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7/28/2019 Avaliao de Sistemas de Irrigao
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AVALIAO DE
SISTEMAS DE IRRIGAO
PROF. DR. ELIEZER SANTURBANO GERVSIO
ENGENHARIA DE GUA NA AGRICULTURA
CEAGRO - UNIVASF
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O pr inc ipal ob jet ivo de um sistema de
irr igao proporc ionar cond ies para
produzir econom icamente. Neste aspecto ,
os parmetros que expressam a qualidadeda irr igao devem ser en tend idos como
componentes dec isr ios do processo de
p lanejamento e operao dos s is temas deirr igao.
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UNIFORMIDADE
EFICINCIA
GRAU DE ADEQUAO
PARMETROS DE DESEMPENHO PARA ANALISARA QUALIDADE DA IRRIGAO
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As medidas de uni formidade expressam a
variab ili dade da lm ina de irr igao aplicada na
superfc ie do so lo . Uma fo rm a usual de ob t-las
po r medidas de disperso, exp ressando-as de fo rmaad im ens ional, pela comparao com o valo r mdio .
Essa grandeza caracter iza todo o sistema de
ir r ig ao e in tervm no seu pro jeto , tan to
agronm ico (afeta o clcu lo da quant idade de guanecessria irr igao) quan to h id rulico (def ine o
espaamento dos em issores , a vazo do sis tema e o
tempo de irr ig ao).
UNIFORMIDADE
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CHRISTIANSEN (1942), adotou o desv io mdio como a
medida de d isperso.
N
i miYY
Nd
1
1
mY
dCUC 1
N nmero de ob serv aes;
Yi lm ina de gua aplic ada num ponto i, sobre a su perfcie do so lo;
Ym lm ina mdia de gua ap li cada;
CUC Coefic iente de Uniform idade de Christ iansen
Valo r mnimo acei tvel 80%
Valores inferiores :
- prec ip itao fo r s ign if ic ati va duran te a es tao d e cu lt iv o ;
- cu stos do sistema so suf ic ientemente reduzidos, com pensando a
d im inu io do lu cro dev id o a reduo na p roduo da cu ltu ra.
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____________________________________________________________________________________Pro f. Dr. Eliezer Santu rbano Gervsio - Eng enharia de gua na Agr icu ltur a - CENAAMB/UNIVASF
WILCOX & SWAILES (1947)propuseram o desv io padro
(S) como a medida de disperso, denom inado coeficien tede un ifo rm idade estatst ica.
mY
S
CUE 1
Um valor de CUE = 70% fo i in ic ialmente suger ido com o o
mnimo aceitvel, sendo depo is aumentado para 75 a80%.
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HART (1961) props um coef ic iente de uni formidade
tam bm incorp orando o desv io padro.
mY
SCUH
21
80
1
,
CUCYS
m
n
(5)
Se a lm ina de gua tem dis tr ib u io normal , ento CUH =
CUC. Ass im , o desv io padro das lm inas de ir rigao
com d is tr ib u io norm al poder ser ob tido em fu no do
valor d e CUC:
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O desv io pad ro da d is tr ib u io das lm in as de irr igao
(assumida normal) , pode ser est imado quando se
conhecem a lm ina mdia e o CUC. Com estes valo res euma tabela de d is tr ib u io norm al, possvel determ inar
qual a porcentagem da rea es t recebendo certa
quantidade de gua.
Exemplo:Em um ensaio de campo com um sis tema de
ir rigao por asperso, u ti lizando-se 64 p lu v imetros
com espaamento s de 3 x 3 m , du ran te um perodo de
tempo sufic ien te para ap lic ar uma lm ina mdia de guaigual a 60 mm , determinou -se um CUC = 84%. Assum indo
que as lm inas de gua so normalm en te d is tr ibudas,
qual a porcen tagem da rea que recebe lm inas de gua
entre 50 e 65 mm e maior que 65 mm?
