Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Um estudo sobre a otimização do uso de aspersores rotativos para irrigação, considerando os parâmetros que influenciam a uniformidade de distribuição de água, como ângulo de trajetória, pressão de operação, espaçamento entre aspersores e entre linhas laterais (área molhada) e velocidade média do vento. O trabalho inclui análises de regressão e tabelas que determinam as velocidades médias de vento que admitiriam cuc280% para diferentes combinações de ângulo, pressão e área molhada.
Tipologia: Resumos
1 / 70
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Engenheiro Agrônomo
Orientador: Prof. Dr. TARLEI ARRIEL BOTREL
Tese apresentada à Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" da Universidade de São Paulo, para obtenção do Título de Doutor em Agronomia, Área de ConcentraçfJo: Irrigação e Drenagem
Estado de São Paulo-Brasil Abril de 1996
DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO· Campus "Luiz de Queiroz"/USPDados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Tomazela, CláudioOtimização do uso de um aspersor tipo canhão em função das características
1996. operacionias e velocidade média do vento/ Cláudio Tomazela. - - Piracicaba, 59p.: il. Tese (doutorado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 1996. Bibliografia.
CDD 631.
À minha esposa MIRIAM
iii
Àqueles que de alguma maneira me apoiaram e auxiliaram direta ou indiretamente na elaboração deste trabalho.
DEDICO
iv
À Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", através do Departamento de Engenharia Rural, pela oportunidade de realizar este trabalho; Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo auxílio financeiro durante a realização do curso; Aos professores Dr. Tarlei Arriei Botrel e José Antonio Frizzone, pela amizade, apoio e orientação durante o curso; Ao professor Dr. Antonio Fernando Lordelo Olitta, pela amizade, apoio e incentivo à pesquisa em irrigação e drenagem; Ao grande amigo e professor Dr. Nilson Augusto Villa Nova, pela amizade, ensinamentos e inestimável colaboração; Ao amigo pesquisador Dr. Hermano Vaz Arruda pela valiosa colaboração e pelas sugestões apresentadas nas análises estatísticas; Aos amigos professores Antonio Roberto Pereira e Marcos Milan, pelo apoio dado no curso e pelas sugestões oferecidas; Ao Engenheiro Agrônomo Andersen Soares Pereira, pela amizade e auxílio nos trabalhos; Aos proprietários rurais que me deram oportunidade de entender um pouco mais sobre os equipamento de irrigação; A todos os professores que tiveram participação em minha formação profissional, desde os primeiros passos no curso primário; À prof Cimara Pereira Prada pela revisão em português; A todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para que este trabalho fosse realizado.
vi
3.4.1 Distribuição de água................................................................ 24 3.4.1.1 Análise de regressão múltipla para a uniformidade de distribuição de água..................................................... 25 3.4.2 Velocidade do vento................................................................ 26 3.4.3 Testes estatísticos................................................................... 27
vii
Autor: CLÁUDIO TOMAZELA Orientador: Prof. Dr. TARLEI ARRIEL BOTREL
