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Faculdade de Engenharia Agrícola Irrigação: Técnicas, Usos e Impactos

Prof. Dr. Roberto Testezlaf 1

IRRIGAÇÃO POR PIVÔ CENTRAL

IntroduçãoNum passado não muito distante, irrigação era sinônimo de trabalho humano intenso.Desde a pré-história o homem vem desviando ribeirões para irrigar suas plantações, o queenvolve a construção de canais, represas e diques. Nos tempos modernos, vieram ossistemas de irrigação convencionais por sulco, que também envolviam quantidadeselevadas de tempo e energia, seja para levar a água até o campo ou para abrir novas áreas efechar as linhas que não necessitavam de mais água, sem contar na constante preocupaçãocom erosão.

O desenvolvimento de sifões nos anos 40 estimulou a substituição nos sistemas de irrigaçãopor sulcos, porém o manejo de conjuntos de tubulações rígidas era um tanto incômodo epouco prática. Mais recentemente, o desenvolvimento de tubulações de engate rápidopromoveu uma redução significativa no trabalho que envolvia o manejo do sistema.

A tecnologia de irrigação por aspersão veio sendo criada desde a II Guerra Mundial, com ainvenção dos aspersores rotativos e da disponibilidade de tubos de alumínio, razoavelmentebaratos. Nos primeiros sistemas, os tubos de alumínio eram conectados e os aspersoreseram mantidos acima da cultura por tubos de elevação. Mas esse sistema ainda exigiagrande demanda de trabalho, pois após a aplicação da água em uma linha, esta tinha que serdesmontada, movida e remontada na próxima linha a irrigar. Algumas mudanças foramfeitas para melhorar o sistema, como bombear a água por uma linha principal onde eramconectadas tubulações formando linhas laterais que podiam ser desconectadas, movidas eremontadas mais adiante. A vantagem deste sistema é que o transporte da tubulação podeser feita por uma carreta e um trator, reduzindo ainda mais a demanda de mão-de-obra.

Entretanto, por volta de 1950, aparece no Estado de Nebrasca (EUA) o primeiro sistema depivô central, inventado por Frank Zybach. Este sistema foi patenteado em 1952 e suaprodução em série começou um ano depois. (Figura 1).

O sistema de pivô-central permitiu a automação de todo o processo. Os primeiros sistemasforam projetados para ajustar-se ao terreno devido à capacidade da tubulação de fletir entreas torres. O desenvolvimento de juntas flexíveis, colocadas em cada torre, permitiu aosistema adequar-se melhor a várias condições de terreno. Sistemas que controlavamautomaticamente a aplicação de água, através de válvulas programadas eletronicamente,foram instalados no leste do Colorado no fim dos anos sessenta.

Outras vantagens desse sistema foram sendo descobertas, como: a possibilidade deaplicação da lâmina d’água lenta e freqüentemente, na intensidade de aplicação desejada, oque representa uma grande vantagem quando se pensa em solos arenosos ou mesmoargilosos; e a pequena demanda de mão-de-obra na operação do sistema. Porém algumasdificuldades também foram aparecendo, como: o alto custo de implantação do sistema; e ofato de o sistema cobrir áreas circulares, deixando sempre vértices ou cantos entre os pivôssem cobertura.



Figura 1: Imagem aérea de propriedades que utilizam pivô central.

No Brasil, cujo modelo econômico sempre baseou-se na exportação de matérias-primas eimportação de tecnologias, somente na década de 80 houve um aumento significativo naárea irrigada por sistemas de pivô-central. O melhor exemplo para este caso é o domunicípio de Guaíra - SP, que contava, na safra 80/81, com menos de 20 equipamentos e,na safra 90/91, apresentava em torno de 205 pivôs. OLITTA (1990) confirmou estecrescimento através de dados da ABIMAQ/SINDIMAQ, mostrando que, entre 1982 e 1989,foram comercializados no Brasil, em torno de 3000 pivôs.

A fácil aceitação e a alta demanda do mercado, por essa técnica fizeram com que a maioriados fabricantes nacionais de equipamentos de irrigação adquirisse no exterior, sobretudonos EUA, projetos completos desse equipamento. Desta forma, o sistema de pivô-central éum dos métodos de irrigação automatizado mais utilizado na atualidade em todo o mundo.A descrição de todo o sistema, assim como as principais características dos principaissistemas de pivô-central serão abordados na presente publicação.

