ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE AGRÍCOLA E MEIO AMBIENTE ENGENHARIA AGRÍCOLA E AMBIENTAL
NATHÁLIA DANTAS VIANA
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE
IRRIGAÇÃO PARA UMA AGROFLORESTA
NO
MUNICÍPIO
DE
CACHOEIRA
DE
MACACU.
NITERÓI, RJ. 2019
NATHÁLIA DANTAS VIANA
Dimensionamento de um sistema de irrigação para uma agrofloresta no
município de Cachoeira de Macacu.
Trabalho de conclusão de graduação apresentada ao Curso De Engenharia Agrícola e do Meio Ambiente da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Agrícola e do Meio ambiente.
Orientador:
Prof. Leonardo da Silva Hamacher, Me.
NITERÓI - RJ 2019
NATHÁLIA DANTAS VIANA
Dimensionamento de um sistema de irrigação para uma agrofloresta no
município de Cachoeira de Macacu.
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Curso De Engenharia Agrícola e do Meio Ambiente da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para a obtenção do grau de Engenheiro Agrícola e do Meio ambiente.
Aprovada em 9 Julho de 2019
BANCA EXAMINADORA
NITERÓI- RJ 2019
À minha família, pelo incentivo e apoio constantes, fundamentais para que eu chegasse até aqui.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a minha família, que me proporcionou as condições para me dedicar à minha vida acadêmica. Em especial a minha mãe, por ser sempre uma fonte de inspiração e força nos momentos de dificuldade.
Agradeço a todos meus amigos que partilharam comigo as dificuldades e felicidades ao longo de todos esses anos.
Agradeço a todos os meus professores e mestres pela generosidade na partilha de conhecimentos, experiências e ensinamentos durante toda a minha formação acadêmica e pessoal.
Agradeço ao meu orientador, professor Leonardo Hamacher, pelo suporte, incentivo, ensinamentos e paciência, tanto durante a realização deste trabalho, quanto durante as orientações em projetos da Agrha e projeto de extensão. Obrigado por se dedicar ao seu trabalho com tanto entusiasmo e verdade. Sempre acessível e atencioso você faz os seus alunos se sentirem especiais e capazes de alcançar seus objetivos.
Agradeço a Agrha Consultoria pela oportunidade de desenvolvimento profissional e pessoal durante os anos que fui membro, além das pessoas incríveis que pude conhecer nessa jornada.
Agradeço à Universidade Federal Fluminense por me proporcionar anos maravilhosos e por ter dado a oportunidade de conhecer pessoas extraordinárias que contribuíram para a minha formação profissional e pessoal.
Agradeço ao Leonardo Dias pela oportunidade de realizar esse projeto para a sua propriedade.
Enfim, agradeço a todos que de alguma forma contribuíram para que eu chegasse até aqui.
RESUMO
Objetivou-se com presente trabalho desenvolver um sistema de irrigação que melhor atendesse uma área de implantação de uma agrofloresta, em Cachoeiras de Macacu, RJ. O município de Cachoeiras de Macacu possui importância estratégica para o abastecimento de gêneros agrícolas para a cidade do Rio de Janeiro. Para o dimensionamento foi levado em conta à área em questão: o desenho do sistema agroflorestal, a curva de retenção de água do solo, a fonte de água a ser utilizada e a necessidade de um manejo simples e prático. Teve-se como resultado o dimensionamento de um sistema de microaspersão, dividido em sete setores e uma planilha com estimativa do tempo de funcionamento do sistema de irrigação, fazendo o uso de tensiômetros para determinar indiretamente o teor de umidade do solo. Portanto, baseada na teoria sobre irrigação, pode-se dimensionar o sistema que melhor atendesse a área em estudo.
ABSTRACT
The objective of this work was to develop an irrigation system that would best serve an area of agroforestry in Cachoeiras de Macacu, RJ. The municipality of Waterfalls has strategic importance for the supply of agricultural crops to the city of Rio de Janeiro. For designing was taken into account in the area in question: the scheme of the agroforestry system, the water retention curve of the soil, the water source to be used and the need for simple and practical management. The results were the design of a micro sprinkler system, divided into seven sectors and a spreadsheet with estimation of the operating time of the irrigation system, using tensiometers to indirectly determine the moisture content of the soil. Therefore, based on the theory about irrigation, the system designed is the best to attend to a study area.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Área irrigada total e participação das Regiões – (1960-2015) ... 6
Figura 2 - Curvas características de umidade do solo: variação da retenção de água no solo em função da textura. ... 9
Figura 3- Mapa do município de Cachoeira de Macacu - RJ... 12
Figura 4 - Produção colhida por município no Rio de Janeiro, em ordem decrescente. ... 13
Figura 5 - Temperaturas e precipitações médias // Clima em Cachoeiras de Macacu. 14 Figura 6 - Dados climatológicos de Cachoeira de Macacu... 14
Figura 7 - Área do projeto demarcada pelo proprietário. ... 15
Figura 8 - Esquema representativo do desenho da SAF que se deseja alcançar. ... 16
Figura 9 - Atual estágio da SAF. ... 17
Figura 10 - Localização dos rios em relação a propriedade... 19
Figura 11 - Pontos relevantes na propriedade ... 19
Figura 12 - Microaspersor escolhido Dan 2002. ... 21
Figura 13 - Composição do microaspesor Dan 2002. ... 22
Figura 14 - Esquema do espaçamento entre microaspersores na mesma linha. ... 22
Figura 15 - Representação da área de cobertura dos microaspersores. ... 23
Figura 16 - Setores do sistema de irrigação e suas respectivas vazões (L/h). ... 25
Figura 17 - Setor 1 do sistema de irrigação com as linhas 3 e 4 destacadas. ... 26
Figura 18 - Tubo de Polietileno PELBD. ... 27
Figura 19 - Caminho feito pela Linha Principal e Linha de Derivação no ponto mais crítico... 31
Figura 20 - Configuração existente hoje em relação ao reservatório de água para irrigação. ... 32
Figura 21 - Características do modelo selecionado para o projeto... 35
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Interpretação de leituras de tensiômetros em diferentes intervalos de tensão. ... 10 Tabela 2 - Número de microaspersores por linha... 24 Tabela 3 - Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 40 mm (Ø comercial = 1 ½ ” ou Ø externo = 50 mm). ... 30
Tabela 4- Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 20 mm (Ø comercial = ¾ ”ou Ø externo = 25 mm). ... 31
Tabela 5 - Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 50 mm (Ø comercial = 2 ”ou Ø externo = 60 mm)... 33
Tabela 6 - Planilha com estimativa do tempo de funcionamento do sistema de irrigação. ... 37
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. OBJETIVOS ... 2
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 3
3.1 Características de um sistema agroflorestal ... 3
3.2 Uso de irrigação ... 5
3.3 Manejo do sistema de irrigação ... 8
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 12
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO... 20
5.1 Seleção do tipo de emissor ... 20
5.2 Tubulações das linhas laterais ... 24
5.3 Tubulações da linha principal e de derivação... 28
5.4 Tubulação de sucção ... 32
5.5 Conjunto motobomba ... 33
5.6 Plano de manejo do sistema de irrigação ... 35
6. CONCLUSÃO ... 38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 39
1. INTRODUÇÃO
A constante e acelerada supressão de mata nativa dos biomas brasileiros vem impactando de forma preocupante os recursos naturais – água, solo, ar, fauna e flora – sendo este fato diretamente ligado à produção agrícola, que entre 2000 e 2010, foi o maior responsável pela devastação de áreas florestais no Brasil, segundo pesquisa divulgada pelo IBGE (2015).
Quando se fala em agricultura no Brasil, ainda se pensa em desmatamento e degradação das matas nativas. Isso acontece porque o modelo de monoculturas baseado em latifúndios e pacotes tecnológicos constituídos por insumos industriais como fertilizantes e agrotóxicos, variedades melhoradas e implementos para mecanização intensiva da agricultura, é o mais usado na produção agrícola no nosso país. Mas é possível produzir alimentos sem degradar as matas e o solo, e contribuindo para a recuperação das florestas.
