Capítulo 5 Irrigação localizada
A irrigação localizada contempla sistemas em que a água é aplicada diretamente na região radicular em pequenas intensidades (pequenos volumes, baixa vazão) e alta frequência (turno de rega pequeno), mantendo esse solo próximo à capacidade de campo. Os dois principais sistemas são o gotejamento e a microaspersão.
5.1 Quantidade de água necessária
Diferentemente dos outros métodos, na irrigação localizada o turno de rega (intervalo entre duas irrigações) deve ser pequeno, normalmente variando de 1 a 3 dias, mantendo a umidade do solo sempre próxima à capacidade de campo e sua transpiração máxima. O intervalo entre irrigações deve permitir a formação de bulbos molhados e/ou faixas molhadas que possibilitam adequado desenvolvimento do sistema radicular.
Para o cálculo da quantidade de água que será reposta pelo sistema de irrigação, deve-se observar alguns conceitos importantes listados a seguir, que influenciam diretamente o consumo de água das plantas irrigadas por sistemas localizados.
O primeiro deles é a Porcentagem de área molhada (PAM), que deve ser calcula, em relação a área total da planta.
Há duas formas mais comuns de se determinar a PAM, a primeira delas é quando se irriga por árvore ou planta, formando um bulbo molhado, mais comum na microaspersão.
Em que:
PAM - porcentagem de área molhada, %; AM - área molhada pelo emissor, m2; e AT - área total ocupada pela planta, m2.A outra é que quando se irriga uma faixa contínua do solo, mais comum na irrigação por gotejamento;
Em que:
FM - largura da faixa molhada, m; e
EL - espaçamento entre linhas de plantio, m.
O valor mínimo recomendado para a porcentagem de área molhada é definido em função do clima, principalmente. Em locais onde o clima é úmido, esse valor deve ser maior que 20%, e em regiões áridas e semiáridas esse valor deve ser maior que 33%. O que é necessário levar em consideração é a interação do sistema radicular nesse processo. Assim, promover o bom desenvolvimento do sistema radicular é fundamental, mesmo em condições de irrigação localizada.
Já a Porcentagem de Área Sombreada (PAS) é dada pela relação da área sombreada pela planta em relação a sua área total. Assim como na obtenção da PAM, na determinação da PAS, pode-se utilizar duas fórmulas distintas.
Em que:
PAS - porcentagem de área sombreada, %;
AS - área sombreada pelo emissor, m2; e
AT - área total ocupada pela planta, m2.
Em que:
FS - largura da faixa sombreada, m; e
EL - espaçamento entre linhas de plantio, m.
5.2 Evapotranspiração
Devido à forma de molhamento na irrigação localizada, onde não se molha toda a área, se faz necessária uma correção que reduza a evapotranspiração, por influência da redução da evaporação direta do solo na área não molhada. Isso é um processo bastante complexo, mas, de forma simplificada, a evapotranspiração (localizada) pode ser representada pela equação a seguir:
Em que:
ETloc - evapotranspiração média na área sob irrigação localizada, mm dia-1;
ETC - evapotranspiração da cultura (ETc = ETo × kc), mm dia-1; e
kL - coeficiente de localização (0,0 ≤ kL ≤ 1,0), adimensional.
Para definição dos valores de kL existem diversas metodologias. Apresentamos a seguir a proposta por Keller e Bliesner (1990), em função do maior valor entre a porcentagem de área molhada (PAM) e a porcentagem de área sombreada (PAS), em porcentagem.
Em que:
kL - coeficiente de localização (0,0 ≤ kL ≤ 1,0), adimensional; e
P - porcentagem de área molhada ou sombreada, %.
5.3 Intensidade de aplicação na irrigação localizada
Uma dúvida muito comum refere-se ao cálculo da intensidade de aplicação dos emissores (mm h-1) em um sistema de irrigação localizada. O principal problema está relacionado à dúvida em usar a área molhada, a área coberta ou a área total ocupada pela planta. Sempre se deve usar a área total ocupada pela planta. Há ainda que se considerar o número de emissores por planta.
Em que:
Ia - intensidade de aplicação, mm h-1;
Ne - número de emissores por planta;
qe - vazão do emissor, L h-1 ; e
AT - área total ocupada pela planta, m2.
