Caracterização hidráulica do microaspersor Eden Twister em posição normal e invertida

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CÂMPUS DE JABOTICABAL

CARACTERIZAÇÃO HIDRÁULICA DO MICROASPERSOR

EDEN TWISTER EM POSIÇÃO NORMAL E INVERTIDA

Cristiana Araujo Soares

Engenheira Agrônoma

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Soares, Cristiana Araujo

S676c Caracterização hidráulica do microaspersor Eden Twister em posição normal e invertida/ Cristiana Araujo Soares. – –

Jaboticabal, 2013 iii, 57 p. : il. ; 29 cm

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, 2013

Orientador: José Renato Zanini

Banca examinadora: Luiz Fabiano Palaretti, Antonio de Pádua Sousa

Bibliografia

1. Microaspersão. 2. Irrigação Localizada. 3. Coeficiente de variação de fabricação. I. Título. II. Jaboticabal-Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias.

CDU 626.8

Ficha catalográfica elaborada pela Seção Técnica de Aquisição e Tratamento da Informação – Serviço Técnico de Biblioteca e Documentação - UNESP, Câmpus de Jaboticabal.

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CÂMPUS DE JABOTICABAL

CARACTERIZAÇÃO HIDRÁULICA DO MICROASPERSOR

EDEN TWISTER EM POSIÇÃO NORMAL E INVERTIDA

Cristiana Araujo Soares

Orientador: Prof. Dr. José Renato Zanini

Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias - Unesp, Câmpus de Jaboticabal, como parte das exigências para obtenção do título de Mestre em Agronomia (Ciência do Solo)

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“Mais fácil me foi encontrar as leis que regem o movimento dos corpos celestes, que estão a milhares de quilômetros, do que definir as leis do movimento da água, que escoa frente aos meus olhos”.

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À minha querida e exemplar mãe, Regina Lúcia Araújo Soares, que nunca mediu esforços para que este sonho se tornasse realidade;

À minha tia, Rosa Almeida de Araújo (in memorian), pelo amor incondicional;

À minha irmã, Ana Cristina, minha madrinha, Isabel, minha avó, Aurora, meu tio, Cristino, minha tia, Edileuza, e minha sobrinha e afilhada, Maria Regina, pelo carinho;

A todos os meus amigos queridos, que sempre estiveram presentes;

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A Deus, que sempre me agraciou com tudo de mais maravilhoso que um ser humano poderia querer, permitindo a vida, saúde, bom caráter e personalidade, força de vontade, determinação e por cultivar a esperança de dias melhores;

À Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias (FCAV/UNESP), pelo título de mestre e auxílio para execução da Pesquisa;

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da Bolsa de Mestrado;

Aos professores que contribuíram para minha formação, em especial ao professor Dr. José Renato Zanini, pela orientação e aos professores Dr. Luiz Carlos Pavani, Dr. Rogério Teixeira de Faria e Francisco Edinaldo Pinto Mousinho, pela confiança, amizade e ensinamentos importantes transmitidos durante o curso de mestrado;

Aos membros da banca de qualificação e defesa desta dissertação, Prof. Dr. Luiz Carlos Pavani, Prof. Dr. Alexandre Barcellos Dalri, Prof. Dr. Luiz Fabiano Palaretti e Prof. Dr. Antonio de Pádua Sousa, pelas valiosas contribuições;

Aos professores Dr. José Carlos Barbosa e Dr. Gener Tadeu Pereira, pela colaboração nas análises estatísticas;

À minha mãe, Regina Lúcia Araújo Soares, e minha tia, Rosa Almeida de Araújo (in memorian), pelo amor incondicional, companheirismo e orientação; à minha irmã, Ana Cristina, e minha madrinha, Isabel Araújo, que sempre confiaram em mim e me apoiaram em todas as horas;

Aos meus amados professores da Universidade Federal do Piauí (UFPI), que foram fundamentais na minha vida acadêmica e pessoal, onde sem eles não estaria conquistando mais esta vitória, meu muito obrigado mestres: Regina Lucia Ferreira Gomes, Ângela Celis de Almeida Lopes, Francisco Carlos Gândara e Francisco Edinaldo Pinto Mousinho;

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Antônio João e Gilmar dos Santos, pela ajuda e troca de experiências, em trabalhos do curso e na vida profissional e pessoal;

Às minhas amigas e irmãs da República “As Carmelitas”, Franciely de Oliveira Costa (Pâmela), Yury Tatiana Granja Salcedo (Patrícia), Monique Valéria de Lima Carvalhal (Priscila) e Mayra Carolina de Oliveira (Titanic), pela grande amizade, pelas batalhas superadas a cada dia e por me fornecer um aconchego que só uma família pode conceder;

Ao Engenheiro Agrônomo Stocler Manoel de Andrade e sua empresa Stocler Irrigação Ltda, pela troca de experiência, pela confiança, pela amizade e pelo auxílio financeiro durante as etapas finais deste curso;

Ao funcionário da FCAV João Carlos Trentin pela valiosa colaboração na montagem e condução do experimento;

A empresa Eden Irrigação, fabricante do microaspersor Twister, pelo fornecimento de informações que auxiliaram na execução deste trabalho;

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SUMÁRIO

Página

RESUMO... ii

ABSTRACT... iii

1. INTRODUÇÃO... 1

2. REVISÃO DE LITERATURA ... 2

2.1. Agricultura Irrigada e irrigação localizada... 2

2.2. Avaliações hidráulicas mais utilizadas em microaspersores... 5

2.3. Uniformidade de distribuição de água... 9

3. MATERIAL E MÉTODOS... 11

3.1. Localização do experimento... 11

3.2. Características técnicas do microaspersor Twister... 11

3.3. Determinação da equação característica vazão x pressão e coeficiente de uniformidade de fabricação (CVF)... 12

3.4. Determinação da perda de carga proveniente do microtubo e conector para ligação do microaspersor à linha lateral... 14

3.5. Determinação da perda de carga localizada ao longo da linha lateral... 15

3.6. Determinação da distribuição espacial e perfil de distribuição radial da água... 18

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO... 21

4.1. Equação característica vazão x pressão e coeficiente de uniformidade de fabricação (CVF)... 21

4.2. Perda de carga proveniente do microtubo e conector para ligação do microaspersor à linha lateral... 27

4.3. Perda de carga localizada ao longo da linha lateral... 30

4.4. Distribuição espacial e perfil de distribuição radial da água... 32

4.5. Coeficientes de uniformidade de Christiansen (CUC) e coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD)... 46

5. CONCLUSÕES... 52

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CARACTERIZAÇÃO HIDRÁULICA DO MICROASPERSOR EDEN TWISTER EM POSIÇÃO NORMAL E INVERTIDA

RESUMO – Devido ao limitado número de informações fornecidas nos catálogos dos fabricantes e pouca realização de pesquisas com microaspersores de fabricantes brasileiros, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho hidráulico do microaspersor Twister, fabricado pela empresa Eden Irrigação, para os seis diâmetros de bocais e em duas posições de instalação, visando-se gerar informações que possam contribuir para o dimensionamento de sistemas e manejo de áreas irrigadas com este microaspersor. Com essa finalidade, foram realizados testes em bancada de ensaios no Laboratório de Hidráulica e Irrigação da FCAV/UNESP - Jaboticabal - SP. Foram determinadas as equações características (relação vazão x pressão), os coeficientes de variação de fabricação (CVF), as perdas de carga provenientes da inserção do microtubo e conector, os raios de alcance e os padrões de molhamento, e as uniformidades de distribuição de água, utilizando os coeficientes de uniformidade de Christiansen (CUC) e de distribuição (CUD). O microaspersor foi caracterizado como de fluxo turbulento e o CVF variou de excelente a baixo. Somente o diâmetro de cobertura do microaspersor com bocal de 1,0 mm de diâmetro em posição normal está de acordo como os dados informados pelo fabricante; os demais apresentaram valores inferiores aos citados no catálogo. As maiores intensidades de aplicação de água ocorreram a 0,25 m do emissor para os ensaios em posição de instalação normal e abaixo dos emissores testados em posição invertida, decrescendo com o aumento da distância. Em relação à uniformidade de aplicação, o microaspersor Twister com 0,83; 1,0 e 1,1 mm de diâmetro de bocal foram classificados como bons, nas duas posições de instalação.

