FA 876 – Técnicas de Irrigaço Prof. Roberto

Faculdade de Engenharia Agrícola/UNICAMP

IRRIGAÇÃO POR ASPERSÃO

IntroduçãoA irrigação por aspersão começou a se desenvolver no início do século XX. No princípio,sua utilização restringia-se a irrigação de jardins ornamentais mas, com o tempo passou aser utilizada em pomares e nas plantações em geral. O que incentivou o desenvolvimentoda prática da irrigação por aspersão foi a necessidade de irrigar áreas que, por certosmotivos, não era possível a utilização da irrigação por inundação ou sulcos, como porexemplo: terrenos localizados em um nível mais elevado do que as fontes de água, encostasmuito inclinadas e áreas muito onduladas ou com grandes erosões.

O desenvolvimento do transporte de água por tubulações fabricadas com materiais comoferro, alumínio e materiais plásticos, incentivou a utilização da aspersão em todos os tiposde cultivos. O surgimento dos primeiros aspersores rotativos, entre 1914 nos EUA e 1922na Europa, foi outro grande incentivador da prática da irrigação por aspersão.

Com o passar do tempo, surgiram diversos métodos de aspersão, de acordo com ascondições e necessidades, como por exemplo: sistemas portáteis e semi-portáteis paratransporte manual ou mecanizado, sistemas fixos estacionários ou permanentes, por cimada folhagem ou por baixo da mesma, com diferentes níveis de pressão e vazão.

Figura 1 - Vista de um sistema de aspersão convencional.

São muitas as vantagens da utilização da aspersão, como por exemplo, a operação fácil ecômoda, a rápida adaptação dos operadores, adaptabilidade do sistema ás condiçõestopográficas e geométricas do terreno, possui alta eficiência de aplicação, assim como odomínio e o controle da mesma, sendo possível adequar a intensidade de aplicação a todosos tipos de solo.

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Por estes motivos, as áreas irrigadas por aspersão aumentam continuamente em todas aspartes do mundo. No Brasil a área irrigada por aspersão ultrapassa 1.000.000 ha.

Características do sistemaO conhecimento das vantagens e limitações da aspersão é importante na escolha eimplantação do sistema, e permite a utilização racional do sistema de irrigação escolhido.

Os sistemas de irrigação por aspersão apresentam as seguintes vantagens:• Dispensa a sistematização do terreno, proporcionando economia nos custos de

instalações e a utilização em diferentes topografias.• Permite uma flexibilidade na taxa de aplicação de água (precipitação), possibilitando

adaptá-la à capacidade de infiltração característica de cada solo, ou à fase dedesenvolvimento da cultura.

• Possui boa uniformidade de distribuição de água no terreno, o que aumenta aeficiência de aplicação.

• Apresenta menores perdas por evaporação e por infiltração, quando comparados aossistemas de irrigação por superfície, pois a água é transportada através de tubulações.

• Com o projeto e manejo adequados reduzem-se os riscos da erosão causada pelaaplicação excessiva de água, como ocorre nos casos de irrigação por superfície.

• Permite um melhor aproveitamento do terreno, dispensando a utilização de canais,sulcos ou o plantio em linhas.

• Possibilita uma importante economia de mão-de-obra se comparado aos métodos deirrigação por superfície. Essa economia torna-se mais evidente em sistemas fixos emecanizados.

• Serve para outras finalidades, tais como:⇒ Controle do micro-clima, protegendo a cultura contra geadas e também, através

de resfriamento evaporativo, em dias mais quentes.⇒ Aplicação de agroquímicos via água, permitindo tratamentos fitossanitários e

também a prática da fertirrigação.

Algumas das limitações do uso da aspersão são:• Possui um alto custo de investimento e operacional.• Sua eficiência de aplicação é afetada pela presença do vento. Ventos acima de 4 a5 m/s provocam uma irregularidade na distribuição da água pelos aspersores.• Pode favorecer o aparecimento de algumas doenças nas plantas, principalmentefungos. Isso pode ocorrer principalmente quando a aspersão é feita sobre a folhagemdas plantas.• O uso de aspersores de grande alcance em solos argilosos, quando trabalhandocom insuficiente pulverização (pressão inadequada), pode causar compactação dascamadas superficiais do solo.

