Projeto de irrigação por autopropelido tracionado por mangueira
Ariel M. Toso
Danilo S. Taba
Diego R. F. Araújo
Guilherme D. Siviero
Marcela M. Pereira
Ricardo G. Braga
Rodrigo S. B. Magalhães
1.1 A cultura do algodão	4
1.1.1História	4
1.1.2Importância econômica	5
1.1.3Botânica	7
1.1.4Clima e solo	8
1.1.5Variedades	10
1.1.6Adubação da cultura	11
1.2. Irrigação	14
1.2.1 Água 14
1.3 Irrigação 15
1.3.1 Evapotranspiração	16
1.3.2 Função de produção água-cultura	17
1.3.3 Quando irrigar	18
1.3.4 Métodos de irrigação 19
1.3.5 Irrigação do algodoeiro	25
2.Projeto	26
2.1 Objetivo	26
2.2 Informações para a elaboração do projeto	26
2.2.1 Coeficiente de cultura (Kc) 26
2.2.2 Fator de aproveitamento de água no solo (f) 27
2.2.3 Eficiência de irrigação 27
2.3 Necessidades de água à irrigação da cultura do algodoeiro (NAC)	27
2.4 Evapotranspiração de referência padrão grama (ET0)	28
2.5 Evapotranspiração potencial da cultura do algodoeiro (ETc)	28
2.6 Precipitação pluvial efetiva (Pef)	30
2.7 Necessidade de água de irrigação do algodoeiro (NAI)	34
2.8 Dimensionamento do projeto de irrigação	34
2.8.1 Cálculo da lâmina líquida de irrigação (LLI)	36
2.8.2 Cálculo da freqüência de irrigação ou turno de rega (Tr)	37
2.8.3 Cálculo da lâmina liquida de irrigação corrigida (LLIc)	38
2.8.4 Cálculo da lâmina bruta de irrigação (LBI)	38
2.8.5 Cálculo da vazão de projeto necessária à irrigação do Algodoeiro (Q)	39
2.8.6 Seleção do modelo de autopropelido e do aspersor para o projeto	39
2.8.7 Largura da faixa de irrigação (Lf)	40
2.8.8 Comprimento da faixa de irrigação (Cf)	42
2.8.9 Área irrigada por faixa de irrigação (Aif)	42
2.8.10 Velocidade de descolamento do aspersor (Vd)	43
2.8.11 Intensidade média da precipitação do aspersor (Ip)	43
2.8.12 Tempo gasto na irrigação de uniformização da lâmina de irrigação no início da faixa (Tif)	44
2.8.13 Tempo de percurso gasto pelo aspersor para percorrer uma distância equivalente ao dobro do comprimento da mangueira do equipamento (Tp)	45
2.8.14 Tempo de irrigação por posição do autopropelido tracionado pela mangueira (TATPM)	46
2.8.15 Número de faixas irrigadas durante um turno de rega (Nif)	47
2.8.16 Área dimensionada de irrigação no projeto (Ad)	47
2.9 Leiaute do projeto	48
2.10 Dimensionamento hidráulico do projeto	48
2.10.1 Dimensionamento da tubulação principal	48
2.11 Perda-de-carga na mangueira do autopropelido	50
2.13 Perda de carga na turbina do autopropelido (hft)	51
2.14 Dimensionamento do conjunto de motobomba	52
2.15 Lista de Material	55
3. Conclusão	55
4. Bibliografia	56
O algodoeiro é uma das fibras vegetais mais antigas do mundo. As primeiras referências registram seu cultivo alguns séculos antes de Cristo (RICHETTI; MELO FILHO, 2001). Atualmente existem mais de 50 espécies do gênero Gossypium, mas apenas quatro são cultivadas, isto é, domesticadas. Acredita-se que as principais espécies cultivadas, a G. hirsutum L. e a G. barbadense L., descendem de um ancestral comum que se originou no Continente Africano, classificado como Gossypium herbaceum africanum. A domesticação ocorreu no sul da Arábia, onde a raça acerifolium surgiu (BELTRÃO; ARAÚJO, 2004). No Brasil, pouco se sabe sobre a história dessa malvácea (RICHETTI; MELO FILHO, 2001).