5.4 Lâmina de irrigação
No caso da irrigação localizada, alguns ajustes devem ser feitos ao cálculo da lâmina de irrigação, em função da área de molhamento ser menor do que a área total da planta. Assim, deve-se multiplicar pela porcentagem de área molhada (PAM).
Em que:
IRNLoc (máx) - irrigação real necessária para irrigação localizada (máxima), mm;
CC - capacidade de campo, % em peso;
PMP - ponto de murcha permanente, % em peso;
da - densidade aparente do solo, g cm-3;
ƒ - fator de disponibilidade hídrica, decimal;
Z - profundidade efetiva do sistema radicular, cm; e
PAM - porcentagem de área molhada, %.
Para a determinação da lâmina bruta (ITNloc), divide-se a IRNloc pela eficiência de aplicação de água (Ea), em decimal.
5.5 Turno de rega
O turno de rega máximo é obtido pela razão entre a lâmina líquida e a ETcloc. Na irrigação localizada é comum prefixar um valor adequado do turno de rega, em função do solo e particularidades do manejo, normalmente de 1 a 3 dias. Uma vez definido o turno de rega (TR), calcula-se a lâmina líquida máxima disponível para as culturas.
5.6 Dimensionamento de um sistema de irrigação localizada por gotejamento
Neste tópico iremos tratar sobre uma metodologia simplificada de dimensionamento hidráulico para a irrigação localizada por gotejamento. Ressalta-se que embora simplificada, a metodologia é amplamente utilizada por revendas e recomendada por diversos fabricantes.
5.6.1 Descrição dos dados levantados
Conforme já discutido no tópico referente ao projeto de irrigação por aspersão convencional, são necessárias uma série de informações ou dados para a excussão do dimensionamento agronômico e hidráulico. Dependendo da complexidade ou mesmo do custo do projeto, essas informações devem ser obtidas as com maior ou menor nível de detalhamento e/ou precisão.
5.6.2 Local e clima
As informações de clima da região foram obtidas nas Normais Climatológicas (1981–2010) do Instituto Nacional de Meteorologia (https://portal.inmet.gov.br/normais). Na Tabela 13 estão inseridos os dados de evapotranspiração potencial ou referência para a Estação Meteorológica de Salinas - MG. Na Figura 40 é apresentado o croqui da área que será irrigada.
Tabela 13. Evapotranspiração de referência para Salinas - MG.
| Mês | ETo (mm mês-1) | ETo (mm dia-1) | Mês | ETo (mm mês-1) | ETo (mm dia-1) |
|---|---|---|---|---|---|
| Jan | 157,50 | 5,08 | Jul | 87,80 | 2,83 |
| Fev | 144,00 | 5,14 | Ago | 116,70 | 3,76 |
| Mar | 147,40 | 4,75 | Set | 144,50 | 4,82 |
| Abr | 123,00 | 4,10 | Out | 186,60 | 6,02 |
| Mai | 109,80 | 3,54 | Nov | 167,10 | 5,57 |
| Jun | 87,40 | 2,91 | Dez | 159,20 | 5,14 |
5.6.3 Características do solo
Solos de Textura Argilosa (Teor de argila maior ou igual a 35%)
Obs: A VIB possui pouca importância na irrigação localizada, em função da baixa intensidade de aplicação de água dos emissores (gotejadores e microaspersores)
5.6.4 Cultura irrigada
| Cultura | Tomate (mesa) |
|---|---|
| Espaçamento entre plantas | 1,20 m |
| Espaçamento entre fileiras | 0,60 m |
| Datas de plantio | 10 de junho |
| ƒ | 0,40 (usar 40% de água disponível) |
| Profundidade das raízes | 40 cm |
| Duração fases I, II, III e IV | 20, 40, 40 e 20 dias (Total: 120 dias) |
| kc das fases I, III e Final* | 0,6, 1,20 e 0,90 (Adaptado de FAO 56) |
5.6.5 Sistema de irrigação
Irrigação: Localizada por Gotejamento
Eficiência: 93%
Funcionamento: Máximo 10 horas.