Descrição do sistema

A Figura 2 apresenta um esquema da instalação em campo de um sistema de pivô central,enquanto que a Figura 3 mostra um esquema de da vista lateral deste sistema, salientandoas suas principais partes.

As seguintes partes deste sistema serão caracterizadas adiante: torre central, caixa decontrole, anel coletor, tubulação de distribuição, torres móveis, conjunto moto-redutor,junta flexível, lance final em balanço e canhão final.



Figura 2: Esquema da instalação de um pivô central em campo.

Figura 3: Esquema de uma vista lateral de um pivô central.

Pivô Central ou Torre Central FixaA torre central fixa está localizada no centro da área circular irrigada e é onde toda estruturamóvel está ancorada. Sua forma é piramidal de base quadrada, sendo a sua estruturaconstruída normalmente de aço zincado (Figura 4).

Esta estrutura é submetida a esforços consideráveis no momento em que a lateral executa omovimento circular juntamente com o bombeamento da água através da tubulação.Portanto, é necessário que a torre central seja instalada sobre uma base de concreto armado.A área desta base de concreto armado é de aproximadamente 3,0 x 3,0 m e o volume dobloco de 9,0 m2 se a lateral é somente concretada à parte superior da torre.



Figura 4: Torre central fixa.

Caixa de ControleÉ onde está localizado o comando central elétrico do sistema. Está montada na torre central,sendo construído em armário à prova de variações climáticas. Através de controleselétricos, mecânicos ou eletrônicos aí dispostos, é possível controlar o avanço e retrocessodo pivô, o tempo necessário para completar uma volta, injeção de fertilizantes e o sistemamoto-bomba (Figura 5). A caixa ou painel de controle contem: chave geral, que permiteligar e desligar a conexão elétrica, a chave de partida, que possibilita ligar o pivô parafrente ou em reversão, voltímetro , horímetro, e o relê percentual, que determina avelocidade do sistema.

Anel ColetorÉ o sistema utilizado para transferir a energia elétrica do pivô para as unidades propulsoras.Existem basicamente dois sistemas distintos de anéis coletores, um onde o cabo elétrico dealimentação passa externamente à tubulação do pivô sem interferir no fluxo de água e outroonde este cabo passa internamente à tubulação (Figura 5).

Tubulação de DistribuiçãoA tubulação ou linha lateral dotada de aspersores ou “sprays” é constituída geralmente portubos de aço zincado sendo os diâmetros mais utilizados de 6.5/6” e 8” (Figura 6). Estalinha mantêm-se suspensas através de um sistema de torres e suportadas por treliças etirantes. Geralmente a altura livre sob a estrutura é igual a 2,70 m para culturas normais ou3,70 m para culturas de porte elevado (por ex.: cana de açúcar). Os aspersores sãoinstalados na tubulação de distribuição espaçados geralmente de distâncias múltiplas de 3,2m.

Torres Móveis (unidades propulsoras)As torres móveis sustentam todo o conjunto de tubulações de distribuição com seusaspersores. Elas estão distanciadas um das outras de 24,4 m a 72,2 m (em média 38,5 m),



ao longo da linha lateral. São equipadas com pneus tipo trator de banda de rodagem larga(Figura 7).

Figura 5: Torre central, caixa de controle, anel coletor superior com cabos passando internamente àtubulação.

Figura 6: Tubulação de distribuição sendo montada no campo.

Conjunto Moto-RedutorCada torre é equipada com um motoredutor, constituído de motor elétrico blindado compotências de ½, ¾, 1 ou 1 ½ CV, 480 V, e moto-redutor com engrenagens para serviçopesado (Figura 8). O torque é transmitido aos redutores de rosca sem fim das rodas atravésde eixos cardãs (Figura 9).



Figura 7: Torre móvel com detalhes da transmissão de movimento por eixo cardã.

Figura 8: Detalhe do moto-redutor em vista aberta.

Junta FlexívelA união entre dois lances de torres é feita através de uma junta flexível articulada quepermite movimentos em qualquer direção e que não transmite esforços à torressubsequentes, esforços esses mostrados pelas setas na Figura 10.

Lance Final em BalançoApós a última torre, a tubulação do pivô é prolongada pelo lance em balanço, cujo objetivoé aumentar a área irrigada (Figura 11).



Figura 9: Vista do sistema de moto-redução das torres.

Figura 10: Vista da junta flexível e dos tipos de esforços a que é submetida com o movimento dastorres.

Figura 11: Lance final em balanço e o canhão final.