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Componentes do sistema

AspersoresOs aspersores podem ser considerados como o principal componente do sistema deirrigação, pois são eles os responsáveis pela distribuição da água na superfície do terreno,através de um ou mais bocais, sob forma de precipitação. Normalmente um aspersor éconstituído de: braço oscilante, mola de controle, cabeçote, defletor, bocal e corpo (Figura2).

Figura 2 - Partes de um aspersor (Fonte: Aspersores Fabrimar).

Um espectro variado de critérios podem ser utilizadas na seleção do aspersor a serutilizado, entre elas temos a pressão de serviço, a vazão, alcance do jato, tamanho de gotas,ângulo de lançamento do jato de água, etc.

São conhecidos diversos tipos de aspersores, caracterizados pelos distintos princípios demovimento, são eles: torniquete, percussão (martelo), hélice, pêndulo e outros. Pode-seainda classificá-los em rotativos e estacionários com um, dois ou mais bocais. Os rotativossão os mais utilizados, e pode-se classificá-los em função do princípio do movimento derotação em:

a) Processo por torniquete: nesse processo o movimento de rotação é originado a partirda reação entre dois jatos horizontais de intensidade diferentes, ejetados em sentidosopostos por dois bocais instalados em um tubo também horizontal, apoiados aomeio em um eixo vertical. Funcionam a pressões de serviço que variam de 1,0 Kgf /cm2 a 5,0 Kgf / cm2 e seu alcance pode variar de 2,5 m a 25 m.

b) Processo por percussão: o princípio de rotação por percussão é hoje o maisdifundido, devido, entre outros motivos, a algumas das suas características comosimplicidade, durabilidade e facilidade de manejo. A mecânica deste princípio derotação baseia-se na força produzida pelo choque entre uma alavanca balanceada,que oscila apoiada em um eixo vertical próprio impulsionada pelo jato d’água, e um

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batente fundido no corpo do aspersor. A força dissipada neste batente faz então queo aspersor gire em torno do próprio eixo vertical, caracterizando o movimentorotativo (Figura 3).

Figura 3: Aspersor de percussão com dispositivo setorial (Fonte: Asbrasil).

Costuma-se, também, classificar os aspersores de acordo com o nível de pressão ótimo paraseu funcionamento em quatro grupos: pressão de serviço muito baixa, baixa, média easpersores gigantes (pressão de serviço alta).

a) Aspersores de “pressão de serviço muito baixa”: trabalham com pressão de serviçoentre 4 e 10mca, e possuem pequeno alcance. São geralmente estacionários ecompreendem todos os tipos especiais de aspersores como microaspersores easpersores de jardim. São mais comumente utilizados em pomares e jardins (Figura4).

Figura 4: Aspersor de jardim (Fonte: Aspersores Rainbird).

b) Aspersores com “pressão de serviço baixa”: trabalham com pressão de serviço entre10 e 20mca, com raio de ação entre 6 e 12m. São geralmente do tipo rotativo,

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movidos pelo impacto do braço oscilante (percussão) e usados, principalmente, parairrigação sob copas de pomares ou para pequenas áreas de cultivo(Figura 5).

Figura 5: Aspersor de baixa pressão com dois bocais (Fonte: Aspersores Fabrimar).

c) Aspersores com “pressão de serviço média”: trabalham com pressão de serviçoentre 20 e 40 mca, com raio de ação entre 12 e 36 m. Constituem os tipos maisusados nos projetos de irrigação por aspersão e se adaptam às características dequase todos os tipos de solo e cultura (Figura 6).

Figura 6: Aspersores de média pressão (Fonte: Aspersores Agropolo).

d) Aspersores gigantes ou canhão hidráulico: existem dois modelos de aspersores dotipo canhão, canhão de médio e de longo alcance. Os aspersores gigantes de médioalcance possuem um raio de alcance entre 30 e 60 m, trabalhando a uma pressãoentre 40 e 80mca. São usualmente utilizados para a irrigação de capineiras,pastagens, cercais, cana-de-açúcar e pomares. Os aspersores gigantes de longoalcance possuem um raio de alcance entre 40 e 80 m, trabalhando a uma pressão de

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serviço entre 50 e 100 mca. São mais utilizados em sistemas de autopropelido,montagem direta (Figura 7).

