DIMENSIONAMENTO COMPUTADORIZADO DE SISTEMAS DE IRRIGAÇÃOPOR PRESSÃO - ASPERSÃO CONVENCIONAL E LOCALIZADA:

I - ASPECTOS TÉCNICOS1

Ana Flávia Ramos de Arruda2Francisco de Souza3

ABSTRACTDesigning irrigation projects requires a large

number of parameters. Therefore, lhe use ofmicrocomputer is of great importance. The "IrrigationProject System Design" (SCPI) is a software made oftwo executable programs - SCPIOOO and SCPIBOOO,

and four library files, ASPERSOR.DAT, CLlMA.DAT,CUL TURA.DAT and SOLOS.DAT. The programSCPIOOO makes ali computations for designing apressurized irrigation system, either a hand movesprinkler system or a localized one and makes lhecomputations of infiltration parameters and design ofindividual pipes. The program SCPIBOOO creates andedits lhe four library files used by SCPIOOO. TURBOPASCAL is lhe language used. Validation of SCPIwas dane by using three different case studies. Results

confirmed lhe validitv of lhe software.

RESUMOA elaboração de um projeto de irrigação requer

a análise de um número muito grande de variáveis.Em vista disto, o uso do computador tem-se tornadouma ferramenta da maior utilidade. O Sistema de Cál-

culo para Projeto de Irrigação (SCPI), aqui apresenta-do, é um "software" composto por dois programasexecutáveis, o SCPIOOO e o SCPIBOOO, e quatro ar-quivos biblioteca, o ASPERSOR.DAT, o CLlMA.DAT,o CULTURA.DAT e o SOLOS.DAT. O programaSCPIOOO realiza todos os cálculos para a elaboraçãode um projeto para um sistema de irrigação por pres-são do tipo aspersão convencional e localizada, inclu-sive o cálculo dos parâmetros que descrevem o pro-

cesso de infiltração da água no solo e o dimensiona-mento de tubulações individuais. O programa SCPIBOOOtem a função de gerar ou manipular os bancos dedados utilizados pelo SCPIOOO. TURBO PASCAL foi alinguagem de computação utilizada na elaboração des-te "software". A validação do Sistema de Cálculo paraProjeto de Irrigação (SCPI) foi feita utilizando dadosprovenientes de três diferentes fontes. Os resultadosobtidos no SCPI comprovam o funcionamento ade-quado do sistema para elaboração de projetos de irri-

gação.

KEY WORDS: Irrigation; Design; Pressurized; Computer.

PALAVRAS-CHAVE: Irrigação; Projeto; Pressurizado;computador.

COMPUTER DESIGN OF PRESSURIZEDIRRIGATION SYSTEMS: I. TECHNICALASPECTS.

1 Trabalho extraído da Dissertação do primeiro autorsubmetida ao Curso de Mestrado em Irrigação e

Drenagem da Universidade Federal do Ceará.2 Eng§.-Agr"., M.Sc. Em Irrigação e Drenagem - Rua

Prof. Dias da Rocha, 490/603, Meireles, Fortaleza, CE.3 Professor Titular do Centro de Ciências Agrárias da

UFC.

INTRODUÇÃOA elaboração do projeto de irrigação é

o ponto de partida para quem quer utilizara técnica de irrigação e, por mais simplesque seja, é um problema que envolve oconhecimento de uma série de fatores, re-sultando em uma grande quantidade de da-dos a serem considerados em complexasseqüências de cálculo. Na solução destetipo de problema, o computador tornou-seuma ferramenta indispensável, de modo areduzir o tempo gasto e permitir a verifica-ção de um grande número de propostasalternativas.

Atualmente o uso do computador temsido restrito apenas a execução de progra-mas já elaborados, havendo poucas infor-

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mações e "softwares" que sejam aplicadosa irrigação, em particular na área de elabo-ração de projetos. Isto ocorre porque a maio-ria dos programas existentes são estran-geiros e estão escritos em FORTRAN, lin-guagem já ultrapassada no ambiente cien-tífico.

O objetivo deste trabalho é apresentaros aspectos técnicos de um programa decomputador para a elaboração de projetosde irrigação por aspersão convencional (ra-mais móveis e fixos) e localizada, denomi-nado "Sistema de Cálculo para Projetos deIrrigação" - SCPI. Os aspectos computa-

cionais estão em ARRUDA & SOUZA (1993).

variação da pressão em uma linha de tubu-lações com aspersores não deve excedera 1,2 da pressão de serviço do aspersor; avariação da vazão dos aspersores na linhanão pode exceder a 10 % e a vazão médiado asperso r não deve exceder a vazão mí-nima em mais do que 2,4 %. Estes critériosforam adotados pelo SCPI.