Canhão FinalCom o objetivo de incrementar a área irrigada no anel externo do pivô é instalado, no finaldo lace em balanço, um canhão hidráulico com dispositivo setorial (Figura 11). Para ossistemas de baixa pressão é necessário a utilização de uma bomba “booster” para elevar apressão do sistema.

Operação do SistemaO abastecimento de água é realizado através de uma adutora de conexão entre a fonte deágua e a unidade do pivô. Esta adutora é composta de uma moto-bomba com seusacessórios e uma tubulação de adução com diâmetro dimensionado de acordo com a vazão,comprimento da linha, perda de carga por atrito e pressão de serviço. A tubulação deadução pode ser constituída de vários materiais como: aço zincado, fibrocimento, ferrofundido, PVC, etc. A moto-bomba deverá ter o acionamento mais conveniente ao irrigante(diesel, elétrico, etc.). A propulsão do pivô central é geralmente elétrica, operando a umatensão especial de 480V (ou 440V), trifásico, 60 Hz, o que torna sempre necessário aaquisição de um transformador.

A velocidade de rotação de cada torre e do avanço da linha de distribuição é determinadapela velocidade da torre externa, que é regulada na caixa central de controles. A velocidadeé determinada pelo relê percentual, cujos valores percentuais indicam a relação de tempoentre a energização do motor da última torre e a desenergização do mesmo. Por exemploum valor de 50% no relê percentual indica que a última torre se movimentará por umperíodo de tempo (30 segundos, por exemplo), cujo valor depende do fabricante e ficaráparada pelo mesmo espaço de tempo. A velocidade e o perfeito alinhamento das demaistorres são comandados pelas caixas de controles individuais existente em cada torre (Figura12), que possuem micro-interruptores de alta sensibilidade (Figura 13). Portanto, omovimento da última torre desencadeia uma reação de avanço em cadeia, a começar dasegunda torre a partir do anel externo do pivô, progredindo para o centro. Se o sistema dealinhamento falha e alguma unidade desalinha excessivamente, um dispositivo desegurança é acionado e o sistema para automaticamente.

Figura 12: Caixa de controle individual de cada torre.



Figura 13: Vista de micro-interruptores utilizados nas caixas de controle,

Características e tipos de sistemaA água é aplicada ao solo a uma baixa taxa de aplicação perto do pivô (centro), tornando-seprogressivamente alta quando caminhamos para a extremidade externa. As taxas deaplicação variam ao longo da linha lateral, porque o intervalo de tempo que a água éaplicada por unidade de comprimento da lateral diminui ao longo do pivô para o anelexterno.

Como no anel externo do pivô a velocidade de deslocamento das torres aumenta mantendoconstante a velocidade angular, o tempo de aplicação diminui nesta área, e para que sejamantida a mesma lâmina bruta aplicada ao longo de toda a área, deve-se aumentar a taxa deaplicação neste anel (Figura 14).

Na parte interna do pivô a velocidade das torres é menor, o que ocasiona uma diminuiçãodo tempo de aplicação, portanto para manter a lâmina bruta aplicada constante a taxa deaplicação deve diminuir.

O tipo dos aspersores, os seus espaçamentos laterais, o diâmetro molhado de cada um, afetaa taxa de aplicação ao longo da linha lateral. Existem três variações comuns nos tipos deaspersores e arranjos ao longo da lateral que podem uniformizar a distribuição da água.

Sistema com Espaçamento ConstanteAspersores são espaçados de modo uniforme ao longo da lateral, aumentandogradativamente o tamanho dos aspersores ou dos diâmetros dos bocais em direção àextremidade externa do pivô. A pressão de serviço recomendada para estes sistemas variade 4,0 Kg/cm2 a 7,0 Kg/cm2.

Sistemas de Espaçamento VariadoAspersores menores, de baixa ou média pressão, são espaçados com redução progressiva dopivô para a extremidade externa. A pressão de serviço recomendada para esse caso é de 3,0Kg/cm2 a 5,0 Kg/cm2.



Sistemas de Sprays ou Baixa PressãoApresentam aspersores do tipo spray (baixa pressão) espaçados uniformemente ou não aolongo da tubulação. A pressão de serviço recomendada para este caso varia entre 1,2Kg/cm2 e 5,0 Kg/cm2 (Figura 15).

L = 500 m

R= 200 mv = 52,4 m/h

R= 500 mt = 24 horasw = 0,26 rad/hv = 130 m/h

Figura 14: Esquema de distribuição de água em pivô central.