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So luo:Como a d is tr ib u io normal, CUC = CUH. En to:
Reduzindo as variveis para que se possa u til izar a d is tr ib uio
norm al padro, tem-se:
Z65= (65-60)/12 = 0,4156
Z50= (50-69)/12 = -0,8313
a (50Y65) = a (-0,8313Y0,4156) = 0,4595
is to , lm inas de gua en tr e 50 e 65 mm so ap lic adas em 45,95% darea. Da mesma forma, lm inas de gua super io res a 65 mm ocorrem
em 33,72% da rea. Essa in fo rm ao pode ser u ti lizad a para avaliar a
pro duo das cu ltu ras desde que se conheam su as funes de
resposta a gua. O lucro dev id o produo pode en to ser
com parado aos custos do s istema.
mn Y 1 CUC 60 1 0,84S 12 mm0,8 0,8
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KRUSE (1978) denominou de uni formidade ded is tr ibu io a razo en tre a mdia dos 25% dos
menores valo res de lm inas de ir rigao (Y25) e a
lm ina mdia ap licada na super fcie do so lo . Sua
origem credi tada ao SCS-USDA, por quem chamadade ef ic incia pad ro.
mY
YUD 25
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DETERMINAO DO COEFICIENTE DE UNIFORMIDADEEM SISTEMAS CONVENCIONAIS DE ASPERSO
A u ni fo rm idade de di st rib uio de gua po r asperso res ro tativo s
aval iada em tes tes d e campo , nos quais a lm ina de gua co letada
em recipientes (plu vimetros ).
A NBR 8989 (1985) da Assoc iao Bras ilei ra de No rm as Tcnicas,
p ro pe que no mnimo 50 co leto res devero receber gua du ran te oensaio de campo .
O tem po d e ensaio deve ter uma du rao mnima de 1 hora, podendo-
se ado tar ou tro s p erodos , desde qu e sejam sufic ientes para
prop or cio nar um vo lum e mdio de gua nos c oleto res, equ ivalente
uma lm ina aplicada de 5 mm.
Em geral, realizado em cond ies de ven to fraco ou nu lo.
Pode ser uti l izada um a linha com vrios aspersores o u com um nico
aspersor em uma rea em nvel.
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4 3 2 1 1 2 3 4
8 7 6 5 5 6 7 8
12 11 10 9 9 10 11 12
16 15 14 13 13 14 15 16
Manmetro
Registro
Coletores
Aspersor 1
Aspersor 2
3 m
Sa
Linha lateral
Linha principalQ
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15
4 3 2 1
8 7 6 5
12 11 10 9
16 15 14 13
Sa
=12,00
m
Sl= 12,00 m
Q
2 2
1 1
a
b
16
Esquema de um ensaio de di str ibuio
de gua, com um a linh a de aspersores:
(a) Dis po sio dos aspersores e
pluvimetros;
(a) Resu ltado da so brep os io em
espaamento de 12 x 12 m.
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32 31 30 29 29 30 31 32
28 27 26 25 25 26 27 28
24 23 22 21 21 22 23 24
20 19 18 17 17 18 19 20
3 m
Q
4 3 2 1 1 2 3 4
8 7 6 5 5 6 7 8
12 11 10 9 9 10 11 12
16 15 14 13 13 14 15 16
3 m
60 m
Quadrante IQuadrante II
Quadrante III Quadrante IV
(a)
12,00 m
Q
(b)
1 4
29 32322 3
30 31
3 2
31 30
4 1
32 29
5 8
25 28
6 7
26 27
7 6
27 26
8 5
28 25
9 12
21 24
10 11
22 23
11 10
23 22
12 9
24 21
13 16
17 20
14 15
18 19
15 14
19 18
16 13
20 17
(a) Disp osio dos co leto res no ensaio de d is tri bu io de gua com um
asperso r in di vid ual ; (b) Resul tado da sob repo sio em espaamento d e 12 x
12 m .
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EXEMPLO 1
Real izou-se um teste de campo com um sistema deasperso, cu jos aspersores possuam dimetro s de
bocais de 5,0 x 6,5 mm e estavam submetidos presso
de operao de 30 mca. Foi u til i zada uma lin ha lateral
com quatro aspersores e as cond ies de operao
ob servadas durante o teste so apresentadas no Quadro
1. Os vo lumes de gua aplicados, no cent ro de cada
quadrcu la de 3 x 3 m , esto most rados na Figura 1. Para
este tes te, os co leto res com d imetro de cap tao de 10
cm , estavam fi xados 30 cm de al tu ra em relao superfcie do solo . O ob jet ivo determinar a
un ifo rm idade de d is tr ib u io de gua, em espaamento
de 18 x 18m .
