Aspersor E Regulador De Pressão Para Pivô

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ” - ESALQ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM IRRIGAÇÃO E DRENAGEM DISCIPLINA: Irrigação Pressurizada I PROFESSOR: Rubens Duarte MATERIAL DIDÁTICO REGULADORES DE PRESSÃO E ASPERSORES PARA PIVÔ CENTRAL Pedro Paulo S. Barros Leonardo Martins PIRACICABA DEZEMBRO DE 2010 Conteúdo INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 3 REGULADORES DE PRESSÃO ............................................................................................. 4 Introdução ................................................................................................................................ 4 Principio de funcionamento ................................................................................................... 5 ASPERSORES ........................................................................................................................... 7 Introdução ................................................................................................................................ 7 Tipos de aspersores............................................................................................................... 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 15 INTRODUÇÃO A irrigação tem como definição um conjunto de técnicas destinadas a deslocar a água no tempo ou no espaço para modificar as possibilidades agrícolas de cada região. A irrigação tem como principal função de corrigir a distribuição natural das chuvas. Essa técnica proporciona alcançar a máxima produção, em complementação às demais práticas agrícolas (LIMA et al, 2003) O estudo do continuo "água-terra-planta-atmosfera" refina o cálculo das necessidades de água das plantas e então do volume total da água de irrigação e permite um dimensionamento mais preciso e mais econômico de instalações de irrigação como também um equilíbrio melhor entre as necessidades e recursos da água. Ao plano tecnológico, a aparição de uma gama variada de material, melhorou os rendimentos hidráulicos considerando que a aparição da aspersão permitiu a extensão da irrigação a outras terras (ZELLA & SMADHI, 2007). O pivô central foi construído pela primeira vez em 1948. Em 1949, seu inventor, Frank L. Zybach, submeteu o invento para ser analisado e finalmente foi patenteado em 1952, no Colorado, Estados Unidos. O pivô girava acionado por mecanismos de pistões movidos hidraulicamente pela água. O inventor produziu unidades até 1954, quando vendeu os direitos de fabricação para empresa americana Valley, localizada no estado do Nebraska. O sistema de irrigação por aspersão tipo pivô opera em círculos, constituído de uma linha lateral de 200 a 800 metros com emissores, fixada em uma das extremidades e suportada por torres dotadas de rodas, triângulos e treliças equipadas com unidades propulsoras (FARIA & VIEIRA, 1986). Segundo os autores, a velocidade de rotação das torres, que se movimentam independentemente devido a motores individuais, em torno do ponto central é regulada por meio de um relé percentual situado no painel do equipamento, que comanda a velocidade de deslocamento da última torre. Segundo Marouelli et al (2001) o pivô apresenta como vantagens o uso reduzido de mão-de-obra, a maior uniformidade de distribuição de água e o menor uso de energia em relação a outros sistemas por aspersão convencional e autopropelido. O presente trabalho tem como objetivo revisar sobre aspersores e reguladores de pressão para pivô central 3|Página REGULADORES DE PRESSÃO Introdução Na irrigação por pivô central um terreno com topografia acidentada ou irregular (figura 1) pode proporcionar grandes diferenças de pressão fornecida ao aspersor. Como a taxa de aplicação de cada aspersor é determinada pela pressão na tubulação, a água aplicada por esse sistema pode ser desuniforme, ocorrendo assim uma perda de produção. Figura 1. Características de aplicação de água por pivô central em diferentes terrenos Fonte: KRANZ (2007) Segundo Kranz (2007) as flutuações de pressão descontroladas resultam em desvios indesejáveis de vazão e excesso de aplicação de água. As causas mais comuns para a variação de pressão incluem alterações na elevação dos emissores ou terreno, alterações na demanda do sistema e no fornecimento de água. O uso correto de reguladores de pressão controla essas flutuações e ajuda a evitar o excesso de aplicação de água, mantendo a 4|Página eficiência geral do sistema de irrigação resultando assim um acréscimo de produção. O excesso de água aumenta a intensidade da aplicação e pode resultar em compactação e impermeabilização do solo, além de causar perdas de água por escorrimento superficial. Segundo New & Fipps (2010) os reguladores geralmente podem ser instalados quando a variação da taxa de aplicação do aspersor exceder os 10%. Reguladores de pressão exigem energia para funcionar corretamente. Perdas de pressão de água dentro do regulador podem ser de 3 psi ou mais. Assim, a pressão de água na entrada deve ser 3 psi a mais que a exigida pelo regulador. Por exemplo: reguladores de 6 psi deve ter 9 psi na entrada; reguladores de 10 psi necessitam de 13 psi; reguladores de 15 psi reguladores necessitam de 18 psi e assim por diante. Eles não funcionam corretamente quando a pressão de entrada é 3 psi a menos do que a exigida pelo fabricante. Principio de funcionamento Segundo Zaggo et al.