Este trabalho teve como objetivo a otimização do uso de um aspersor rotativo tipo canhão, considerando-se os parâmetros que têm influência direta na uniformidade de distribuição de água, como ângulo de trajetória do jato, pressão de operação, espaçamento entre aspersores e entre linhas laterais (área molhada) e velocidade média do vento. A uniformidade de distribuição de água foi avaliada pelo coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC). Com esses dados foram feitas várias simulações de sobreposições de lâmina de água, pela combinação de espaçamentos dos aspersores, a partir do perfil de distribuição de um aspersor operando isoladamente. Buscou-se, através do levantamento de uma série de dados de campo, envolvendo diferentes combinações de ângulos de trajetória do jato (18°^ a 30°, com subdivisões de 3°), pressões de operação (300 a 500 kPa, com subdivisões de 50 kPa) e áreas molhadas (900, 1080, 1296, 1512 e 1764 m\ representar várias condições de vento (O a 2,75 m/s) e, dessa maneira, ajustar um modelo que melhor representasse as interações entre esses dados para a determinação do CUC. O modelo de ajuste obtido foi o polinomial quadrático e os resultados mostram que a uniformidade de distribuição, representada pelo
THE OPERATIONAl CHARACTERISTICS ANO AVERAGE WIND SPEED
IX
Author: CLÁUDIO TOMAZELA Adviser: Prof. Dr. TARLEI ARRIEL BOTREL
The aim of this work was to optimize the performance of a gun sprinkler taking in account the variables that have influence in the water distribution characteristics: trajectory angle, space between sprinklers, pressure and wind velocity. The water distribution uniformity of the sprinkler was evaluated using the uniformity coefficient of Christiansen (UC). With these data, simulations were performed adopting differents spaces between sprinklers in arder to determinate the water distribution uniformity, from a single sprikler. Simulations were performed with wind velocities from O to 2,75 m/s at different pressures (300 kPa to 500 kPa at 50 kPa intervals), wet areas (900, 1080, 1296, 1512 and 1764 m^2 ) and trajectory angles (18°^ to 30°, with subdivision of 3°). The results indicated that the adjusted model fits well the UC and was influenced significatively at a levei of 1% of probability by spacing combinations, pressure, trajectory angle and wind velocity. ln general, the UC suffered a reduction as the space increases. lf the jet angle increases, there will be a restriction to the wind velocity to keep the UC equal or above 80%, regardless of pressure and space.
X
Using this methodology, it is possible to perform the optimization of new irrigations systems for space, trajectory angle and pressure when the average wind velocity for the region is known. On the other hand, for irrigation systems which are already in use, when exists the possibility to make changes in space and/or pressure, it is possible to optimize the water application taking in account the average wind velocity.
2
problemas durante as irrigações são o fator vento (HART & HEERMANN, 1976), o qual varia em intensidade e direção aleatoriamente e o ângulo do jato, na saída do bocal, em relação à horizontal (HEEMSTRA et alii, 1983). Dentre os inúmeros fatores que afetam as características de funcionamento e o desempenho de aspersores rotativos, destacam-se a forma e as dimensões dos bocais. Os principais tipos de bocais comercialmente disponíveis nos aspersores nacionais são os convergentes e os anéis. Tais formas modificam acentuadamente o comportamento das linhas de fluxo na saída do bocal, alterando, por conseguinte, as características de funcionamento e distribuição de água nos aspersores. Com base no exposto, este trabalho teve como objetivo otimizar o uso de um aspersor tipo canhão, utilizado para irrigação, em função das seguintes características operacionais: ângulo de trajetória do jato, pressão de operação, espaçamento entre aspersores e entre linhas laterais (área molhada) e a velocidade média do vento, baseando-se na uniformidade de distribuição de água.
3
2.1 Fatores que influenciam a distribuição de água de sistemas de irrigação por aspersão
Segundo HART & HEERMANN (1976); BRANSCHEID & HART (1968); PAIR et alii (1968) e SOLOMON (1979), os fatores que afetam a distribuição de água num sistema de irrigação por aspersão podem ser divididos basicamente em ambientais, de equipamento, operacionais e aerodinâmicos.