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Parmetros Valor
Veloc id ade mdia do vento (m /s) 1,44
Veloc id ade mdia de ro tao dos asperso res (rpm ) 0,46
Vazo de cada aspers o r (m3/h ) 4,18
Du rao do tes te (ho ra) 1,0
A ltu ra dos asp ersor es em relao ao so lo (m) 1,5
Coefic iente de descarga dos aspersores 0,91
Quadro 1 Cond ies de operao dos aspersores
du rante o ensaio.
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36 33 43 52
45 55 54
Q
80 86 78 56
98 96 91 62
80 76 68 50
38 44 43 39
46 19 4
41 15 3
40 10 1
34 14 1
37 20
44 19 4
48 37 30
48 40 37 38
60 73 88
76 87 104
70 87 86
52 54 42
4 21 43
3 18 45
1 12 35
1 8 36
1 12 39
3 26 44
0
0
1
0
0
0
0
N
Figura 1 Volum es de gua (m l) aplicados pelos
aspersores , em 1 hora de operao, em espaamento s Sa
= 18m , presso de 30 m ca.
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6,9 10,9 12,7
8,0 12,7 13,0
12,5 14,4 14,8
13,2 16,2 17,6
11,2 13,6 15,3
8,9 11,1 11,6
10,6 6,2 5,6
10,3 6,6 5,6
14,4 12,5 10,4
15,4 15,0 12,7
15,8 13,5
12,5 7,8 5,7
10,4
Resu ltado da sobrepo sio (em mm) para os quatr o
aspersores operando em espaamento de 18 x 18 ,
presso de 30 mca.
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Ym= 11,5 mm;= |Yi- Ym| = 97,2 mm ; d = 2,7; s = 3,3 mm;
Y25= 6,8 mm ;
m
d 2,7CUC 1 100 1 100 76,5%
Y 11,5
m
S 3,3CUE 1 100 1 100 71,3%Y 11,5
m
2 S 3,3CUH 1 100 1 0,798 100 77,1%
Y 11,5
25
m
Y 6,8UD 100 100 59,1%
Y 11,5
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EXEMPLO 2
Um teste foi real izado com um asperso r, com dimetrodos bocais de 5,0 x 6,5 mm , submetido presso de
operao de 35 mca. As cond ies de operao duran te o
tes te so apresen tadas no Quadro 2. Na figu ra 2 so
apresentados os volumes de gua aplic ados peloaspersor e coletados em cada ponto representando uma
quadrcu la de 3 x 3 m. Os co leto res com dimetro de
cap tao de 10 cm es tavam a 30 cm de al tu ra em relao
ao so lo , Determ inar a uni fo rm idade de dist rib u io de
gua, en tre quatro aspersores operando em espaamento
de 12 x 18 m .
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Parmetros Valor
Velocid ade do vento (m/s) 1,83
Veloc id ade de ro tao d o aspersor (rpm )
Quadrante I 0,33
Quadrante II 0,31
Quadrante III 0,32
Quadrante IV 0,26
Vazo do aspersor (m3/h ) 4,61
Coef ic iente de descarga do aspersor 0,93
Dimetro do s bo cais (mm) 5,0 x 6,5
A ltu ra do asp ersor em relao ao so lo (m) 1,5
Du rao do ensa io (ho ras ) 1,0
Pres so de operao (mca) 35,0
Quadro 2 Cond ies d e operao do asp ersor d uran te o tes te de
un ifo rm id ade de di s tr ib u io d e gua.
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2
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4
4
1
1
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4
29
3
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0
0
0
4
13
18
29
24
21
14
5
2
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0
0
1
3
14
27
37
43
39
39
28
14
5
0
0
0
2
12
28
40
47
43
48
43
37
29
12
0
0
0
5
23
45
55
45
35
35
44
43
43
23
2
0
0
10
28
42
53
45
40
30
34
49
43
27
5
2
2
11
27
43
53
35
30
36
31
45
48
35
5
2
0
6
26
45
54
40
30
27
35
44
52
28
14
2
0
2
22
39
40
49
47
44
46
40
47
29
4
1
1
4
18
24
37
51
52
52
47
40
33
9
3
0
0
2
8
16
24
36
40
46
38
27
18
6
0
0
0
0
1
13
11
18
18
19
14
6
6
2
0
0
N
Figura 2 Volumes de gua (m l) aplic ados pelo aspersor, durante 1 ho ra de
oper ao pres so de 35 m ca.