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HYDRAULIC CHARACTERIZATION OF EDEN TWISTER MICROSPRINKLER IN NORMAL AND REVERSED POSITION

ABSTRACT - Due to the limited amount of information provided in catalogs of manufacturers and conducting research with little microsprinklers Brazilian manufacturers, this study aimed to evaluate the hydraulic performance of the emitter Twister, manufactured by Eden Irrigation, for the six nozzle diameters and in two installation positions, aiming to generate information that can contribute to the design of systems and management of irrigated areas with this emitter. For this purpose, tests were performed on test bench at the Laboratory of Hydraulics and Irrigation FCAV / UNESP - Jaboticabal – SP, Brazil. They were determined characteristic equations (pressure x flow relation), the manufacture of variation coefficient (CVF), the head losses resulting from the insertion of the microtube and connector, the wetted ray and patterns of wetness, and the uniformity of water distribution, using the Christiansen uniformity coefficient (CUC) and distribution (CUD). The emitter was characterized as turbulent flow and CVF ranged from excellent too low. Only the diameter of coverage of the emitter with 1.0 mm nozzle diameter in normal position is in accord with the data reported by the manufacturer; the rest were lower than those cited in the catalog. The higher intensities water application occurred at 0.25 m from the emitter to the tests in normal installation position and below the emitters tested in an inverted position, decreasing with increasing distance. In relation to the uniformity of application, the emitter Twister with 0.83, 1.0 and 1.1 mm diameter of nozzle were rated as good in both installation positions.

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1. INTRODUÇÃO

Nos sistemas de irrigação localizada a água é aplicada diretamente na região radicular com baixas vazões e altas frequências, umedecendo menor volume de solo quando comparado aos outros sistemas, o que reduz as perdas de água por evaporação e percolação. O gotejamento e a microaspersão são os dois principais sistemas de irrigação localizada tendo no Brasil área irrigada correspondente a cerca de 333.755 ha, havendo contínua expansão devido ao desenvolvimento de tecnologias relacionadas ao equipamento utilizado como gotejadores, microaspersores, acessórios e controladores (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2012).

A microaspersão é um sistema intermediário entre a aspersão convencional e o gotejamento e foi idealizada originalmente para substituir o gotejamento em áreas com solos arenosos, onde se necessita de bulbos molhados com maiores dimensões horizontais para atender as percentagens mínimas de área molhada por planta. Esse sistema funciona com vazões dos emissores variando de 20 a 150 L h-1, sendo maiores do que as dos gotejadores (1 a 20 L h-1_{). Os emissores,} denominados de microaspersores, pelos quais a água é aspergida sobre uma porção limitada do solo, são os principais componentes do sistema, cujas características interferem tanto no dimensionamento como no manejo do sistema de irrigação, tornando-se assim indispensável que os projetistas conheçam suas características (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2012; BERNARDO; SOARES; MANTOVANI, 2008).

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A avaliação hidráulica de emissores é geralmente executada sobre bancada de ensaios em laboratório, sendo a mesma necessária para se verificar as características dos emissores disponibilizados no comércio e para certificar-se que as informações disponibilizadas nos catálogos dos fabricantes estão de acordo com as normas descritas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 1986; ABNT, 2004; ABNT, 2006) e American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE, 2008). Essas informações são imprescindíveis no dimensionamento de projetos e no manejo de irrigação, pois a uniformidade de aplicação de água ao longo da linha lateral está diretamente relacionada com a variação de vazão dos emissores nessa linha, sendo essa uma das consequências da perda de carga distribuída e das inserções dos emissores, com a qualidade da matéria-prima e dos processos de fabricação dos emissores (MAZZER et al., 2008). Vários trabalhos têm demonstrado que as eficiências e os coeficientes de uniformidades dos microaspersores são condizentes com os estabelecidos em normas técnicas, porém alguns valores obtidos diferem dos anunciados nos catálogos dos fabricantes. Sendo assim, tornam-se necessários ensaios que comprovem a qualidade do produto fabricado e sua homogeneidade de fabricação.

Com o intuito de ampliar as informações contidas nos catálogos dos fabricantes e devido à realização de poucas pesquisas com microaspersores de fabricantes nacionais, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho do microaspersor Twister fabricado pela Eden Irrigação, em diferentes condições hidráulicas, gerando informações que possam contribuir para o dimensionamento de sistemas e manejo de áreas irrigadas com este emissor.

2. REVISÃO DE LITERATURA

2.1 Agricultura irrigada e irrigação localizada

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mundo, apesar de apenas cerca de 17% da área plantada ser proveniente desse tipo de agricultura, a mesma responde por mais de 40% da produção global, equivalendo a 2,5 vezes a produção de alimento das áreas em sequeiro. No Brasil, cada hectare irrigado equivale a três hectares de sequeiro em produtividade física e a sete hectares em produtividade econômica (ANA, 2004). Esses dados dão uma ideia da importância da prática de irrigação no contexto alimentar.

A adoção de práticas e de sistemas de irrigação inadequados e de baixa eficiência pode ocasionar impactos ambientais negativos nos solos e nos recursos hídricos que, posteriormente, poderão refletir em conflitos no uso da água. Diante disso, tem-se observado, ao longo dos anos, uma tendência crescente na adoção de sistemas localizados, pois além da facilidade de utilização dos equipamentos e da resposta das culturas a esses sistemas, possibilitam maior economia de água, energia e mão de obra. Nos últimos anos vários trabalhos realizados em diversas regiões do mundo têm discutido a importância da racionalização do uso da água, bem como os ganhos em produtividade e em economia de energia por meio de sistemas localizados, principalmente em regiões do mundo onde a questão hídrica é um problema crônico (SKAGGS, 2001; PEREIRA; OWEIS; ZAIRI, 2002; CAPRA; SCICOLONE, 2004; LUQUET et al., 2005).

No Brasil, apesar do predomínio de outros sistemas de irrigação, percebe-se expansão na área irrigada por sistemas localizados e segundo Lima, Ferreira e Christofidis (2004) houve aumento de 4,4% para 6,3% na adoção desses sistemas, em um período de três anos (1996 a 1998), resultando na manutenção ou retração das áreas irrigadas pelos demais métodos. Segundo a Câmara Setorial de Equipamentos de Irrigação (CSEI, 2012) da Abrimaq, o incremento da área com irrigação localizada no Brasil, de 2000 a 2011, foi de 476.000 ha.

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A irrigação localizada caracteriza-se, basicamente, pela aplicação de água numa fração do volume do solo explorado pelas raízes da planta, de forma pontual ou em faixa contínua, com distribuição pressurizada, em que utiliza pequenas vazões e curtos intervalos entre irrigações, mantendo-se níveis de umidade ideais para a cultura (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2012). Diferentes trabalhos (CHAMON, 2002; TEIXEIRA et al., 2003) comparando sistemas de irrigação localizados com outros sistemas indicam que os primeiros possibilitam maior eficiência e economia do uso da água, maior desenvolvimento e produtividade das culturas e, assim, maior renda líquida para o produtor.

