Ci. e nat., Santa Maria, V. 42, Special Edition, e19, 2020

DOI: http://dx.doi.org/10.5902/2179460X40584

Received: 10/10/2019 Accepted: 10/10/2019

Special Edition

Distribuição de água por microaspersor de irrigação

Water distribution by irrigation microsprinkler

Rovany André Militz^I

Ezequiel Saretta^II

André Luis Teles dos Santos^III

^I Universidade Federal de Santa Maria, Cachoeira do Sul, Brasil - rovanyandre@gmail.com

^IIUniversidade Federal de Santa Maria, Cachoeira do Sul, Brasil - ezequiel.saretta@ufsm.br

^IIIUniversidade Federal de Santa Maria, Cachoeira do Sul, Brasil - atdossantos@hotmail.com

Resumo

Diversos fatores afetam a distribuição de água por microaspersão, como a pressão, o diâmetro do bocal, geometria construtiva e condições ambientais. A distribuição é caracterizada em ensaios descritos pela ABNT NBR ISO 15084 (2004). Assim, este trabalho teve o objetivo de avaliar o microaspersor do fabricante Agrojet, utilizado para irrigação de pomares em Cachoeira do Sul. Utilizaram-se microaspersores com bocal amarelo com diâmetro de 2,3 mm, operando sob pressão 147 kPa (15 mca). Distribui-se uma malha de coletores ao redor do microaspersor, com espaçamento de 0,5 m entre eles, captando água durante 1 h. Por meio do perfil molhado detectou-se que próximo ao microaspersor houve maior intensidade de aplicação, e distribuição considerada desuniforme entre quadrantes, devido à geometria do emissor. Também houve uma lacuna na aplicação de água desde o microaspersor até o final do raio de alcance, resultado do suporte do difusor rotativo, que é espesso e forma barreira ao jato d’água. Portanto, a distribuição de água não foi satisfatória. Mesmo assim, indica-se alinhar o suporte com a árvore irrigada, para minimizar seus efeitos na distribuição desuniforme.

Palavras-chave: Uniformidade; Padrão molhado; Curva vazão pressão

Abstract

Many factors affect the water distribution by microsprinklers, such as the pressure, nozzle diameter, geometry and environment conditions. The distribution is characterized in tests under standard conditions established by ISO 15084 (2004). Thus, the purpose of this work was to evaluate the microsprinkler manufactured by Brazilian company Agrojet, used to irrigate orchards in Cachoeira do Sul. Microsprinklers used in the tests were equipped with yellow nozzle which has 2.3 mm in diameter, and operating at pressure of 147 kPa (21.5 psi). A grid of collectors at 0.5 m apart was placed around the microsprinkler to capture water during 1 h. The highest application rate throughout the radii was detected near the microsprinkler, and the distribution was considered non-uniform between quadrants, due to emitter geometry. There was also a gap in the application ranging from the microsprinkler to the end of its radius as a result of the frame that holds the rotor, which is thick and forms an obstacle to the water jet. Therefore, the water distribution was not satisfactory. Even so, aligning the microsprinkler frame to the irrigated tree might be a solution to minimize such effects in the non-uniform application.

Keywords: Uniformit;. Wetted pattern; Flow pressure curve

1 Introdução

Microaspersores são emissores utilizados para irrigação de hortaliças, jardins, viveiro de mudas, pomares e estufas. Vários fatores afetam o funcionamento do equipamento, como a pressão de operação, o diâmetro do bocal, geometria construtiva e as condições ambientais (FRIZZONE, REZENDE e FARIA, 2012). Apesar de maiores perdas de água por evaporação e deriva em relação a sistemas de irrigação por gotejamento, apresenta menores intensidades de aplicação, reduzindo o potencial de escoamento superficial, erosão e percolação. Além disso, são esperados menos problemas relacionados à obstrução e filtragem, devido a maior área de emissão (JAMES, 1988).

No mercado existem diversos modelos de microaspersores de inúmeros fabricantes. Entretanto, nem sempre todas as características hidráulicas e distribuição de água são informadas (MARTINS et al., 2015), ou algumas vezes os produtos não dispõem de catálogo. A distribuição de água permite conhecer o padrão de molhamento ao redor do microaspersor (ABNT NBR ISO 15084, 2004), se espera que todos os pontos dentro desse círculo recebam a mesma quantidade de água. No entanto, essa determinação é trabalhosa, assim como a maioria dos ensaios que envolve material de irrigação (SARETTA et al., 2018).

