório de Hidráulica
do Centro Universitário de Patos de Minas, no município de Patos de Minas, MG,
a 18º 34' 44 de latitude S, 46º 1' 04 de longitude W e altitude média de 815
m, em condições de vento nulo.
O microaspersor estudado foi o modelo MC-20 (Figura_1), de plástico poliacetal,
fabricado pela empresa Agropolo, operando com pressões de 10, 15, 20, 25, 30 e
35 m c.a. e bocal verde de 1,5 mm de diâmetro interno. De acordo com as
informações do fabricante (Quadro_1), para o bocal verde de 1,5 mm de diâmetro
interno, as vazões variam entre 89,08 L h-1 a 174,4 L h-1. Em relação ao raio
de alcance, o catálogo do fabricante apresenta o valor de 3,4 m apenas para a
pressão de 20 m c.a.
Foram distribuídos ao redor do microaspersor, quatro conjuntos de coletores
(pluviómetros) da marca Fabrimar, que possuem forma geométrica cilíndrica, com
diâmetro de 80 mm na parte superior e altura de 102 mm, espaçados a cada 0,5 m,
seguindo-se o método de amostragem em malha, conforme metodologia da ABNT
(1999). Para a obtenção da precipitação correspondente a aproximadamente 0 m de
distância do microaspersor, foram dispostos quatro coletores, dispostos
quadrangularmente a 0,05 m do tubo de elevação do microaspersor. Foram
dispostas também duas linhas radiais de coletores, espaçados 0,5 m a partir do
aspersor, para obtenção do perfil radial de distribuição de água e do raio de
molhamento do aspersor.
Para a determinação da vazão, foram realizados testes com três microaspersores
a partir do volume de água coletado em função do tempo e da pressão de
operação. Os testes foram realizados nas pressões de 10, 15, 20, 25, 30 e 35 m
c.a., permitindo também calcular o Coeficiente de Variação de Fabricação (CVF)
(Equação_1), para permitir a utilização dos microaspersores como repetições. A
interpretação dos valores de CVF foram baseadas na proposição de Solomon
(1979).
em que:
CVF Coeficiente de variação de fabricação (%);
qi Vazão de cada emissor (L h-1);
qm Vazão média dos emissores (L h-1); e
n Número de emissores do lote de amostragem.
Posteriormente, o microaspersor foi instalado a uma altura de 0,5 m em relação
à seção de captação do coletor. Com o auxílio de um manómetro de Bourdon e
através de um tubo de pitot verificou-se a pressão de trabalho no bocal do
microaspersor analisado. Após uma hora de funcionamento, foram feitas as
leituras dos volumes de água contidos em cada coletor, através de uma proveta
graduada. A metodologia para avaliação da uniformidade de irrigação baseia-se
nos índices: CUC - Coeficiente de Uniformidade de Christiansen (Christiansen,
1942) e CUD - Coeficiente de Uniformidade de Distribuição, (Criddle et al.,
1956). Os volumes armazenados dentro de cada coletor foram medidos com provetas
graduadas de 10 e 25 mL. Os testes foram realizados com três repetições,
representadas pelos aspersores utilizados nos testes de vazão, para cada
pressão de operação avaliada. A interpretação dos valores de CUC e CUD baseou-
se em proposição de Mantovani (2001).
Foi utilizado o aplicativo computacional CATCH 3D, versão 4.45 (Allen, 1992),
para o calculo do CUC e do CUD em condições de sobreposição das lâminas com
diferentes espaçamentos. Os resultados relativos à sobreposição e determinação
do CUC e CUD de água pelo aspersor foram baseados nos dados de precipitação,
sendo simulados os espaçamentos de 1,5x1,5; 1,5x2,0; 2,0x2,0; 2,0x2,5; 2,5x2,5;
2,5x3,0; 3,0x3,5; 3,5x3,5; 3,5x4,0; 4,0x4,0 mxm entre aspersores e entre linhas
laterais, respectivamente.
Resultados e discussão
No Quadro_2 estão apresentados os valores da Vazão Média e do Coeficiente de
Variação de Fabricação (CVF) nas pressões de operação estudadas. Verifica-se
que o microaspersor MC-20 apresentou baixo CVF, variando entre 1,62 e 2,12%,
com pequena variação de fluxo dos emissores devido ao processo de fabricação.