(1990) as válvulas reguladoras de pressão são dispositivos que reagem a um acréscimo de pressão de entrada diminuindo a seção de passagem de água e aumentando a perda de carga localizada que ocorre na válvula, de forma a compensar o aumento da pressão de entrada, mantendo a pressão de saída dentro de certos limites. Tarjuelo (1994) comenta que os reguladores mais comuns são os de mola (figura 2), constituídos por uma carcaça que abriga um êmbolo. Este êmbolo é empurrado por uma mola que tende a mantê-lo na posição de máxima abertura e, quando a pressão existente na água abaixo do regulador age sobre a superfície do fixador da mola e essa pressão é menor que a do regulador, a mola mantém aberto o êmbolo e a água passa apenas com uma pequena perda de carga. Mas, quando essa pressão atuante é maior, ela se transmite momentaneamente, criando uma força que vence a da mola e fazendo com que o êmbolo se feche parcialmente, ocorrendo um aumento da perda de carga até conseguir que a pressão fique próxima à do regulador. 5|Página Figura 2. Componentes do regulador de pressão Fonte : SENNINGER (2010) Os reguladores de pressão são peças com molas internas que se desgastam dentro de um prazo relativamente curto, principalmente quando são aplicados, via água de irrigação, produtos químicos com alto poder corrosivo. Sem aplicação de produtos químicos e com pressão de funcionamento adequada os reguladores de pressão funcionam adequadamente por quatro a cinco anos. Após esse período, deve substituí-los. É recomendável trocar todos os reguladores de pressão de uma vez. A prática de testar cada regulador de pressão para substituir apenas os danificados não é recomendável, pois um regulador que não foi substituído, por estar funcionando adequadamente, poderá deixar de funcionar em curto espaço de tempo devido à sua vida útil já estar ultrapassada. 6|Página ASPERSORES Introdução O aspersor é o elemento mecânico de maior importância no sistema de aspersão, sendo responsável pela pulverização do jato d’água em uma área circular da superfície do terreno. Um dos primeiros procedimentos a serem realizados em um projeto de irrigação por aspersão é a escolha do aspersor sendo importante levar em consideração diversos fatores que influenciam diretamente o seu funcionamento. O pivô central é equipado com aspersores de diferentes tamanhos e espaçamentos, conferindo-lhe diferentes demandas por pressão e, conseqüentemente, energia. Basicamente existem quatro tipos de aspersores (figura 3): 1a) os aspersores de impacto que são equipados com um ou dois bocais e um braço de impacto que tem como função causar a rotação do aspersor; 1b) os aspersores invertidos com defletores estacionários , isto é, defletores que não se move quando impactados pela energia da água que sai do bocal; 1c) os aspersores invertidos com defletores rotativos, isto é, que apresenta um movimento circular de 360° quando impactado pela água e 1d) os aspersores invertidos com defletores oscilativos, isto é, que o defletor tem movimento oscilativo quando é atingido pelo fluxo de água que sai do bocal. 7|Página Figura 3. Exemplo de diferentes aspersores de várias empresas Fonte: KRANZ et al (2005) Tipos de aspersores Os aspersores inicialmente utilizados no pivô central (figura 4) foram os de impacto com ângulos de inclinação de 23º. Com o objetivo de minimizar as perdas por deriva pelo vento, aspersores de impacto com ângulos de 6º substituíram os anteriores, sendo localizados sobre a tubulação do pivô, ou seja, na parte mais alta do equipamento. Esses dois tipos de aspersores apresentavam ao longo da linha tamanhos variáveis ou o mesmo tamanho, variando o diâmetro dos bocais. 8|Página Figura 4. Componentes e funcionamento do aspersor de impacto Fonte: BISCARO (2009) Posteriormente, passou a ser utilizados emissores do tipo spray, que são fixados a meia altura, entre a superfície do solo e o braço do pivô central, posição essa que permitiu uma redução significativa das perdas por deriva do vento e evaporação, quando comparadas com os sistemas anteriores. Devido sua localização intermediária, esses sistemas de aplicação foram classificados como MESA (Medium Elevation Spray Application). A aplicação do sistema MESA fica a uma altura entre 1,5 e 3 m. Assim a água é aplicada acima da cultura (figura 5), sendo indicado para grandes culturas como milho e cana-de-açúcar. E a declividade do terreno deve ser 3% para menos. A distribuição de água é fortemente afetada pela altura e o espaçamento utilizado no sistema MESA. Geralmente, aspersores com menor espaçamento obterá um coeficiente de uniformidade mais alto. 9|Página Figura 5. Sistema MESA em funcionamento Fonte: NRCS (2010) Visando a uma aplicação de água mais próxima às culturas, foi desenvolvido o sistema classificado como LESA (figura 6) (Low Elevation Spray Application), caracterizado por aplicar a água bem próximo às culturas irrigadas, entre 30 e 45 cm da superfície do solo. Segundo Andrade (2001) ele é indicado para culturas baixas como batata e cebola e também pode ser utilizado nas culturas da soja, feijão e milho. Essa altura do aspersor proporciona um menor molhamento da folhagem da cultura e também uma menor perda por evaporação. Os aplicadores são geralmente espaçados entre 1,5 e 2m de distância, o que corresponde a duas linhas de plantio (NEW & FIPPS, 2010). 