Figura 7: Canhão hidráulico de médio alcance (Fonte: Asbrasil).

Seleção do aspersor

Na hora da escolha do tipo de aspersor a ser utilizado no sistema de irrigação por aspersãodeve-se considerar alguns fatores como: cultura, tipo de solo, qualidade da água, manejo dairrigação, condições desejadas na aplicação da água (pressão, vazão, horários), mão-de-obra, cálculos econômicos entre outros. Por outro lado, deve-se considerar as característicasdo próprio aspersor como: eficiência de aplicação, coeficiente de uniformidade, intervalode pressão e vazão no qual trabalha, funcionamento em condições de vento, etc.

Na seleção dos aspersores deve-se utilizar as tabelas fornecidas pelos fabricantes. Estastabelas fornecem as características e especificações de cada modelo de aspersor, como porexemplo : o diâmetro dos bocais (mm), a pressão de serviço (mca), a vazão (m3/hora oulitro/hora), diâmetro de alcance (m), a precipitação(mm/hora), sendo estes valores deprecipitação específicos para cada variação na disposição dos aspersores, ou seja, de acordocom o espaçamento adotado.

Tabela 1 Tabela utilizada para seleção de aspersores (Fonte: Agropolo)CARACTERÍSTICAS ESPAÇAMENTO (m)

Diâmetrodos bocais

(mm)

Pressão(mca)

Raio(m)

Vazão(m3/h)

6 X 12 12 X 12 12 X 18 18 X 18 18 X 24

Intensidade de Aplicação (mm/h)15 14.31 0.95 13.19 6.60 4.40 2.93 2.2020 14.72 1.10 15.28 7.64 5.09 3.40 2.55

4.50 25 15.05 1.24 17.22 8.51 5.74 3.83 2.87X 30 15.32 1.36 18.89 9.44 6.30 4.20 3.15

3.20 35 15.56 1.47 -- 10.21 6.81 4.54 3.4040 15,76 1.57 -- 10.90 7.27 4.85 3.6345 15.95 1.67 -- 11.60 7.73 5.15 3.87

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AcessóriosPara a montagem do sistema no campo são necessárias peças e acessórios, responsáveispela acomodação da tubulação que conduz a água e sua elevação até os aspersores, emfunção das irregularidades do terreno. Os acessórios mais comuns para tubulações de PVCsão apresentados na Figura 8:

Figura 8: Acessórios para tubulações de PVC com engate rosqueável (Fonte: Tubulações Tigre )

A seguir são especificados individualmente alguns tipos de acessórios.

• Hidrantes

Figura 9: Hidrante para tubulações de alumínio (Fonte: Asperbrás).

• Curvas (30o, 45o, 60o, 90o)

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Figura 10: Curvas de alumínio (Fonte: Asperbras).

Figura 11: Curva niveladora de alumínio para laterais (Fonte: Asperbrás).

Figura 12: Curva niveladora de PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

• Tampão

Figura 13: Tampão final de PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

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• "Tes"

Figura 14: "Tê" em PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

Figura 15: "Tê"em alumínio (Fonte: Asperbrás).

• Redução

Figura 16: Redução em alumínio (Fonte: Asperbrás).

• Cotovelo

Figura 17: Cotovelo em PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

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• Válvula de derivação

Figura 18: Derivação para tubulação de alumínio (Fonte: Asperbrás).

Figura 19: Derivação para tubulação de PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

• Válvula de retenção

Figura 20: Válvula de retenção (Fonte: Asperbrás).

• Tubo de subida (elevação)

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Figura 21: Tubo de subida para tubulações de alumínio (Fonte: Asperbrás).

Figura 22: Saída para aspersor em PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

Figura 23: Saída para aspersor em PVC (Fonte: Swiss Irrigação).

• Outros acessórios: tripé, manômetro, cruzeta, niple, braçadeira, etc..