O manejo dos recursos naturais (minimizando a perda de recursos), principalmente da água, deve estar em harmonia com a sustentabilidade. Para isso, algumas atividades no meio rural devem passar por intervenções com objetivo de mitigar possíveis impactos. Dentre essas intervenções têm-se como as mais comuns: uso de sistemas agroflorestais (SAFs).
Nos SAFs, as espécies florestais são plantadas em consórcio com culturas agrícolas. Frequentemente, as espécies do sistema são podadas e as podas permanecem dentro do sistema em forma de matéria orgânica para a cobertura superficial do solo. Essa biomassa gera diversos benefícios como: evitar a erosão, retenção da umidade no local, nutrição do solo e contribuição no desenvolvimento de micro-organismos benéficos. Criando-se um ambiente que se sustenta, diminuindo a necessidade de entrada de insumos externos, o que consequentemente irá reduzir os custos de produção.
As SAFs apresentam uma configuração que tem inúmeros benefícios, ambientais e econômicos. Primeiramente, possibilita a regeneração do solo, que em poucos anos torna-se muito mais fértil. Em segundo lugar, diminui sensivelmente a necessidade de suprimento externo de adubos e compostos orgânicos, uma vez que a biomassa é produzida localmente. E outro benefício é que esse sistema gera renda constantemente, durante entressafras e nos períodos de maturação das culturas com ciclo mais longo.
Mesmo com a redução da necessidade de insumos externos, durante alguns períodos, e em SAFs mais novas, pode haver a necessidade do uso de recursos externos, como a irrigação. Isto porque, ainda que haja um uso eficiente dos nutrientes e a diminuição de perdas
hídricas, nos sistemas agroflorestais, a colheita exporta nutrientes que, em muitos casos, podem ser maiores que as entradas por precipitação e ciclagem de matéria orgânica. Pensando nessa questão, o presente trabalho objetivou dimensionar um sistema de irrigação que auxiliasse na implantação e manutenção de um sistema agroflorestal em Cachoeiras de Macacu.
Pela falta de fundamentação teórica sobre irrigação especificamente em áreas de agroflorestas, foi necessário adaptar o conhecimento desses sistemas em monoculturas, pensando nas facilidades e dificuldades que as características das SAFs podem trazer para a instalação e manejo do sistema.
2. OBJETIVOS
O objetivo geral do trabalho foi desenvolver um sistema de irrigação que melhor atendesse uma área de implantação de uma agrofloresta, em Cachoeiras de Macacu, RJ.
Para que este objetivo seja atingido, é necessário cumprir-se os seguintes objetivos parciais:
1. Entre os tipos de irrigação existentes, escolher o que melhor se adapta a área – diferentes culturas ocupando o mesmo espaço – e a disponibilidade de água, que pode ser considerado um fator limitante para o projeto;
2. O sistema deve exigir um baixo investimento inicial, pensando na atual realidade do produtor;
3. O plano de manejo a ser adotado precisa ser simples e prático, buscando aumentar as chances de sucesso do projeto – funcionários com pouco ou nenhum conhecimento técnico sobre o assunto serão responsáveis por manusear o sistema no dia-a-dia.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1 Características de um sistema agroflorestal
A água é extremamente importante na produção vegetal, uma vez que sua escassez ou excesso irá afetar gravemente o desenvolvimento da planta, podendo causar mudanças anatômica, fisiológica e bioquímica, cujos efeitos dependerão do tipo de planta e do grau e duração da deficiência hídrica. Ter um adequado teor de água no solo depende da precipitação pluviométrica ou irrigação, da capacidade de armazenagem de água do solo e das perdas por transpiração, evaporação, escoamento superficial e percolação (DUARTE, 2012).
A constante e acelerada supressão de mata nativa dos biomas brasileiros vem impactando de forma preocupante os recursos naturais – água, solo, ar, fauna e flora – sendo este fato diretamente ligado à produção agrícola. Além disso, segundo dados da Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura FAO/ONU, cerca de “80% da água utilizada no planeta é consumida pelo agronegócio de grande escala, destinada à irrigação”. Sendo assim, torna-se de extrema importância apoiar e desenvolver uma agricultura que recupere e conserve os recursos naturais (ANA, 2014).
O manejo dos recursos naturais, principalmente o uso da água, deve estar em harmonia com a sustentabilidade. Para isso, algumas atividades no meio rural devem passar por intervenções, como incrementos tecnológicos, com objetivo de mitigar possíveis impactos. Dentre essas intervenções têm-se como as mais comuns: uso de sistemas agroflorestais, educação ambiental, e produção de alimentos agroecológicos (VANZIN; KATO, 2017).
Segundo o ICRAF (International Centre of Research in Agroforestry), “sistemas agroflorestais (SAFs) são combinações do elemento arbóreo com herbáceas e (ou) animais, organizados no espaço e (ou) no tempo”. Na legislação brasileira - Resolução CONAMA Nº- 429/2011 e Decreto Federal nº 7830/2012, por exemplo- podem-se encontrar os sistemas agroflorestais definidos como:
“sistemas de uso e ocupação do solo em que plantas lenhosas perenes são manejadas em associação com plantas herbáceas, arbustivas, arbóreas, culturas agrícolas, forrageiras em uma mesma unidade de manejo, de acordo com arranjo espacial e temporal, com alta diversidade de espécies e interações entre estes componentes”. (Agrofloresta, Ecologia e Sociedade, 2013).
Os sistemas agroflorestais vêm se tornando relevante no país por aliar a produção de alimentos com a preservação de florestas, o que é extremamente importante para a manutenção de recursos naturais e, assim, frearem as mudanças climáticas. A agrofloresta contribui para a diversidade local de espécies, a recuperação de áreas degradadas e proporciona obtenção de renda a partir de diferentes espécies cultivadas e, consequentemente, produtos diversificados durante todos os meses do ano (Agrofloresta, Ecologia e Sociedade, 2013). Além disso, há incremento dos níveis da matéria orgânica no solo, fixação biológica do nitrogênio atmosférico, ciclagem de nutrientes, modificação do microclima e otimização do sistema de produção, tendo em vista o conceito de produção sustentável (SOMARRIBA, 1992, apud AGUIAR, 2008).
Nas SAFs almeja-se que o sistema seja mais eficiente na utilização dos recursos disponíveis – água, luz e nutrientes – que os plantios solteiros convencionais. Ou seja, mais do que identificar os componentes de uma agrofloresta – árvores, arbustos e culturas agrícolas –, é relevante identificar quais intervenções ou práticas de manejo estão por trás dessa estrutura. Se não, corre-se o risco de manter a mesma lógica produtiva da artificialização de agroecossistemas, comum na agricultura convencional (STEENBOCK et al., 2013).
Os sistemas agroflorestais são cultivados preenchendo todos os andares de alimento, produzindo tanto na horizontal quanto na vertical. E para manter esse sistema são necessárias técnicas de manejo de corte, poda ou supressão da floresta. As agroflorestas são derrubadas conforme a dinâmica de clareiras que ocorrem naturalmente nas florestas, abrindo uma clareira e permitindo a entrada da luz do sol favorecendo o desenvolvimento de novas plantas, aumentando assim a fertilidade do solo e preservando a água no local. Para cobrir o solo, deposita-se o material podado no solo, criando-se uma proteção do solo à incidência direta de luz e das gotas de chuva. Essas técnicas de manejo que preservam os recursos hídricos aumentam a biodiversidade e melhoram a agrofloresta.
Segundo Steenbock et al. (2013), a estrutura multiestratificada da agrofloresta cria um ambiente favorável para a manutenção de elevada umidade relativa do ar em seu interior e a redução dos ventos. Como resultado desse manejo tem-se a otimização da água, do gás carbônico e da luz – ou seja, da fotossíntese e da produtividade primária (matéria vegetal) – no sistema agroflorestal.
Pela forma como são constituídos, os SAFs possuem sistemas radiculares diversificados que fornecem um contínuo aporte de matéria orgânica e condicionam favoravelmente o meio físico do solo, melhorando as condições de infiltração e retenção de
água (FAO, 1995; BRESMAN & KESSLER, 1997, apud AGUIAR, 2008). Neste sentido sugere-se que solo sob sistema agroflorestal apresenta qualidade física superior, por favorecer menor densidade, maior porosidade, menor resistência à penetração e maior agregação (CARVALHO et al., 2004, apud AGUIAR, 2008).