Segundo Richetti e Melo Filho (2001) o algodão é um dos produtos de maior importância econômica do grupo das fibras, pelo volume e valor da produção. Seu cultivo também é de grande importância social, pelo número de empregos que gera direta ou indiretamente.
Do algodão quase tudo se é aproveitado, principalmente a semente e a fibra. A semente (caroço) representa aproximadamente 65% do peso da produção e a fibra, 35% (RICHETTI; MELO FILHO, 2001). O algodoeiro não é somente uma planta fibrosa e oleaginosa, mas também, produtora de proteína de qualidade, podendo funcionar como suplemento protéico na alimentação animal e humana (EMBRAPA, 2003).
A fibra, principal produto do algodão, possui varias aplicações industriais, dentre as quais pode se citar: confecção de tecidos para a tecelagem de vários tipos de tecidos, preparação de algodão hidrófilo para enfermagem, confecção de feltro, cobertores e estofamentos, obtenção de celulose, películas fotográficas, chapas para radiografia e outros segundo Corrêa (1989) citado por Richetti e Melo Filho (2001).
A cotonicultura está concentrada basicamente em sete países, por ordem de importância: China, Estados Unidos, Índia, Paquistão, Usbequistão, Brasil e Turquia, os quais responderam por 77%, em média, do volume mundial de 19,2 milhões de toneladas, no período de 1996/97 a 2000/01. O Brasil só recentemente retornou ao rol dos maiores produtores, já que sua participação evoluiu de 1,4% para 4,5% entre os extremos do período. Os quatro países maiores produtores também foram os principais consumidores, ao responder por 59% das 19,4 milhões de toneladas demandadas ao longo desse tempo (BARBOSA & NOGUEIRA Jr, 2001).
Dentre os principais países exportadores, destacam-se os Estados Unidos com 1.470 mil toneladas, seguidos do Uzbequistão e África Zona franca, com 893 mil toneladas e 792 mil toneladas respectivamente segundo Richetti e Melo Filho (2001). Sendo que os principais países importadores são pela ordem: Ásia S.E. com 1.046 mil toneladas, União Européia com 881 mil toneladas e Turquia com 523 mil toneladas (RICHETTI & MELO FILHO, 2001).
Nos dias atuais os campos de cotonicultura dos Estados Unidos apresentam produção superior a 770 kg/ha. No Mississipi a produção está em aproximadamente 880 kg/ha, dependendo do clima. Já na Califórnia os valores estão próximos de 1250 kg/ha (THOMPSON, 1999).
Muitas das técnicas desenvolvidas para o aumento de produção do algodão foram desenvolvidas nos Estados Unidos. Nem todas são aplicáveis no Brasil até o presente momento, mas poderão ser utilizadas no futuro (THOMPSON, 1999).
No Brasil, a cultura do algodão vem apresentando uma redução de área desde 1985. De 2,25 milhões de hectares e uma produção de 2,67 milhões de toneladas em 1985, passou para 0,81 milhões de hectares e produção de 1,91 milhões de toneladas em 2000, isso segundo Richetti e Melo Filho (2001) e segundo Carvalho e Chiavegato (1999) as safras de 1997/98 e 1998/99 do algodoeiro se verificou uma redução de 20,8% na área plantada, passando de 879,7 mil hectares para os atuais 696,7 mil hectares. Dentre os estados produtores, apenas Mato Grosso, Paraíba e Ceará apresentam acréscimo de área: 85%, 57% e 50%, respectivamente. Nos demais estados ocorreu redução de área em níveis diferentes (CARVALHO; CHIAVEGATO, 1999).