A Figura 16 apresenta cinco tipos de arranjos de aspersores em pivôs centrais que foramcomercializados no mercado nacional.

Figura 15: Vista de um pivô de baixa pressão em funcionamento.



Figura 16: Tipos de distribuição de água por pivôs.

Sistema Sub-CopaDevido a dificuldades encontradas na irrigação de culturas cujas plantas apresentam alturasrelativamente elevadas, como café e laranja, surgiu uma das últimas inovações em pivôscentrais, o sistema sub-copa (Figura 17), cujos emissores ficam abaixo das copas dasárvores, permitindo a aplicação de água diretamente no solo no ‘pé da planta’, aumentandoassim a eficiência de aplicação (Figura 18).

Sistema LinearOutro sistema mecanizado de irrigação montado sobre rodas, similar aos equipamentos depivô, é o sistema linear de aspersão (Figura 19). É constituído por uma linha lateralmontada a partir de torres centrais com 2 ou 4 rodas (Figuras 20 e 21), mas que desloca-setransversalmente sobre a cultura, e não em círculo. Ao longo da área da cultura há umacanalização lateral de captação que também serve de eixo para as rodas das torres. Nalateral estão instalados aspersores de tamanho pequeno a médio, obedecendo oespaçamento compatível para fornecer uma precipitação uniforme ao longo da linha. Estalinha lateral pode estar conectada a uma canalização lateral pressurizada (Figura 22), ouentão a um canal aberto, neste caso o bombeamento é feito na própria torre.



Figura 17: Vista do sistema de pivô com aplicação sub-copa (Fonte: Valley Irrigation).

Figura 18: Esquema do sistema de emissores sub-copa (Fonte: Valley Irrigation).

Figura 19: Sistema linear de irrigação (Fonte: Valley Irrigation).



Figura 20: Torre central com duas rodas para sistemas lineares (Fonte: Valley Irrigation).

Vantagens e limitações no uso de pivô centralO sistema de irrigação pivô central apresenta vantagens e limitações em relação ao sistemade aspersão convencional. Estas vantagens eliminam muitas dificuldades mecânicas eproblemas operacionais associados a outros tipos de máquinas de irrigação autopropelidas.As principais vantagens são:

• A condução de água é simplificada pelo uso de um ponto estacionário de entrada daágua na área de projeto;

• A orientação e alinhamento do sistema são controlados através do ponto do pivô;• Obtém-se facilmente elevados valores de uniformidade de aplicação;• Após completar uma irrigação, o sistema estará posicionado para o início de uma

nova irrigação;• O manejo da irrigação é facilitado devido à facilidade de controle da lâmina d’água

aplicada;• Possibilita a aplicação precisa de fertilizantes e outros produtos químicos na água de

irrigação;• Sua flexibilidade de operação auxilia no desenvolvimento de esquemas de uso da

rede elétrica.Há, no entanto, certas limitações no uso do sistema de irrigação pivô central. As maioreslimitações no uso deste sistema são:

• Considerando-se o ponto do pivô de uma área quadrada de 64,8ha, somente 50,3hapoderão ser irrigados. Isto representa 20% de área não irrigada a não ser que seinstale equipamentos especiais, os quais aumentam consideravelmente o custo e acomplexidade do sistema;

• A intensidade de aplicação de água na extremidade da lateral pode atingir valoresentre 25 e 200mm/h, dependendo da configuração dos aspersores;

• Para reduzir ou eliminar problemas de deflúvio superficial associados a estas altastaxas de aplicação de água, é possível utilizar irrigações mais freqüentes commenores lâminas. Assim, pode ser necessário operar o sistema em mais de uma



revolução por dia, o que pode não ser ideal para a cultura ou para o uso eficiente daágua;

• Desde que a faixa circular concêntrica irrigada por cada incremento no raio ésempre maior do que o anterior, a maior parte da água é utilizada no fim da lateral, oque resulta em elevada perda de carga;

• Pode existir grande diferença de nível entre as posições do fim da lateral a medidaque o sistema se movimenta, resultando em elevada variação na vazão devido àtopografia do terreno.

Figura 21: Torre central com quatro rodas para sistemas lineares (Fonte: Valley Irrigation).

Figura 22: Esquema de funcionamento do sistema linear.

Como as vantagens apresentadas sobrepõem-se às limitações, o sistema de irrigação do tipopivô central teve boa aceitação em certas regiões, onde ocorreu um aumento repentino destetipo de sistema de irrigação, tornando indiscutível a importância do manejo racional dairrigação para este sistema.

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