Um dos principais componentes dos sistemas localizados são os emissores, sendo denominados de gotejadores e microaspersores, caracterizando os sistemas de gotejamento e microaspersão, respectivamente. Os gotejadores são peças conectadas às linhas laterais, capazes de dissipar a pressão disponível na linha lateral e aplicar a água em vazões pequenas. A vazão dos mesmos, em geral, varia entre 1 a 20 L h-1_{, aplicada gota a gota, sob pressões de serviço geralmente de 10 m}

de coluna d’água (m. c. a.) (BERNARDO; SOARES; MANTOVANI, 2008). Os

microaspersores são pequenos aspersores de plástico, normalmente instalados sobre a linha lateral, aplicando vazões, de forma pulverizada, na faixa de 20 a 150 L h-1,_{sob pressões de serviço que variam, geralmente, de 10 a 30 m. c. a.} (BERNARDO; SOARES; MANTOVANI, 2008). Esse tipo de emissor oferece mais vantagens para culturas de maior espaçamento e grande expansão do sistema radicular, por apresentar vazões mais elevadas e maior raio de molhamento, em relação aos gotejadores.

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2.2 Avaliações hidráulicas mais utilizadas em microaspersores

Com o aumento da área irrigada, houve expansão do mercado de dispositivos para atenderem a essa demanda, surgindo novas empresas e novos produtos, implicando em necessidade de determinação de suas características estruturais e de análise de seu desempenho, bem como estabelecer novos parâmetros para torná-los mais eficazes e de menor custo (MAZZER; VILAS BOAS; SAMPAIO, 2003; SILVA; SILVA, 2003). Segundo Siqueira e Barros Júnior (2003), a principal finalidade de ensaios de equipamentos utilizados em sistemas de irrigação localizada consiste na determinação e avaliação de suas características hidráulicas. Para Botrel (1984), a relação entre vazão e pressão na entrada do microaspersor, a perda de carga localizada de inserção na linha lateral, o alcance do jato, o diâmetro, a forma dos bocais e a intensidade de precipitação constituem as principais características hidráulicas do microaspersor.

São muitos os fatores que influenciam o adequado desempenho dos microaspersores, afetando com isso a eficiência de aplicação de água, destacando-se entre eles: variação da vazão devido ao processo de fabricação; expoente da pressão na equação de vazão do emissor e estabilidade da vazão em função da pressão; perda de carga em razão da inserção do emissor na linha lateral e suscetibilidade a entupimento por sedimentação e precipitação de sais.

A vazão de um emissor está relacionada diretamente com a pressão atuante em sua entrada e de acordo com Olitta (1987), a mesma pode ser representada pela equação:

(

em que:

q - vazão do emissor (L h-1_);

K - constante ou coeficiente de descarga característico do emissor e corresponde à vazão do emissor na pressão unitária;

H - pressão hidráulica na entrada do emissor (m. c. a. ou kPa);

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Segundo Pizarro Cabello (1986) um emissor perfeito teria o expoente x = 0 (autocompensante), os de regime laminar x = 1 e nos de regime turbulento x < 1; para Frizzone et al. (2012) o emissor perfeito deve apresentar expoente “x” igual a zero, sendo anulado o efeito da variação de pressão na vazão do emissor. Já, Keller e Karmeli (1974) consideram de regime laminar os emissores com expoente x = 1 e de regime turbulento os com x = 0,5.

Qualquer variação na vazão dos emissores na área do projeto poderá afetar a lâmina de irrigação aplicada às plantas. O desempenho hidráulico de um emissor é determinado, dentre outros fatores, pelo coeficiente de variação de fabricação (CVF), que é uma medida de variação de fluxo causada por variabilidade no processo de fabricação (ABREU et al., 1987).

Por mais precisos que sejam os processos de fabricação, os emissores apresentam diferenças milimétricas, cujas consequências se refletem nos valores do coeficiente de descarga, K, e no expoente de descarga, x (AZEVEDO, 1986). De acordo com Dantas Neto et al. (1997), pequenas diferenças entre dois emissores aparentemente idênticos podem causar variações significativas na vazão do sistema. Como o diâmetro do orifício de escoamento dos emissores é geralmente em torno de 1 mm, qualquer variação de sua dimensão poderá afetar as vazões dos emissores a uma mesma pressão (COSTA, 1994). As principais causas de variação de fabricação citadas por Nakayama e Bucks (1981) são a temperatura da água, heterogeneidade do material utilizado e o processo de fabricação do próprio emissor.

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de Gauss; deste modo, o CVF pode ser definido pela razão entre o desvio-padrão da vazão do emissor e sua vazão média, conforme a equação (2):

n (

n

(

em que:

CVF - coeficiente de variação de fabricação (%); qi - vazão de cada emissor (L h-1);

qm - vazão média dos emissores (L h-1);

n - número de emissores do lote de amostragem.

ASABE (2008) classifica os emissores quanto à uniformidade da seguinte forma: nos CVF de até 5%, a uniformidade é excelente; maiores que 5 a 7% é média; maiores que 7 a 10% é baixa; maiores que 10 a 15% é marginal e, acima de 15% é inaceitável. Para ABNT (1986), os emissores de CVF inferior a 10% têm uniformidade boa; de 10 a 20%, média; de 20 a 30%, marginal e superior a 30%, inaceitável.

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_g (

em que:

hf - perda de carga (m);

f - fator de atrito, adimensional; L - comprimento do tubo (m);

V - velocidade média de escoamento do fluido (m s-1_); D - diâmetro interno do tubo (m);

g - aceleração da gravidade (m s-2_).

Segundo Frizzone et el. (2012), quando se utilizam emissores não regulados, a perda de carga total ao longo da linha lateral afeta a pressão disponível no emissor e consequentemente, a distribuição de vazão ao longo da linha. Essas perdas são compostas pela perda contínua de carga ao longo das seções uniformes de tubos entre dois emissores consecutivos e pelas perdas localizadas na conexão dos emissores. As perdas localizadas são produzidas na seção onde se dá a conexão dos emissores “on-line”, “in-line” ou integrados por causa da perturbação do escoamento sob essas singularidades. Considerando que a ordem de grandeza dessas perdas de carga é significativa e que os sistemas de microaspersão devem ser dimensionados para proporcionarem alta uniformidade de distribuição de água, as perdas de carga localizada devem ser consideradas no processo de dimensionamento (HOWELL; BARINAS, 1980; AL-AMOUD, 1995; CARDOSO; FRIZZONE, 2007; FRIZZONE et al., 2012).

De modo geral, todas as perdas localizadas podem ser expressas sob a forma clássica, como uma fração (KL) da carga cinética (V2/2g) de acordo com a equação (4).

_g (

em que:

hfL - perda de carga localizada causada pelo elemento obstrutor (m); KL- coeficiente de carga cinética;

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g - aceleração da gravidade (m s-2_).

Em geral, o coeficiente KL depende das características geométricas do elemento obstrutor e do número de Reynolds (R). Os efeitos das forças viscosas podem ser negligenciados a partir de um determinado valor de R (R>104), (BAGARELLO et al., 1997; PROVENZANO; PUMO, 2004) e o coeficiente KL pode ser expresso apenas em função da geometria da protrusão. Como consequência, para muitas aplicações práticas a perda localizada pode ser expressa em termos de comprimento equivalente de tubulação (Leq).