Para a irrigação localizada, de acordocom BENAMI & OFEN (1984), citados porOLITT A (1986), três opções de projeto sãodisponíveis: as tubulações são dimensio-nadas para proporcionar uma variação má-xima na vazão dos emissores em funciona-mento, de 10 % da vazão do emissor ope-rando na pressão de serviço; as lateraissão dimensionadas para uma variação má-xima na vazão dos emissores de 10 %; odimensionamento é feito utilizando-se emis-sores compensadores de pressão. A pri-meira opção foi a utilizada no SCPI.

Para KELLER & KARMELI (1975), alinha de derivação em um sistema de irri-gação localizada é similar a linha principalde sistemas de aspersão fixo mas, em ter-mos de tamanho, ela se assemelha as la-terais. Quanto ao dimensionamento das li-nhas principais, subprincipais e adutoras omesmo é feito utilizando-se os critérios eco-nômicos baseados no custo das tubulaçõese nos custos da energia.

A utilização de sistemas de computa-ção tem demonstrado ser a mais proveito-sa e eficiente ferramenta para projetar, ava-liar e planejar uma irrigação para váriasculturas em diferentes tipos de solo.

Um modelo para projetar irrigação poraspersão do tipo pivô central por computa-dor foi apresentado por KELSO & JARRET(1978). GRIFFIN (1978) criou um programade computador para avaliar a performancedos aspersores em sistemas do tipo "solidset". ZAZUETA et ai. (1983) desenvolve-ram um pacote de "software" que consisteem uma série de programas para micro-computadores para projeto, operação e ma-nutenção de sistemas de irrigação localiza-da. ALLEN (1984) desenvolveu algumas ro-tinas, em linguagem FORTRAN, para pla-nejamento e projetos preliminares de irriga-ção. SOUZA (1989) utilizou um programa

REVISÃO DE LITERATURASegundo BERNARDO (1989), o méto-

do de irrigação por aspersão caracteriza-sepela aplicação de água no solo em formade chuva artificial, através do fracionamen-to do jato de água em estruturas denomi-nadas aspersores.

MERRIAM & KELLER (1978) definirama irrigação localizada como o mais conve-niente método de aplicação de água às plan-tas, uma vez que, o suprimento de água aosolo é feito a baixa tensão e de maneirasuficiente a repor a demanda imposta pelaevapotranspiração. Basicamente, são doisos processos empregados na irrigação lo-calizada: o gotejamento e a microaspersão.

Para CHRISTIANSEN (1942), na ela-boração de um projeto de irrigação por as-persão, primeiro é necessário decidir qualo melhor método a utilizar e se este é ca-paz de suprir todos os requerimentos deágua da cultura; depois o diâmetro das tu-bulações, o diâmetro dos emissores, o ta-manho da bomba e a potência requeridasão determinados e os equipamentos ne-cessários são selecionados.

Este mesmo autor estudando a hidráu-lica da irrigação por aspersão, afirmou queexiste uma relação fundamental entre a pres-são, a vazão e a potência requerida parafuncionamento da linha com os asperso-res. Os critérios para dimensionamento hi-dráulico de um sistema de irrigação por as-persão propostos por Christiansen são: a

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de computador para testar diferentes fun-ções-objetivo para otimizar a procura naescolha dos bocais para pivô-central.

Vários autores têm aplicado a micro-computação para a simulação do sistemasolo-água-planta com o objetivo de deter-minar quanto e quando irrigar (AMIR et ai.,1980; CALMON et ai., 1989; SMITH, 1989;SOUZA, 1992; XEVI E FEYEN, 1989).

METODOLOGIAA metodologia adotada é apresentada

em seus dois aspectos principais: (1) Ela-boração de projetos de irrigação e (2) Es-truturação de programas de computador.

1. ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE IR-RIGAÇÃO

de irrigação; eficiência da irrigação; coefi-ciente de uniformidade; jornada de trabalhodiária e disponibilidade de energia. Comrelação ao clima os seguintes dados deve-rão ser levantados: localização da estaçãometeorológica - latitude, longitude e altitu-de; precipitação média mensal (mm); tem-peratura média mensal (OC); umidade rela-tica média mensal (%); evaporação médiamensal (mm); número de horas de sol mé-dia mensal (unidade); velocidade do ventomédia mensal (m/s); direção do vento. Osprincipais parâmetros de solo a serem con-siderados são: textura; capacidade de cam-po; ponto de murcha; densidade aparente;infiltração; condutividade elétrica; percen-tagem de sódio intercambiável e pH. Ascaracterísticas da cultura são: cultura; coe-ficiente de cultivo; profundidade radicular;ciclo; altura média; espaçamento entre li-nhas e entre plantas; fator cultural. Da fon-te hídrica os dados necessários são: tipode fonte hídrica; vazão disponível (m3/h);distância ao campo a ser irrigado (m); altu-ra de sucção (m); altura de recalque (m);condutividade elétrica da água (microm-mhos/cm); relação de adsorção de sódio(RAS).