2.1.1 Fatores ambientais
Incluem-se nesse grupo a velocidade e direção do vento, a temperatura e a umidade relativa do ar. É importante notar que esses fatores variam durante uma irrigação ou até mesmo durante um ensaio de aspersores. As experiências têm mostrado que a magnitude e a freqüência dessas variações, especialmente a velocidade e a direção do vento, podem ser tão importantes quanto os valores médios dessas variáveis. Além disso, um único valor de uma dessas variáveis, mesmo num dado instante de tempo, pode não ser suficiente para descreve los adequadamente. Como exemplo, a velocidade do vento pode ser mais bem definida em um dado local e tempo, se relacionada com sua altura acima do solo. LOPEZ (1975) e BERNARDO (1989) citam o vento, a umidade relativa e a temperatura do ar como os principais fatores ambientais
5
6,0x7,5mm, em estudo acerca do efeito do espaçamento entre aspersores sobre o coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC), sob diferentes condições de vento, verificou que, para tubo de elevação de 0,5m, na ausência de vento, o espaçamento de i 8x15m proporcionou o melhor valor de CUC. CHRISTIANSEN (1942), estudando as perdas por evaporação na irrigação, concluiu que, nos ensaios realizados no período da tarde, elas atingiram valores entre i O e 42%, enquanto, nos ensaios realizados no período da manhã, foram de 4%. Observou também que, num aspersor trabalhando isoladamente, as perdas de água podem atingir até 40%, sendo que, por evaporação da água aspergida, são menores que 2%, enquanto as perdas pela evaporação da superfície úmida podem chegar a i 5%. Estas foram maiores em dias secos, com ventos fortes e quentes. As perdas por evaporação, na irrigação por aspersão, podem ser estimadas entre 2 e 8% do volume de água aplicado. Para sistemas bem dimensionados, é possível obter-se uma eficiência de aplicação em torno de 85%, podendo ser superior, se o sistema for operado à noite e com ventos fracos. Normalmente a eficiência de aplicação varia entre 70 e 80% segundo, CHRISTIANSEN (1942); DAVIS (1966) e OAKER (1983). SHULL & DYLLA ( 1976), estudando os efeitos do vento no padrão de aplicação de água, a partir de um aspersor canhão, concluíram que, com o aumento no diâmetro dos bocais, a água foi projetada a maiores distâncias, tornando o padrão de aplicação mais distorcível pelo vento. A uniformidade de aplicação diminuiu com o aumento da velocidade do vento e da pressão de operação do aspersor. Quanto ao perfil de distribuição da água, verificaram um maior efeito do vento em relação à pressão de operação. SEGINER (1969) estudou o efeito da variação na direção e velocidade do vento sobre a distribuição de água em irrigação por aspersão. Os dados coletados no campo foram baseados no modelo de distribuição de apenas um aspersor para diferentes pressões nos bocais, direção e velocidade de vento. Verificou que as variações na direção e velocidade do vento tiveram influência significativa sobre a distribuição da água,
6
principalmente quando a linha de aspersores foi instalada transversalmente à direção do vento. FROST & SCHWALEN (1960), em.seus estudos sobre a evaporação durante a irrigação por aspersão, comentam que, considerando as perdas de água aspergida (perdas no ar), a irrigação por aspersão é um eficiente método de aplicação, a menos que as velocidades do vento sejam altas durante os dias secos e clima quente, ou que o sistema não seja adequadamente dimensionado, de maneira que a água não possa ser aplicada uniformemente. Informam os autores que é impossível a obtenção de uma análise completa das perdas por aspersão numa cultura em crescimento, a partir das informações apenas das perdas por evaporação. Se parte da água não pode ser coletada e medida, será totalmente perdida quando o solo está descoberto. Como conclusão de seus estudos, citam que, exceto nos casos de solo nu e/ou altas velocidades de vento, as perdas por evapotranspiração durante as irrigações podem ser desprezadas dos cálculos de perdas na aplicação, uma vez que elas são aproximadamente iguais às perdas por evapotranspiração normal, quando não se está irrigando. SOLOMON (1979), numa pesquisa sobre a variabilidade dos resultados de testes de coeficientes de uniformidade de aspersores, cita que os valores dos coeficientes de uniformidade são geralmente interpretados como dependentes das variáveis de projeto do sistema (marca, tamanho e tipo do bocal, pressão e espaçamento entre aspersores) e da principal variável, que é a velocidade do vento. Comenta ainda o autor que muitos outros fatores, além dos citados, podem afetar os resultados do teste, e eles se agrupam em duas categorias: (1) as incertezas devido ao método experimental (volumes de água coletada, pressão de serviço, velocidade do vento, etc.); (2) os métodos de interpretação dos resultados (às vezes citados como idênticos, quando, na verdade, não o são). Como exemplo, cita as diferenças existentes nos valores dos coeficientes de uniformidade para aspersores de mesmo modelo, não