Ainda que haja um uso eficiente dos nutrientes e a diminuição de perdas hídricas, nos sistemas agroflorestais, a colheita exporta nutrientes que, em muitos casos, podem ser maiores que as entradas por precipitação e ciclagem de matéria orgânica. Além disso, a agrofloresta muitas vezes são implantadas em áreas bastante degradadas, o que força a adição de nutrientes, principalmente nos primeiros anos da implantação. Isso faz com que haja necessidade de entradas de fertilizantes (adubação) no sistema e em situações drásticas de deficiência hídrica faz-se necessário o uso da irrigação. Porém, deve-se ter atenção em relação à necessidade hídrica das plantas cultivadas, uma vez que, sendo a lâmina média de irrigação aplicada maior que a necessária, além de ser oneroso para o agricultor, agrava a lixiviação de nutrientes (CADERNOS DA DISCIPLINA SISTEMAS AGROFLORESTAIS, 2014).
3.2 Uso de irrigação
Testezlaf (2011) define a irrigação como: “o uso de técnicas, formas ou meios utilizados para aplicar água artificialmente às plantas, procurando satisfazer suas necessidades e visando a produção ideal para o seu usuário”. Para Mello & Silva (2006) a irrigação é “a aplicação artificial de água no solo, em quantidades adequadas, visando proporcionar a umidade adequada ao desenvolvimento a fim de suprir a falta ou a má distribuição das chuvas”.
Segundo o Atlas Irrigação: uso da água na agricultura irrigada (2017) - estudo feito pela Agência Nacional de Águas (ANA) –, o Brasil está entre os dez países com a maior área irrigada do planeta, com 6,95 milhões de hectares (Mha) que produzem alimentos utilizando diferentes técnicas de irrigação. Ainda de acordo com o levantamento, a Região Sudeste apresenta 2.709.342 hectares (ha) irrigados o que corresponde a 39% da área total como pode ser visto na Figura 1 - e conta com maior diversificação de métodos e tipos de irrigação dentre as regiões brasileiras.
Figura 1 - Área irrigada total e participação das Regiões – (1960-2015)
Fonte: ATLAS Irrigação, 2017.
A irrigação é uma técnica de extrema relevância para o desenvolvimento da agricultura em determinadas regiões desfavorecidas do ponto de vista climático. Porém, mais do que amenizar o risco climático da falta ou irregularidade de chuvas, a irrigação vem sendo aprimorada com o objetivo de aumentar a produtividade dos cultivos, complementando a demanda hídrica, como acontece na região Sudeste, por exemplo.
Entre os pequenos agricultores é comum ainda existir a crença de que a irrigação é algo para grandes áreas de cultivo, custoso e fora de suas realidades. Sendo assim, há a necessidade de preencher essa lacuna, elaborando soluções de irrigação viáveis para pequenas propriedades.
Além de diminuir perdas, a irrigação controlada em pequenas plantações, possibilita a diversificação dos produtos cultivados, o que aumenta a possibilidade de renda para esses produtores que, muitas vezes, essa a única fonte de renda familiar. Ou seja, além de aumentar a produtividade e ficarem menos vulnerável as variações climáticas, dá mais segurança para investir em novas culturas. (ALMEIDA, et al., 2015)
O método de irrigação localizada destaca-se por aplicar água especificamente na área de solo na qual se encontra o sistema radicular da cultura. A água é conduzida sob baixa pressão, sendo fornecida para a região do solo próxima ao pé da planta por meio de emissores, causando, assim, uma economia no uso da água. A umidade do solo é mantida próxima à capacidade de campo, caracterizando assim uma irrigação de alta frequência (BISCARO, 2014).
Ademais, a localizada apresenta maiores valores de eficiência de aplicação dentre os sistemas de irrigação, sendo da ordem de 80 a 90%, bem superiores às faixas de 60 a 80%, e
de 50 a 70%, dos sistemas por aspersão e superfície, respectivamente (KELLER & BLIESNER, 1990, apud FILHO et al., 2000).
Um dos tipos de emissores da irrigação localizada é o microaspersor. O sistema de irrigação por microaspersão é caracterizado por proporcionar pressão operacional menor que 207 kPa, vazão de 20 a 100 l/h e diâmetro de alcance dos emissores entre 1,5 a 10 m (BOMAN, 1989, apud FILHO et al., 2000). Por proporcionarem baixas vazões de água, os microaspersores auxiliarão na questão de disponibilidade de água, uma vez que aplica menos água por unidade de tempo, o que, consequentemente, dá mais tempo para recarga de água na fonte a ser utilizada. Além disso, essa vazão permite diminuir o diâmetro das tubulações, reduzindo assim parte dos custos (BISCARO, 2014).
Esse tipo de emissor também é mais adequado para culturas com maiores espaçamentos e maior sistema radicular devido ao seu maior alcance quando comparado a outros emissores do sistema de irrigação localizado (BISCARO, 2014). Quanto à instalação em campo, os microaspersores são dispostos em pé, com o auxílio de suportes ou estacas de polietileno e, conectados à linha lateral, em tubos de polietileno (mangueiras) por meio de microtubos. Os microaspersores ficaram a cerca de 35 cm do solo, o que impedirá que estes sejam cobertos pelas plantas rasteiras, restos de poda (forma de matéria orgânica para a cobertura superficial do solo) e/ou adubo verde.
Para mais, como a intensidade de precipitação dos microaspersores vai diminuindo com o aumento da distância a partir do emissor, é necessária a superposição das áreas molhadas para que assim seja possível manter a distribuição uniforme da água. Dessa forma, comumente, usa-se um espaçamento entre os emissores em torno de 50% do raio de alcance deste, permitindo que o jato do microaspersor sobreponha o raio dos microaspersores vizinhos (WEBENSINO UNICAMP, 2013, apud MADALOSSO, 2014).
Apesar deste tipo de sistema de irrigação poder apresentar perdas de água pela deriva do jato por ventos fortes, assim como, perdas por evaporação em locais de baixa umidade e altas temperaturas (BISCARO, 2014), espera-se que as técnicas aplicadas na agrofloresta - manutenção de cobertura morta (matéria orgânica) e cobertura verde na área objetivando nunca deixar o solo exposto, por exemplo - reduzam essas perdas inerentes ao método de irrigação. Isso porque, segundo pesquisa da Embrapa Agropecuária Oeste (MS), em horários entre 12h e 15h, por exemplo, há diferenças de 2°C a 15°C a menos dentro de SAFs em relação a áreas abertas, sem a presença de árvores. Também se constatou que a umidade do ar oscila menos dentro de SAFs ao longo do dia (EMBRAPA, 2017).
Ademais, percebeu-se que há regulação da temperatura do ar, reduzindo sua variação ao longo do dia e, as árvores fazem papel de quebra-ventos, o que para irrigação ajudaria a reduzir à deriva. Outra alteração causada pela presença das árvores nos SAFs é na temperatura do solo, uma vez que esta passa a ser mais estável no sistema. Sendo assim, a mudança do microclima reflete sobre o balanço hídrico do solo, possibilitando aumento da umidade disponível para as plantas que se encontram cultivadas embaixo das árvores, devido à redução da radiação que chega ao solo (EMBRAPA, 2017).
3.3 Manejo do sistema de irrigação
Uma das importantes funções do solo é de atuar como um reservatório de água e nutrientes para utilização pelas plantas. A água não é estática e movimenta-se em função do gradiente de seu potencial entre dois pontos do solo (BERNARDO, et al., 2006). A água no solo considerada disponível para as plantas é aquela armazenada entre a capacidade de campo (Cc) e o ponto de murcha (Pm). Porém, para a maioria das plantas, muito antes do solo atingir o ponto de murcha a planta já não consegue absorver a quantidade de água necessária para o seu metabolismo e sua transpiração (MELLO, e SILVA, 2006).
Em um solo saturado, a água terá um movimento vertical para baixo, que só irá diminuir expressivamente quando o teor de umidade do solo for tal que sua condutividade se torne muito pequena. Quando isso acontecer o solo está em condição de capacidade de campo. Ou seja, a capacidade de campo é a máxima capacidade de água que o solo é capaz de reter após ter sido drenado o excesso. Varia com a textura do solo e o ideal é que seja determinada por camadas do solo. Em solos de textura mais grossa, a redução da intensidade de movimento com a diminuição da umidade do solo apresenta uma faixa de transição bem nítida, ao contrário dos solos de textura fina, o que torna a capacidade de campo mais bem definida nesse tipo de solo.
