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SISTEMA DE IRRIGAÇÃO LOCALIZADA ACIONADO POR ENERGIA EÓLICA

Por

Lindbergue Araujo Crisostomo

Fortaleza - Ceará Dezembro - 2003

Relatório de projeto de pesquisa apresentado à Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico – FUNCAP, como parte das exigências para concessão de auxílio no Programa de Pesquisa e Desenvolvimento elaborado por Lindbergue Araujo Crisostomo, Pesquisador da Embrapa Agroindústria Tropical.

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INTRODUÇÃO Com a recente crise energética, os programa de eletrificação rural foram contidos. Isto, de um modo geral, tem dificultado que pequenos produtores rurais tenham acesso a sistemas de produção agrícola que dependam da energia elétrica, como no caso da irrigação quer convencional ou localizada. Tendo isto em mente, necessário se faz a substituição parcial da energia convencional pela não convencional, na produção agrícola. De uma maneira geral, o manejo racional da irrigação tem importância fundamental em regiões como o Nordeste do Brasil onde os recursos hídricos e energéticos são limitados. Um das alternativas do setor, mais dependente de energia é o bombeamento da água, no qual podem ser empregados sistemas alternativos (Kollig et al.,2001). A utilização de qualquer forma de energia no meio rural, possibilita ao produtor obter, de forma decisiva, benefícios sociais e econômicos dificilmente conseguidos por quaisquer outras formas de investimentos infra-estruturais. Vale salientar, que o aumento da produtividade agrícola, de acordo com Siqueira et al. (2001), está diretamente relacionado com a mecanização acionada pela energia elétrica e/ou por combustíveis fósseis. O Nordeste, segundo Mialhe (1980), apresenta grande potencial para aproveitamento da energia eólica isto, quando comparado com outras regiões do globo. Salienta-se que este manancial tem sido pouco aproveitado de um lado pela política de desenvolvimento e, por outro, pelo fator econômico (Hirta et al.,1987). A utilização racional da energia eólica, consubstanciada à preservação ambiental, certamente serviria de mola propulsora à otimização do sistema produtivo agropecuário, em particular, ao seguimento dos pequenos produtores e/ou das pequenas comunidades produtoras de frutas e hortaliças que estão baseadas na utilização de um sistema de baixo custo e não poluente. Para Andrade (1990) o incremento da agricultura irrigada necessita do incremento de sistemas de irrigação simples, de baixo custo de aquisição e de baixo ou nenhum uso de energia convencional e que possam ser individualmente comercializados. O funcionamento de sistemas de irrigação localizada de baixa pressão de serviço permite a utilização de fontes energéticas alternativas que pela utilização de estruturas simples (cataventos, tanques para armazenamento da água com pressão suficiente para acionamento dos emissores (Santos et al., 1996). Segundo Medeiros et al. (1986) o sistema convencional de bombeamento é composto de um rotor de múltiplas pás e uma bomba alternativa acoplada por varilha que serve de elemento de transmissão da energia mecânica. Tal sistema é bastante utilizado no Nordeste e apresenta as seguintes vantagens como sejam: simplicidade de construção, alta eficiência de bombeamento, baixo custo de manutenção. OBJETIVO Implantação de sistemas de irrigação localizada integrados a catavento hidráulico do tipo convencional, avaliando custos e benefícios de sua adoção na região Nordeste.


MATERIAL E MÉTODOS O trabalho está em desenvolvimento no Campo Experimental de Pacajus – Embrapa Agroindústria Tropical, de coordenadas geográficas: latitude 4°10’S, longitude 38° 27’ W e altitude 60 m. O solo e clima do local foram classificados como Argissolo Vermelho amarelo distrófico de textura arenosa (EMBRAPA,2000) e Bw pela classificação de Köppen, respectivamente. O conjunto alimentador do sistema de irrigação foi constituído de um catavento do tipo convencional, com 18 pás, torre com 10 m de altura e bomba de pistão aspiro-premente e capacidade nominal de 1,8 m3 h-1 e uma caixa d’água em fibra com capacidade de 2 m3 instalada a 6,5 m de altura, que funcionou como estabilizadora do fluxo de água bombeada do poço (Fig.1). A água pressurizada passou através de um cabeçal de controle constituído de um injetor de fertilizantes descrito por Santos et al. (1996) e por um filtro de discos com vazão de 15 m3 h-1 (Fig. 2 ) seguindo por tubulação de PVC com diâmetro interno de 50 mm - linha principal. As linhas de derivação (Fig. 3) também foram construídas em tubos de PVC din. 50 mm objetivando a redução na perda de carga. As linhas laterais nas quais foram instalados os emissores foram construídas em tubos de polietileno din.20 mm e de cor preta para evitar o desenvolvimento de algas, evitando, com isto, o entupimento dos emissores. O volume de água bombeado diariamente foi mensurado através de hidrômetro instalado na tubulação de elevação entre o catavento e o reservatório elevado (caixa d’água).