5.6.6 Detalhes da tubulação
Material: PVC (comprimento = 6 m e C = 150) e Polietileno (C = 150)
Diâmetros comerciais - PVC (mm): 50, 75, 100, 125, 150 mm
Linha de Sucção: Comprimento (Lsc) = 6 m
5.6.7 Determinação de Lâmina Líquida (LL) e Lâmina Bruta (LB)
Neste caso, será considerado a CRA = IRN = Lâmina Líquida. Como há necessidade de se estimar a PAM, mesmo antes da escolha do emissor, iniciaremos com uma PAM = 50% (baseando-se na experiência do projetista, modelo pré-escolhido, etc).
5.6.8 Determinação do Turno de Rega (TR) e Período de irrigação (Pi)
Para a obtenção da ETcloc Máxima, montou-se a Tabela 14, onde os valores do kCII e kCIV foram obtidos por interpolação e o valor de kL obtido pela equação de Keller e Bliesner (1990).
Tabela 14. Estimativa de ETc Localizada para diferentes fases de desenvolvimento.
| Mês | Jun | Jul | Ago | Set | Out | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ETo (mm dia-1) | 2,91 | 2,83 | 3,76 | 4,82 | 6,02 | |||||
| Dias | 20 | 30 | 10 | 20 | 20 | 10 | 10 | |||
| Fase | I | II | III | IV | ||||||
| kc | 0,60 | 0,90 | 1,20 | 1,05 | ||||||
| P* | 50 | 75 | 50 | |||||||
| kL | 0,71 | 0,87 | 0,71 | |||||||
| ETc (mm dia-1) | 1,24 | 1,81 | 2,40 | 3,93 | 5,03 | 3,59 | 4,49 | |||
O período de maior demanda hídrica foi para o tomateiro foi na Fase III e no mês de setembro. A ETc foi de 5,03 mm dia-1. O Turno de Rega será obtido por:
O Turno de Rega adotado será de 1 dia (TR = 1 dia).
Neste exemplo não adotaremos folga para o período de irrigação, portanto:
Em função do ajuste do turno de rega de 3 para 1 dia, há necessidade de ajustes nas lâminas de irrigação (líquida e bruta). As novas lâminas serão:
5.6.9 Escolha dos emissores e/ou tubos gotejadores
Talvez a etapa mais importante no dimensionamento de um sistema de irrigação, independentemente do método, seja a escolha do emissor e/ou tubo gotejador, por se tratar do componente diretamente responsável pela distribuição da água sobre o solo.
Neste exemplo, escolheu-se o Tubo Gotejador Hydrogol (16 mm/25 mil) do fabricante Rivulis (https://www.rivulis.com/). Os dados sobre o modelo estão dispostos na Tabela 15.
Tabela 15. Dados do Catálogo do Fabricante de Gotejadores.
| Tubo gotejador Hydrogol - 16 mm/25 mil - Bobina 500 m | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Código | Vazão Comercial | Espaçamento | 1.0 bar | 1.6 bar | 2.2 bar | Requisitos de filtragem | |||
| Vazão Real | *Comp. Máx. | Vazão Real | *Comp. Máx. | Vazão Real | *Comp. Máx. | ||||
| l/h | cm | l/h | m | l/h | m | l/h | m | micron | |
| 101040969 | 1,00 | 30 | 1,22 | 84 | 1,53 | 80 | 1,79 | 76 | 100 |
| 101040970 | 40 | 104 | 100 | 95 | |||||
| 101040972 | 50 | 123 | 120 | 110 | |||||
| 101040973 | 60 | 140 | 135 | 125 | |||||
| 101040976 | 1,60 | 30 | 1,90 | 66 | 2,38 | 60 | 2,76 | 57 | 130 |
| 101041825 | 40 | 83 | 77 | 71 | |||||
| 101040977 | 50 | 98 | 92 | 85 | |||||
| 101040978 | 60 | 112 | 105 | 96 | |||||
| 101040985 | 2,00 | 30 | 2,24 | 59 | 2,83 | 55 | 3,33 | 51 | 130 |
| 101040986 | 40 | 73 | 69 | 64 | |||||
| 101040987 | 50 | 87 | 82 | 75 | |||||
| 101040989 | 60 | 98 | 94 | 86 | |||||
O tubo gotejador selecionado terá espaçamento de 40 cm entre emissores (garantindo assim a formação da faixa molhada contínua), com vazão real de 1,22 L h-1 (Vazão Comercial = 1,0 L h-1) trabalhando com a pressão no início da linha lateral (PLL) de 1,0 bar (10,2 mca, já que 1 bar≈10,2 mca). Nessas condições, o comprimento máximo da linha lateral (tubo gotejador) 104 m (comprimento máximo em terreno sem desnível). Ressalta-se que essa limitação no comprimento possibilita uma variação máxima de vazão ao longo da lateral de 10%.