O solo úmido contém ar nos macroporos e água nos microporos. Os poros menores funcionam como tubos capilares e, por esta razão, a água é referida como água capilar. Ou seja, a retenção de água em solos, durante o período em que ele permanece mais úmido, é atribuída à força capilar ou tensão superficial. Assim, a distribuição de tamanho dos poros é que determinará a quantidade de água que permanecerá no solo quando ele for submetido a tensões baixas (BERNARDO et al., 2006).
Conforme vai se aproximando do ponto de murcha, o fenômeno de retenção de água pelo solo não pode mais ser explicado pela ação da força capilar ou tensão superficial. A água passa a ser retida pela ação da força de adsorção entre a partícula de solo e as moléculas de água. O ponto de murcha pode ser definido como o ponto em que a água esta retida com elevada energia que a planta não consegue absorver e perde sua turgidez, ou seja, murcha (BERNARDO et al., 2006).
Pode-se perceber que para um mesmo conteúdo de água os diferentes tipos de solo retém a água com diferentes níveis de energia, existindo, portanto, diferentes relações teor de água () e potencial matricial (Ψm). Esta relação se chama curva característica de umidade ou curva de retenção de água e depende da textura, uma vez que, esta afeta o tamanho e o número de poros. A relação entre Ψm e para diferentes tipos de textura pode ser visualizada na Figura 2 abaixo.
Figura 2 - Curvas características de umidade do solo: variação da retenção de água no solo em função da textura.
Fonte: Frizzone (2017).
Uma maneira de determinar de forma direta a tensão do solo em determinado momento, e da porcentagem de água presente no solo indiretamente, é com o uso de tensiômetro. Quando se utilizam instrumentos que medem o potencial matricial, como o tensiômetro, é necessário converter o seu valor para conteúdo de água do solo, através da curva de retenção do solo. Como vantagens do seu uso, em comparação a outros instrumentos, têm-se: simplicidade e facilidade de uso, desde que corretamente instalado, mantido e
interpretado; e custo relativamente baixo e facilmente encontrado no comércio (AZEVEDO, e SILVA, 1999).
O funcionamento desse instrumento é simples. Após estar completamente cheio de água e em solo saturado, nenhuma água passará pela cápsula e não haverá vácuo. À medida que o solo seca, sairá água do tensiômetro através da cápsula porosa, criando um vácuo no interior do tubo equivalente à tensão da água no solo. A grandeza desse vácuo será indicada no manômetro ligado ao tensiômetro. Para o caso oposto, quando ocorre alguma chuva ou irrigação, o teor de água no solo é aumentado e a água passa do solo para o tensiômetro através da cápsula e as leituras de vácuo ficam mais baixas. Ou seja, as leituras dos tensiômetros expressam a energia necessária para a água ser liberada das superfícies das partículas do solo, onde se encontra retida (AZEVEDO e SILVA, 1999).
Na Circular Técnica 01 da Embrapa, Azevedo e Silva (1999), mostram como interpretar as leituras de tensiômetros em função dos intervalos de valores medidos no instrumento. Os valores sugeridos são mostrados na Tabela 1 abaixo adaptada dessa literatura.
Tabela 1 - Interpretação de leituras de tensiômetros em diferentes intervalos de tensão.
Fonte: Azevedo e Silva (1999).
Os potenciais ótimos, como visto acima, são maiores que 80 kPa, o que faz com que o tensiômetro se torne um instrumento bastante útil no controle da irrigação. Segundo Albuquerque (2010), geralmente, a maioria das plantas tem seu crescimento afetado quando o potencial matricial da água no solo atinge valores menores que 500 kPa. Sendo assim, a não ser em períodos específicos, nos quais a cultura exige um estresse de água, não se deve deixar que o potencial alcance valores menores que 300 kPa. Observando-se com detalhe as curvas
de retenção de água de solos pode-se reforçar essa ideia, uma vez que, como o potencial de pressão varia com a umidade do solo, a umidade varia muito pouco quando o potencial passa de 500 a 1500 MPa.
A frequência de leituras depende da evapotranspiração em relação à capacidade de armazenamento de água do solo. Em condições de climas de alto consumo hídrico, elas são mais frequentes, pois serão maiores e mais rápidas as variações nos valores de tensão da água no solo. Essa rotina é recomendável uma vez que permite o conhecimento, dia-a-dia, das variações, entendendo as alterações na extração de água pelas culturas ao longo de seu ciclo.
Na Circular Técnica 01 da Embrapa, Albuquerque (2010) destaca que o controlando a irrigação pelo tensiômetro, a época de irrigar fica completamente independente do estabelecimento prévio de frequências de irrigação. Porém, é necessário acompanhar o desenvolvimento do sistema radicular das culturas, para determinar a profundidade efetiva do sistema radicular (z) e considerar a leitura do potencial feita no ponto médio dessa profundidade como a indicadora de quando irrigar.
Usando-se esse método para o manejo de irrigação, a lâmina líquida de irrigação (LL) pode ser definida pela Equação (1) mostrada a seguir.
Eq. (1)
= lâmina líquida de irrigação (mm); = capacidade de campo (%peso);
= conteúdo de água no solo, considerado como o limite para início da irrigação (%peso); = densidade do solo (g/cm³);
= profundidade efetiva do sistema radicular (cm).
Após determinar a lâmina líquida de irrigação (LL) pela equação anterior, pode-se estimar a lâmina bruta (LB) pela Equação (2) abaixo.
= lâmina bruta de irrigação (mm); = lâmina líquida de irrigação (mm);
= eficiência do sistema de irrigação, em decimal. Para microspersores, esse valor é de 70 a 85%. (Solomon, 1990, apud Albuquerque, 2010).
4. MATERIAL E MÉTODOS
O trabalho foi desenvolvido no Sítio Cantobello, em Papucaia, Cachoeira de Macacu, Região Metropolitana do Rio de Janeiro, que tem como municípios fronteiriços, ao norte, Nova Friburgo e Teresópolis, a oeste, Guapimirim, ao sul, Rio Bonito e Itaboraí e, a leste, Silva Jardim, todos situados no estado do Rio de Janeiro como pode ser visualizado na Figura 3.
Figura 3- Mapa do município de Cachoeira de Macacu - RJ
Segundo IBGE (2018), a área da unidade territorial do município possui 954,749 km², dos quais 39.342,544 hectares são áreas de estabelecimentos agropecuários. Dos 2.154 estabelecimentos existentes, 1.510 não utilizam agrotóxicos e 284 fazem uso de adubação orgânica.
O município de Cachoeiras de Macacu possui importância estratégica para o abastecimento de gêneros agrícolas para a cidade do Rio de Janeiro (EMBRAPA, 2012). Tendo em 2017 alcançado os seguintes resultados (Figura 4) em relação à produção colhida.
Figura 4 - Produção colhida por município no Rio de Janeiro, em ordem decrescente.
Fonte: Emater (2017).
O clima em Cachoeiras de Macacu é definido como tropical. Chove muito menos no inverno que no verão, sendo assim, segundo a Köppen e Geiger a classificação do clima é Aw (clima tropical com estação seca de inverno). Em Cachoeiras de Macacu a temperatura média é 23, 1 °C. E a pluviosidade média anual de 1307 mm. Sendo Julho é o mês mais seco com 32 mm, e o mês de maior precipitação Dezembro, com uma média de 208 mm (CLIMATE DATA, 2018). A diferença entre a precipitação do mês mais seco e do mês mais chuvoso é de 176 mm e as temperaturas médias variam 6,1 °C ao longo do ano, conforme a Figura 5 e Figura 6.
Figura 5 - Temperaturas e precipitações médias // Clima em Cachoeiras de Macacu.
Fonte: CLIMATE DATA (2019).
Figura 6 - Dados climatológicos de Cachoeira de Macacu
Fonte: adaptado do CLIMATE DATA (2019).
