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O sistema é formado por um tambor de 200 litros, colocado 1 m acima do solo, que serve para alimentar 10 linhas porta-emissores com 15 m cada, usando tubos de PVC de ¾” e atendendo 500 plantas, se o espaçamento entre emissores for de 30 cm. É usado na Agricultura Familiar, em pequenas áreas, sendo comum em países como a África e a Índia.

A Figura abaixo mostra as cinco categorias principais de dispositivos de irrigação projetados para baixos volumes de água: gotejador, borbulhador, microaspersor, tubo perfurado e nebulizador. O sistema de irrigação com tambor pode lançar mão dos 2 primeiros e do microtubo, este feito de material flexível e com 4 mm de diâmetro.

O sistema de irrigação alimentado por gravidade é uma maneira barata e eficaz de fornecer água para uma área de cultivo menor. Seria especialmente econômico se o clima da área pudesse fornecer precipitação suficiente para manter o reservatório sempre cheio, usando técnicas de coleta de água da chuva; por isso, o sistema é conhecido como Irrigação por Gotejamento com Baixa Pressão (Gravity Drip Irrigation System) ou “Rain barrel irrigation system” ou Sistema de Irrigação com Tambor e Água da chuva. O sistema básico é muito simples, consistindo de um reservatório elevado com um tubo saindo do fundo que alimenta com água um sistema básico de irrigação por gotejamento, que é todo controlado manualmente ou com um timer alimentado por bateria e que controla a taxa de aplicação da água.(1)

No caso, da linha lateral partem microtubos em cuja extremidade insere-se um gotejador, que alimentam as plantas. A linha principal pode ser montada com tubos de PVC rígidos de meia polegada de diâmetro (DN = 13 mm), e as linhas laterais, de polietileno (flexível) de ¼” (DI = 4,3 mm).

Neste Manual de instalação do kit de irrigação por gotejamento encontram-se as orientações e peças necessárias para a instalação. (2)

Em áreas menores, pode-se usar um ou dois baldes de 20 litros cada como reservatórios, método usado no Kenia (África).(3)

Hidráulica do sistema

O projeto de sistemas de gotejamento de baixa pressão (ou de tubos borbulhadores) ainda não foi bem definido e é um pouco diferente de outros sistemas de microirrigação porque são baseados no fluxo por gravidade e não requerem energia externa.

Baseia-se na Equação de Bernoulli (abaixo) onde: p1 = pressão numa dada seção do tubo (kg/m²), ϒ = peso específico da água (kg/m³), z1 = elevação do eixo do tubo numa dada seção (m), V1 = velocidade do fluxo nesta seção (m/s), g = aceleração da gravidade (m/s²), hf = perda de carga no tubo (m) e hml = perdas de carga acidentais (m).

Assim, as perdas de carga não devem ser calculadas pelas equações comuns de Hazen-Williams, mas sim pela de Darcy, onde hf = perda de carga (m), f = fator de atrito (ábaco ou equação), L = comprimento da tubulação (m), D = diâmetro interno do tubo (m), V = velocidade do fluxo (m/s) e g = 9,81 m/s² = aceleração da gravidade.

Combinando as equações de Darcy-Weisbach e de Blasius, para 2.000 < Re < 10^5, podemos utilizar a equação abaixo, onde: hf = perda de carga (m), K = 7,89*10^5 (para água a 20oC), Q = vazão (m³/s), D = diâmetro nominal (m) e L = comprimento do tubo (m).

Para 10^5 < Re < 10^7, K = 9,58*10^5, Q^1,828 e D^4,828.