A intensidade de aplicação será:
5.6.10 Determinação do número de setores
Tempo de Operação por Setor (Ta)
Número de Setores (Ns)
Ajustando Ns = 4, temos:
Esse tempo de funcionamento diário permite a operação no horário noturno, com tarifa reduzida.
5.6.11 Determinação do número de linhas laterais
As linhas de tubos gotejadores (linhas laterais) deverão ficar no sentido da menor declividade, assim as linhas principais ficarão no sentido da maior declividade. A área total que será irrigada é de 9,0 ha (300 x 300 m), sendo cada setor ocupando 2,25 ha.
A linha principal (AB, em vermelho) cruza o centro da área irrigada no sentido da maior declividade. As linhas secundárias (CD, em amarelo) ligam as linhas de derivação (DE, em azul) à linha principal
O número de linhas laterais por setor é obtido pela divisão do comprimento da linha de derivação pelo espaçamento entre linhas laterais.
Como a linha de derivação cruza o centro do setor, cada linha lateral terá 75 m de comprimento, ou seja, menor que o comprimento máximo recomendado pelo fabricante (10 m), o número real de linhas laterais por setor será de 250 linhas (125 x 2 lados).
A vazão do setor será o somatório da vazão dos emissores.
5.6.12 Dimensionamento da linha de derivação
As linhas de derivação são tubos que suprem as linhas laterais a partir das linhas secundárias, caso do projeto, ou da linha principal. As linhas laterais estão conectadas às linhas de derivação através de conectores especiais (chulas e conector de início de linha).
O dimensionamento é feito baseado no critério de uniformidade de distribuição de água no setor para produzir uma variação máxima de carga de pressão.
Como a interseção da linha secundária se dá na metade da linha de derivação, utilizará metade do comprimento da linha de derivação (Ld = 150 ÷ 2 = 75 m) no dimensionamento do diâmetro.
A Perda de Carga Permitida na linha de derivação (hƒLD) será calculada pela equação abaixo:
Em que:
HƒLD - perda de carga permitida na linha de derivação, em m;
PLL - pressão no início da linha lateral, em m; e
DNLD - diferença de nível na linha de derivação, em m. (- Aclive; + Declive).
Considerando a pressão no início da linha lateral de 10,2 mca e a diferença de nível observada de 0,25 m (aclive), determinada pra interpolação das curvas de nível.
Como o dimensionamento se dá em metade da linha de derivação, o número de saídas de linha lateral também cai pela metade (250 ÷ 2 = 125 linhas) e como essas saídas são perpendiculares umas às outras, também contabilizada a metade (125 ÷ 2 ≈ 63 saídas) para a determinação do fator de múltiplas saídas (F). Para N = 63 pode-se calcular o valor de F pela Equação:
Em que:
m - 1,85 (expoente da vazão de Hazen-Williams);
N - número de saídas da LD.
Assim a perda de carga fictícia (hƒ’) será obtida pela equação:
E o diâmetro através da equação de Hazen-Williams. Como já mencionado, o dimensionamento se dá em metade da linha de derivação, portando deve-se adotar a metade da vazão do setor.
Considerando os diâmetros comerciais de 50 e 75 mm, recomenda-se utilizar uma linha de derivação com dois diâmetros, D1 = 75 mm > DLD = 62 mm > D2 = 50 mm. Os comprimentos são determinados pela equação abaixo, considerando-se os expoentes do diâmetro (ED) e da vazão (EV) da Equação de Hazen-Williams.
A pressão no início da linha de derivação será calculada pela equação abaixo.