O local visitado está situado na latitude 22°36'52.82"S e longitude 42°46'55.70"O, e a área cuja a agrofloresta está sendo implantada corresponde a 1,23 ha (12.310 m²) – Figura 7. Em análise granulométrica realizada na área de implantação do projeto, em novembro de 2017, o solo foi caracterizado como solo de Tipo 2, o que corresponde a textura média.
Figura 7 - Área do projeto demarcada pelo proprietário.
Fonte: Google Earth
A área em questão, inicialmente, era apenas ocupada por coqueiros, como pode ser visto na imagem anterior, porém nessa está sendo implantado um projeto para transformá-la em uma agrofloresta. O desenho escolhido para dar suporte à implantação foi o sistema de plantio em aléia, intercalando frutíferas com as florestais e outras espécies vegetais, respeitando as características de cada cultura introduzida. As espécies que compõem a SAF apresentam funções diversas, porém podem ser agrupadas em três grupos principais que são plantas para: incremento da biodiversidade, produção de biomassa e produção econômica.
Nas linhas já existentes de coco foram introduzidas banana/feijão guandu/pimenta e mudas de árvores nativas – será chamada de Linhas B. Na entrelinha, distando 3 metros da linha descrita anteriormente, foram introduzidas linhas contendo abacate/limão e tangerina – será chamada de Linhas A. E há ainda o objetivo de nos espaços entre estas linhas (A e B) introduzir culturas anuais – será chamada de Faixas de anuais. Abaixo pode ser visto na Figura 8 o esquema com o desenho da SAF que se deseja alcançar e na Figura 9 pode ser visto a atual fase em que se encontra a SAF.
Figura 8 - Esquema representativo do desenho da SAF que se deseja alcançar.
Figura 9 - Atual estágio da SAF.
O grau de interação entre as espécies componentes do sistema é fundamental na elaboração de um bom desenho agroflorestal, sendo assim levou-se em conta dois critérios: ação compensatória ou uso complementar dos recursos (interação positiva) e a competição (interação negativa), onde o primeiro deve ser maximizado e o outro minimizado. Uma associação adequada entre as culturas pode ser obtida distribuindo-se as plantas de forma adequada na área, por meio do aproveitamento das diferentes necessidades de cada espécie no tempo e no espaço, otimizando ao máximo os recursos disponíveis (LUNZ E FRANKE, 1998).
Na área estudada, por exemplo, é cultivado o coco (Cocus nucifera), planta de raízes fasciculadas e relativamente superficiais, em associação com o feijão guandu com sistema radicular pivotante, com raízes robustas profundas. Já a bananeira possui as raízes são fasciculadas e crescem em maior porcentagem horizontalmente, nas camadas mais superficiais do solo, e na pimenta, o sistema radicular é pivotante, com um número elevado de ramificações laterais.
Assim como também são utilizadas na área de estudo plantas de ciclos de vida diferenciados com objetivo de favorecer o aproveitamento melhor da área. As espécies perenes que possuem um desenvolvimento relativamente lento propiciam, nos primeiros anos de implantação, bastante espaço disponível no terreno, e este é aproveitado para o cultivo de culturas de ciclo curto e médio.
Quanto à disponibilidade de água, a propriedade em questão tem como principal fonte um poço semi-artesiano cuja capacidade de recarga é desconhecida. Ou seja, não se sabe qual a vazão de explotação ótima do poço. A água proveniente do poço é bombeada para uma caixa d’ água em um ponto mais elevado da propriedade. E essa é distribuída por gravidade para outros pontos.
Em relação à qualidade dessa água não existe nenhuma informação, uma vez que nunca foram realizadas análises laboratoriais. Na rua a frente da propriedade passa o Rio Macacu, e a propriedade é cortada pelo Rio Cassiano, que fazem parte da Sub-bacia Hidrográfica Rios Guapi/Macacu (Figura 10).
Figura 10 - Localização dos rios em relação a propriedade.
Fonte: Bing Maps (2019).
Em relação à fonte de energia utilizada na propriedade é energia elétrica proveniente da concessionária local, a CERCI - Cooperativa de Eletrificação Rural Cachoeiras-Itaboraí. Com quadro de distribuição próximo instalada próxima a casa do caseiro (Figura 11).
Figura 11 - Pontos relevantes na propriedade
A adoção de um sistema de irrigação na área em estudo visa possibilitar a produção de culturas em sistema agroflorestal que não seriam possíveis sem o uso de irrigação em pelo menos uma de suas fases, como por exemplo, algumas mudas de espécies florestais e frutíferas, conseguindo atender as necessidades hídricas dessas plantas e podendo alcançar ótimos níveis de produção quando aliadas a um manejo correto do solo.
A escolha do tipo de irrigação a ser utilizada na área baseou-se nos tipos mais eficientes dentro de um SAF - microaspersão, gotejamento e aspersão convencional - e que atendessem melhor as necessidades hídricas das espécies introduzidas (espaçamento maiores), levando em conta a disponibilidade de água para irrigação, o custo de aquisição e a operação do sistema (FORTUNA et al., 2011). Por possuírem baixa vazão, os microaspersores aplicam menos água por unidade de tempo, o que dará mais tempo para recarga do poço a ser utilizado como fonte hídrica.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Seleção do tipo de emissor
O primeiro passo no dimensionamento de um sistema de irrigação localizada é a definição de qual emissor será utilizado. Os locais escolhidos para posicionar os microaspersores foram as Linhas A, onde foram criadas linhas nas quais, durante a elaboração do projeto, estavam sendo implantadas mudas de frutíferas como abacate, limão e tangerina. A motivação para posicionar os emissores nessas linhas foi o fato dessas culturas apresentarem maior retorno econômico, logo há maior interesse em priorizar o atendimento da demanda hídrica dessas.
Sendo assim, os microaspersores estarão espaçados em 6 metros entrelinhas e em 3 metros na mesma linha. O diâmetro molhado pelos microaspersores escolhido cobrirá toda a faixa das Linhas A com superposição dos raios molhados, mas na área entrelinhas não haverá essa superposição. Havendo apenas um molhamento dessa área, com mais intensidade próximo às Linhas A e menor próximo às Linhas B.
Como cada espécie possui uma necessidade hídrica diferente, e pensando no alto custo de implementação de microaspersores nos dois tipos de linhas, A e B, foi necessário escolher
uma forma de melhor atender esta necessidade focando nas culturas mais sensíveis a escassez desse recurso (por exemplo, o abacate, presente na linha das mudas) e de maior rentabilidade. Pensando nos fatores motivadores para a escolha deste tipo de sistema, foi escolhido um tipo de microaspersor que possuí uma baixa vazão e diâmetro de molhamento adequado para o espaçamento entre linhas de coqueiro (6 metros). Sendo assim, o emissor escolhido foi o Microaspersor Dan 2002, da marca NaanDainJain, Bocal verde e Asa giratória pop-up azul. Com pressão de serviço de 1,5-4,0 bar, vazão de 55 L/h e diâmetro molhado de 6 m (Figura 12). Na Figura 13, é possível observar a composição completa para instalação, com a haste, o microtubo e o conector (liga o microtubo ao tubo de polietileno correspondente as linhas laterais).
Figura 12 - Microaspersor escolhido Dan 2002.
Figura 13 - Composição do microaspesor Dan 2002.
Fonte: catálogo do emissor Dan 2002 NaanDanJain (2010).
A intensidade de precipitação dos microaspersores diminui com o aumento da distância a partir do emissor, por isso foi necessário dimensionar o sistema com a superposição das áreas molhadas, mantendo assim, uma distribuição uniforme da água. Sendo assim, o espaçamento adotado entre microaspersores na linha é de 3 m. Assim, os microaspersores terão um raio de cobertura como o visto na figura abaixo (Figura 14). O raio em vermelho na Figura 15 representa o diâmetro de cobertura de cada microaspersor (marcador azul representa os microaspersores, posicionados de 3 em 3 metros). Como pode ser visto, eles cobrem praticamente toda a área de interesse, tendo sobreposição entre os raios apenas nas linhas das mudas de frutíferas. Ou seja, cobrirá toda a área de 1,23 ha (Figura 15), porém com maior cobertura nas linhas das mudas.
Figura 14 - Esquema do espaçamento entre microaspersores na mesma linha.
Figura 15 - Representação da área de cobertura dos microaspersores.