Apesar da redução de área plantada, a produção brasileira de algodão em pluma cresceu 27,9% e a de algodão em caroço 22,7%. Devido às condições climáticas favoráveis em quase todas as regiões produtoras do país, e às tecnologias adotadas pelos cotonicultores, verificou-se um significativo ganho de produtividade de 61,5%, passando de 1.335 kg/ha para 2.156 kg/ha (CARVALHO; CHIAVEGATO, 1999).
Até 1997, a produção de algodão concentrava-se Regiões Sul, Sudeste e Nordeste. Mas, a partir de 1998, aumentou significativamente a participação da Região Centro-Oeste principalmente os estados de Mato Grosso e Goiás. Nos estados de São Paulo e Paraná, tradicionais produtores de algodão herbáceo a produção teve uma queda acentuada durante o período de 1985 a 1997, mantendo-se estável nas safras subseqüentes Richetti e Melo Filho (2001). Sendo dividida a cultura do algodoeiro em duas regiões distintas: região meridional (Centro-Sul/Oeste) compreendendo os Estados de São Paulo, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás, Minas Gerais e Sul da Bahia, predominando o algodão anual ou herbáceo, onde se obtém as maiores produtividades; e região setentrional que engloba os Estados produtores do Norte e do Nordeste, onde são cultivados tanto o algodoeiro herbáceo como o arbóreo (CARVALHO; CHIAVEGATO, 1999).
O primeiro prognóstico da produção de algodão em caroço é da ordem de 3,6 milhões de toneladas, contra 4,0 milhões de toneladas obtidas em 2008, indicando uma redução de 10,7%. Este decréscimo de produção se deve, basicamente, à retração da área cultivada, como conseqüência do desestímulo dos produtores em cultivarem o produto em face dos altos preços dos insumos e da queda das cotações da pluma. Todas as Unidades da Federação registraram quedas sendo que o Mato Grosso, principal produtor, que participa com 51,9% da produção nacional, registrou diminuições de 11,8% na área a ser colhida e de 11,1% na produção esperada (IBGE; 2008).
O algodoeiro é uma dicotiledônea, da família das malváceas. O gênero Gossypium, ao qual pertence, é bastante variado e segundo Fryxell (1984) citado por Fuzatto (1999) conta com 39 espécies. Esse germoplasma pode ser dividido em duas categorias, pelo menos de três modos: a) espécies selvagens e espécies cultivadas; b) espécies diplóides (2n=26) e espécies tetraplóides (2n=52); espécies produtoras e espécies não produtoras de fibra fiável (FUZATTO, 1999). O algodoeiro herbáceo (Gossypium hirsutum L. raça latifolium Hutch.) é um dos fitossistemas de maior complexidade que a natureza criou tendo habito de crescimento indeterminado apresentando pelo menos dois tipos de ramificação (monopodiais e simpodiais), dois tipos de folhas verdadeiras (dos ramos e dos frutos) e pelo menos duas gemas (axilar e extra-axilar) situadas na base de cada folha, o que, junto com outros apanágios morfológicos e fisiológicos conferem a esta planta uma elevada plasticidade fenotípica, ajustando-se aos mais diversos ambientes de clima e solo (BELTRÃO; SOUZA, 1999).
As espécies tetraplóides cultivadas, ou algodoeiro do Novo Mundo, são G. hirsutum e G. barbadense. Esta última, conhecida como algodoeiro Pima, Egípcio, Tanguis, produtora de fibra longa e de alta qualidade, é cultivada principalmente no Egito, Sudão, Peru, Estados Unidos e alguns países da antiga União Soviética. Pouco mais de 5% da produção mundial é devida a essa espécie. Por outro lado, com distribuição em praticamente todos os países produtores, a espécie G. hirsutum, conhecida como algodão Upland, é responsável por mais de 90% da produção mundial (FUZATTO, 1999).
O algodoeiro é considerado uma planta de autofecundação, embora a taxa de cruzamento natural possa atingir 50% ou mais (FUZATTO, 1999).