As linhas secundárias terão 75 m de comprimento e conduzirão a vazão de todo o setor. A vazão do setor será o somatório da vazão dos emissores.
A faixa de velocidade recomendada para o dimensionamento é de 1,0 a 2,0 m s-1.
Trabalhando-se com V = 1,5 m s-1.
Testando o D = 100 mm.
Velocidade próxima ao limite de 2,0 m s-1, portando pode-se adotar o diâmetro de 100 mm.
5.6.13 Dimensionamento da linha principal, recalque e sucção
Como a linha principal também conduzirá a vazão de um setor, o diâmetro será o mesmo da linha secundária, 100 mm.
Determinar a perda de carga para o trecho AB. O trecho AB possui comprimento de 225 m.
Adotando-se o mesmo diâmetro da linha principal, 100 mm, com o comprimento de 150 m.
Adotando-se o diâmetro comercial imediatamente superior, 125×mm, ao diâmetro da linha principal. O comprimento é de 6 m.
5.6.14 Altura manométrica total (hm)
Considerando que as perdas de carga localizada correspondem a 5% da altura manométrica.
PLD = 13,26 mca
hƒLS = 2,62 mca
DNLS = 0 m (em nível)
hƒLP = 7,86 m
DNLP = 0,75 m (interpolação das curvas de nível)
hƒLR = 5,24 m
DNLR = 10 m
hƒLsc = 0,07 m
DNLsc = 2 m
Importante acrescentar na hm as perdas de cargas ocorridas no cabeçal de controle (válvulas, filtros, etc). O recomendado é utilizar os catálogos dos fabricantes que fornecem a perda de cargas ocasionadas nos filtros, por exemplo, em virtude da vazão do sistema. Alguns autores consideram as perdas de carga de 5 mca no cabeçal de controle.
Na seleção da bomba hidráulica, sugere-se utilizar metodologia apresentada no item 3.2 deste livro. Para seleção da bomba hidráulica utilizada é necessário consultar catálogos técnicos de fabricantes a fim de se verificar qual a configuração oferece maior rendimento para o ponto de trabalho, vazão total (57,24 m3 h-1) e a pressão total (48,89 mca).
Bomba Hidráulica Selecionada:
Modelo: SCHNEIDER BC-23 R 1-1/2
Rotação: 3.500 rpm
Rotor: 209 mm
Rendimento: 60%
Potência: 20 cv
Considerando um rendimento de 60% e a altura manométrica de 48,89 mca e a vazão do sistema de 15,9 L h-1 (0,0159 m3 s-1 ou 57,19 m3 h-1) a potência absorvida pela bomba será:
Como inexiste motores de 17,3 cv, a opção é a escolha de um motor elétrico com potência imediatamente acima, ou seja, 20 cv.
5.6.15 Lista de materiais
Tabela 16. Lista de materiais necessários à implantação do projeto.
| Item | Descrição | Quantidade | Unidade |
|---|---|---|---|
| Linha lateral | |||
| 1 | Tubo Gotejador Hydrogol - 16mm/25 mil - Vazão Comercial de 1,0 L/h - espaçamento 0,40 m - Bobina 500 m (75.000 metros) | 150 | unid. |
| 2 | Chula para conector Inicial | 1000 | unid. |
| 3 | Conector inicial dentado | 1000 | unid. |
| 4 | Final de linha “tipo 8” | 1000 | unid. |
| Linha de derivação | |||
| 5 | TUBO IRRIGA LF DN 75 PN 40 PBL Tigre - 6 m | 64 | unid. |
| 6 | TUBO IRRIGA LF DN 50 PN 40 PBL Tigre - 6 m | 36 | unid. |
| 7 | Redução soldável para irrigação PVC 75 x 50 mm | 8 | unid. |
| 8 | CAP 50 mm Soldável | 8 | unid. |
| 9 | Tê soldável para irrigação PVC 100 mm | 4 | unid. |
| 8 | Luva Irrigação Soldável Redução 100 x 75 mm | 8 | unid. |
| Linha secundária | |||
| 11 | TUBO IRRIGA LF DN 100 PN 60 PBL Tigre - 6 m | 50 | unid. |
| 12 | Luva PVC Soldável Cola Redução 100 mm x 50 mm | 8 | unid. |
| 13 | Curva 90° soldável para irrigação PVC 50 mm | 16 | unid. |