Segundo proposta de Solomon (1979), os emissores testados são classificados
como excelente. É importante que os emissores apresentem baixo CVF pois de
acordo com Keller e Karmeli (1974), a uniformidade de distribuição de água é
dependente da precisão com que os equipamentos são fabricados. De maneira
geral, observa-se no Quadro_4 que houve variação entre 4,95 e 5,99% da vazão
informada no catálogo do fabricante e a obtida nos ensaios. As variações do CVF
e da vazão em relação ao catálogo do fabricante, corroboram com os resultados
apontados por Sandri et al. (2010) que avaliaram microaspersores novos e usados
da NaanDanJain do grupo modular.
A partir dos dados de vazão obtidos em cada pressão e através de análise de
regressão, proposta de Keller e Karmeli (1974), foi determinado a equação
característica vazão-pressão do microaspersor MC-20 (Figura_2), sendo Q =
24,8H0,5335. Observou-se a partir do coeficiente de determinação (R² = 0,99) o
bom ajuste dos dados ao modelo obtido. O exponente n igual a 0,5335
caracteriza o emissor como de fluxo turbulento, conforme Keller e Karmeli
(1975).
No Quadro_3 estão apresentados os valores médios de CUC, CUD e o raio molhado
efetivo para os espaçamentos simulados (1,5x1,5; 1,5x2; 2x2; 2x2,5; 2,5x2,5;
2,5x3; 3x3; 3x3,5; 3,5x3,5; 3,5x4; 4x4 mxm) nas pressões de 10, 15, 20, 25, 30
e 35 m c.a. calculados pelo aplicativo computacional Catch 3D. Observa-se que,
predominantemente, houve diminuição dos valores de CUC e CUD com o aumento do
espaçamento, corroborando com Holanda Filho et al. (2001), Martins et al.
(2012) e Guirra et al. (2013).
Pode-se observar no Quadro_3 que cerca de 57,5% dos espaçamentos avaliados
apresentaram grau máximo de classificação do CUC e do CUD conforme proposta de
Mantovani (2001). Em todas as pressões avaliadas, os maiores valores de CUC e
CUD foram obtidos nos menores espaçamentos, corroborando com Faria et al.
(2009), Sandri et al. (2010) e Martins (2011). Em relação às recomendações
sobre espaçamento em relação à pressão de operação, pode-se observar que as
pressões de 15, 20 e 35 m c.a. apresentaram com alta uniformidade de
distribuição até o espaçamento 4x4 m. É válido ressaltar que embora a pressão
influencie positivamente a uniformidade de distribuição, El-Berry et al. (2009)
relatam que as maiores pressões demandam mais energia, fazendo com que as
opções de se utilizar o microaspersor MC-20 com bocal de 1,5 mm de diâmetro e
pressão de operação de 15 ou 20 m c.a. se tornem interessantes para os
espaçamentos de até 4x4 m.
Na Figura_3 são representados graficamente os perfis radiais de distribuição de
água para as pressões de 10, 15, 20, 25, 30 e 35 m c.a. Observa-se para todas
as pressões estudadas grande amplitude de precipitação entre a haste do
microaspersor (0 m) e o coletor disposto a 0,5 m da base, corroborando com
Costa (1994). A maior amplitude obtida entre a haste e o coletor disposto a 0,5
m foi para o microaspersor operando na pressão de 25 m c.a.com 18,73 mm h-1. De
maneira geral, as precipitações junto à base do microaspersor variaram de 9,85
a 24,01 mm h-1.
Observa-se no Quadro_4 que o aumento da pressão influenciou positivamente o
raio de alcance, corroborando com Martins et al. (2012). Os raios obtidos foram
superiores ao informado pelo catálogo do fabricante para a pressão de 20 m c.a.
(Quadro_1).
Conclusões
O raio de molhamento é influenciado diretamente pela pressão, mantendo boa
uniformidade de distribuição e perfil radial praticamente uniforme a partir de
0,5 m da base do microaspersor.
A pressão de 35 m c.a. apresentou a melhore uniformidade de distribuição em
espaçamentos até 4x4 m, embora possam ser recomendadas as pressões de 15 e 20 m
c.a. nas mesmas condições.
É importante que o fabricante disponibilize no catálogo as informações de
distribuição de água e raio efetivo de molhamento em função da pressão de
serviço utilizada para que o projetista e o irrigante possam ter sucesso no
projeto de irrigação, principalmente devido à necessidade em reduzir custos com
água e energia, além de permitir uma aplicação mais uniforme e possibilitar que
a planta expresse melhor seu potencial genético.