2.3 Uniformidade de distribuição de água

A uniformidade de distribuição ou aplicação expressa o grau de uniformização das lâminas de irrigação, indicando como a água está sendo distribuída na lavoura e se as plantas estão recebendo quantidades equivalentes de água. É um dos principais parâmetros em avaliações de desempenho de sistemas de irrigação, caracterizando-os e intervindo em seu dimensionamento, tanto o agronômico, pois afeta o cálculo das necessidades totais de água, como no hidráulico, uma vez que pela uniformidade são definidos os limites de variação de vazão entre emissores, afetando também a capacidade de economia de água dos sistemas e a produtividade da lavoura (PIZARRO CABELLO, 1986; PEREIRA; OWEIS; ZAIRI, 2002). Wu (1997) aponta o projeto hidráulico, a variação de fabricação dos emissores e o entupimento e espaçamento dos emissores como fatores que afetam a uniformidade de distribuição de água nos sistemas de irrigação localizada. Já, Capra e Sciclone (1998) apontam como fator principal o entupimento de emissores, pois a obstrução parcial ou total reduz a uniformidade de aplicação, diminui a eficiência de irrigação e aumenta o volume de água necessário para o crescimento da cultura. Segundo os mesmos autores esse aumento na lâmina de irrigação pode provocar problemas como percolação e consequente desvantagens devidas aos custos de água e energia, lixiviação de nutrientes e necessidade de drenagem.

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receberá lâmina superior ou igual à lâmina média aplicada (lâmina bruta). A uniformidade afeta diretamente a lâmina bruta de irrigação, pois é um componente da eficiência de irrigação. Assim, quanto menor a uniformidade, maior será a lâmina necessária para se atingir a mesma produtividade (MANTOVANI; BERNARDO; PALARETTI, 2012).

Dentre os métodos de irrigação, a localizada apresenta maiores valores de eficiência de aplicação, da ordem de 80 a 90%, bem superiores às faixas de 60 a 80% e de 50 a 70%, dos sistemas de aspersão e superfície, respectivamente (KELLER; BLIESNER, 1990). Em função do CUC, Bernardo; Soares e Mantovani (2008) classificam o desempenho de sistemas de irrigação localizada da seguinte forma: CUC maior que 90%, uniformidade de distribuição excelente; maior que 80 a 90%, bom; maior que 70 a 80%, razoável; maior que 60 a 70%, ruim e inferior a 60%, inaceitável.

O coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD) é um índice frequentemente utilizado para avaliar o desempenho dos sistemas de irrigação, levando em consideração a média dos 25% menores valores de precipitação em relação à média total. Mantovani (2001) classifica o desempenho de sistemas de irrigação localizada em função do CUD da seguinte forma: CUD maior que 84%, uniformidade de distribuição excelente; maior que 68 a 84%, bom; maior que 52 a 68%, razoável; de 36 a 52%, ruim e inferiores a 36%, inaceitável.

Os valores de CUC e CUD podem ser obtidos pelas equações 5 e 6, respectivamente

n (

em que:

CUC - coeficiente de uniformidade de Christiansen, %; Xi - lâmina medida em cada coletor, mm;

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(

em que:

CUD - coeficiente de uniformidade de distribuição, %;

q25– lâmina média dos 25% menores valores de vazão, mm.

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1 Localização do experimento

O experimento foi desenvolvido no Laboratório de Hidráulica e Irrigação, do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias – FCAV/UNESP, Câmpus de Jaboticabal – SP.

3.2 Características técnicas do microaspersor Twister

O trabalho foi desenvolvido com o microaspersor Twister com 0,83; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 e 1,5 mm de diâmetro de bocal (Figura 1), sem dispositivos de autocompensação, cujas características técnicas informadas em catálogo do fabricante, a empresa Eden Irrigação, estão na Tabela 1.

Tabela 1. Características técnicas do microaspersor Twister fornecidas no catálogo do fabricante (Fonte: EDEN IRRIGAÇÃO, 2011).

Cor do bocal

Diâmetro do Bocal

(mm)

Vazão (L h-1) CVF

(%) Diâmetro de Molhamento (m)* Pressão (m. c. a.)

10 15 20 25 30

Preto 0,83 27 34 39 43 47 3,7 6,0

Azul 1,0 36 45 52 63 69 2,1 6,5

Amarelo 1,1 44 54 63 70 77 1,7 7,0

Verde 1,2 53 64 74 82 91 1,5 8,0

Vermelho 1,3 67 83 97 107 118 2,7 9,0

Branco 1,5 83 102 118 132 146 1,5 9,5

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Figura 1. Microaspersor Twister acoplado em haste rígida de 0,40 m.

3.3 Determinação da equação característica vazão x pressão e coeficiente de variação de fabricação (CVF)

Para realização destes testes, seguindo as recomendações da ABNT (2004), foram utilizados 10 microaspersores com cada bocal, obtidos aleatoriamente na linha de produção. Os microaspersores tiveram suas vazões determinadas nas pressões de 5, 10, 15, 20, 25 e 30 m. c. a. (49, 98, 147, 196, 245 e 294 kPa). Foi utilizada uma bancada de ensaios (Figura 2), onde o bombeamento de água para o sistema foi realizado por um conjunto motobomba com potência de 4 cv (2,942 kW), suprido por um reservatório de nível constante de água com capacidade de 250 L. Os testes foram realizados com água à temperatura ambiente (aproximadamente 20 ºC).

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utilizando uma válvula reguladora de pressão manual (registro de agulha), situada entre o conjunto de bombeamento e os microaspersores.

Para determinação de vazão foram conectados na linha de alimentação, simultaneamente, 5 microaspersores, com os bocais voltados para baixo, espaçados de 0,40 m, e sob cada um deles foi colocado um funil de plástico para interceptar o jato d’água e d rec onar o volu e apl cado para rec p entes de plást co co capacidade de 18 L e previamente tarados. O mesmo procedimento foi repetido para todos os microaspersores, coletando-se o fluxo nos recipientes de plástico.

O tempo de coleta foi de cinco minutos, cronometrado com precisão de centésimos de segundos, de acordo com as normas da ABNT (2004), que determina o tempo de coleta de no mínimo um minuto e com recipiente de capacidade mínima de 15 L. Em seguida, os recipientes com a água coletada foram pesados em balança eletrônica, com capacidade para 10 kg e precisão de 0,1 g. A massa de água foi transformada em volume considerando-se a massa específica da água igual a 1000 kg m-3_.

A curva característica da vazão x pressão foi ajustada de acordo com o modelo não linear potencial já consolidado na literatura clássica de irrigação (equação 1), a partir dos dados obtidos nos testes para os 6 bocais, sendo os valores de vazão a média das 10 unidades ensaiadas, com três repetições. Também com esses dados, foi determinado o coeficiente de variação de fabricação (CVF) utilizando-se a equação (2) e em seguida, os resultados foram classificados de acordo com ABNT (1986) e ASABE (2008).

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Figura 2. Bancada de ensaio montada para o teste de vazão x pressão do microaspersor Twister.

3.4 Determinação da perda de carga proveniente do microtubo e conector para ligação do microaspersor à linha lateral

Para essa determinação foi utilizada a mesma metodologia descrita no item 3.3, com uma modificação na bancada de ensaio do teste de vazão x pressão, inserindo-se um microtubo (diâmetro de 4,5 mm) de 0,60 m na linha lateral até a saída do emissor (Figura 3). Utilizou-se esse comprimento, por ser geralmente o adotado para utilização dos microaspersores em campo.

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Figura 3. Bancada de ensaio montada para o teste de vazão x pressão do microaspersor Twister, com inserção do microtubo.

3.5 Determinação da perda de carga localizada ao longo da linha lateral

Este teste foi realizado com o objetivo de determinar a perda de carga localizada resultante da inserção dos conectores dos microtubos que ligam os microaspersores na linha lateral.

(27)

Figura 4. Bancada para determinação da perda de carga localizada ao longo da linha lateral.

Para a variação das vazões (0,44 a 1,42 m3_h-1_{), utilizou-se o controle de} abertura do registro de agulha instalado antes da tomada de pressão do primeiro manômetro de mercúrio. As vazões foram obtidas pelo método direto, utilizando-se balança eletrônica com capacidade para 10 kg e precisão de 0,1 g e cronômetro com precisão de centésimos de segundos, coletando-se os volumes em recipientes colocados ao final do tubo de polietileno.