10 | P á g i n a Figura 6. Sistema LESA na cultura do milho Fonte: NRCS (2010) Visando a uma maior eficiência de aplicação, os engenheiros agrícolas Bill Lyle e James Bordovsky, da Estação Experimental de Agricultura de Lubbock, Texas, EUA, desenvolveram em 1983 o sistema de irrigação LEPA (Low Energy Precision Application), que significa aplicação precisa de água com baixo consumo de energia, que gerou o aparecimento de emissores que procuram distribuir a água de maneira localizada, em sulcos ou próximo às raízes das plantas. O sistema LEPA apresenta quatro opções de molhamento (Figura 7), sendo hoje disponível no mercado as seguintes opções: a) Borbulhador (Bubble): caracteriza-se por aplicar água a uma baixa velocidade, dirigida à base da linha de café; b) Borbulhador aerador (Aerated bubble): caracteriza-se por aplicar água diretamente na base das linhas de café; 11 | P á g i n a c) Spray (Spray irrigate): caracteriza-se por irrigar toda a área de lavoura, ideal para a situação onde são plantadas culturas intercalares ou quebra-ventos temporários nas entrelinhas, ou quando se deseja reduzir o problema de escoamento superficial, no início do desenvolvimento da cultura. d) Quimigação (Chemigate): caracteriza-se por apresentar o spray invertido, que amplia a área de aplicação de água, sendo ideal para ser instalado entre duas linhas de plantas. Figura 7. As quatro opções de aspersão do sistema LEPA As vantagens desse sistema de baixa intensidade de aplicação é que mantém a composição química do solo, minimiza o acúmulo de água no solo e preserva a estrutura do solo. Isso acontece por causa de vários fatores: a baixa energia cinética produzida pela gota no impacto com o solo minimiza a compactação do mesmo, menor intensidade de aplicação maximiza e mantém 12 | P á g i n a a capacidade de infiltração assim aumenta a eficiência da irrigação, minimiza a erosão e reduz os custos Os aspersores do tipo LEPA apresenta baixa pressão, em média entre 4 e 7 mca. A declividade do terreno para um sistema LEPA deve não deve exceder 1,0 por cento em mais de 50 por cento do campo. No Quadro 1 podem ser visualizadas algumas diferenças existentes entre os emissores LEPA e os emissores convencionais para a cultura do cafeeiro, no que diz respeito a perdas de água. Em muitas situações, esses benefícios justificam a transformação dos aspersores existentes no pivô por um sistema LEPA (FERNANDES et al, 2010). Quadro 01. Perdas de água em sistemas convencionais e com a utilização dos emissores LEPA Área de perda Emissores convencionais de água Emissores tipo LEPA Evaporação do solo Maior, pois toda a superfície do Menos da metade da solo é molhada superfície do solo é molhada, reduzindo a evaporação Evaporação do cafeeiro Maior, porque os cafeeiros ficam Os cafeeiros mais úmidos, permitindo grande permanecem mais tempo secos superfície de evaporação Deriva vento pelo Os sprays convencionais são Deriva mínima, pela altamente suscetíveis as perdas localização do jato de pelo vento água no cafeeiro Escoamento superficial Topografia, baixo desenvolvimento vegetativo e irrigação excessiva podem favorecer perdas por escoamento superficial Escoamento pode ser problema, se não forem tomadas medidas adequadas Percolação profunda Alta – a irrigação excessiva pode Baixa, pois o correto provocar perdas de água abaixo monitoramento da da superfície do solo. umidade do solo reduz as perdas Fonte: FERNANDES et al, (2010) 13 | P á g i n a Sua eficiência de aplicação chega a valores entre 90 e 95% e perdas de água com a utilização deste sistema dificilmente ultrapassam 2 a 3%, contra os 25 a 30% dos “sprays” convencionais. Valores semelhantes aos sistemas de irrigação localizada (gotejamento e microaspersão), demonstrando a grande evolução do sistema de pivô central, que originalmente apresentava eficiências de aplicação de 75% a 80%. Isso se deve ao instalar os aspersores dentro do dossel, perto da superfície do solo eliminando assim, a deriva pelo vento e perdas por evaporação. É importante ressaltar que em função das elevadas taxas de precipitação e da limitada altura do emissor ao solo, os sistemas LEPA são inadequados para terrenos ondulados e com topografia, cuja declividade ultrapasse a 2%. Para seu correto funcionamento é necessário regulador de pressão. 14 | P á g i n a REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDRADE, C. L. T. Seleção do sistema de irrigação. Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo, 2001. 18p. BISCARO, G. A. Sistema de irrigação por aspersão. Dourados: Ufgd, 2009. 134 p. Disponível em: . Acesso em: 19 nov. 2009. FARIA, M. A.; VIEIRA, J. Irrigação por aspersão: sistemas mais usados no Brasil. 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