Nesses testes, deve-se posicionar coletores em malha para captação da água emitida, medindo-se manualmente o volume ao final do ensaio, por duas pessoas. Além disso, mesmo se tendo realizada toda medição, não há um índice para caracterizar a uniformidade de distribuição de água, como por exemplo, para aspersão convencional, empregando o Coeficiente de Uniformidade de Christiansen (BERNARDO, SOARES e MANTOVANI, 2006). Há trabalhos nos quais se utilizou esse coeficiente para microaspersão para demonstrar a uniformidade (MARTINS et al., 2015; PALARETI et al., 2016), porém não é consenso entre pesquisadores e normas.

Por isso este trabalho teve por objetivo obter o perfil de distribuição de água de um microaspersor para irrigação, como parte da avaliação de material para ajuste da irrigação, principalmente como informação para os novos projetos a serem implementados para atender pesquisas com irrigação.

2 Material e métodos

Os ensaios dos microaspersores foram realizados de acordo com procedimento da norma ABNT NBR ISO 15084 (2004) para avaliação da distribuição de água. Nos testes, a pressão de operação foi mantida em 147 kPa (15 mca), ajustada por meio de inversor de frequência ligado à motobomba. Foi avaliado o microaspersor do fabricante Agrojet (Figura 1), com bocal com diâmetro 2,3 mm (amarelo), em três repetições. A intenção dos ensaios foi avaliar a distribuição de água pelo material, sem qualquer tipo de julgamento ou classificação.

Figura 1 - Microaspersor Agrojet utilizado nos ensaios

Para se determinar a distribuição de água foram utilizados coletores dispostos em malha quadrada ao seu redor, com distância de 0,5 m. Os coletores utilizados possuíam diâmetro de 80 mm e altura de 100 mm. O volume coletado em cada coletor foi determinado por meio de provetas com divisão de 0,1 mL, após um tempo de coleta de água de 1 h. Determinou-se a intensidade de precipitação pela relação entre o volume coletado, a área do coletor e o tempo de teste. O teste foi repetido por três vezes, obtendo-se a média do padrão molhado do microaspersor. Nos mesmos testes, utilizaram-se coletores espaçados em 0,25 m dispostos em quatro linhas retas a partir do microaspersor, com propósito de se obter os perfis radiais de aplicação de água nas diferentes direções, conforme indicado pela norma ABNT NBR ISO 15084 (2004).

Além da distribuição de água, também foi verificada a relação vazão pressão do emissor, conforme a Eq. 1, a qual representa um modelo potencial já consagrado pelo uso (JAMES, 1988; KELLER e BLIESNER, 1990). Para pressões de operação de 98 a 245 kPa, coletava-se o volume de água aplicado com um recipiente com proteções para permitir a coleta de toda água emitida num determinado período de tempo. Dessa forma, para cada pressão calculou-se a vazão (q) aplicada pelo microaspersor. O ensaio foi conduzido com cinco repetições em cada ponto de teste, e comparado com os valores informados pelo fabricante.

(1)

em que,

q – vazão do microaspersor, L/h

H – pressão de operação, kPa

K, x – coeficientes de ajuste, adimensional.

3 Resultados e discussão

O padrão de distribuição de água do microaspersor é apresentado na Figura 2, para o bocal amarelo, estando o microaspersor localizado na origem (0,0). É possível perceber que próximo ao microaspersor ocorreram as maiores intensidade de aplicação de água, pelo efeito do suporte da bailarina, pela obstrução causada na trajetória do jato d’água. A aplicação concentrada de água num ponto resulta em desuniformidade de aplicação, podendo haver escoamento superficial ou perda por percolação profunda, reduzindo a eficiência de aplicação (BERNARDO, SOARES e MANTOVANI, 2006).

Figura 2 – Padrão molhado apresentado pelo microaspersor com bocal amarelo

Por outro lado, no mesmo padrão molhado de cada bocal há lacunas na aplicação de água, que se estendem desde o microaspersor até o final do raio de alcance. Essas constatações indicam que há influência do corpo do microaspersor na distribuição de água, especialmente do suporte do difusor rotativo (bailarina), que é espesso e forma barreira ao jato d’água. Essa obstrução causada pelo suporte da bailarina não foi um efeito exclusivo desse emissor, também tendo sido constatado por Palareti et al. (2016) em microaspersores com dois suportes. Por isso, no sistema em operação a campo é indicado o alinhamento desse suporte com a planta, minimizando as lacunas sem aplicação de água ao redor da planta.