Figura 1 - Conjunto catavento caixa d’água


Figura 2 - Conjunto filtro (A) injetor de fertilizante (B) Culturas implantadas � Feijão de corda cultivado no espaçamento de 1,0 x 0,4 m, irrigado por gotejamento

(Área 1, Fig.3) � Melão cantaloupe, cultivado no espaçamento de 2,0 x 0,4 m e irrigado por

gotejamento (Área 2, Fig.3) e segundo cultivo de melão; � Pomar de frutíferas (graviola, laranja Russas e limão Taiti) implantado no

espaçamento de 6 x 6 m e irrigado por microaspersão (Área 3, Fig. 3) e aproveitamento parcial da área molhada com abóbora (jerimum);

� Milho e feijão, áreas 1 e 2 ,a partir de novembro de 2003.

B

A


Figura 3 - Desenho esquemático do sistema de irrigação e culturas implantadas - Área 1- feijão, Área 2 - melão, Área 3 - graviola, laranja Russas, limão Taití

A avaliação do sistema de irrigação no campo foi realizada utilizando-se o

método proposto por KELLER & KARMELI (1974), no qual as vazões são medidas em

quatro pontos ao longo da linha lateral (primeiro emissor, emissores a 1/3 e 2/3 do

comprimento da linha e último emissor). As linhas laterais são selecionadas da mesma

forma (primeira, 1/3, 2/3 e última linha). O coeficiente de uniformidade de distribuição

(CUD) ou uniformidade de emissão (UE) foi então calculado pela expressão:

UEqt

qCUD =×= 100%25

em que:

CUD - uniformidade de distribuição, em %;

%25q - média dos 25% do total de valores coletados, menores valores, em L

h-1;

tq - média de todos os valores coletados, em L h-1.

Considerando uma perda da água aplicada, por percolação profunda, de

10%, a eficiência de aplicação (Ea) foi obtida através da seguinte equação:

30 m

42 m

29 m

9,0

m

��

��

��

��

��

Mel

ão,

feijã

o, M

ilho

Got

ejad

or 0

.50m

Aba

caxi

orna

men

tal

Got

eja

dor

0.4

0m

50 m

500 m²

2191m²

73 m

3240 m²

90 m

Área 1

Área 2

Área 3


1009,0 xCUD

Ea =

Variáveis avaliadas: � Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e do sistema de

irrigação (Tabela 1); � Velocidade mínima do vento necessária ao início e parada de funcionamento do

rotor; � Volume de água bombeado em cada 24 horas no período de agosto à novembro

(Tabela 2); � Coeficiente de Uniformidade e Distribuição de água (CUD) nas linhas com

gotejadores e microaspersores; � Produção de feijão (verde e seco), abóbora (jerimum), melão (Tabela 3), no período

de agosto a novembro de 2003; � Evaporação diária do tanque classe “A” (Tabela 2).