8
Os fabricantes dispõem de diversos modelos e tamanhos de aspersores, com bocais de variados diâmetros, os quais, em função da presssão de serviço, fornecerão a vazão, o alcance do jato, o tipo de precipitação e a distribuição característicos (KELLER & BLIESNER, 1990). JAMES (1988) cita que o volume e a taxa de precipitação de água sob o aspersor normalmente variam com a distância radial em relação ao mesmo. O padrão dessa variação é chamado de padrão de distribuição, sendo característico para uma dada pressão e geometria de bocal. Aspersores que trabalham com pressões baixas apresentam padrão de distribuição não uniforme, depositando mais água próximo à borda externa. O padrão de distribuição pode ser controlado pela geometria dos bocais (tamanho, forma e ângulo), combinação de bocais e pressão de serviço. Para sua caracterização, são necessários três índices: taxa de aplicação, alcance e forma do padrão (SOLOMON & BEZDEK, 1980). Outro fator que pode afetar a distribuição de água dos aspersores é a velocidade de rotação dos mesmos. CHRISTIANSEN (1942) afirma que a variação da velocidade de rotação em cada quadrante foi responsável pela desuniformidade de distribuição em muitos testes realizados. Isto ocorre devido a variações na fricção das partes móveis, quando o aspersor está em diferentes posições. Uma vez que a força de movimento é relativamente constante, a variação na velocidade de rotação resulta da variação da resistência friccionai. Sob condições adequadas de pressão, a não uniformidade devido à fricção tem pouco efeito na velocidade de rotação. Para alta velocidade de rotação, foi observada uma redução na área abrangida pelo aspersor e um incremento na taxa de aplicação. Nesses casos, os aspersores devem ser dispostos em espaçamento menor para assegurar a mesma uniformidade de distribuição da água. Os formatos dos bocais são também considerados elementos importantes na uniformidade de distribuição dos aspersores. BILANSKI & KIDDER (1958) analisaram diversos formatos de bocais e verificaram que os do tipo triangular seguidos dos retangulares, apresentaram
9
maior quebra do jato e melhor padrão de distribuição do que os circulares. A orientação vertical do maior eixo do bocal retangular mostrou-se mais adequada, pois esse tipo de dispersão resultou em perfil de distribuição mais uniforme do que do que o da orientação horizontal. Devido à turbulência que ocorre, os bocais não circulares podem ser eficientes em baixas pressões de operação, originando padrões de distribuição aceitáveis (DADIAO & WALLENDER, 1985). HEEMSTRA et alii (1983), em seus estudos sobre a avaliação do desempenho de aspersores rotativos semelhantes, com variação no ângulo de saída do jato de 24°^ e 30°, concluíram que, sob condições de vento fraco, inferior a O, 14m/s, o ângulo de 30 °^ proporcionou melhor uniformidade de distribuição de água, em diversas condições de espaçamento entre aspersores. Para ventos médios mais elevados, durante o período de ensaio, como os superiores a 1, 94m/s, a uniformidade de distribuição de água com o ângulo de 24°^ foi superior à de 30°, para condições de maiores espaçamentos entre os aspersores. A redução da uniformidade, com o aumento da velocidade média do vento, foi mais pronunciada com o ângulo de 30 °^ que com o de 24°. BILANSKI & KIDDER (1958), em estudos conduzidos em ambiente controlado, para eliminar variáveis climáticas, revelaram que o aumento no ângulo de inclinação do bocal, entre 10 e 35°, em intervalos de 5°, aumentou o alcance do jato e reduziu a quantidade de água coletada no ponto de máxima precipitação. A razão desse decréscimo foi sendo reduzida à medida que aumentava o ângulo, cujo efeito foi muito mais crítico a baixas que a elevadas pressões. Também observaram que, nas áreas próximas ao aspersor, não se verificaram diferenças na quantidade de água coletada nos diversos ângulos estudados.
