MÓDULO 1
Irrigação Localizada
Projetos, Sistemas & Manejo
Janeiro 2009
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APOSTILA Modulo 1 Irrigação Localizada, Projetos Sistemas e Manejo (Reparado), Notas de estudo de Engenharia Agronômica
Irrigação Locaizado
Tipologia: Notas de estudo
2015
1 / 215
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MÓDULO 1
Irrigação Localizada
Projetos, Sistemas & Manejo
Janeiro 2009
Urbano da Costa Lins - Engenheiro Agrônomo LSc. Engenharia de Irrigação p. 2
VOLUME l
l
Irrigação Localizada,
Projetos, Sistemas & Manejo
URBANO DA COSTA LINS Engº. Agrº. L.Sc. Engenharia de Irrigação-UFRPE
Urbano da Costa Lins - Engenheiro Agrônomo LSc. Engenharia de Irrigação p. 4
SUMÁRIO:
1. CAPITULO I
Ciclo da Água na Agricultura
- CAPITULO II O Solo e a Água 2.1. Introdução; 2.2. Textura do Solo; 2.3. Estrutura do Solo; 2.4. Compactação do solo; 2.5. Princípio de retenção de Água e Solo; 2.6. Armazenamento de Água no Solo; 2.7. Movimentação de água dentro do Solo; 2.8. Classificação de Água no Solo; 2.9. Constantes de Umidade do Solo;
3. CAPITULO III
Infiltração de Água no Solo e Absorção de Água Pelas Plantas; 3.1. Infiltração; 3.2. Absorção de Água Pelas Plantas; 3.3. Medida de Absorção de Água pelas Plantas; 3.4. Fatores que Afetam a Absorção de Água pelas Plantas; 3.5. Evapotranspiração; 3.6. Coeficiente de Cultura – Kc
- CAPITULO lV Manejo de Irrigação 4.1. Método de Turno de Rega Calculado;
Urbano da Costa Lins - Engenheiro Agrônomo LSc. Engenharia de Irrigação p. 5
4.2. Método do Balanço de Água do Solo; 4.3. Manejo de Tensão de Água no Solo; 4.4. Manejo de Água em Microirrigação; 4.5. Volume de Água a ser Aplicada; 4.6. Conceito de Bulbo Molhado; 4.7. Manejo de Fertilirrigação; 4.8. Percentagem de Área Molhada; 4.9. Irrigação em Faixas Continuas; 4.10. Irrigação por Árvore; 4.11. Lâmina Real Necessária; 4.12. Lâmina Total Necessária; 4.13. Tempo de Funcionamento; 4.14. Número de Unidades Operacionais; 4.15. Vazão Necessária; 4.16. Dimensionamento da Linha Lateral, Linha de Derivação e Linha Principal; 4.17. Equação de Hazen – Williams; 4.18. Equação de Darcy – Weisbach; 4.19. Linha de Derivação; 4.20. Linha Principal; 4.21. Conjunto Motobomba;
- CAPITULO V Noções de Hidráulica 5.1. Introdução, Propriedade dos fluidos, definições 5.2. Perdas de Carga, definições e cálculo; Observações sobre Escoamento dos fluidos; Nº de Reynolds
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APRESENTAÇÃO
Na agricultura irrigada, praticada de forma racional, busca-se identificar o momento preciso de irrigar, o sistema de irrigação utilizado e a lâmina de água a ser aplicada, de forma a atender satisfatoriamente as necessidades hídricas das plantas e a proporcionar viabilidade econômica da atividade agrícola. Desta forma a máxima produtividade dos cultivos está condicionada a um adequado sistema de irrigação localizada e a seu manejo. Assim sendo este curso tem como objetivo treinar os técnicos que estejam iniciando e os que já trabalham com irrigação de modo a capacitá-los, tanto no dimensionamento como no manejo do sistema localizado que esteja em operação, principalmente, na fruticultura, horticultura e na produção de grãos.