Fonte: própria (2019)
Sendo assim, foi realizada a medição do comprimento de cada linha de mudas de frutíferas por meio do Google Earth, e sabendo-se que existem atualmente 25 linhas de mudas, e que os microaspersores estão espaçados, nas linhas, em 3 m, - como pode ser visto no esquema da Figura 15 - determinou-se que serão utilizados para o projeto 526 microaspersores, conforme a Tabela 2.
Tabela 2 - Número de microaspersores por linha. Número da linha
(sentido entrada - casa)
Comprimento da linha (metros) Número de aspersores na linha (unidade) 1 7,5 2 2 22,5 7 3 37,5 12 4 44,5 15 5 60,5 20 6 75 25 7 75 25 8 75 25 9 75 25 10 75 25 11 75 25 12 75 25 13 75 25 14 75 25 15 75 25 16 75 25 17 75 25 18 75 25 19 75 25 20 75 25 21 75 25 22 70 23 23 65 22 24 44 15 25 30 10 526 Total Fonte: própria (2019)
5.2 Tubulações das linhas laterais
As 25 linhas a serem irrigadas foram divididas em sete setores - cada um composto por certa quantidade de linhas laterais - com vazões semelhantes e, esses serão ligados separadamente (ou seja, quando um setor estiver ligado, os outros seis estarão desligados (Figura 16). Assim, têm-se ramais de rega ou setores com baixa vazão e, consequentemente, minimiza-se custos com tubulação e bombeamento.
Figura 16 - Setores do sistema de irrigação e suas respectivas vazões (L/h).
Fonte: própria (2019)
Para a pior situação, a linha lateral terá comprimento de 91,5 metros e 27 emissores – linha correspondente a linha 3 e 4 - como pode ser visualizado nas Figura 16 e 17 abaixo na qual mostra um zoom no Setor 1, onde estas linhas se localizam - e a vazão necessária para abastecer essa linha será de 1485 L/h.
Figura 17 - Setor 1 do sistema de irrigação com as linhas 3 e 4 destacadas.
Fonte: própria (2019)
Como, só é permitida uma variação máxima de 10% da vazão e, consequentemente, 20% na pressão de serviço entre o primeiro e o último emissor da tubulação lateral, a perda de carga permissível nas tubulações laterais é de 4 mca - Equação (3) – adota-se pressão de serviço de 20 mca.
Eq. (3) Em que
= perda de carga permissível nas tubulações laterais, mca;
PS = pressão de serviço do emissor, mca.
Em relação à velocidade admissível na tubulação, segundo Salassier et al. (2008), tendo-se em vista o dimensionamento econômico, os valores mais usados estão entre 1 e 2 m/s. Testando valores de diâmetros comerciais para tubos de polietileno PELBD (Figura 18) , encontrou-se como o menor diâmetro comercial que atendia essa exigência o tubo de diâmetro nominal é de 20 mm, e o diâmetro interno é de 20,60 mm (diâmetro comercial de ¾”).
Figura 18 - Tubo de Polietileno PELBD.
Fonte: adaptada do Caderno 2 – Soluções Amanco para Irrigação Localizada – Microaspersão.
Para determinar a perda de carga unitária utilizou-se a equação desenvolvida por Watter e Keller (1978), apresentada por Salassier et al. (2008), para tubulações e mangueiras de plástico com diâmetro menor que 125 mm – Equação (4).
Eq. (4)
Em que
J = perda de carga unitária, m/m. D = diâmetro da tubulação, m; Q = vazão, m³/s;
Para calcular a perda de carga ao longo da tubulação lateral após determina a perda de carga unitária pela equação acima se utilizou a Equação (5) abaixo.
Eq. (5) Em que
J = perda de carga unitária, m/m;
L = comprimento total da tubulação lateral, m;
F = fator de correção da perda de carga para tubulações com múltiplas saídas;
Sendo o fator de correção (F) determinado pela Equação (6) abaixo.
Eq. (6)
Em que
m = constante (m = 1,75); N = número de emissores.
Sendo assim, diâmetro escolhido da tubulação (DN =20 mm) atende ao critério da perda de carga permissível, uma vez que = 3,33 mca, ou seja, < Como o tubo adquirido vem em bobinas de 200 m, o mesmo será utilizado para todas as linhas laterais, uma vez que atendendo a pior situação, atenderá também as outras linhas.
5.3 Tubulações da linha principal e de derivação
As tubulações de recalque transportam a água do conjunto motobomba até às tubulações principais, no caso em estudo, essas duas são a mesma tubulação. Já a função da tubulação principal é transportar a água - nas condições de vazão e pressão exigidas pelo sistema - para as tubulações derivação, e posteriormente, para as tubulações laterais, nas quais estão instalados os emissores.
Novamente, considerando a pior situação, que é o transporte de água para o início do Setor 1, setor mais distante, cuja vazão a ser fornecida deve ser de 4455 L/h. A distância do reservatório para irrigação a esse ponto é de, aproximadamente, 262 m.
No presente estudo, considerou-se o dimensionamento baseado no critério de velocidade. Este método tem como condição que a velocidade média nos diferentes trechos da linha principal deve se situar entre 1,0 e 2,0 m/s. Testou-se valores de diâmetros comerciais para encontrar diâmetros que satisfizessem essa condição. E após isso, calculou-se a perda de carga na tubulação pela equação de Hazen-Williams (Equação 7).
Eq. (7) Em que
= perda de carga na tubulação, mca;
Q = vazão, m³/s;
C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo (PVC = 150); L = comprimento total da tubulação lateral, m;
D = diâmetro da tubulação, m.
Pela distância entre fonte de água e energia e a área a ser irrigada, as canalizações não são constituídas exclusivamente de tubos retilíneos e de mesmo diâmetro, tendo a necessidade de instalação de peças especiais - válvulas, registros, etc. - e conexões - reduções, curvas, cotovelos, tês, etc. - que pela sua forma geométrica e disposição elevam a turbulência, resultando em perdas de carga. Estas perdas são denominadas localizadas por derivarem de pontos específicos da tubulação ao contrário do que ocorre com as perdas em consequência do escoamento ao longo dos encanamentos. Sendo assim, a perda de carga total ( total) ao longo de uma canalização será a soma das perdas de carga ao longo dos trechos retilíneos (perda de carga contínua) com as perdas de carga nas conexões e peças especiais (perda de carga localizada).
Para considerar no cálculo as perdas de carga de cada uma das conexões e peças especiais utilizadas, foi utilizado o método do comprimento virtual. Este consiste em adicionar ao comprimento real da tubulação um comprimento extra, o chamado co mprimento equivalente, que corresponde ao mesmo valor de perda de carga que seria causado pelas peças especiais que compõem a tubulação.
Logo, ao longo dos 262 metros de tubulação – reservatório até o início do último setor – foi adicionado o comprimento extra de 53,4 m (Tabela 3) sendo assim, L = 315,4 m.
Tabela 3 - Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 40 mm (Ø comercial = 1 ½ ” ou Ø externo = 50 mm).
Conexões/ Peças especiais Equivalência em metros
de canalização
3 Curvas 90º (1 ½ ”) 3,6 m
6 Tês de saída bilateral (1 ½ ”) 43,8 m
1 Luva de redução (1 ½ ”) 0,4 m
1 Válvula de retenção vertical (1 ½ ”) 4,8 m
1 União (1 ½ ”) 0,1 m
1 Redução (1 ½ ” para ¾ ”) 0,4 m
1 Registro de gaveta metal (1 ½ ”) 0,3 m
Total 53,4 m
Fonte: própria (2019).
NOTA: Os valores acima estão de acordo com a Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização, para cálculo das perdas de carga localizadas da Tabela para seleção de bombas e motobombas SCHNEIDER MOTOBOMBAS.
Seguindo os procedimentos descritos anteriormente, encontrou-se como o menor diâmetro comercial que atende a exigência da velocidade e garante que a perda de carga não seja excessiva, o DN 40 mm (Ø comercial = 1 ½ “ou Ø externo = 50 mm). A perda de carga encontrada nesse trecho é = 8,30 mca.