A metodologia utilizada pelo SCPI paradeterminar a necessidade de água da cul-tura calcula: evapotranspiração potencial;precipitação dependente; evapotranspiraçãoreal ou da cultura; uso consuntivo diário;necessidade líquida de irrigação; necessi-dade bruta de irrigação; gasto mensal deágua; vazão unitária.

O SCPI adota duas metodologias dife-rentes para o cálculo das lâminas de irriga-ção, de acordo com o método de irrigaçãoa ser utilizado. Na irrigação por aspersão,o cálculo das lâminas de irrigação é feitoconsiderando a água disponível do solo.Os seguintes cálculos são realizados: lâmi-na líquida; lâmina bruta; turno de rega; pe-ríodo de irrigação; lâmina bruta diária e va-zão estimada. A metodologia para irrigaçãolocalizada adotada pelo SCPI é a propostapor KELLER & KARMELLI (1975). São cal-culados: dose bruta diária; lâmina diária;lâmina bruta total; lâmina líquida; vazão es-timada.

As técnicas de elaboração de projetosde irrigação utilizadas são referentes aossistemas de irrigação por aspersão conven-cional portátil e semiportátil, canhão hidráu-lico e aspersão fixa, podendo ser aplicadastambém aos sistemas de irrigação localiza-da, como gotejamento e microaspersão.

De uma maneira geral, a elaboraçãode um projeto de irrigação pressurizada po-de ser dividida em seis etapas importantes,a saber: cadastramento das informaçõestécnicas; cálculo das necessidades hídri-cas da cultura; cálculo dos parâmetros bá-sicos da irrigação; determinação do "Iayout"do sistema e dimensionamento das tubula-ções; dimensionamento da estação de bom-beamento e cálculo do consumo de ener-gia; e quantificação do material necessárioao funcionamento do sistema.

No desenvolvimento do SCPI, os da-dos básicos a serem levantados foram clas-sificados em: dados do projeto; dados dairrigação; dados de clima; dados de solo;dados da cultura; dados da fonte hídrica edados topográficos (mapas). Os dados ne-cessários para a identificação do projetosão: nome do projeto; localidade; estado;área total a ser irrigada (ha); cultura; siste-ma de irrigação. Os dados que informamsobre as condições gerais disponíveis pararealização da irrigação são: tipo de sistema

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por sete diferentes equações: Hazen-Wil-

liams; Manning; Darcy-Weisbach; Scobey;Flamant e Cruciani, Fair-Whipple-Hsião I e 11.

a dimensionamento da estação de bom-beamento compreende as seguintes eta-pas: seleção da bomba; dimensionamentodo motor; cálculo da altura máxima de suc-ção e cálculo do consumo de energia. Nofinal, o SCPI mostra uma relação contendotodo os equipamentos e acessórios para aimplantação do sistema de irrigação.

2. ESTRUTURAÇÃO DOS PROGRAMASDE COMPUTADOR

o "Iayout" do sistema é um fator quedepende do projetista. O SCPI permite tra-balhar com oito tipos de "Iayout" diferentes,cada um com até quatro laterais, no casoda aspersão convencional ou canhão hi-dráulico, ou com várias laterais, se o siste-ma é do tipo aspersão fixa ou localizada. OSCPI permite ainda o dimensionamento desistemas com qualquer número de laterais.

No SCPI a seleção dos emissores po-de ser feita de duas maneiras: utilizandoum banco de dados com as característicasde alguns emissores existentes no merca-do, ou a partir de uma escolha particular doprojetista que apenas informa ao computa-dor as características do emissor escolhido(dado de INPUT).

Para a irrigação por aspersão são cal-culados: tempo de irrigação por posição;número de posições por dia; número máxi-mo de posições; número de emissores nalateral; comprimento real da lateral; núme-ro de posições na principal; comprimentoreal da principal; número de laterais funcio-nando; número total de laterais do sistema;número total de posição irrigada por dia;número de dias de irrigação; número totalde emissores do sistema; vazão da lateral;vazão total do sistema; área irrigada pordia; área total irrigada.