O método da velocidade e o método de perda de carga percentual são frequentemente usado para dimensionar tubulações para sistemas borbulhadores. O método de velocidade é útil para dimensionar o diâmetro dos tubos de maior diâmetro, como os da  linha principal e manifolds, porque a longo prazo a deposição de sedimentos nas tubulações de grande diâmetro é a principal preocupação. Ao usar o método de velocidade, a equação de continuidade é usada:

Onde: Q = vazão (m³/s), V = velocidade do fluxo (m/s), A = área da seção do tubo (m²), D = diâmetro nominal ou interno do tubo (m) e K = 1.273. A velocidade de V = 0,6 m/s nas linhas laterais é recomendada, para evitar a deposição de sedimentos em suspensão (areia, silte e argila). Por sua vez, os tubos devem possuir V < 0,3 m/s para prevenir excessivas perdas de carga por atrito.

Pequeno anteprojeto

A planilha abaixo apresenta um pequeno projeto teórico, com barril de 200 litros distante 1 m do solo, saída de PVC de uma polegada (ou 2,54 cm) de diâmetro, e laterais de Polietileno, com DN = 20 mm (interno). Considerando que a vazão varia com a carga ou nível d´água, e este vai diminuindo rapidamente com o tempo de irrigação, considerou-se nos cálculos apenas a metade da lâmina.

Para não reabastecer o reservatório (barril) a cada 2 minutos, uma alternativa seria dotá-lo de uma ou duas calhas na superfície, e alimentá-lo continuamente. Assim, o nível d´água ficaria constante e a carga ou vazão média aumentaria do dobro.

Layout do Sistema

REF.:

[1] Gravity Drip Irrigation System

https://digitalcommons.calpoly.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1552...

[2] Drip Irrigation Kit Installation Manual

https://greywateraction.org/wp-content/uploads/2014/11/Drip-Irrigat...

[3] Low-cost irrigation for poverty reduction

https://publications.iwmi.org/pdf/H028340.pdf

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 11 dezembro 2020 às 8:53

VAZÃO DE PROJETO NO TAMBOR

A planilha abaixo refaz o cálculo feito anteriormente da vazão de projeto no tambor de 200 litros, usando duas abordagens. Na primeira, uma vez calculado o tempo de esvaziamento com nível da água variável, basta dividir o volume útil (relativo à altura h) pelo tempo calculado. Na segunda alternativa, utilizamos a equação do orifício (ou do bocal acoplado ao orifício, que é a mesma) e, como o nível da água é variável, consideramos a carga média, ou a sua metade.

Quando usamos na equação da descarga o coeficiente médio recomendado para bocais (Cd = 0,82), o resultado fica maior do que se for usado o de orifícios (Cd = 0,61).

Na dúvida sobre qual dos métodos utilizar, dada a variabilidade do coeficiente ao considerarmos a saída como um orifício e, principalmente como o de um bocal acoplado ao orifício (que varia com a relação comprimento/diâmetro), eu prefiro a primeira. Na realidade, nós não temos nem um orifício e nem um bocal, mas uma torneira ou registro.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 10 dezembro 2020 às 23:08

TEMPO DE ESVAZIAMENTO DO TAMBOR

Continuando minhas pesquisas sobre detalhes da irrigação por gravidade, encontrei outra equação para o cálculo do tempo de esvaziamento de um reservatório cujo nível de água não seja constante. Assim, resolvi refazer os cálculos da planilha inicial do tambor de 200 litros.

Á propósito, revi também o cálculo da planilha anterior, ajustando o valor da carga hidráulica sobre o orifício do registro de saída da água que, erroneamente, estava localizado 20 cm abaixo.

Observe que, agora, o tempo de esvaziamento é inferior a 500 segundos; coerente, portanto, com o resultado gráfico. O erro não foi meu, mas sim do autor do artigo.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 10 dezembro 2020 às 16:16

TEMPO DE ESVAZIAMENTO DE RESERVATÓRIO

Fonte: 

https://files.cercomp.ufg.br/weby/up/140/o/TEMPO_DE_ESVAZIAMENTO_PA...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 7 dezembro 2020 às 22:43

PERDA DE CARGA (Cont.)

Reproduzi a mesma Planilha, introduzindo uma quarta equação, a do fabricante de microtubos Plasnova, e um pequeno croqui da inserção do microtubo no tubo maior.