TubulaçõesSão responsáveis pela condução da água desde a moto bomba até os aspersores no campo.Existem vários tipos de tubulações feitas de diversos materiais, e podem ser divididas deacordo com a sua finalidade. As tubulações responsáveis pela condução da água até osistema de irrigação pode ser chamada de tubulações de recalque ou linha principal. Astubulações que conduzem a água da linha principal até os aspersores são chamadas delinhas secundárias ou linhas laterais. Os materiais dos quais podem ser feitas as tubulações

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para sistemas de aspersão são: alumínio, ferro fundido, aço zincado, cimento amianto,concreto e PVC rígido.

Estas tubulações, em geral, possuem um comprimento padrão de 6 metros, e o peso, apressão de serviço, e a espessura da parede variam com o diâmetro e o material de que sãoconstituídos. O acoplamento das canalizações são do tipo ponta e bolsa e podem serenquadradas em duas categorias: por vedação mecânica ou por pressão da água no anel deborracha. Esses acoplamentos além de facilidade na operação, devem possibilitar altaflexibilidade no alinhamento da canalização permitindo um perfeito ajuste às condiçõestopográficas e também possibilitando um drenagem rápida da água contida em seu interior,quando desligar-se a pressão, facilitando assim as mudanças de posição.

Conjunto moto-bombaO conjunto moto-bomba é responsável pela captação da água na fonte (sucção),impulsionando-a, sob pressão, pelo sistema até os aspersores. As fontes de energia quegeralmente são utilizadas na alimentação dos sistemas moto-bomba são a rede elétricaconvencional e também por motor a diesel. As bombas são responsáveis pela sucção erecalque da água sob pressão, proporcionando aos aspersores a pressão de serviço idealpara o seu funcionamento.

As bombas centrífugas de eixo horizontal predominam neste tipo de sistema, podendo serfixas ou estacionárias (Figura 23) ou móveis, montadas em carretas (Figura 24). As bombasdevem apresentar uma combinação de rotação, potência e vazão na qual seu funcionamentoapresente-se mais eficiente. A escolha do sistema moto-bomba correto é de fundamentalimportância para o funcionamento de todo o sistema de aspersão, devendo ser adequada àscondições mais comuns de funcionamento.

Figura 24: Conjunto estacionário moto-bomba com acionamento elétrico (Fonte: Asperbrás)

Tipos de sistemas de aspersãoExiste no mercado uma grande variedade de modelos de equipamentos para irrigação poraspersão que podem ser adaptados às mais diversas situações de funcionamento.

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Didaticamente pode-se classificá-las em três categorias:• sistemas portáteis e semi-portáteis;• sistemas permanentes;• sistemas tracionados;• sistemas mecanizados.

Sistema portátil e semi-portátilO sistema portátil de aspersão, também conhecido como sistema de aspersão convencional,são aqueles sistemas onde, tanto a tubulação principal, as linhas laterais e os aspersores sãomudados de local de funcionamento após cada irrigação (Figura 25). Este método é hoje omais utilizado no Brasil, devido ao baixo custo inicial, porém requer grande quantidade demão-de-obra no seu manejo. Dependendo do tamanho da tubulação e do número detrabalhadores, a movimentação da tubulação de uma posição para outra pode levar de vinteminutos a uma hora.

A vantagem da mobilidade do equipamento, permitindo a mudança do mesmo para outrasáreas, é especialmente importante em condições de irrigação suplementar, o quenormalmente significa um pequeno número de aplicações durante o ciclo da cultura. Ossistemas portáteis e semi-portáteis (Figura 26) exigem no seu manejo, grande quantidade demão-de-obra treinada, o que no Brasil, nem sempre está disponível principalmente no meiorural.

Figura 25 : Esquema de uma sistema portátil de aspersão

Manejo da tubulação

Os sistemas de irrigação convencionais ou portáteis, possuem a característica demovimentação das linhas laterais sobre a linha principal. Essa movimentação, dependendodo projeto, pode ser com uma ou duas linhas laterais movimentando-se ao longo da linha

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principal simultaneamente e na mesma direção ou sentido, ou então com duas ou maislinhas laterais com movimento alternado e rotativo sobre a linha principal.

As vantagens da movimentação alternada e rotativa são: diminuição da vazão e pressão deprojeto na motobomba, diminuição do diâmetro das tubulações em relação aos sistemas demovimentação simultânea para uma mesma precipitação desejada. Isto ocorre devido àvariação da pressão nas diversas posições, evitando-se o dimensionamento das tubulaçõespara a pressão e vazão máximas como ocorre no sistema simultâneo quando as linhaslaterais encontram-se na extremidade da linha lateral.

