Irrigação e Fertirrigação - Parte V: Princípios de hidráulica aplicada à irrigação localizada, Impulsão e Altura de Elevação.
Autor: Manoel Pinheiro | Publicado: 2011-09-08T21:13:00-03:00

6.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
PRINCÍPIOS BÁSICOS DE HIDRÁULICA
APLICADA À IRRIGAÇÃO LOCALIZADA



A irrigação localizada é baseada na condução da água
desde um determinado ponto onde está armazenada, até o pé de cada planta,
deslocando-se durante a trajetória dentro de uma tubulação, geralmente de PVC
ou PE (Polietileno).

Para que a água alcance os pontos de emissão em uma
irrigação, é necessário dotá-la de uma determinada pressão que vença o atrito
das tubulações e elementos do conjunto de irrigação, fazendo com que os emissores
trabalhem corretamente.&nbsp;

Alguns conceitos são essenciais para entender o
movimento da água nas tubulações:



6.1&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; PRESSÃO
(P):

É a força que a água exerce sobre um ponto do
recipiente que a contém. Esta força é medida em atmosferas (Atm).

1 Atm = pressão de uma coluna de água de 10 metros
de altura/cm2

1 Atm = 10 metros de coluna de água (mca)

1 Mpa » 10 Atm » 100 mca

§&nbsp;&nbsp;
Vazão (Q): é a quantidade de água que passa por
um conduto, em um determinado intervalo de tempo (segundos, minutos, horas,
etc).



6.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; PERDA DE
CARGA (PC):

É perda de pressão devido ao atrito da água com as
paredes do conduto. Depende de:

§&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Diâmetro interno ( Ø ) da tubulação

§&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Comprimento da tubulação

§&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Vazão e velocidade da água (para um mesmo
diâmetro, se aumentamos a vazão, aumenta a velocidade)

§&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Rugosidade da parede interior da tubulação

Cada fabricante dispõe de tabelas, onde dado um
certo diâmetro “Ø” de tubo e uma vazão “Q”, se determina a porcentagem de perda
de carga.

A perda de carga é calculada da seguinte forma:


   

    

PC&nbsp; =&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;L&nbsp;
    x&nbsp; J&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; .&nbsp; 

&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;100


   



&nbsp;&nbsp;&nbsp;

PC = Perda de Carga (em mca)&nbsp;&nbsp;&nbsp; 

&nbsp;&nbsp;&nbsp; L = Comprimento (em metros) da tubulação

&nbsp;&nbsp;&nbsp; J = Perda de carga por 100 metros lineares

O resultado da operação acima é expresso em&nbsp;&nbsp; m.c.a.

A fórmula anterior é aplicada para conduções com uma
única saída. Em irrigação localizada, os condutores primários e secundários,
estão neste caso, mas as linhas terciárias e os porta-emissores, contam com
múltiplas saídas.



6.3&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
CÁLCULO DA ALTURA DE TRABALHO

A altura de trabalho de um conjunto de irrigação vem
determinada pela altura real, em metros, que a água terá que vencer (altura
geométrica total) mais as perdas de cargas de todos os elementos que compõem o
conjunto.

A altura geométrica total está composta pela altura
geométrica de aspiração (distância vertical entre a superfície da água e o eixo
da bomba que a aspira) e a altura geométrica de impulsão (distância vertical
desde o eixo da bomba e o ponto de descarga da tubulação).
 

  


   

    

Hg&nbsp; =&nbsp;
    Ha&nbsp; +&nbsp; Hi


   



&nbsp;&nbsp;&nbsp;Hg&nbsp;
=&nbsp; altura geométrica total&nbsp;&nbsp;&nbsp;

&nbsp;&nbsp; Ha&nbsp;
=&nbsp; altura geométrica de aspiração

&nbsp;&nbsp; Hi&nbsp;
=&nbsp; altura geométrica de impulsão

A altura geométrica de aspiração, teoricamente não
pode ser nunca superior a 10,33 m ao nível do mar, se bem que na prática, o
máximo considerado é 70% deste valor (7 m.c.a.).

Aos dados obtidos anteriormente, deverão ser somadas
as perdas de cargas de todos os elementos que compõe o equipamento.

Portanto, a altura manométrica de trabalho (Hm) do
conjunto, será dada:


   

    

Hm&nbsp; =&nbsp;
    Ha + Hi + PCa+ PCi + PTe


   



&nbsp;&nbsp;&nbsp;

PCa&nbsp;
=&nbsp; perda de carga do tubo de
aspiração

PCi&nbsp;
=&nbsp; perda de carga de tubulaçõs de
impulsão e elementos do conjunto

PTe&nbsp;
=&nbsp; pressão de trabalho dos
emissores



&nbsp;ANEXO I




 

  
N° de saídas

  
F

  
N° de saídas

  
F

  
N° de saídas

  
F

 

  


  


  


  


  


  


 

  
1

  
1,000

  
11

  
0,375

  
22

  
0,366

 

  
2

  
0,525

  
12

  
0,374

  
24

  
0,365

 

  
3

  
0,448

  
13

  
0,372

  
26

  
0,364

 

  
4

  
0,419

  
14

  
0,371

  
28

  
0,364

 

  
5

  
0,403

  
15

  
0,370

  
30

  
0,363

 

  
6

  
0,394

  
16

  
0,369

  
35

  
0,362

 

  
7

  
0,388

  
17

  
0,368

  
40

  
0,362

 

  
8

  
0,383

  
18

  
0,368

  
45

  
0,361

 

  
9

  
0,380

  
19

  
0,367

  
100

  
0,359

 

  
10

  
0,378

  
20

  
0,367

  
200

  
0,358

 







8.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ALTURA DE ELEVAÇÃO



Na maioria dos casos, as bombas que elevam a água
atuam em duas fases:

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Aspiração: elevação da água desde o nível
de espelho d’água, até a bomba.