As diferenças de pressão lidas como coluna de mercúrio nos manômetros foram transformadas em metro de coluna de água utilizando a equação 7. Como o tubo de polietileno estava em plano horizontal, a perda de carga entre os pontos de tomada de pressão no tubo para ligação ao manômetro corresponde à própria diferença de pressão.

(

em que:

P1 – pressão no ponto 1 (kgf m-2); P2 – pressão no ponto 2 (kgf m-2); h – coluna de mercúrio (m);

(28)

– peso específico da água (kgf m-3_).

Para as determinações das perdas de carga foram utilizadas seis vazões com três repetições para cada teste. Na determinação da perda de carga distribuída, as duas tomadas de pressão do primeiro manômetro foram inseridas na tubulação distanciando-se de 5 metros. O segundo manômetro teve suas tomadas de pressão inseridas em outros 5 metros de tubulação, à frente do trecho de determinação da perda distribuída, com a inserção de 5 conectores distanciados ente si a 1 m, permitindo medir a perda de carga total (Figura 5). A determinação da perda de carga localizada decorrente dos conectores que ligam os microtubos dos microaspersores foi obtida pela diferença entre a perda de carga total (distribuída + localizada) obtida com o segundo manômetro e a perda de carga distribuída obtida com o primeiro manômetro, sendo os dados ajustados a regressão polinomial. Tendo sido utilizados 5 conectores, obteve-se também a perda de carga correspondente a inserção unitária do conector, sendo a perda localizada para cada teste dividida pelo número de conectores inseridos nos cinco metros de comprimento.

Figura 5. Esquema da bancada de testes para a determinação das perdas de carga distribuída e localizada.

(29)

o comprimento equivalente de canalização (Leq), que corresponde a um aumento equivalente no comprimento da canalização que causaria a mesma perda de carga provocada pela inserção dos conectores na tubulação. Para isso, a perda de carga distribuída foi dividida pelo comprimento da tubulação, obtendo-se a perda de carga por metro de canalização (perda de carga unitária). E em seguida, a perda de carga causada pela inserção de um conector foi dividida por esse valor, correspondendo ao comprimento fictício de canalização que provocaria a mesma perda de carga proveniente de 1 conector (AZEVEDO NETO et al., 2012).

3.6 Determinação da distribuição espacial e perfil de distribuição radial da água

Esse teste foi realizado na ausência de vento com objetivo de determinar a distribuição espacial de água na forma de isolinhas, obtendo-se também o perfil radial de distribuição da água e o raio (raios 1 e 2, ortogonais entre si) de alcance do microaspersor Twister, submetido à pressão de 20 m. c. a. (196 kPa), por ser essa a pressão mencionada no catálogo do fabricante para os valores de raio de alcance apresentados. Foram utilizados nesse teste, quatro microaspersores de um mesmo diâmetro de bocal, como repetições determinadas segundo a ABNT (2004), que recomenda organizar os microaspersores utilizados no teste de vazão em ordem crescente de vazões e numerá-los de 1 a n, sendo 1 o número do microaspersor com vazão mais baixa e n aquele com vazão mais alta; após isso, selecionar os quatro microaspersores com números: 2, (n/2)-1, (n/2)+1 e n-1.

(30)

Figura 6. Arranjo para ensaio de distribuição de água e determinação do raio efetivo de molhamento.

Os valores de precipitação para a determinação do raio de alcance e para o traçado do perfil de distribuição foram constituídos das médias das quatro repetições. Os volumes armazenados nos coletores foram medidos com proveta graduada de 25 mL com subdivisões de 1,0 mL. Sabendo-se a área do coletor (m2), o volume coletado (mL) e o tempo de operação (h), calculou-se a intensidade de aplicação em mm h-1_.

O raio de alcance foi determinado pela média entre os dois raios determinados, sendo a máxima distância medida com as intensidades de aplicação mínimas de 0,25 mm h-1 para microaspersores cuja vazão exceda 75 L h-1 (bocais de 1,2; 1,3 e 1,5 mm), e de 0,13 mm h-1 para microaspersores com vazão menor ou igual a 75 L h-1 (bocais de 0,83; 1,0 e 1,1 mm) (ABNT, 2004).

(31)

1 cv (0,7355 kW), suprido por um reservatório de 500 L em nível constante, sendo os testes realizados com água à temperatura ambiente, aproximadamente 20 ºC.

A água primeiramente passou por um filtro de discos de 120 mesh (0,125 mm), em seguida foi conduzida para tubulação de polietileno, contendo a saída para o microaspersor. Para a leitura da pressão foi utilizado um manômetro tipo Bourdon, previamente calibrado, com subdivisões de escala de 0,1 m. c. a., sendo utilizado para a primeira aproximação das pressões requeridas e um manômetro de coluna de mercúrio, graduado a cada 1 mm para o ajuste final. O controle da pressão foi realizado utilizando uma válvula reguladora de pressão manual (registro de agulha), situada entre o conjunto de bombeamento e o microaspersor.

Esse mesmo teste foi repetido com o microaspersor em posição de instalação invertida (utilizando-se a mesma bailarina empregada na posição normal), para verificar se a posição de instalação influencia na distribuição espacial e radial da água (Figura 7B). Para a sustentação do microaspersor nessa posição, foram utilizados dois cabos de aços, os quais foram fixados em extremidades opostas das bancadas do laboratório. O microaspersor foi instalado a 0,70 m acima da superfície do coletor, simulando a utilização do mesmo sobre bancada em casa de vegetação ou em canteiros de hortaliças. Nesse teste foi adicionado um coletor bem abaixo do microaspersor.

(32)

Com os valores da distribuição espacial, tanto na posição normal quanto na invertida foi calculado o coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) e o coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD), utilizando as equações (5) e (6), respectivamente.

A simulação da uniformidade de distribuição de água foi obtida utilizando-se o aplicativo computacional Catch 3D, versão 4.45 (ALLEN, 1992). Para a posição de instalação normal, a simulação foi realizada sem sobreposição e com sobreposição de 100% do raio de molhamento. Para a posição invertida, a simulação foi realizada sem sobreposição e com sobreposição de 100% do raio de molhamento resultante da posição invertida e da posição normal.

Em seguida, com os valores de CUC e CUD foi utilizado um delineamento inteiramente casualizado com quatro repetições e disposição do tipo 2 x 6, tendo-se como níveis as posições de instalação normal e invertida e os fatores os seis bocais testados (0,83; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 e 1,5 mm). Foi analisada a significância (teste F) com 1% de probabilidade e, para as médias das posições de instalação aplicou-se o teste de Tukey a 5%. Para as médias dos diâmetros dos bocais, ajustou-se análise de regressão, por se tratar de fator quantitativo.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 Equação característica vazão x pressão e coeficiente de variação de fabricação (CVF)

As vazões entre os seis diâmetros de bocais testados variaram de -14,56 a 4,54% (Tabela 2). No geral as vazões obtidas foram inferiores às informadas pelo fabricante, exceto para o microaspersor com bocal de 1,0 mm nas pressões de 10, 15 e 20 m. c. a. e no com bocal de 1,2 mm, em todas as pressões. Seguindo a classificação da ABNT (2006), que determina variação de vazão aceitável de -7% a +7%, somente o microaspersor Twister com bocal 0,83 mm é classificado como inaceitável, pois teve variação de vazão superior a 7% em todas as pressões empregadas.

(33)

vazão em torno de 15% maiores que os dados informados pelo fabricante, as quais foram classificadas como inaceitáveis. Cunha, Cunha e Freire (2010), testando o microaspersor Amanco MF não regulado, com bocal de 1,14 mm, obtiveram vazões 25% inferiores às informadas pelo fabricante. Esses dados demonstram a importância do fabricante efetuar testes antes do lançamento dos emissores no mercado, pois essa variação pode vir a comprometer a lâmina de irrigação estabelecida no dimensionamento do projeto.