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16,9 21,8 22,0
14,9 20,8 21,8
16,6 20,4 23,0
17,6 21,3 23,8
21,6 16,6 15,3
19,9 17,4 11,8
20,1 15,8 12,9
22,4 18,1 17,6
Resu ltados da sobrep os io das lm inas de gua apl icadas
po r quatro asperso res, em espaamento de 12 x 18 m.
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Ym= 18,8 mm; Y25= 14,6 mm;|Yi Ym| = 64,7 mm ; d = 2,8 mm;
s = 3,3 mm
m
d 2,8CUC 1 100 1 100 85,1%
Y 18,8
m
S 3,3CUE 1 100 1 100 82,4%Y 18,8
m
2 S 3,3CUH 1 100 1 0,798 100 86,0%
Y 18,8
25
m
Y 14,6UD 100 100 77,7%
Y 18,8
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As medidas de ef icincia qu ant i f icam fisicamente a qu al idade
da irr igao, po r inco rporarem algumas conseqnc ias da
uni formidade.
Se por um lado as medidas de uni formidade dependem
somente do grau de d isperso com que a gua apl icada, po rou tro lado, as medidas d e eficinc ia dependem tan to d a
un iform idade com o da fo rma com que o sis tema de irr igao
operado.
As perdas de gua que podem oco rrer na irr igao porasperso resu ltam da deriv a pelo ven to , da evaporao, da
perc olao abaixo da p ro fundidade efetiva do sis tema
radicular da cul tura e do escoamento superf ic ia l , para fora da
rea irr igada.
EFICINCIA DA IRRIGAO POR ASPERSO
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As perdas causadas pela der iva ao vento assum em valores
tp icos, variveis entre 5 e 10% (KELLER & BLIESNER, 1990).
Essas perdas podem ser in tens i f icadas como o aumento da
velo cid ade mdia do ven to , temperatura e g rau de
pu lv er izao do jato de gua causado pelo ac rsc im o da
pres so de operao.
Um dim ens ion amento adequado do sis tema de asperso no
deve perm it i r perdas por escoamento su perf ic ial , assim com o
as perdas por deriva ao vento devem ser minimizadas,
op erando -se o sis tema de irr igao em horas de ven to fracoou n ulo , ou uti l izando alguma medida de p ro teo, como
quebra-vento.
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7/28/2019 Avaliao de Sistemas de Irrigao
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Os parmetros de efi cinc ia mais c om um ente u til izado s so:ef ic inc ia
de ap li cao, efic incia de d is tr ib u io, efic inc ia em potenc ia l de
ap licao e ef ic inc ia d e armazenagem .
Cons ideremos que para um sist ema de ir rig ao p or asp erso, sejam
def in idos:
Yr lm in a de i rr ig ao necessria para suprir o dfic it de gua na
zona radicular;
Va vo lume de gua derivado parc ela;
Vev vo lume total de gua evapo rado;
Vv vo lum e de gua derivado pelo vento;
Vr volume de gua necessrio para suprir o dfic it na zona radicu lar;
Vs vo lume de gua armazenado na zona radicu lar, aps um evento deirr igao;
Vd vo lume de dfic it (Vd= Vr Vs);
Vp vo lum e de gua perco lado abaixo do sis tema radicular;
Ve vo lume de gua esco ado para fo ra da p arcela irr igada.