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Impulsão: condução da água desde a bomba
até o seu destino.

A tubulação que conduz a água na aspiração se chama
tubulação de aspiração e a tubulação que conduz a água na impulsão, é chamada
de tubulação de impulsão.





·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Altura geométrica de aspiração:é a
distância vertical existente entre o nível da água aspirada e o centro da
bomba. Na prática, a altura de aspiração não deve ser superior a 6 ou 7 metros.

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Altura geométrica de impulsão: é a
distância vertical entre o eixo da bomba e o ponto mais&nbsp;&nbsp; alto da tubulação de
impulsão.

·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Altura geométrica total: é a soma das
duas alturas anteriores



Porém, devido à água sofrer perdas de carga (PC)
devido ao atrito, as alturas a considerar são as seguintes:



&nbsp;·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
(HT) Altura Manométrica: é a altura
geométrica total + perdas de cargas (PC) + pressão de trabalho (PT)





8.1
Cálculo da Altura Manométrica:



Os dados necessários para calcular a altura de
elevação (até um reservatório), são os seguintes:



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Altura geométrica de aspiração: Ha



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Altura geométrica de impulsão: Hi



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Vazão que se deseja elevar: Q



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Comprimento da tubulação de aspiração: La



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Comprimento da tubulação de impulsão: Li



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Perda de carga na tubulação de aspiração: PCa



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Perda de carga na tubulação de impulsão: PCi



Se houvesse necessidade de calcular esta altura para
o funcionamento de um equipamento de irrigação, sem um reservatório
intermediário, faltaria, além das informações acima:



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Pressão de trabalho do emissor: PT



·&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
Perda de carga produzida no cabeçal do conjunto
de irrigação: PCcab



As perdas de cargas PCa e PCi,
deverão ser aumentadas em 20%, pelas perdas produzidas nas peças especiais
(joelhos, válvulas, ventosas, etc.), instaladas nas respectivas tubulações.




 

  
Altura
  manométrica: Hm = Ha + Hi + PCa +
  PT + PCcab

 





Exemplo:



Deseja-se elevar uma vazão de água de 16.200 l/h de
um poço onde o nível da água está a 5m do nível do solo, até um cabeçal de
irrigação de 4 elementos, situado a uma diferença de cota de 30m e a uma
distância de 750m. A bomba está situada a 2m de distância da vertical do poço.
Calcular a altura manométrica.



Solução:



Ha = 5m



Hi = 30m



Q = 16.200 l/h&nbsp; (4,5 l/s)



PT = 10 m.c.a.



PCcab = 20 m.c.a.&nbsp; (5 m.c.a.&nbsp; x&nbsp; 4
elementos)



§&nbsp;
A velocidade da água estará limitada a 1,5 m/s,
a fim de se evitar inconveniente (sobretudo golpes de ariete).







§&nbsp;
Para 16.200 l/h, as velocidades serão:



V = 2,29 m/s, para uma
tubulação de 50mm de diâmetro



V = 1,02 m/s, para uma
tubulação de 75mm de diâmetro



V = 0,7 m/s, para uma
tubulação de 110mm de diâmetro



Portanto, o diâmetro da condução será de 75mm
(correspondente à velocidade mais aproximada e inferior a 1,5 m/s).



Por outro lado temos que, para uma vazão de 16.200
l/h e um diâmetro de 75mm, a PC é de 2 m.c.a. (aproximadamente), por cada 100m
de tubulação, ou seja, 0,02m por cada metro.



Se vamos utilizar o mesmo diâmetro de tubulação para
a impulsão e aspiração, teremos:






























































 

  
Comprimento de aspiração


La = 5&nbsp; +&nbsp;
  2&nbsp; =&nbsp; 7m




Comprimento de impulsão


Li = 750m




Comprimento total


Lt = 7&nbsp; +&nbsp;
  750&nbsp; =&nbsp; 757m




Perda de carga na
  tubulação


PCt =&nbsp; 757&nbsp;
  x&nbsp; 0,02&nbsp; =&nbsp;
  15,14m




Perda de carga em peças
  especiais


20% de 37,85&nbsp; =&nbsp;
  3,03m




Perda de carga total


PCt =
  15,14&nbsp; +&nbsp; 3,03&nbsp;
  =&nbsp; 18,17m




Pressão de trabalho dos
  emissores


PT = 10m




Perda de carga no cabeçal


PCcab = 20m

 





&nbsp;Portanto, a altura manométrica será:



Hm = Há + Hi + PCa + PCi + PT + PCcab
= 5 + 30 + 18,17 + 10 + 20 = 83,17m