Tabela 2. Comparação entre vazões encontradas durante os ensaios e vazões informadas pelo fabricante do microaspersor Twister.

Bocal _{(m. c. a.)}Pressão obtida Vazão

(L h-1)

Vazão informada

(L h-1)

Variação

(%)

Preto (0,83 mm)

10 23,67 27 -12,33

15 29,05 34 -14,56

20 33,85 39 -13,21

25 38,14 43 -11,30

30 41,56 47 -11,57

Azul (1,0 mm)

10 37,30 36 3,61

15 45,60 45 1,33

20 53,07 52 2,06

25 59,29 63 -5,89

30 65,07 69 -5,70

Amarelo (1,1 mm)

10 43,59 44 -0,93

15 53,16 54 -1,56

20 61,88 63 -1,78

25 68,96 70 -1,49

30 75,64 77 -1,77

Verde (1,2 mm)

10 53,73 53 1,38

15 65,84 64 2,88

20 76,12 74 2,86

25 85,72 82 4,54

30 93,44 91 2,68

Vermelho (1,3 mm)

10 64,90 67 -3,13

15 79,11 83 -4,69

20 91,44 97 -5,73

25 102,16 107 -4,52

30 112,18 118 -4,93

Branco (1,5 mm)

10 82,80 83 -0,24

15 100,79 102 -1,19

20 116,15 118 -1,57

25 129,96 132 -1,55

(34)

Em relação aos CVF (Tabela 3) o microaspersor Twister foi classificado como de boa uniformidade segundo a ABNT (1986) para os seis bocais testados e para todas as pressões empregadas. Já, de acordo com a classificação da ASABE (2008) foi classificado como excelente para os bocais de 1,0; 1,1 e 1,2 mm; como médio para o bocal de 0,83 mm e como baixo para os bocais de 1,3 e 1,5 mm. Observa-se que os valores de CVF obtidos foram superiores aos informados pelo fabricante, para os mesmos bocais testados (Tabela 1).

Os valores médios e baixos de CVF demonstram pouca variação no fluxo dos emissores devido ao processo de fabricação. O CVF é uma medida estatística que avalia o processo de fabricação dos emissores, sendo utilizada também para avaliar a variação de fluxo do emissor ao longo de uma linha lateral de irrigação localizada (HOLANDA FILHO et al. 2001). Miola et al. (2009), testando parâmetros hidráulicos do microaspersor Naandan Hadar 7110, com bocal de 1,1 mm, obtiveram CVF médio de 1,14%, empregando pressões de 10 a 30 m. c. a., sendo esse valor superior ao valor médio encontrado neste trabalho para o microaspersor Twister com bocal de 1,1 mm e inferior aos encontrados para os demais bocais testados.

Verifica-se que a variação da pressão não apresentou efeito no coeficiente de variação de fabricação, pois as equações de regressão ajustadas apresentaram coeficientes angulares aproximadamente iguais a zero (Figura 8), sendo obtidas as seguintes equações: y = 0,0043x + 6,5273 (R² = 0,0531), y = 0,008x + 4,5967 (R² = 0,6782), y = -0,0041x + 0,7913 (R² = 0,0131), y = -0,0045x + 2,2707 (R² = 0,0735), y= -0,00209x + 9,37 (R² = 0,7512) e y = -0,0087x + 6,912 (R² = 0,4323), para os bocais de 0,83; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 e 1,5 mm, respectivamente.

(35)

Tabela 3. Valores de vazão média, coeficiente de variação de fabricação (CVF) e classificação nas pressões para os seis bocais do microaspersor Twister.

Bocal _{(m. c. a.)}Pressão Vazão Média

(L h-1₎

CVF

(%)

Classificação

ABNT

(1986) ASABE (2008)

Preto (0,83 mm)

5 16,65 6,62 Bom Médio

10 23,67 6,51 Bom Médio

15 29,05 6,54 Bom Médio

20 33,85 6,48 Bom Médio

25 38,14 6,95 Bom Médio

30 41,56 6,52 Bom Médio

Média 6,60 Bom Médio

Azul (1,0 mm)

5 26,31 4,51 Bom Excelente

Média 4,46 Bom Excelente

Amarelo (1,1 mm)

Verde (1,2 mm)

Vermelho (1,3 mm)

5 46,06 9,33 Bom Baixo

10 64,90 9,65 Bom Baixo

15 79,11 9,83 Bom Baixo

20 91,44 9,84 Bom Baixo

25 102,16 9,78 Bom Baixo

30 112,18 9,98 Bom Baixo

Média 9,74 Bom Baixo

Branco (1,5 mm)

5 58,38 6,83 Bom Médio

10 82,80 7,06 Bom Baixo

15 100,79 7,15 Bom Baixo

20 116,15 7,16 Bom Baixo

25 129,96 7,05 Bom Baixo

30 141,90 7,14 Bom Baixo

(36)

Figura 8. Valores dos coeficientes de variação de fabricação (CVF) em função das pressões aplicadas ao microaspersor Twister.

As equações características vazão x pressão obtidas (q = L h-1_{; H = m. c. a.),} apresentaram excelente ajuste e explicando bem o modelo, com coeficiente de determinação de 0,999 para os bocais de 0,83; 1,1 e 1,2 mm e coeficiente 1 para os bocais de 1,0; 1,3 e 1,5 mm (Figura 9 e Tabela 4).

O expoente de descarga (x) das equações características manteve-se em torno de 0,5 (Tabela 4), que segundo Keller e Karmelli (1974); Pizarro Cabello (1986) e Frizzone et al. (2012) caracteriza hidraulicamente os emissores como de fluxo turbulento. Miola et al. (2009) também trabalhando com microaspersores não autocompensantes obtiveram expoente x igual a 0,635, caracterizando-o como de fluxo turbulento. Holanda Filho et al. (2001) testando o microaspersor não autocompensante Rondo 50 L h-1, obtiveram x igual a 0,52.

0 2 4 6 8 10 12

0 10 20 30

CVF

(%)

Pressão (m. c. a.)

0,83 mm

1,0 mm

1,1 mm

1,2 mm

1,3 mm

(37)

Figura 9. Curvas características vazão x pressão do microaspersor Twister para os seis bocais ensaiados.

Tabela 4. Equações características vazão x pressão e coeficientes de determinação (R2) obtidos para o microaspersor Twister.

Bocal Equação q = K Hx R2

Preto

(0,83 mm) 7,279 H0,5128 0,999

Azul

(1,0 mm) 11,647 H0,5055 1,000

Amarelo

(1,1 mm) 13,674 H0,5029 0,999

Verde

(1,2 mm) 16,833 H0,5043 0,999

Vermelho

(1,3 mm) 20,709 H0,4960 1,000

Branco

(1,5 mm) 26,365 H0,4953 1,000

Na Figura 10 está apresentada a equação do coeficiente de descarga (K) em função dos bocais do microaspersor Twister, mostrando-se efeito quadrático do diâmetro do bocal sobre K, observando-se aumento do K à medida que aumentou o diâmetro do bocal. Com este resultado, pode-se afirmar que na equação da vazão x

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 5 10 15 20 25 30

V

az

ão

(L

h

-1)

Pressão (m. c. a.)

1,5 mm

1,3 mm

1,2 mm

1,1 mm

1,0 mm

(38)

pressão o que aumenta e diferencia as vazões são os valores de K, pois os valores do expoente x variam apenas entre 0,4953 e 0,5128, com valor médio 0,5028, caracterizando regime de fluxo turbulento. Conceição e Coelho (2003) trabalhando com sete bocais do microaspersor autocompensante Dan 2001, também obtiveram valores crescentes de K com o aumento do diâmetro do bocal, sendo encontrado valor máximo (5,19) no bocal de 1,75 mm.