Para atender o ponto mais distante do Setor 1, que corresponde as linhas laterais 1 e 2, cuja vazão é de 495 L/h, por causa do desenho específico da área - Figura 19 - ainda é necessário transportar a água por mais 46 metros, correspondentes a tubulação de derivação, fazendo uso de tubulações retilíneas e conectores e peças especiais. Nesse trecho, por questões de economia, optou-se por diminuir o diâmetro da tubulação. Novamente, utilizou-se o critério de velocidade e testou-se valores de diâmetros comerciais para encontrar diâmetros que satisfizessem essa condição. Após isso, calculou-se a perda de carga na tubulação pela equação de Hazen-Williams. Foi adicionado ao valor da distância (46 m) o comprimento extra de 9,8 m correspondente aos conectores e peças especiais m - que está detalhado abaixo na Tabela 4 – sendo assim, L = 55,8 m.
Figura 19 - Caminho feito pela Linha Principal e Linha de Derivação no ponto mais crítico.
Fonte: adaptado do Google Earth (2019).
Tabela 4- Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 20 mm (Ø comercial = ¾ ”ou Ø externo = 25 mm).
Conexões/ Peças especiais Equivalência em metros
de canalização
1 Registro de gaveta metal (¾ ”) 0,2 m
3 Tês de saída bilateral (¾ ”) 7,2 m
2 Joelhos (¾ ”) 2,4 m
Total 9,8 m
Fonte: própria (2019).
NOTA: Os valores acima estão de acordo com a Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização, para cálculo das perdas de carga localizadas da Tabela para seleção de bombas e motobombas SCHNEIDER MOTOBOMBAS.
Definiu-se então que o menor diâmetro comercial que atende a exigência da velocidade e garante que a perda de carga não seja excessiva, o DN 20 mm (Ø comercial = ¾” ou Ø externo = 25 mm). A perda de carga encontrada nesse trecho é = 0,73 mca.
5.4 Tubulação de sucção
No projeto de uma tubulação de sucção deve-se adotar um diâmetro comercial acima do dimensionado para a tubulação principal. O diâmetro comercial acima da tubulação de 1 ½” é o 2”, DN 50 mm ou externo = 60 mm. Como o indicado é que essa tubulação possua o menor comprimento e altura possível, optou-se por permanecer com a mesma configuração hoje existente: a caixa d’água para irrigação permanecer em uma estrutura montada acima da casa de bomba (Figura 20). Assim, o comprimento dessa tubulação será de cerca de 1 m (altura que a caixa d’ água está elevada) além das conexões que serão conectadas a essa, desde a saída da bomba até a caixa d’ água. As conexões a serem utilizadas entre a bomba e a caixa d’ água podem ser visualizadas na Figura 20, abaixo.
Figura 20 - Configuração existente hoje em relação ao reservatório de água para irrigação.
Tabela 5 - Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização na tubulação de DN 50 mm (Ø comercial = 2 ”ou Ø externo = 60 mm).
Conexões/ Peças especiais Equivalência em metros
de canalização
1 Registro de gaveta de metal (2 ”) 0,4 m
2 Curva de 90°(2 ”) 2,6 m
1 União (2 ”) 0,1 m
1 Redução (2” para 1 ½”) 0,7 m
Total 3,8 m
Fonte: própria (2019).
NOTA: Os valores acima estão de acordo com a Tabela de comprimentos equivalentes em metros de canalização, para cálculo das perdas de carga localizadas da Tabela para seleção de bombas e motobombas SCHNEIDER MOTOBOMBAS.
A perda de carga é calculada da mesma forma que na tubulação principal, tendo como vazão a ser atendida 4455 L/h e L = 4,8 m, encontrando-se o valor de = 0,043 mca.
5.5 Conjunto motobomba
Na escolha do local para casa de bomba e reservatório de água para irrigação optou-se por utilizar o mesmo lugar em que à caixa d’ água que um antigo sistema de gotejamento ocupava – Figura 20 acima. Isto porque admite-se que este seja um ponto mais próximo de fonte de energia e no qual já possui a instalação adequada para receber água da caixa d’ água próxima ao poço já existente.
A altura manométrica do sistema, que corresponde à pressão máxima que a bomba deve fornecer, é determinada pela Equação (8) abaixo.
+ + +
Eq. (8)
Em que,
= altura manométrica, mca;
= pressão no início da linha lateral, mca; = perda de carga na linha lateral, mca;
= perda de carga na linha principal, mca; = perda de carga na linha de derivação, mca;
= diferença de nível ao longo da linha principal, mca; = perda de carga na linha de sucção, mca;
= diferença de nível ao longo da linha de sucção, mca; Logo,
Sabendo-se a vazão e altura manométrica, 4455 L/h (1,2375 L/s) e 31,403 mca, respectivamente, foi possível determinar a bomba a ser utilizada, com o auxílio do catálogo do fabricante - Tabela para seleção de bombas e motobombas SCHNEIDER MOTOBOMBAS. A potência do motor pode ser definida pela Equação (9) abaixo.
Eq. (9) Em que,
= potência do motor, cv;
Q = vazão, L/s;
= altura manométrica, mca; = eficiência da bomba.
Adotando uma eficiência de 90%, encontrou-se Pm= 0,60 cv. Optou-se então pelo uso do modelo ME-1210 com potência comercial de 1 cv cujas características podem ser visualizada na Figura 21, mostrando a tabela retirada do catálogo do fabricante.
Figura 21 - Características do modelo selecionado para o projeto.
Fonte: adaptado da Tabela para seleção de bombas e motobombas SCHNEIDER MOTOBOMBAS (2016).
Baseado no dimensionamento apresentado nos tópicos anteriores – 5.1 a 5.5 - foi elaborada a planta hidráulica do sistema de irrigação que pode ser vista no Anexo I.
5.6 Plano de manejo do sistema de irrigação
O desafio desse projeto foi dimensionar uma lâmina que atendesse as exigências de diferentes espécies de plantas, uma vez que esta área está em processo de implantação de um sistema agroflorestal (ou seja, diversas espécies conviverão na mesma área). Logo, foi necessário estabelecer uma lâmina d’água média para atender de maneira satisfatória a necessidade hídrica de todas as culturas. Além disso, houve a preocupação com o uso racional da água, uma vez que esta pode ser um fator limitante para o projeto.
Para determinar o valor percentual de água disponível no solo em um determinado momento, sua capacidade de campo e ponto de murcha permanente, foi elaborada a curva de retenção de água do solo. Essa curva foi obtida através de ensaio laboratorial realizado uma amostra de solo indeformada coletada na área em que se pretende realizar o manejo da irrigação em profundidade de cerca de 30 cm. No ensaio em questão, a amostra foi saturada
em laboratório, colocada em câmaras especiais chamadas de extratores de Richards e submetida a valores de pressão preestabelecidos por um determinado período de tempo.
Com resultados obtidos foi gerada a curva de retenção. Essa curva foi ajustada usando-se modelos matemáticos de Van Genucthen, que permite a determinação dos valores de conteúdo de água no solo para qualquer potencial mátrico, inclusive os que não foram utilizados no procedimento de obtenção da curva abaixo (Figura 22).
Figura 22 - Curva de retenção de água do solo na área em estudo.
Fonte: própria (2019).
A proposta aqui foi sugerir um método de manejo que pudesse ser apresentada ao produtor e aos seus funcionários de forma acessível – simples e prática - de modo que facilite a sua adoção, e assim, garanta a eficiência do manejo. Optou-se então por utilizar instrumentos que medem o potencial matricial (Ψm) da água no solo, tensiômetros, para determinar, indiretamente, com o auxílio da curva de retenção, o conteúdo de água no solo. Assim, o responsável pelo manejo poderá ajustar o sistema para que o mesmo aplique as lâminas necessárias para repor as perdas de umidade do solo.
Sendo assim, foi elaborada a Tabela 6, na qual sabendo-se o valor de leitura do tensiômetro, é possível o produtor identificar quais os valores de lâmina de água bruta necessária, e o respectivo tempo de irrigação para aplicá-la. Eventualmente, estes valores de leitura não serão os valores exatos da tabela, sendo necessário, então, proceder a uma interpolação dos valores.
Tabela 6 - Planilha com estimativa do tempo de funcionamento do sistema de irrigação.
Fonte: própria (2019).