Outro problema identificado por meio da Figura 2 foi a aplicação considerada desuniforme entre os quadrantes, com excesso ou déficit entre esses. O ideal seria que a aplicação de água apresentasse mesmo volume em qualquer ponto dentro do círculo molhado (KELLER e BLIESNER, 1990). A norma ABNT NBR ISO 15084 (2004) não especifica parâmetros de quantificação de uniformidade, contudo esses resultados indicaram que a distribuição de água não é satisfatória, não sendo indicados para os futuros projetos de pesquisa.

A distribuição de água nos diferentes quadrantes ao redor do microaspersor medida em quatro raios está apresentada na Figura 3. O suporte da bailarina do microaspersor foi alinhada ao Raio III apresentado na Figura 3, o qual apresentou menores valores de intensidade em relação aos outros raios, especialmente próximo ao emissor. O efeito do suporte espesso pode ser verificado, portanto na combinação das Figuras 2 e 3. Naturalmente, a geometria do emissor influencia nessa distribuição de água (FRIZZONE, REZENDE e FARIA, 2012).

Figura 3 - Perfis radiais de distribuição de água nos diferentes raios

A vazão medida divergiu do valor informado pelo fabricante, especialmente com o aumento da pressão de operação, conforme se apresenta na Figura 4. Essa discrepância pode ter diversas causas, como a diferença entre lotes na fabricação, amostragem do material para testes, e mesmo a uniformidade de fabricação.

Pela relação vazão-pressão ajustada aos dados observados na Figura 4, conforme o modelo potencial da Eq.1, observa-se que o valor do expoente da pressão (H) permite identificar o microaspersor como do tipo turbulento, pela proximidade de seu valor a 0,5 (FRIZZONE, REZENDE e FARIA, 2012; KELLER e BLIESNER, 1990). Por isso, as variações de pressão de operação influenciam na vazão do emissor. Em algumas situações, observa-se no campo a expansão na quantidade de emissores pelo aumento da área irrigada, porém operando com mesma bomba, resultando em menor pressão de operação, podendo haver menor uniformidade de distribuição de água na área. A maioria dos emissores comercializados são do tipo turbulento, por isso o projetista deve dispor da equação de ajuste manter a vazão dentro dos limites de variação desejados, normalmente 10% (BERNARDO, SOARES e MANTOVANI, 2006).

Figura 4- Relação vazão-pressão do microaspersor com bocal amarelo

4 Conclusões

A distribuição de água pelo microaspersor não foi satisfatória, com excesso de aplicação próximo ao emissor e com discrepância entre os quadrantes.

O suporte do microaspersor influenciou negativamente na distribuição, provocando falhas dentro do padrão molhado.

Agradecimentos

Os autores agradecem o auxílio financeiro recebido do CNPq, por meio do projeto de pesquisa com processo nº 439123/2018-6.

Referências

ABNT NBR ISO 15084. Irrigação localizada – microaspersores – requisitos gerais e métodos de ensaios. Rio de Janeiro: ABNT, 2004.

BERNARDO S, SOARES AA, MANTOVANI EC. Manual de Irrigação. 8ed. Viçosa: UFV, 2006.

FRIZZONE JA, REZENDE R, FARIA MA. Microirrigação: gotejamento e microaspersão. Maringá: EDUEM, 2012.

JAMES LG. Principles of farm irrigation system design. New York: Wiley, 1988

KELLER J, BLIESNER RD. Sprinkle and trickle irrigation. New York: Chapman & Hall. 1990.

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PALARETTI LF, ZANINI JR, VECCHIATO DA, DALRI AB, FARIA RT. Análise dos coeficientes de uniformidade de aplicação de microaspersores. Irriga. 2016; Edição Especial: 89-98.

SARETTA E, CAMARGO AP, BOTREL TA, FRIZZONE JA, KOECH R, MOLLE B. Test methods for characterising the water distribution from irrigation sprinklers: Design, evaluation and uncertainty analysis of an automated system. Biossystems Engineering. 2018; 169: 42-56.