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Objetivos
Proporcionar aos alunos condições de analisar projetos de irrigação com uma visão integradora do manejo do solo, água, fertilizantes e de dados agroclimatológicos, possibilitando uma reciclagem e/ou uma ampliação dos conhecimentos ligados à agricultura irrigada, de modo a dar melhores condições de trabalho e de transferência de tecnologia aos produtores, hoje tão carentes de processos modernos de produção.
O autor.
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Os processos de evaporação, transpiração, sublimação e fusão exigem energia, sendo a fonte principal o sol. Por isso, eles são afetados pela intensidade da radiação solar, pela temperatura do ar e da água, pelo vento, pela umidade do ar e por muitos outros fatores climáticos. O vapor d’água na atmosfera entra em sua circulação geral e, em condições especiais, passa a se constituir de nuvens, voltando ao estado líquido na forma de minúsculas gotas ou ao estado sólido na forma de delicados cristais de neve.
Ciclo Geral da Água na Crosta Terrestre.
Das nuvens a água pode voltar à superfície da terra em forma de chuva, granizo ou neve. A chuva é a precipitação na forma líquida e o granizo na forma de gelo, o que acontece quando gotas de chuva atravessam regiões de temperatura abaixo de zero e se solidificam. A neve é a precipitação na forma de cristais, já formados a baixa temperatura, por sublimação, a partir do vapor d’água. A chuva, ao atingir a superfície do solo, nele se infiltra, havendo possibilidade de parte da água escorrer pela superfície. Este segundo processo é denominado de escoamento superficial ou “run-off” e é um dos processos responsáveis pela causa da erosão do solo. Pelo processo da erosão uma grande quantidade de solo pode ser perdida. A água que se infiltra no solo é por ele armazenada em seus poros, ficando parte desta água de forma disponível e que poderá ser utilizada pelas
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plantas. Se a capacidade de armazenamento é ultrapassada, o excesso de água infiltrada percola para horizontes mais profundos, formando o que se chama de lençol subterrâneo. A água que não se infiltra forma os cursos de água, lagos e mares. Destes, do solo e das plantas, ela volta para atmosfera na forma de vapor, fechando assim o ciclo da água. A água dentro do solo não permanece estática; seu movimento principal é o descendente, no entanto ela pode se movimentar em todas as direções, em geral esta movimentação é dada das regiões com mais umidade para as mais secas, este processo ocorre devido à capilaridade do solo.
Desenho representativo do balanço hídrico.
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CAPÍTULO II
O Solo e a Água
2.1- Introdução
O solo é um sistema complexo, constituído de materiais sólidos, líquidos e gasosos. As partículas sólidas formam um arranjo poroso tal que os espaços vazios, denominados de poros, têm a capacidade de armazenar líquidos e gases. A parte sólida é principalmente mineral e se constitui de partículas classificadas de acordo com o tamanho médio dos grãos, em areia, limo (ou silte) e argila. As proporções de areia, limo e argila determinam a textura do solo. O arranjo das diversas partículas, juntamente com os efeitos cimentantes de materiais orgânicos e inorgânicos, determina a estrutura do solo. Os materiais orgânicos consistem de resíduos vegetais e animais, parte dos quais são vivos e o restante se apresentando em diversos estágios de decomposição, a qual denominamos de húmus.
Estrutura de um solo.
A parte líquida do solo constitui-se essencialmente de água, contendo minerais dissolvidos e materiais orgânicos solúveis. Ela ocupa parte (ou quase o todo) do espaço vazio entre as partículas sólidas, dependendo da
No constituído por matéria mineral certo volume de solo, (^45) e orgânica, oa 65% está restante água. De são um espaçosmodo geral preenchidos 50% do pelosolo arestá e formado orgânicas. por Já (^) asólidos porção mineral, sendo 50%do solomatéria está formada por: areia, limo e argila. O limo caracteriza-se por compactar o solo e dificultar a argila é responsável pela troca iônica e retenção formação de estrutura granular, a de água, e a areia por drenar facilme no solo nte a água
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umidade do solo. Esta água é absorvida pelas raízes das plantas ou é drenada para camadas de solo mais profundas e, por isso, precisa ser periodicamente reposta pela chuva ou pela irrigação, para garantir uma produção vegetal adequada. Daí a importância agrícola do conhecimento deste reservatório de água para as plantas e dos princípios que governam seu funcionamento. A parte gasosa ocupa os espaços vazios que não são ocupados pela água. Esta é uma porção importante do sistema solo, pois a maioria das plantas exige certa aeração do sistema radicular, com exceção de “plantas aquáticas”, como o arroz. Na prática da irrigação, é importante manter-se certo balanço entre a porção dos poros ocupada pela água e ocupada pela água.