Os valores em vermelho correspondem à zona crítica, valores de umidade que devem ser evitados, uma vez que aqui a maioria das plantas tem seu crescimento afetado. Enquanto que os valores em verde correspondem à zona segura, valores que estão entre a umidade crítica e a capacidade de campo para a maioria das plantas.
6. CONCLUSÃO
Pode-se concluir que, baseada na teoria sobre irrigação, foi dimensionado o sistema que melhor atendesse a área em estudo. Uma vez que o projeto elaborado buscou atender a necessidade hídrica das culturas levando em conta o uso racional da água, a questão econômica e um método de manejo prático.
Para entender melhor o comportamento da SAF em relação ao sistema de irrigação dimensionado será necessário o acompanhamento do sistema de irrigação após a implantação deste para refino das estimativas de lâmina d’ água aplicada. Uma vez que, no plano de manejo elaborado buscou estimar uma lâmina d’água média para atender as culturas baseando-se na curva de retenção do solo, não focando na necessidade hídrica de cada espécie. Isto porque, considerou-se que não há uma cultura prioritária, uma vez que a diversidade é uma característica intrínseca do modelo de produção adotado. Além disso, espera-se mudanças em características do solo existente na área com adoção do novo tipo de manejo agroflorestal, além de mudanças no microclima.
Além disso, foi percebida a falta de referências bibliográficas sobre o assunto em questão, podendo ser consequência, ainda, do baixo uso de técnicas agroflorestais para a produção agrícola. Mostrando a necessidade de investimento em pesquisas voltadas para atender a necessidade do pequeno produtor agroflorestal, o que poderá possibilitar a criação de tecnologias mais eficientes para uma melhor utilização e conservação da água dentro de um agroecossistema.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Agência Nacional de Águas (Brasil). Atlas irrigação: uso da água na agricultura irrigada.
Brasília: ANA, 2017. Disponível em:
<http://arquivos.ana.gov.br/imprensa/publicacoes/AtlasIrrigacao-UsodaAguanaAgriculturaIrrigada.pdf>. Acesso em 03 de junho de 2019.
Agrofloresta, ecologia e sociedade / organizador Walter Steenbock... et al. ; colaboradores
Carlos Eduardo Seoane, Luís Cláudio Maranhão Froufe.— Curitiba : Kairós, 2013. 422 p.
Disponível em:
<http://www.icmbio.gov.br/educacaoambiental/images/stories/biblioteca/permacultura/livro_ AGROFLORESTA_ECOLOGIA_E_SOCIEDADE.pdf>. Acesso em 21 de maio de 2019.
AGUIAR, M. I. de, Qualidade física do solo em sistemas agroflorestais. Dissertação de Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas. Universidade Federal de Viçosa. 2008. 79 p.
Disponível em:
<http://www.locus.ufv.br/bitstream/handle/123456789/5396/texto%20completo.pdf?sequence =1&isAllowed=y>. Acesso em 03 de junho de 2019.
ALBUQUERQUE, P.E.P de. Estratégias de Manejo de Irrigação: Exemplos de Cálculo. Sete Lagoas, MG: Embrapa Milho e Sorgo, 2010. 25p. (Embrapa Milho e Sorgo. Circular
Técnica, 136). Disponível em:
<https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/25532/1/Circ-136.pdf>. Acesso em 01 de Julho de 2019.
ALMEIDA, G.M. et al. Sistema de irrigação por gotejamento. 2015. 50 f. Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso - Curso Técnico em Eletrotécnica, Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza. São Caetano do Sul, 2015. Disponível em: <http://www.educatronica.com.br/excute/Monografias%2042%C2%AA%20EXCUTE/Eletrot %C3%A9cnica/Sistema%20de%20Irriga%C3%A7%C3%A3o%20por%20Gotejamento.pdf>. Acesso em 03 de junho de 2019.
ANA - Articulação Nacional De Agroecologia. Agroflorestas ajudam a preservar a água. Disponível em: <http://agroecologia.org.br/2014/09/30/agroflorestas-ajudam-a-preservar-a-agua/>. Acesso em 21 de maio de 2019.
AZEVEDO, J.A. de; SILVA, E.M. da. Tensiômetro: dispositivo prático para controle da
irrigação. Planaltina: Embrapa Cerrados, 1999. 33p. (Embrapa Cerrados. Circular Técnica,
001). Disponível em: <https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/76016/1/cirtec-01.pdf>. Acesso em 01 de julho de 2019.
BERNARDO, S.; SOARES, A. A; MANTOVANI, E. C. Manual de irrigação. 8. ed. Viçosa: Editora UFV, 2006. 625p.
BISCARO, G. A. (Org.). Sistemas de irrigação localizada. Dourados: Ed. UFGD, 2014. 262
p. Disponível em: <
http://files.ufgd.edu.br/arquivos/arquivos/78/EDITORA/catalogo/sistemas-de-irrigacao-localizada-guilherme-augusto-biscaro-org.pdf>. Acesso em 20 de fevereiro de 2019.
CLIMATE-DATA.ORG. Clima: Cachoeiras de Macacu, RJ. Disponível em:
<https://pt.climate-data.org/america-do-sul/brasil/rio-de-janeiro/cachoeiras-de-macacu-33704/>. Acesso em 03 de junho de 2019.
COELHO, E. F. et al. Sistemas e manejo de irrigação de baixo custo para agricultura
familiar. Cruz das Almas, BA: Embrapa Mandioca e Fruticultura, 2014. Disponível em:
<https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/133043/1/Cartilha-Manejo-Irrigacao-03-09-2015.pdf>. Acesso em 29 de maio de 2019.
DUARTE, A. L. M. Efeito da água sobre o crescimento e o valor nutritivo das plantas
forrageiras. Revista Pesquisa & Tecnologia, v. 9, n. 2, 2012. Disponível em:
<http://www.aptaregional.sp.gov.br/acesse-os-artigos-pesquisa-e-tecnologia/edicao- 2012/julho-dezembro-2/1301-efeito-da-agua-sobre-o-crescimento-e-o-valor-nutritivo-das-plantas-forrageiras/file.html?force_download=1>. Acesso em 03 de junho de 2019.
EMBRAPA. Tag: Sistemas agroflorestais ajudam a melhorar microclima da propriedade
<https://www.embrapa.br/agropecuaria-oeste/busca-de-noticias/- /noticia/19748125/sistemas-agroflorestais-ajudam-a-melhorar-microclima-da-propriedade-rural>. Acesso em 20 de fevereiro de 2019.
FORTUNA, G. C. et al. Sistemas de irrigação na implantação de uma agrofloresta,
educando através de tecnologias conservacionistas da água. In: Congresso Brasileiro de
Agroecologia, 7., 2011. Fortaleza, CE. Resumos... Cadernos de Agroecologia – ISSN 2236-7934 – Vol. 6, No. 2, Dez 2011. Disponível em: <revistas.aba-agroecologia.org.br/index.php/cad/article/download/11124/7685/>. Acesso em 15 de janeiro de 2019.
FRIZZONE, J.A.. Necessidade de água para irrigação. Texto complementar 2, 2017. 56 f. Departamento de Engenharia de Biossistemas. Notas de Aula da disciplina LEB 1571 – Irrigação. Curso de Graduação em Engenharia Agronômica – ESALQ/USP Piracicaba – SP.
Disponível em:
<http://www.leb.esalq.usp.br/leb/disciplinas/Frizzone/LEB_1571/TEXTO_COMPLEMENTA R_2_-_NECESSIDADE_DE_AGUA_PARA_IRRIGACAO.pdf>. Acesso em 01 de julho de 2019.
IBGE. Diretória de Geociências. Levantamento e Classificação do Uso de Terra. Disponível em:< ftp://geoftp.ibge.gov.br/mapas_tematicos/mapas_murais/>. Acesso em 24 de Junho de 2019.
ICIAG – Instituto De Ciências Agrárias da Universidade Federal de Uberlândia. A Cultura
da Bananeira. Disponível em: <http://www.fruticultura.iciag.ufu.br/banana3.htm>. Acesso
em 28 de maio de 2019.
MADALOSSO, E. Sistema automatizado para irrigação de estufas. 2014. 76 f. Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Computação, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Pato Branco, 2014. Disponível em: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/2097/1/PB_ECOMP_2013_2_02.pdf.pd f>. Acesso em 29 de maio de 2019.