Figura 4. Gravioleira irrigada por microaspersão


Figura 5. Meloeiro irrigado por gotejamento

Figura 6. (B) estudantes e professores de Escola Pública de Pacajus por ocasião de dia de campo e (A)Terreno cultivado com feijão e irrigado por gotejamento

A

B


Tabela 1. Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e do sistema de irrigação

Item Descrição Unid Quant

Valor R$ Unit Total

01 Catavento Um 01 3.700,00 3.700,00 02 Tubo de PVC azul, Din 50 mm, vara com 6 m Vara 15 16,00 240,00 03 Tubo PEBD Din. 20 mm Metro 3.480 0,85 2.958,00 04 Registro de globo Din.50 mm Um 13 19,00 247,00 05 Registro de globo, din. 20 mm com adaptador Um 15 8,10 121,50 06 Curva 90° din. 50 mm Uma 02 9,80 19,60 07 Tê em PVC azul Din. 50 mm Um 04 5,40 21,60 08 CAP em PVC Din. 50 mm Um 10 2,80 280,00 09 Conector com chula p/tubo PEBD 20 mm Um 40 2,9 116,00 10 Gotejador Katif, vazão 2,3 L/hora Um 7350 0,35 2.572,50 11 Microaspersor Dan 2001, vazão 51 L/hora, c/

microtubo , haste, bailarina com redutor de raio Um 90 4,60 414,00

12 Tubo em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m Vara 04 43,00 172,00 13 Joelho em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m Um 08 7,80 62,40 14 Luva em PVC roscável Din.1 ½” vara c/ 6 m Um 04 5,00 20,00 15 Luva em aço galvanizado Din.1 ½” vara c/ 6 m Um 04 6,00 24,00 16 Conectores para tubo PEBD Din 20 mm Um 30 0,65 19,50 17 Tê PVC roscável, Din.1 ½” vara c/ 6 m Um 02 5,60 11,20 18 Mangueira plática Din ½” Metro 03 090 2,70 19 Fita veda rosca 8 x 25 Rolo 10 1,65 16,50 20 Adesivo para tubo de PVC Tubo 10 1,65 16,50 21 CAP PVC esgoto Din 150 mm Um 02 22,50 45,00 22 Tubo PVC esgoto Din. 150 mm Metro 01 3,00 3,00 23 Conexões diversas* Verba 74,50 24 Caixa d’água 2.000 L Uma 01 500,00 500,00 25 Torre para caixa d’água Uma 01 1.500,00 1500,00 27 Mão-de-obra para instalação do sistema de

irrigação H/D 20 15,00 300,00

28 Sementes e mudas, graviola, limão taití, laranja russas, melão amarelo, feijão

Verba Embrapa 420,00

29 Fertilizantes, corretivos e defensivos Verba 1.250,00 29 TOTAL 15.497,00

* valor pago pelo pesquisador


RESULTADOS E DISCUSSÃO : Custos com a instalação do conjunto catavento/reservatório e do sistema de irrigação. Para a implantação do projeto a FUNCAP alocou a quantia de R$9.900,00 enquanto o custo total foi de R$15.497,00 (Tabela 1) sendo a diferença coberta pela Embrapa, como contrapartida. Tal custo poderá ser minimizado pela utilização do sistema xique-xique em lugar de gotejadores e microaspersores autocompensantes de vazão. Vale salientar que a distribuição de água pelo uso do sistema xique-xique apresenta pouca uniformidade, porém é possível de ser usado se tomados os cuidados necessários na perfuração dos tubos de polietileno. Se utilizada a alternativa acima, os custos serão diminuídos em R$2.986,50. Os custos poderiam ainda ser minimizados pela utilização de torre da caixa d’água em toras de madeira (carnaúba) de menor altura. Estas alternativas deverão ser convenientemente avaliadas. Excluindo o conjunto catavento/reservatório, os custos com a instalação da tubulação de distribuição de água independe do sistema de acionamento da bomba. Levando-se em conta o volume diário médio de água bombeado, a utilização de uma conjunto eletrobomba de 1.0 CV monofásica, seria suficiente para atender a área especificada no projeto. Contudo, deve ser levada em consideração a necessidade da existência de rede elétrica e, ainda, ao pagamento mensal da conta de energia. Qualquer que seja o sistema de acionamento da bomba, pequenos agricultores descapitalizados não podem arcar com as despesas com a implantação de qualquer sistema de irrigação. Em vista disto, necessário se faz que programas governamentais (federal, estadual ou municipal) passem a financiar, em prazo de pelo menos cinco anos, sistemas de irrigação que propiciem a utilização da terra no período seco, com o intuito de manter o homem no campo em condições dignas, evitando com isto a migração para os centros urbanos. Tal migração, de um modo geral, marginaliza o homem pela sua desqualificação profissional, levando-o quase sempre ao desemprego e, quando muito, ao subemprego. Objetivando diminuir os custos de implantação do sistema de irrigação, emissores como xique-xique, fita gotejadora e outros serão testados em duas diferentes pressões (6 e 2) MCA Velocidade mínima do vento necessária ao início e parada de funcionamento do rotor. O bombeamento da água por catavento somente é possível quando se tem vento com velocidade suficiente para vencer a inércia do rotor e a capacidade de bombeamento está relacionada com o diâmetro do rotor, altura da torre, profundidade do poço e altura do reservatório acumulador de água. Assim sendo, antes da instalação de qualquer catavento devem-se avaliar todos esses fatores e ainda, a capacidade do reservatório, que deve ser suficiente para armazenar o excedente bombeado. Quando do desenvolvimento desta pesquisa avaliaram-se as velocidades do vento, a 2 metros de altura, utilizando-se anemômetro portátil, e posteriormente convertidas para