Na irrigação localizada são calculados:tempo de irrigação por posição; número deposições por dia; número máximo de posi-ções; número de emissores na lateral; com-primento real da lateral; número de lateraispor derivação; comprimento real da deriva-ção; área do setor; número total de seto-res; número de setores funcionando simul-taneamente; número de setores irrigadospor dia ou número total de posições irriga-das por dia; período de irrigação; númerode dias de irrigação; número de laterais nosetor; número de emissores no setor; nú-mero de laterais em funcionamento; núme-ro total de derivações; número total de la-terais; número total de emissores; vazãoda lateral; vazão da derivação; vazão dosetor; vazão total do sistema; área irrigadapor dia; área total irrigada.

No dimensionamento das tubulações oSCPI permite o cálculo da perda de carga

A estruturação do SCPI foi baseada nametodologia da modulação. Assim, o pro-blema foi dividido em vários módulos, deacordo com as etapas propostas para aelaboração de um projeto de irrigação. Es-tes módulos foram abordados separadamen-te, como um problema independente, o queresultou nos seguintes programas específi-cos: Programa Principal: Não realiza cálcu-los, estabelece as variáveis e constantes econtrola o fluxo do programa; Módulo 1:Cadastra todas a informações necessáriasa um projeto de irrigação (INPUT); Módulo2: Calcula as necessidades hídricas da cul-tura a ser irrigada; Módulo 3: Calcula osparâmetros básicos da irrigação; Módulo 4:Faz o dimensionamento hidráulico das tu-bulações de um sistema de irrigação; Mó-dulo 5: Faz o dimensionamento das esta-ções de bombeamento; Módulo 6: Elaboratodo o projeto de irrigação; Módulo 7: Des-creve a infiltração da água no solo a partirde dados de campo; Módulo 8: Faz o di-mensionamento hidráulico de tubulações in-dividuais; Módulo 9: Programa de ajuda,com recomendações básicas sobre o usodo "software".

Para mais fácil compreensão da estru-tu ração e desenvolvimento do SCPI, clas-sificaram-se os programas em cinco cate-gorias distintas: programas de cálculo; pro-gramas auxiliares; programas biblioteca; pro-grama de ajuda e programas executáveisou programa&- principais.

Os programas de cálculo são aquelesque realizam todos os cálculos para elabo-

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ração do projeto de irrigação. Eles foramnomeados segundo as etapas de atuaçãodentro da metodologia de cálculo de proje-to. Assim, tem-se: SCP1001: Cadastramen-to de Informações; SCP1002: Cálculo dasNecessidades Hídricas da Cultura; SCP1003:Cálculo dos Parâmetros Básicos da Irriga-ção; SCP1004: Dimensionamento das Tu-bulações de uma Rede; SCP1005: Dimen-sionamento das Estações de Bombeamen-to; SCP1006: Elaboração do Projeto de Irri-gação; SCP1007: Teste de Infiltração;SCP1008: Dimensionamento de TubulaçõesIndividuais.

Os programas biblioteca permitem a cria-ção ou o manuseio dos seguintes bancosde dados: CUL TURA.DAT: contém a rela-ção com características das culturas; CLI-MA.DAT: relaciona dados meteorológicosde municípios; SOLOS.DAT: contém dadosoriundos de um mapeamento de solos; AS-PERSOR.DAT: contém dados dos fabrican-tes de equipamentos de irrigação.

Os programas executáveis ou progra-mas principais têm por finalidade apenascontrolar o fluxo dos programas, interligan-do-os. O SCPIOOO interliga todos os pro-gramas que realizam o projeto de irrigaçãoe o SCPIBOOO, todos os programas quecriam ou manipulam os bancos de dados.

O "software" desenvolvido está dispo-nível para microcomputadores de 16 bits,IBM PC/XT/AT e compatíveis, com memó-ria mínima de 640 KB, um acionador dedisco ("drive") 3 1/2" ou de 5 1/4" de altadensidade, impressora e disco rígido "win-chester" (opcional), em ambiente MS-DOS

compatível.

o lote dimensionado, chamado lote decampo típico, tem 96 m de largura e com-primento de 168 m, totalizando uma áreade 1,61 ha. A cultura implantada era horta-liça, irrigada por aspersão, convencional. Aeficiência de irrigação foi de 70% com jor-nada de trabalho de 18 horas. A fonte hí-drica do projeto é o Rio Curu. A água ébombeada em duas estações de bombea-mento e distribuída para os lotes por redesde canais e tubulações, não havendo umabomba específica para cada lote. Desta ma-neira, utilizaram-se dados fictícios de alturade sucção e recalque para dimensionamen-to de uma bomba para o lote, a fim de queo projeto realizado pelo SCPI ficasse com-pleto. A fonte de energia disponível é elétrica.