Figura 26: Esquema de um sistema semiportátil de aspersão

Sistemas permanentesNo sistema permanente de aspersão, o equipamento é suficiente para cobrir toda a área, semque haja a necessidade de mudanças de posição das tubulações, nem principal e nemlaterais. Os aspersores utilizados são, em geral, de tamanhos pequenos e médios. Ossistemas permanentes possuem baixo custo operacional, necessitam de menor quantidadede mão-de-obra do que os sistemas portáteis, eliminam a dificuldade de movimentação datubulação encontrada em muitas culturas, porém, necessitam de grande investimentoinicial. Este investimento inicial é parcialmente compensado pela redução da mão-de-obraempregada, assim como pela maior uniformidade na aplicação da água. Recomenda-se ouso dos sistemas permanentes em regiões onde a mão de obra seja escassa e/ou cara.

Existem diversas formas de manejo dos sistemas permanentes. São elas:1. Sistema permanente de aspersão funcionando simultaneamente em toda a área.2. Sistema permanente de aspersão funcionando em setores.

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3. Sistema permanente de aspersão funcionando em setores com aspersores alternadosnas laterais.

4. Sistema permanente de aspersão funcionando em setores com um aspersor somenteem cada lateral.

Sistemas TracionadosNeste tipo de sistema a movimentação de um ponto de operação para outro é feita por umtrator que pode também acionar o sistema de bombeamento. O tipo mais simples edifundido no Brasil recebe o nome de montagem direta.

Figura 27: Esquema de sistemas permanentes de aspersão

Montagem Direta

Este sistema é formado por um aspersor do tipo canhão hidráulico, mantido diretamentesobre a bomba hidráulica, ou acoplado ä mangueira de 6" de diâmetro e até 300 metros de

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comprimento, acionada por um motor de combustão interna. O conjunto pode serestacionado ao lado de um reservatório de água, captando-a por mangotes flexíveis.Este sistema é largamente usado para distribuir resíduos líquidos nos canaviais, conhecidoscomo vinhaça ou vinhoto.

Figura 28: Tomada de água de um sistema de montagem direta

As principais vantagens deste tipo de sistema são:

• Investimento inicial relativamente baixo, se as condições da propriedade permitiremque toda a área irrigada seja suprida por um bombeamento e tubulação de recalqueúnica;

• Utilização de pouca mão-de-obra para a operação do sistema;• Em solos argilosos, os canais não precisam de revestimento;• O sistema pode irrigar uma área próxima de 1,0 ha por posição de aspersão, devido ao

alcance do canhão hidráulico.

As limitações do sistema de aspersão tracionado são as seguintes:• A distribuição de água, nas posições de aspersão mais distantes do conjunto

motobomba, poderá não ser a ideal, visto que, em solos com declividade maior a 5 %, aextensão ganha ou perde pressão, conforme a posição de irrigação, seja no sentido dodeclive ou contra ele (Figura 29);

• Perda de área de plantio, que pode chegar a 5 % da área total, no caso de canais comespaçamento muito estreito;

• Consumo maior de energia em todo o sistema, pois canhões hidráulicos são aspersoresde alta pressão;

• Dificuldade na abertura de canais paralelos, principalmente se forem canais em terra, nocaso da topografia ser irregular;

• Há sempre a necessidade de se bombear um volume adicional de água para compensar aperda por infiltração que ocorre nos canais, principalmente se não forem revestidos.

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Figura 29: Esquema de um sistema de aspersão por montagem direta

Sistemas MecanizadosNeste sistema, os aspersores, além do movimento de rotação, deslocam-se ao longo doterreno, efetuando a irrigação. Existem três tipos deste sistema difundidos no Brasil:• Autopropelido convencional;• Autopropelido ou carretel enrolador;• Pivô-Central.

Autopropelido Convencional

São máquinas que irrigam faixas de terra longas e estreitas, utilizando somente umaspersor, que se movimenta automaticamente ao longo do campo, ligado ao sistema dedistribuição de água (Figura 30). É o autopropelido mais comum, e foi introduzido no paísem 1976/77.