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EFICINCIA DE APL ICA O (Ea): def in id a pela relao en tre
a quantid ade de gua incorpo rada ao solo ata pro fund idade
efetiva do sis tema radicu lar da cultu ra e a quantidade de guaapl icada.
sa
a
VE
V
s
aev v e p s
V
E V V V V V
-
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Mul t ip l icando o numerador e o denominador por Vp + Vs
(vo lum e inf i l t rado ) tem-se:
p ssa
p s ev v e p s
V VVE
V V V V V V V
EFICINCIA DE DISTRIBUI O (Ed):mede a gua arm azenada
na zon a radicular p ara uso no p rocesso de evapo transp irao,
em relao gua in f i l t rada, a qual d uma est im ativa das
perdas de gua por perco lao.
s
d
p s
VE
V V
-
7/28/2019 Avaliao de Sistemas de Irrigao
29/41
Assum indo que o s is tema de irri gao por asperso est
adequadamente projetado e operado , podem-se desprezar as
perdas de gua po r escoamento superf ic ial . Dessa form a, osegu nd o termo representa a ef icinc ia em potencial de
ap l icao.
EFICINCIA EM POTENCIAL DE APLICA O (Epa):mede a
gua in f i l t rada em relao gua der ivada parcela. Ocomplemento de Epa rep resen ta as perdas po r evaporao e
deriva pelo vento.
p s
pa
ev v s p
V VEV V V V
-
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Em termos de lm ina d e gua, a ef ic inc ia de ap licao pode
ser expressa da seguin te forma:
s m
am a
Y Y
E Y Y
Ys lm ina mdia de gua in fil tr ada na pro fu nd idade efet iva
das razes ;Ym lm in a mdia de gua in f il t rada;
Ya lm ina mdia de gua ap licada pelo s is tem a.
-
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Na rea com excesso de gua tem -seYs = Yre na rea com
dfic i t tem -seYs= Ydem queYda lm ina mdia in f il t rada na
rea de dfic it . Desprezando -s e o escoamen to superf ic ial e aevaporao na s uper fc ie do so lo duran te a ir r ig ao, Ympode
ser es tim ada pela lm ina co letada na su perfcie d o so lo
duran te o ensaio de dis tr ibu io.
Para determ in ao deYau til iza-se a segu in te expresso:
s aa
1 2
q TY 1000
E E
Ya lm in a mdia de gua apli cad a pe lo s is tem a, mm;
qs vazo do aspersor, m3/h ;
Ta tempo de ap l ic ao de gua, h ;
E1 espaamen to entre aspersores na lin ha lateral, m;
E2 - espaamento entr e laterais, m ;
-
7/28/2019 Avaliao de Sistemas de Irrigao
32/41
EFICINCIA DE ARMAZENAGEM (Es): a ef ic inc ia de
armazenagem pode ser expressa por:
s ss
r r
V YE
V Y
r CC aY z
CC um idade do solo na capacidade de campo , cm3cm-3;a um idade do so lo no mom ento da ir r igao, cm
3cm-3;
z profu nd idade efetiva do s istema radicu lar, mm .
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Consid ere os resu ltados da sobreposio das lm inas de
gua ap licadas por quatro asperso res , duran te 1 h deoperao, em espaamen to de 12 x 18 m , referen te ao
exemp lo 2. Send o a vazo d o asperso r 4,61m3/he a lm inamdia ap lic ada na superfc ie do so lo de 18,8 mm , determ inar
a efi c incia de ap lic ao e armazenagem para uma lm ina real
necessria de 17 mm . Supor que a gua qu e inf i ltr a no s o lo
em excesso lm ina real necessria perd ida por
perco lao. Na rea com dfic it , toda gua in fi l t rada
cons iderada armazenada para uso pelas p lantas.
EXEMPLO 3
s aa
1 2
q T 4,61.1Y 1000 1000 21,3 mm
E E 12.18
Lmina mdia aplicada pelo sistema de irrigao
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Lmina mdia armazenada para uso pelas plantas
16,9 21,8 22,0
14,9 20,8 21,8
16,6 20,4 23,0
17,6 21,3 23,8
21,6 16,6 15,3
19,9 17,4 11,8
20,1 15,8 12,9
22,4 18,1 17,6
s 16,9 14,9 16,6 17,0 17,0 ... 17,0 15,3 11,8 12,9 17,0Y 16,4 mm24
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pa
18,8E 100 88,26%
21,3 d
16,4E 100 87,23%
18,8
a
16,4E 100 76,99%
21,3 s
16,4E 100 96,47%
17,0
Observa-se que dos 21,3 mm de gua apl icado s pelo sis tema,
2,50 m (11,74%) consti turam perdas por evaporao e deri va
pelo vento (18,8 mm ating iram o so lo e inf i l t raram ). Destes,
16,4 mm perm aneceram na zona radicu lar (87,23%) e 2,4 mm
(11,27%) fo ram perd id os por perco lao. A sat is fao dasnecess id ades da cu ltu ra fo i 96,47%, is to , um dfic it de
3,53%.