Observe que o resultado foi o segundo menor entre os quatro.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 7 dezembro 2020 às 19:13

PERDA DE CARGA NO MICROTUBO

A planilha abaixo apresenta a perda de carga num microtubo de 0,7 mm de diâmetro interno, com 30 cm de comprimento, inserido num tubo de polietileno (PE) de DN = 13 mm e carga (altura d´água) de 1 m. Foram utilizadas 3 equações. A mais recomendada é a primeira, ou de Darcy Weisbach mas, a que apresentou menor perda de carga (a segunda), consta do trabalho Modelagem para o dimensionamento de microtubos em irrigação localizada. (1)

Um detalhe interessante deste trabalho é que a inserção do microtubo no tubo de Polietileno de 13 mm, numa medida padronizada de 5 mm, e não houve vazamento. Outras formas são através de conexões, ou inserindo o microtubo no interior do tubo maior, como mostram as Figuras abaixo.

REF.:

[1] https://www.scielo.br/pdf/rbeaa/v8n1/v8n1a03.pdf

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 5 dezembro 2020 às 16:02

MAIS PEÇAS E EQUIPAMENTOS 

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 3 dezembro 2020 às 10:27

VAZÕES PARA TODOS OS GOSTOS

(lph = litros por hora)

Fonte:

https://www.parkland.co.nz/wp-content/uploads/DIY-Drip-Guide.pdf

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 3 dezembro 2020 às 7:29

POSIÇÃO DOS EMISSORES NO CAMPO

Como vimos na imagem do post anterior, o projetista de irrigação deve ter cuidado ao posicionar o emissor (seja ele um microaspersor, gotejador ou borbulhador) no campo, seja pela capacidade de ‘espalhamento’ superficial do bulbo de umidade (imagem abaixo), como pela necessidade de água por pé (calculada) ser inferior à vazão unitária do emissor (imagem seguinte).

Outra orientação comum, é que só devemos molhar a área coberta pela projeção vertical da copa, como mostra a Figura abaixo. A porção dessa área é discutível, mas alguns autores recomendam de 30 a 50% (do círculo ‘sombreado’).

No caso da irrigação por borbulhadores, o cuidado é redobrado pois, devido às vazões relativamente elevadas (para a irrigação localizada), que excedem a capacidade de infiltração no solo, deve-se providenciar uma pequena bacia no ponto de caída da água, como mostra em perfil a Figura abaixo.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 2 dezembro 2020 às 21:37

MICROASPERSOR JATÍSSIMO

Eu tenho um carinho todo especial por este equipamento pois, quando eu era Professor de Irrigação e Drenagem na UFRRJ, nas décadas de 80 e 90, participei (no Laboratório de Hidráulica da Universidade) dos testes que levaram à equação da sua descarga.

A Figura abaixo mostra a atuação de dois microaspersores da marca Jatíssimo, irrigando um pé de noz Macadâmia, numa fazenda próxima à UFRRJ.

A Figura abaixo (da esquerda para a direita e de cima para baixo) mostra as 4 variantes da cabeça do microaspersor, 3 conectores, uma haste, outra base, a chaveta para furar o tubo de Polietileno e para atarrachar a base do microaspersor no tubo, o esquema de sua disposição no campo, e o quadro com dados de pressão, vazão, diâmetro do adaptador e equação.

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 1 dezembro 2020 às 18:47

ALGUNS DETALHES SOBRE MICROTUBOS

A Figura abaixo mostra como o microtubo sai da linha lateral e sua extremidade é amparada por um suporte plástico, para que fique acima do solo.

O Quadro abaixo apresenta os diâmetros de fabricação (Plasnova) usuais dos microtubos e suas características.

A Planilha abaixo mostra o dimensionamento hidráulico de um microtubo, a partir do seu diâmetro interno e carga hidráulica (altura do nível da água no reservatório).

FONTE: Plasnova

http://www.plasnovatubos.com.br/ptubos/agricultura/microjet-plasnova/

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