Irrigação e Fertirrigação - Parte V: Princípios de hidráulica aplicada à irrigação localizada, Impulsão e Altura de Elevação.

6.     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. 

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

6.1      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

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

6.2      PERDA DE CARGA (PC):

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

§    Diâmetro interno ( Ø ) da tubulação

§    Comprimento da tubulação

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

§    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  =      L  x  J                             .             100

    PC = Perda de Carga (em mca)   

    L = Comprimento (em metros) da tubulação

    J = Perda de carga por 100 metros lineares

O resultado da operação acima é expresso em   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      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  =  Ha  +  Hi

   H_g  =  altura geométrica total   

   H_a  =  altura geométrica de aspiração

   H_i  =  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  =  Ha + Hi + PCa+ PCi + PTe

   

PC_a  =  perda de carga do tubo de aspiração

PC_i  =  perda de carga de tubulaçõs de impulsão e elementos do conjunto

PT_e  =  pressão de trabalho dos emissores

 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.      ALTURA DE ELEVAÇÃO

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

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

·         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.

·         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.

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

·         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:

 ·         (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:

·         Altura geométrica de aspiração: H_a

·         Altura geométrica de impulsão: H_i

·         Vazão que se deseja elevar: Q

·         Comprimento da tubulação de aspiração: L_a

·         Comprimento da tubulação de impulsão: L_i

·         Perda de carga na tubulação de aspiração: PC_a

·         Perda de carga na tubulação de impulsão: PC_i

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

·         Pressão de trabalho do emissor: PT

·         Perda de carga produzida no cabeçal do conjunto de irrigação: PC_cab

As perdas de cargas PC_a e PC_i, 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:

H_a = 5m

H_i = 30m

Q = 16.200 l/h  (4,5 l/s)

PT = 10 m.c.a.

PC_cab = 20 m.c.a.  (5 m.c.a.  x  4 elementos)

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

§  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  +  2  =  7m
Comprimento de impulsão	Li = 750m
Comprimento total	Lt = 7  +  750  =  757m
Perda de carga na tubulação	PCt =  757  x  0,02  =  15,14m
Perda de carga em peças especiais	20% de 37,85  =  3,03m
Perda de carga total	PCt = 15,14  +  3,03  =  18,17m
Pressão de trabalho dos emissores	PT = 10m
Perda de carga no cabeçal	PCcab = 20m

 Portanto, a altura manométrica será:

Hm = Há + Hi + PC_a + PC_i + PT + PC_cab = 5 + 30 + 18,17 + 10 + 20 = 83,17m