O aspersor é montado sobre um veículo posicionado na extremidade da fixa de terra a serirrigada. O veículo, sobre rodas, está equipado para autopropulsão (capacidade demovimentar-se por seus próprios meios), através de movimentação hidráulica de umcarretel, localizado no próprio veículo, que enrola um cabo aço de comprimentoequivalente ao da faixa. O acionamento do carretel pode ser feito por pistão, turbina outorniquete hidráulico, dependendo do porte do autopropelido.

O sistema possui um dispositivo que interrompe automaticamente seu funcionamentoquando o veículo atinge uma das extremidades do campo, transferindo-o, depois, com oauxílio de um pequeno trator, para outra faixa a ser irrigada. O aspersor pode ser de portemédio, grande ou até um canhão hidráulico, trabalhando até 24 horas por dia.

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Figura 30: Sistema autopropelido.

As principais vantagens no uso deste tipo de sistema são:• Alta capacidade de irrigação;• Requer mão-de-obra reduzida para sua operação;• Pode irrigar em áreas de até 20 % de declividade;• Propicia uma irrigação quase uniforme em toda a área do plantio.

As limitações são:• Requer auxílio de um trator e o operador para o transporte do equipamento;• Devido à grande altura do jato de água, o sistema pode ter prejudicada a distribuição de

água na presença de fortes ventos;• A expectativa de vida útil da mangueira é relativamente curta;• Requer mais energia devido à pressão do jato.

Carretel enrolador

É um equipamento mais recente no Brasil, com início de fabricação em 1985. É umvariação mais atualizada do autopropelido convencional.

O equipamento irriga uma faixa de terra continuamente, através do rebocamento de umaspersor montado sobre um carrinho com três rodas, conectado na extremidade de umamangueira (Figura 31). Desta forma, a mangueira é enrolada automaticamente em umtambor montado sobre uma carreta que permanece fixa no corredor. O movimento derotação do tambor para o enrolamento da mangueira é feito através de um sistema decorrente e engrenagens que por sua vez são movimentadas por uma turbina hidráulica querecebe parte da água bombeada pelo conjunto motobomba.

As diferenças básicas entre este sistema e o autopropelido convencional são: émovimentado apenas o tubo de polietileno, conectado ao carrinho com aspersor; o chassiprincipal possui um tambor com possibilidade de girar com ângulo de até 360o para irrigar afaixa oposta (Figura 32).

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Figura 31: Carretel enrolador

Vantagens:• Este sistema dispensa o uso de cabos de aço na operação;• Irriga uma faixa com comprimentos grandes, de acordo com o comprimento e o

diâmetro do tubo de polietileno;• Dispensa o uso de carreadores para o deslocamento e enrolamento do carrinho com

aspersor;• O movimento de rotação de 360o permite mudar de uma faixa para outra sem transporte

do equipamento;• Pode ser operado 24 horas por dia;• Irriga áreas com declividade até 15 %, desde que a mangueira seja puxada

acompanhando a linha de nível, mesmo que seja em contorno;• Boa distribuição de água e uniformidade de irrigação.

Limitações:• Exige o apoio de um trator de média potência e operador para a mudança de área de

aplicação;• Trabalha com uma pressão de água na tomada de água, um pouco superior ao

autopropelido convencional;• Embora a mangueira seja de material diferente do autopropelido convencional, a

durabilidade deve ser estimada em, no máximo, 5 anos;• Exige um cuidado maior com o manejo, devido ao seu maior peso, para evitar

acidentes;• As demais limitações do autopropelido convencional são aplicáveis a este tipo de

sistema também.

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Figura 32: Esquema de um sistema de irrigação com carretel enrolador

Pivô Central

Consiste em uma linha de aspersores montada sobre armações metálicas com rodas (torres),tendo uma extremidade fixa em uma estrutura (pivô) e a outra movendo-se continuamenteem torno do pivô durante a aplicação da água.Por ser este sistema um sistema mais complexo de irrigação mecanizada, será dada umaênfase maior em sua descrição, para isso foi reservado todo um capítulo onde estãodetalhadamente descritos e exemplificados seus componentes e suas variações.

Figura 33: Esquema de um Pivô Central