Os dados de evapotranspiração poten-cial propostos no projeto foram calculadosa partir de medidas feitas em um tanque deevaporação. Os resultados obtidos pelo SCPIpara a demanda hídrica da cultura forambastante aproximados aos da T AHAUSON-DOTÉCNICA (1971). O mês de máxima de-manda hídrica foi outubro, onde a evapo-transpiração potencial foi de 237 mm/mês,a evapotranspiração real de 189,6 mm/mêse o uso consuntivo de 6,12 mm/dia. A ne-cessidade líquida de irrigação foi de 185,6mm/mês e a bruta de 265,14. O gasto men-sal de água foi de 2.651,43 m3/ha mês e avazão unitária, para as 18 horas de funcio-namento do sistema, de 1,32 I/s ha, en-quanto que para a TAHAUSONDOTÉCNI-CA (1971) a vazão unitária foi de 1,35 I/sha. Segundo os cálculos do SCPI, nos me-ses de março, abril e maio não é necessá-rio se fazer irrigação.

O "Iayout" utilizado no projeto foi o denúmero 2 e os aspersores da marca NAAN,modelo Butor, com pressão de serviço de3 atm, vazão de 1,04 m3/h, precipitação de7,2 mm/h, espaçados de 12 m entre late-rais e 12 m entre emissores. O sistema deirrigação foi formado por duas linhas late-rais funcionando, simultaneamente, cadauma com 8 emissores. A FIGURA 01 mos-tra a disposição das tubulações no campoe suas características hidráulicas, segundoos resultados obtidos pelo SCPI e que con-ferem com os da TAHAUSONDOTÉCNI-

RESULTADOS E DISCUSSÃOPara testar a validade do SCPIOOO são

utilizados dados que correspondem a irri-gação por aspersão convencional do tiporamais móveis. Estes dados foram prove-nientes do projeto de irrigação elaboradopelas empresas consorciadas T AHAUSON-DOTÉCNICA (1971), sob o patrocínio doDNOCS/MINTER para pequenos lotes deirrigação do Perímetro Curu-Paraipaba, nomunicípio de São Luís do Curu (CE).

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de acordo com seu ciclo de desenvolvimen-to; utilizar outros métodos para cálculo daevapotranspiração potencial (ETp); dimen-sionar as tubulações com o diâmetro co-mercial interno e incluir uma rotina parafazer a análise econômica do projeto ela-borado.

CA (1971). A diferença no valor da jornadade trabalho calculada foi unicamente devi-do ao arredondamento dos números du-rante os cálculos do SCPI.

O dimensionamento da bomba foi feitoconsiderando a vazão do sistema de 16,64m3/h e a carga de pressão requerida nasaída da bomba de 37,7 m. Idealizou-seuma sucção com mangueira plástica de 4m de comprimento, para uma altura de bom-beio de 2m. O coeficiente de perda de car-ga localizada na sucção foi de 4,4, consi-derando uma válvula de pé com crivo. Parao recalque, o coeficiente de perda de cargalocalizada foi de 13,95, utilizando-se as se-guintes peças: ligação de pressão, redu-ção, curva dupla e válvula de retenção. Abomba selecionada foi de marca KING, mo-delo K-50-40-238, com potência de 5 CV,com um motor de 165 mm de diâmetro erotação de 3500 rpm. A entrada da bombaé de 2 polegadas e a saída de 1,5. O diâ-metro da magueira de sucção foi de 2,5polegadas e a altura máxima de sucçãocalculada foi de 3,9 m. Utilizando-se estabomba, o consumo anual de energia elétri-ca para cada lote do projeto foi de 27.904,84kW/ano, e, como a rede elétrica é de baixatensão, não foi necesário dimensionar umtransformador.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CONCLUSÕESOs resultados obtidos permitem con-

cluir que o "software" desenvolvido apre-sentou soluções compatíveis com outros pro-jetos, com a vantagem de dimensionar umsistema de irrigação por etapas, caso de-sejado, permitindo uma maior rapidez noscálculos de projeto, reduzindo o tempo desua elaboração. Seu uso é ideal para situa-ções de pré-projeto, uma vez que permitetestar várias opções de "Iayout", para umamesma área e, com a relação de materialapresentada para cada "Iayout", permite fa-zer uma análise econômica prévia do siste-ma.

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