2.1.1- A taxa de infiltração
A taxa de infiltração permite saber de que maneira o solo vai aceitando a água com que você o irriga. Mais especificamente, quando se tem o valor dessa taxa sabem-se quantos milímetros a água se infiltra. Por isso, a taxa de irrigação. Com ela, você poderá avaliar. Por exemplo, quantos litros de água deverão ser aplicados no solo em uma hora. Mas a taxa de infiltração não é sempre a mesma, do começo ao fim da irrigação. Quando o solo está seco, a penetração da água, inicialmente, é rápida. Com o passar do tempo, ela vai declinando, pouco a pouco e de maneira uniforme, até atingir uma taxa constante. Essa taxa é denominada Taxa de Infiltração Básica. O gráfico, mostra os valores dessa taxa alguns tipos de solo, nas áreas irrigadas, a intensidade de aplicação de água pelos sistemas de irrigação deve ser menor que a Taxa de Infiltração Básica.
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2.3-Estrutura do Solo
A estrutura do solo refere-se ao arranjo das partículas e à adesão de partículas menores na formação de maiores denominadas de agregadas. Na proximidade da superfície, a estrutura do solo é afetada pelo preparo do solo e, nos horizontes mais profundos, ela é típica para cada solo. O conceito de estrutura é bastante qualitativo e descritivo, não havendo meio pratico de ser medir e dar um número à estrutura de um solo. Fala-se, portanto, em solo bem estruturado ou solo mal estruturado, sendo considerada boa a estrutura com bastantes agregados, de forma granular, que se esboroa com relativa facilidade quando úmida. Esta boa estrutura melhora a permeabilidade do solo à água, dá melhores condições de aeração e penetração das raízes. Solo sem estrutura é massivo, pesado para ser trabalhado, com problemas de penetração de água e das raízes. A estrutura do solo, ao contrário da textura, pode ser modificada. Ela pode ser mantida ou mesmo melhorada com praticas agrícolas adequadas, tais como a rotação de cultura, cultivo apropriado e incorporação de matéria orgânica (adubação verde ou esterco). Ciclo de secamento e de molhamento melhoram a estrutura do solo. A umidade do solo no momento do seu preparo (aração e gradagem) é importante, pois solos preparados quando muitos úmidos ou muito seco, perdem sua estrutura. A salinização de solo por práticas de irrigação com água não adequada acaba com a estrutura do solo. Os agregados se desmancham devido à dispersão das argilas causada pela presença de alta concentração de sais (principalmente o sódio) e o solo torna- se massivo e impermeável à água.
2.4- Compactações do Solo
A compactação do solo está indiretamente ligada à estrutura. Como o solo é um material poroso, por compressão, a mesma massa de material
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sólido pode ocupar um volume menor. Isto afeta sua estrutura, o arranjo de poros, o volume de poros e as características de retenção de água.