Figura 10. Valores do coeficiente de descarga (K) em função dos bocais do microaspersor Twister.

4.2 Perda de carga proveniente do microtubo e conector para ligação do microaspersor à linha lateral

(39)

percentagem de perda de carga em relação à pressão variou de 0,42 a 19,26% com emprego da pressão de 5 m. c. a. para os bocais de 0,83 e 1,5 mm, respectivamente.

As equações obtidas pelas curvas apresentadas na Figura 11 podem ser visualizadas na Tabela 6, observando-se bom ajuste dos dados e confirmando que a perda de carga aumenta com o aumento do bocal e da pressão empregada. Essa é uma informação importante, pois na elaboração dos projetos de irrigação, o projetista deve ser informado qual a perda de carga ocasionada pela inserção do microtubo, para em seguida efetuar o correto dimensionamento do sistema.

(40)

Tabela 5. Valores de vazão média e da perda de carga devido à inserção do microtubo e do conector.

Bocal Pressão _{(m c. a.)} Vazão sem microtubo

(L h-1₎

Vazão com microtubo e

conector

(L h-1)

Perda de carga devido

microtubo e conector

(m c. a.)

% de perda de

carga (*)

Preto (0,83 mm)

5 16,65 16,58 0,021 0,42

10 23,67 23,64 0,055 0,55

15 29,05 29,01 0,176 1,17

20 33,85 33,55 0,316 1,58

25 38,14 37,64 0,366 1,46

30 41,56 41,23 0,577 1,92

Azul (1,0 mm)

5 26,31 25,40 0,324 6,48

10 37,30 36,30 0,524 5,24

15 45,60 44,67 0,714 4,76

20 53,07 51,91 0,815 4,08

25 59,29 58,10 0,942 3,77

30 65,07 63,80 1,049 3,50

5 30,72 29,40 0,418 8,36

Amarelo (1,1 mm)

10 43,59 41,98 0,696 6,96

15 53,16 51,55 1,004 6,69

20 61,88 59,86 1,160 5,80

25 68,96 67,09 1,365 5,46

30 75,64 73,78 1,448 4,83

5 37,94 35,62 0,579 11,58

Verde (1,2 mm)

10 53,73 51,16 0,936 9,36

15 65,84 62,95 1,326 8,84

20 76,12 73,05 1,633 8,17

25 85,72 81,97 1,919 7,68

30 93,44 89,33 2,628 8,76

5 46,06 42,62 0,715 14,30

Vermelho (1,3 mm)

10 64,90 60,63 1,279 12,79

15 79,11 74,41 1,820 12,13

20 91,44 86,03 2,341 11,71

25 102,16 96,44 2,768 11,07

30 112,18 106,20 2,999 10,00

5 58,38 52,63 0,963 19,26

Branco (1,5 mm)

10 82,80 74,85 1,779 17,79

15 100,79 91,88 2,564 17,09

20 116,15 105,70 3,498 17,49

25 129,96 119,35 3,912 15,65

30 141,90 131,56 4,329 14,43

(41)

Figura 11. Valores de perda de carga (hf) em função das vazões obtidas com a inserção de conector e microtubo de 0,60 m de comprimento.

Tabela 6. Equações de perda de carga (hf) x vazão (Q) provocada por microtubo de 0,60 m de comprimento inserido em conector de linha lateral.

Bocal Equação R²

Preto (0,83 mm) hf = 0,00080Q2– 0,0251Q + 0,2100 0,9798

Azul (1,0 mm) hf = -0,00002Q2_{+ 0,0207Q}_–_0,1905 _0,9980 Amarelo (1,1 mm) hf = -0,00008Q2_{+ 0,0327Q}_–_0,4876 _0,9941

Verde (1,2 mm) hf = 0,00040Q2– 0,0205Q + 0,7744 0,9796

Vermelho (1,3 mm) hf = 0,00002Q2 + 0,0346Q – 0,8269 0,9951 Branco (1,5 mm) hf = -0,00002Q2 + 0,0474Q – 1,5571 0,9899 hf = m. c. a.; Q = L h-1

4.3 Perda de carga localizada ao longo da linha lateral

Na Tabela 7 estão apresentadas as perdas de carga total, distribuída, localizada proveniente da inserção do conector na linha lateral, como também o coeficiente de carga cinética (KL) e o comprimento equivalente de canalização (Leq).

Em relação ao comprimento equivalente obtiveram-se valores máximo e mínimo de 0,479 e 0,250 m, respectivamente, observando-se acréscimos no Leq com aumento da perda de carga.

As equações obtidas das curvas de perda de carga x vazão apresentadas na Figura 12 foram hf = 5000000Q² + 124,68Q + 0,0021; hf = 3000000Q² + 259,96Q + 0,00006 e hf = 2000000Q² - 223,47Q + 0,0044 para as perdas de carga total,

0 1 2 3 4 5

0 25 50 75 100 125 150

hf

(m

. c.

a.)

Q (L h-1₎

(42)

distribuída e localizada, respectivamente, tendo bons ajustes e explicando bem o modelo adotado, com coeficiente de determinação de 0,99. Observa-se que houve acréscimos nos valores de perda de carga com aumento da vazão obtida, segundo polinômios de segundo grau.

Verifica-se que os valores do coeficiente de carga cinética (KL) mantêm-se praticamente constantes, apresentando valor médio de 0,49 (Tabela 7). Segundo Azevedo Neto et al. (2012); Zitterell et al. (2009) para fins de aplicação prática o valor de KL pode ser considerado constante para uma determinada peça, desde de que o escoamento seja turbulento, independentemente do diâmetro da tubulação e da velocidade e natureza do fluido.

Tabela 7. Perdas de carga, coeficiente de carga cinética e comprimento equivalente de canalização equivalente à inserção de um conector.

Q

(m³ s-1₎ _{(m s}V -1₎

Perda de carga (m. c. a.)

KL Leq _(m)

total distribuída localizada _conector*loc. 1

1,2 10-4 0,43 0,101 0,080 0,021 0,004 0,43 0,250

1,8 10-4 _0,62 _0,189 _0,145 _0,044 _0,009 _{0,46 0,267}

2,3 10-4 0,81 0,327 0,252 0,075 0,015 0,45 0,300

2,8 10-4 0,98 0,479 0,353 0,126 0,025 0,51 0,352

3,4 10-4 _1,20 _0,630 _0,441 _0,189 _0,038 _{0,52 0,430}

3,9 10-4 1,39 0,894 0,630 0,264 0,053 0,54 0,479

Média 0,49

(43)

Figura 12. Perda de carga em tubo de polietileno de 19 mm de diâmetro e 5 m de comprimento: hf dist. (perda de carga distribuída); hf loc. (perda de carga provocada pela inserção de 5 conectores de microtubo no tubo); hf total (hf dist. + hf loc.).

4.4 Distribuição espacial e perfil de distribuição radial da água

As maiores intensidades de aplicação ocorreram à distância de 0,25 m do microaspersor para os bocais de 0,83; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 e 1,5 mm(Figuras 13 a 18), com valores médios entre os raios de 4,38; 4,86; 3,62; 4,57; 12,35 e 6,57 mm h-1_, respectivamente. Nas mesmas figuras visualizam-se os raios médios de molhamento, sendo 2,75 m para o bocal de 0,83 mm, 3,25 m para os bocais de 1,0; 1,1 e 1,3 mm e 3,75 m para os bocais de 1,2 e 1,5 mm. Consequentemente, tem-se como diâmetro efetivo de cobertura 5,5 m para o bocal de 0,83 mm, 6,50 m para os bocais de 1,0; 1,1 e 1,3 mm e 7,50 m para os bocais de 1,2 e 1,5 mm. Nota-se que apenas o diâmetro de cobertura do microaspersor Twister com bocal de 1,0 mm está de acordo com os dados informados pelo fabricante e os demais apresentaram valores inferiores aos citados no catálogo (Tabela 1).