10 metro de altura, capazes de iniciar o movimento e parada do rotor, que foram 2,5 e 2,1 m s-1, respectivamente. Volume de água bombeado em cada 24 horas e lâmina evaporada do tanque Classe “A” no período de agosto a novembro Tabela 2. Volume médio de água bombeado em cada 24 horas e lâmina média diária

evaporada no período de agosto a novembro de 2003 Mês Volume médio bombeado

(m3) Lâmina média evaporada

(mm) Agosto 10,4 8,3 Setembro 15,0 9,5 Outubro 16,5 9,9 Novembro 14,3 9,9 A partir dos resultados contidos na Tabela 2 observa-se que a quantidade de água bombeada mensalmente, foi crescente no período de 01/08/03 a 30/11/03. Quando da análise dos resultados de velocidade horária média do vento a 10 m de altura, divulgados pela FUNCEME, via Internet, verifica-se que o número de horas de vento com velocidade suficiente para movimentar o rotor (Vu), foi também crescente a partir de agosto, revelando desta maneira, estreita relação entre número de horas de vento (Vu)com o volume de água bombeado. Foi observado ainda, que o volume de água evaporado foi crescente com o número de horas de vento acima da necessária para movimentar o rotor do catavento. Coeficiente de Uniformidade e Distribuição de água (CUD) nas linhas com gotejadores e microaspersores Os dados referentes ao coeficiente de uniformidade (CUD) e eficiência de aplicação (Ea) para o feijão, melão e fruteiras encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3 . Coeficiente de uniformidade (CUD) e eficiência de aplicação (Ea) para as

diferentes culturas instaladas no experimento. CUD (%) Ea (%) Feijão 72,40 65 Fruteiras 94,30 85 Melão 78,50 71

Verifica-se que no caso das fruteiras, irrigadas por microaspersão, o CUD foi de 94,30, considerado excelente segundo a classificação da uniformidade de emissão proposta por MERRIAN & KELLER (1978). Já as culturas do feijão e melão, irrigadas por gotejamento, apresentaram uniformidade satisfatória, segundo a mesma classificação, com valores de 72,40 e 78,50, respectivamente. Quanto à eficiência de aplicação (Ea), percebe-se que, com exceção das fruteiras, os valores situaram-se abaixo daqueles esperados para um sistema de irrigação localizado.


Produtos agrícolas colhidos no período Culturas perenes – Não foram colhidos os frutos das culturas perenes (graviola, limão e laranja) tendo em vista que as plantas estão apenas com seis meses de idade e as colheitas deverão ocorrer a partir do terceiro ano de transplante das mudas. Tabela 4 Produção das culturas anuais – feijão verde, feijão grãos, jerimum e melão

colhida no período de agosto a novembro de 2003 Cultura kg Valor R$ * Feijão verde 54 108,00 Feijão grãos 15,3 24,50 Melão - frutos comerciais 3.549 1.774,50 Melão - refugo 888 0 Abóbora (jerimum) 141,4 70,70 Total 1.977,70 *Valor de venda ao nível do produtor A quantidade de água bombeada diariamente é função da velocidade do vento, da localização do catavento, da altura da torre, do diâmetro do rotor e da capacidade da bomba, principalmente. Considerando-se o equipamento utilizado neste trabalho e o volume diário de água captado, a área possível de ser cultivada varia com as exigências hídricas da espécie vegetal e da evapotranspiração que foi estimada pela evaporação diária do tanque classe “A”, conforme Tabela 5. Tabela 5. Áreas de cultivo possíveis considerando-se a oferta de água de 14m3 dia-1 Cultura Esp.(m) N° pl. ha-1 L pl-1dia-1