2.5- Princípios de Retenção de Água no Solo
A água é retida no solo, isto é, em seus poros devido a fenômenos de capilaridade e adsorção. A capilaridade está ligada à afinidade entre as partículas sólidas do solo e a água, havendo, porém a necessidade de interfaces água-ar. Esta interface água-ar, comumente chamada de menisco, apresenta uma curvatura que tanto maior quanto menor o poro. A curvatura determina o estado de energia da água e, por isso, diz-se que tanto menor o poro, tanto mais retida se encontra a água. Assim, para se esvaziar um poro grande, precisa-se menos energia do que para esvaziar um poro pequeno. Como o solo possui uma variedade imensa de poros, em forma e “diâmetro”, quando se aplica uma dada energia ao solo (por exemplo, através de uma sucção), esvaziam-se inicialmente os poros maiores. Aumentando-se a energia aplicada, esvaziam-se cada vez poros menores. A capilaridade atua na retenção de água dos solos na faixa úmida, quando os poros se apresentam razoavelmente cheios de água. Quando um solo se seca, os poros vão se esvaziando e filmes de água recobrem as partículas sólidas. Nestas condições, o fenômeno de absorção passa a dominar a retenção de água. A adsorção pode ser elétrica, pois a água é um dipolo, ou material, correspondendo a uma atração entre os sólidos e a água. A energia de retenção da água nestas condições é muito maior ainda e, por isso, grandes quantidades de energia são requeridas para se retirar esta água do solo. Muitos fatores afetam a retenção de água no solo. O principal deles é a textura, pois ela, diretamente, determina a área de contato entre as partículas sólidas e a água e determina as proporções de poros de diferentes tamanhos. A estrutura também afeta a retenção de água, pois ela determina o
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umidade gravimétrica do solo em termos de umidade volumétrica e, dessa forma, determinar a lâmina de água no solo. A densidade aparente de um solo é uma função de sua granulométrica. Solos compactados, além de oferecerem grande resistência ao desenvolvimento do sistema radicular apresentam também uma menor capacidade no que diz respeito ao armazenamento de água no seu perfil. Nessa condição o solo apresenta uma grande possibilidade de escoamento superficial. A densidade em um solo pode variar entre 0,95 a 1,55 g/cm³. O conhecimento da umidade de água armazenada em um solo é de fundamental importância para o cálculo da quantidade de água que deve ser aplicada quando se deseja fazer uma irrigação ou simplesmente aplicar uma lâmina necessária para elevar o solo novamente a capacidade de campo (Cc). Nos cálculos de lâmina de irrigação, trabalha-se sempre a umidade do solo na base seca, embora existam alguns instrumentos que fornece a leitura da umidade na base úmida. Quando isso ocorre se faz necessária a transformação desse valor, antes de se determinar a lâmina de irrigação que se deve aplicar. E podemos utilizar as seguintes formulas para transformar as unidades:
- % Ubu => (Massa de água ÷ Massa de solo úmido) x 100 % Ubu = Porcentagem de umidade na base úmida
- % Ubs => (Massa de água ÷ Massa de solo seco) x 100 % Ubs = Porcentagem de umidade na base seca – (IRRIGAÇÃO)
- Transformação => % Ubs = (100 x % Ubu) ÷ (100 - % Ubu)
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Em irrigação, como devemos utilizar a (%Ubs), porcentagem de umidade do solo na base seca, deseja-se que a (%Ubv), a umidade do solo seja na base de volume para que possamos trabalhar o resultado em lâmina de irrigação (L mm). Podemos usar a seguinte equação para calcular:
- % Uvol => (Volume de água ÷ Volume do solo) x 100 %Uvol = Porcentagem da umidade do solo em volume. Esse processo de amostragem é por sua vez bastante difícil, pois visa conhecer o volume da amostra do solo no momento de sua coleta na hora da retirada da amostra. Para podermos fazer esse procedimento torna-se necessário a utilização de um trado especial, composto por um cilindro de volume conhecido, alem de uma boa habilidade por quem vai fazer a coleta da amostra. Já a determinação da umidade em peso, torna-se bem mais fácil, pois a amostra pode ser deformada e também não é necessário o conhecimento do volume retirado para a amostra, ou seja, a amostra pode ser retirada simplesmente com um trado Holandês, e ou, outra ferramenta qualquer. Contudo, essa forma de amostragem, embora mais fácil, não permite a obtenção do resultado da umidade em milímetros (mm), e será preciso fazer uma transformação de unidades:
- %OLP => (Massa de água ÷ Massa de solo seco) x 100 %OLP = Porcentagem de umidade em peso.
Para converter %OLP em %Usou, temos que multiplicar o seu valor pela densidade aparente do solo, que é um valor que apresenta certa estabilidade em determinado solo, logo temos que:
- Densidade aparente => Da (g/cm²) = Massa do solo seco ÷ Vol. Solo.