(44)

bocais de 1,2 e 1,3 mm, respectivamente. Os raios médios de molhamento foram de 1,75 m para os bocais de 0,83; 1,0; 1,1 e 1,2 mm e 2,25 m para os bocais de 1,3 e 1,5 mm. Consequentemente, o diâmetro efetivo de cobertura foi de 3,50 m para os bocais de 0,83; 1,0; 1,1 e 1,2 mm e 4,50 m para os bocais de 1,3 e 1,5 mm.

Esses dados demonstram que o desempenho do microaspersor na posição invertida é inferior ao obtido na posição normal, acarretando excessiva aplicação no ponto abaixo do microaspersor. Os diâmetros de cobertura comparados com os obtidos na posição de instalação normal foram inferiores em 40 e 53% para os bocais de 1,5 e 1,2 mm, respectivamente. As altas intensidades de aplicação podem causar o encharcamento do solo, percolação e escoamento superficial, desviando-se assim, das vantagens que os sistemas de irrigação localizada proporcionam.

Sandri et al. (2010) analisando microaspersores NaanDan não autocompensantes com bocal de 1,5 mm, novos e usados em posição de instalação invertida obtiveram excelentes resultados para ambas as classes testadas. A falta de uniformidade de irrigação dos emissores ocasiona excesso de água em parte da área irrigada, podendo acarretar perdas, e falta em outra parte, levando à necessidade de aumentar a lâmina de irrigação para se atingir melhores produtividades (ROCHA et al., 2001).

Em relação aos isogramas de padrão de molhamento sem sobreposição para o microaspersor Twister em posição de instalação normal (Figuras 25 a 30), as maiores intensidades de aplicação foram obtidas a 0,25 m do microaspersor, com valores máximos de 4,62 a 16,68 mm h-1, para os bocais de 0,83 e 1,3 mm, respectivamente, decrescendo gradualmente com o aumento da distância. Para a posição de instalação invertida nota-se o mesmo comportamento como pode ser visualizado nas Figuras de 31 a 36, porém a área de cobertura foi muito inferior às encontradas na posição de instalação normal.

(45)

9,62 m2_{para os bocais de 0,83; 1,0; 1,1 e 1,2 mm e 15,90 m}2_{para os bocais de 1,3} e 1,5 mm.

Em todas as figuras do padrão de molhamento pode-se observar a interferência no alcance e a redução na qualidade do padrão em função da ponte modular de sustentação do rotor.

A desuniformidade de aplicação em relação à distância do microaspersor é presenciada em função da elevada precipitação que ocorre próximo à base dos emissores, enquanto que nas extremidades do alcance do jato ocorrem valores muito pequenos, que podem chegar praticamente a zero (SILVA; SILVA, 2005).

Figura 13. Perfil radial do microaspersor Twister bocal preto com 0,83 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

In

te

nsida

de

d

e

ap

lica

çã

o

(m

m

h

-1)

Distância do microaspersor (m)

(46)

Figura 14. Perfil radial do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 15. Perfil radial do microaspersor Twister bocal amarelo com 1,1 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)

Raio 1 Raio 2 Média

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

(47)

Figura 16. Perfil radial do microaspersor Twister bocal verde com 1,2 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 17. Perfil radial do microaspersor Twister bocal vermelho com 1,3 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

In

te

nsida

de

d

e

ap

lica

çã

o

(m

m

h

-1 )

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Int

ensidad

e de

aplica

çã

o

(

mm

h

-1)

Distância do microaspersor (m)

(48)

Figura 18. Perfil radial do microaspersor Twister bocal branco com 1,5 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 19. Perfil radial do microaspersor Twister bocal preto com 0,83 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

(49)

Figura 20. Perfil radial do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

Figura 21. Perfil radial do microaspersor Twister bocal amarelo com 1,1 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

(50)

Figura 22. Perfil radial do microaspersor Twister bocal verde com 1,2 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

Figura 23. Perfil radial do microaspersor Twister bocal vermelho com 1,3 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1 )

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

(51)

Figura 24. Perfil radial do microaspersor Twister bocal branco com 1,5 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

Figura 25. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal preto com 0,83 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

2,75 1,75

0,75 0,25 1,25

2,25 0 1 2 3 4 5 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)

Distância do coletor ao microaspersor (m)

4-5

3-4

2-3

1-2

(52)

Figura 26. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 27. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal amarelo com 1,1 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal. 3,25 1,75 0,25 1,25 2,75 0 1 2 3 4 5 6 7

3,25 _2,75 _2,25

1,75 _1,25 _0,75

0,25 _0,25 _0,75

1,25 _1,75 _2,25

2,75 _3,25 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1 )

6-7 5-6 4-5 3-4 2-3 1-2 0-1 3,25 1,75 0,25 1,25 2,75 0 1 2 3 4 5 6 3,25 _2,7 5

2,25 _1,75 _1,25 _0,75

0,25 _0,25 _0,75

1,25 _1,75 _2,25

2,75 _3,25

(53)

Figura 28. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal verde com 1,2 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 29. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal vermelho com 1,3 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

3,75 2,25

0,75 0,75

2,25 3,75

0 1 2 3 4 5 6 7

3,75 _3,25 _2,75 _2,25

1,75 _1,25 _0,75 _0,25

0,25 _0,75 _1,25 _1,75

2,25 _2,75 _3,25

3,75 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)

6-7 5-6 4-5 3-4 2-3 1-2 0-1 3,25 1,75 0,25 1,25 2,75 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

3,25 _2,75 _2,25

1,75 _1,25 _0,75

0,25 _0,25 _0,75

1,25 _1,75 _2,25

2,75 _3,25 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)

(54)

Figura 30. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal branco com 1,5 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição normal.

Figura 31. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal preto com 0,83 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

3,75 1,75 0,25 2,25 0 2 4 6 8 10 12 3,7 5

3,25 _2,75 _2,25 _1,75

1,25 0,75 _0,25 _0,25 _0,75

1,25 _1,75 _2,25 _2,75 3,25 _3,75 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)

10-12 8-10 6-8 4-6 2-4 0-2 1,75 0,75 0 0,75 1,75 0 5 10 15 20 25 30 35

1,75 1,25 0,75

0,25 0 0,25

0,75 1,25 1,75

In te nsida de de ap licaçã o (m m h -1 )

(55)

Figura 32. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal azul com 1,0 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

Figura 33. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal amarelo com 1,1 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida. 1,75 0,75 0 0,75 1,75 0 5 10 15 20 25 30

1,75 1,25 0,75

0,25 0 0,25

0,75 1,25 1,75

25-30 20-25 15-20 10-15 5-10 0-5 1,75 0,75 0 0,75 1,75 0 5 10 15 20 25

1,75 1,25 0,75

0,25 0 0,25

0,75 1,25 1,75

(56)

Figura 34. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal verde com 1,2 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida.

Figura 35. Isograma do padrão de molhamento do microaspersor Twister bocal vermelho com 1,3 mm operando com pressão de 20 m. c. a. em posição invertida. 1,75 0,75 0 0,75 1,75 0 5 10 15 20 25

1,75 1,25 0,75

0,25 0 0,25

0,75 1,25 1,75

20-25 15-20 10-15 5-10 0-5 2,25 0,75 0,25 1,75 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

2,25 _1,75 _1,25

0,75 _0,25 0

0,25 _0,75 _1,25

1,75 _2,25 In te nsida de d e ap lica çã o (m m h -1)