| 14 | Registro De Esfera Soldável 50 mm | 4 | unid. |
| Linha principal | |||
| 15 | Tê soldável para irrigação PVC 100 mm | 4 | unid. |
| 16 | TUBO IRRIGA LF DN 100 PN 60 PBL Tigre - 6 m | 38 | unid. |
| Linha de recalque ou adutora | |||
| 17 | TUBO IRRIGA LF DN 100 PN 80 PBL Tigre - 6 m | 25 | unid. |
| 18 | CURVA 90° PTA / BSA SOLDÁVEL IRRIGA LF DN 100 | 1 | unid. |
| 19 | Registro de gaveta 4" | 25 | unid. |
| 20 | Válvula de retenção 4" | 1 | unid. |
| Linha de sucção | |||
| 21 | Tubo PVC Irriga LF DN125 PN80 PBL Tigre - 6 m | 1 | unid. |
| 22 | Curva 90° PVC Irriga LF DN125 PN80 PBL Tigre | 1 | unid. |
| 23 | Válvula de Pé com crivo 2" | 1 | unid. |
| Conjunto motobomba | |||
| 24 | Manômetro glicerina AZUD 1/4" BSP 0-6 bar | 1 | unid. |
| 25 | Conjunto motobomba Schneider BC 23 R 1-1/2, 3500 rpm Ø Rotor: 209 mm, 20 cv | 1 | unid. |
5.7 Memorial descritivo de operação do sistema de irrigação por gotejamento
O presente memorial tem como objetivo descrever de forma clara e detalhada a operação do sistema de irrigação localizada por gotejamento projetado para a cultura de tomate (mesa), instalado em uma área total de 9,0 hectares. O sistema foi dimensionado para assegurar máxima eficiência no uso da água, atendendo às exigências hídricas da cultura em todas as suas fases de desenvolvimento.
O sistema será operado, diariamente, por um período de 8 horas e 31 minutos, preferencialmente no horário noturno, visando o aproveitamento de tarifas energéticas reduzidas. A área irrigada foi dividida em 4 setores, sendo que cada setor será irrigado individualmente, com um tempo de operação de aproximadamente 2 horas e 8 minutos por setor. O turno de rega foi estabelecido em 1 dia, garantindo que toda a área receba a irrigação necessária dentro do ciclo planejado.
Para a irrigação, foram selecionados tubos gotejadores modelo Hydrogol de 16 mm, com espaçamento de 40 cm entre emissores e vazão de 1,22 L h-1, operando a uma pressão de 1,0 bar (10,2 mca). A intensidade de aplicação de água foi calculada em 2,54 mm h-1, assegurando uma distribuição uniforme e adequada às necessidades da cultura
As linhas laterais, com comprimento máximo de 75 m, foram dimensionadas para garantir que a variação de pressão não ultrapasse os limites recomendados pelo fabricante. Cada setor conta com 250 linhas laterais, distribuídas igualmente em ambos os lados da linha de derivação (125 linhas de cada lado). Esta última foi projetada com diâmetros de 75 mm e 50 mm, dependendo do trecho, e opera com uma pressão inicial de 13,26 mca.
As linhas secundárias e principais foram dimensionadas com diâmetro de 100 mm, garantindo o transporte da vazão total do sistema, que é de 57,19 mm3 h-1. A linha de recalque, com 150 m de comprimento, e a linha de sucção, com 6 m, completam o sistema hidráulico, assegurando o abastecimento contínuo de água.
A motobomba selecionada para o sistema é o modelo Schneider BC23, com motor de 20 cv, capaz de fornecer a vazão necessária de 61,3 mm3 h-1, a uma altura manométrica total de 50 mca, incluindo as perdas de carga localizadas. O rendimento do conjunto motobomba é de 60%, garantindo operação eficiente e econômica.
Recomenda-se a realização de manutenções periódicas nos filtros e a verificação constante da pressão e vazão do sistema, a fim de evitar obstruções e garantir a uniformidade da irrigação.