Ev. 10 mm L pl-1dia-1 Ev. 6 mm

Área max. (ha) Ev.10 mm

Área max. (ha) Ev. 6 mm

Caju 7 x 7 204 150 100 0,46 0,68 Citros 6 x 6 277 115 80 0,44 0,63 Feijão 1 x 0,4 25.000 3 2 0,19 0,28 Graviola 6 x 6 277 115 80 0,44 0,63 Mamão 3 x 2 1.666 36 25 0,23 0,34 Melancia 2 x 0,5 10.000 6 4 0,23 0,35 Melão 2 x 0,4 12.500 6 4 1,19 0,28 Milho 1 x 0,4 25.000 3 2 0,19 0,28 CONCLUSÃO A viabilidade da utilização da energia eólica, para irrigação de pequenas glebas, deverá ser avaliada em pelo menos mais um ano de cultivo. Testes de outros emissores de baixo valor de aquisição deverão ser realizados objetivando a redução dos custos.


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANDRADE, D. V. de Avaliação hidráulica de tubos flexíveis de polietileno perfurados a laser utilizados na irrigação. 147f. Dissertação (Mestrado) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1990. EMBRAPA- Centro Nacional de Agroindústria Tropical. Boletim Agroclimatológico: Pacajus 1999. Fortaleza: EMBRAPA/CNPAT/FUNCEME, 2000 21P. (EMBRAPA/CNPAT. Boletim Agrometeorológico, 2). HIRTA, M. H.; ABREU, F. C. M. P. Sistemas ventos: um procedimento para especificação de sistemas eólicos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENERGIA, 4., Anais...Rio de Janeiro, 1987. p. 226 – 236.

KELLER, J.; KARMELI, D. Trickle irrigation design. Glendora: Rain Bird Sprinkler, 1974. 133 p. KOLLING, E. M.; SAOUZA, S. N. M. de; ZANIN, A.; SIQUEIRA, J. A. C. Análise da capacidade e viabilidade econômica de sistemas alternativos de bombeamento de água, visando abastecimento de gado leiteiro. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 26., Anais... Foz do Iguaçu2001. P. 16. MEDEIROS, A. L. R.; CIRILO, J. A.; CABRAL, J. J. S. P.; ACCIOLY FILHO, J. L. Utilização de energia eólica para irrigação de pequenas áreas do Nordeste. In: COGRESSO BRASILEIRO DE IRRIGAÇÃO E DRENAGEM, 7., Anais... Brasília, 1997. p. 949 – 967. MERRIAN, J.L; KELLER, J. Farm irrigation system evaluation: A guide for management. Logan: Agricultural and Irrigation Engineering Department, Utah State University, 1978, 217p. MIALHE , L. G. Máquinas motoras na agricultura. São Paulo: EDUSP, 2v.,1980. SANTOS, F. J. de S.; MIRANDA, F. R.; OLIVEIRA, V. H. de; SAUNDERS, L. C. U. Irrigação localizada: microirrigação. Fortaleza: EMBRAPA-CNPAT, 1996. 48p. (EMBRAP-CNPAT. Documentos, 23). SIQUEIRA, J. A. C.; NOGUEIRA, C. E. C.; OLIVEIRA, C. E. L. URIBE-OPAZO, M. A.; LOBO, J. W.; KOLLING, E. M. Avaliação do consumo de energia associado ao processo produtivo em propriedades agrícolas no estado do Paraná. In: COGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 26., Anais... Foz do Iguaçu, p. 15, 2001.


EQUIPE DE PESQUISADORES Lindbergue Araujo Crisostomo - Engº Agrº., Ph.D. Francisco José de Seixas Santos - Engº Agrº., M. Sc. Afrânio Arley Teles Montenegro - Engº Agrº., M. Sc. Rubens Sonzol Gondim - Engº Agrº., M. Sc.

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