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O grau de adequao da ir r igao refere-se frao da reaque recebe quan tidade su fici ente de gua para manter a
qual idade do pro du to e a pro du t ivid ade vegetal num nvel
econmico.
Em ou tras palav ras , a fr ao da rea ab ran g ida pelo s is tem ade irr igao que apresen ta confo rm idade s necess idades do
s is tem a de p roduo ag rco la.
Uma vez que essa defin io req uer a espec if ic ao da cu ltu ra,
so lo e cond ies de mercado , o g rau de adequao dai r r ig ao normalmen te def in ido em relao porcen tagem
da rea que recebe no mnim o a lm in a d e gua necessria
para s upr ir o dfic it hdr ic o .
GRAU DE ADEQUAO
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A avaliao do grau de adequao fei ta u ti lizando uma
d is tr ibu io de f requnc ias acumu ladas .
Irrigao sem dficit
Porcentagem da rea
0
Lminade
guacoletada
50 100
Yr
A l in ha pon ti lh ada refere-se lm ina lqu id a necessria para
supr ir o dfic it hdri co . Nesse caso , o g rau de adequao da
ir r ig ao 50%, um a vez que a metade da rea recebe no
mnim o a lm ina de gua necessria para supr ir o dfic it .
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A curv a d e d is tr ib u io de f reqnc ias cons truda a p art ir
das lm inas (ou vo lumes) de irr igao, co letadas duran te os
ensaios de dis tr ib u io de gua do s is tem a. Para determ inaro grau de adequao da ir ri gao, procede-se da segu in te
forma:
1. Disponha as lm inas d e gua em o rdem decresc ente;
2. Calcu le a f rao da rea que cada co leto r rep resen ta;
3. Calcu le a f rao da rea acumu lada (f reqnc ia
acumulada);
4. Faa o grfic o da frao da rea acumu lada v ersus lm in a
de irr igao;5. Determ in e a frao da rea que recebe no mnim o a lm in a
real necessria (grau de adequao).
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EXEMPLO 4
Cons id eremos o clc u lo do g rau de ad equao da i rr ig ao
por asperso, com o sis tema operando nas cond iesapresentadas no exemplo 2.
Resu ltados da so brepos io das lm inas de gua apl icadas
po r quatro asperso res, em espaamento de 12 x 18 m.
16,9 21,8 22,0
14,9 20,8 21,8
16,6 20,4 23,0
17,6 21,3 23,8
21,6 16,6 15,3
19,9 17,4 11,8
20,1 15,8 12,9
22,4 18,1 17,6
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No de ordem Lmina de irrigao (mm) Freqncia absoluta Freqncia acumulada
1 23,8 0,04167 0,04167
2 23,0 0,04167 0,08333
3 22,4 0,04167 0,12500
4 22,0 0,04167 0,166675 21,8 0,04167 0,20833
6 21,8 0,04167 0,25000
7 21,6 0,04167 0,29167
8 21,3 0,04167 0,33333
9 20,8 0,04167 0,37500
10 20,4 0,04167 0,41667
11 20,1 0,04167 0,4583312 19,9 0,04167 0,50000
13 18,1 0,04167 0,54167
14 17,6 0,04167 0,58333
15 17,6 0,04167 0,62500
16 17,4 0,04167 0,66667
17 16,9 0,04167 0,70833
18 16,6 0,04167 0,75000
19 16,6 0,04167 0,79167
20 15,8 0,04167 0,83333
21 15,3 0,04167 0,87500
22 14,9 0,04167 0,91667
23 12,9 0,04167 0,95833
24 11,8 0,04167 1,00000
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Frao da rea
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Lminade
irrigao(mm)
11
12
13
14
15
1617
18
19
20
21
22
23
24
25
GRAU DE ADEQUA O = 70,19%