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
Hg
= altura geométrica total
PCa
= perda de carga do tubo de
aspiração
ANEXO I
·
(HT) Altura Manométrica: é a altura
geométrica total + perdas de cargas (PC) + pressão de trabalho (PT)
Portanto, a altura manométrica será:
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
|
Ha
= altura geométrica de aspiração
Hi
= 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
|
PCi
= perda de carga de tubulaçõs de
impulsão e elementos do conjunto
PTe
= pressão de trabalho dos
emissores
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:
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: Ha
·
Altura geométrica de impulsão: Hi
·
Vazão que se deseja elevar: Q
·
Comprimento da tubulação de aspiração: La
·
Comprimento da tubulação de impulsão: Li
·
Perda de carga na tubulação de aspiração: PCa
·
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:
·
Pressão de trabalho do emissor: PT
·
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 (4,5 l/s)
PT = 10 m.c.a.
PCcab = 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
|
Hm = Há + Hi + PCa + PCi + PT + PCcab
= 5 + 30 + 18,17 + 10 + 20 = 83,17m
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