Segundo Abrahão, D'arce & Fonseca (1981) no estado de São Paulo, o algodão pode ser cultivado em qualquer região, com exceção da "região não algodoeira", que compreende todo Vale do Paraíba, o litoral e sul do estado. As restrições a essa faixa de terra dizem respeito apenas ao clima e ao relevo. Basicamente existem duas regiões produtoras de algodão no Brasil, que se diferenciam em especial pela quantidade de chuva recebida durante o período de cultivo (SILVA, 1999). A região meridional, que abrange parte dos Estados do Paraná, São Paulo, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, Mato Grosso e Goiás, caracteriza-se por apresentar precipitação média anual ao redor de 1.200 mm, com estação seca até certo ponto bem definida. A outra região, que se estende desde o Ceará e proximidades, passando pelos Estados do Nordeste, até o norte de Minas Gerais, possui precipitações mais irregulares e totalizam soma bem inferior, chegando a alcançar, nas áreas mais interioranas, menos de 800 mm (SILVA, 1999).
Segundo Abrahão, D'arce e Fonseca (1981) o algodão é uma planta que se desenvolve bem em condições de temperaturas entre 20 a 30ºC durante todo o seu ciclo exceto na fase de maturação durante a qual a temperatura ideal seria entre 20 a 25ºC, podendo a cultura ser conduzida em regiões de precipitação pluvial anual entre 500 e 1500 mm, já em regiões com precipitação menor que 200 mm durante a estação, impedem o cultivo sem irrigação.
O solo é apenas um dos componentes de um conjunto complexo de fatores de produção, destacando-se pelo seu importante papel de fornecer às plantas suporte físico, água e nutrientes. Portanto, o conhecimento das características inerentes a cada solo, os chamados fatores edáficos, é importante para julgar o potencial de produção agrícola (LEPSCH, 1987).
O solo é, depois do clima, o mais importante elemento formador do ambiente. O algodão se desenvolve muitos tipos de solo, no entanto, melhores resultados são obtidos naqueles que apresentam características de relevo de terreno plano a ondulados, isso porque a cotonicultura é uma das culturas que mais expõem o solo a erosão, portanto a declividade máxima deve ser de 12%, apresentar grande profundidade mesmo que 96% do sistema radicular da cultura estejam a uma profundidade de um metro (dos quais mais de 80% estão distribuídos nos primeiros vinte centímetros), o solo deve ser profundo, uma vez que a raiz principal pode atingir mais de dois metros. Solos que apresentem camada impermeável próxima a superfície, não são indicados, pois podem encharcar, condição não suportada pela planta, isso segundo Abrahão, D'arce e Fonseca (1981).
Os solos brasileiros são pobres em fósforo, de um modo geral, e o problema de deficiência se agrava em condições de acidez. A resposta do algodoeiro, em tal situação, é tão grande que o fósforo se consagrou como o elemento de produção. Demonstra, no entanto, destacado efeito residual no solo e sua disponibilidade aumenta com a correção de acidez em certos casos (SILVA, 2001).
Embora haja diferença devida a variedades e condições ambientais, o algodoeiro anual inicia seu florescimento com cerca de 50 dias de idade, mantendo-o até 120 dias. O pico da curva de florescimento ocorre ao redor de 70-80 dias. O pegamento das flores é maior até 30-40 dias de florescimento, época ideal para os trabalhos de autofecundação e cruzamento (FUZATTO, 1999).
Segundo Fuzatto (1999), dependendo também da variedade e do ambiente, o tempo médio para estágios fenológicos relativos à reprodução no algodoeiro é o seguinte:
Da emergência da plântula aos primeiros botões florais: 30-35 dias;
Do aparecimento do botão à abertura da flor: 20-25 dias;
De flor aberta a fruto com tamanho máximo: 25-30 dias;
De fruto com tamanho máximo à deiscência: 30 dias.
O ciclo do algodoeiro é característica genética, porém, fortemente influenciado pelo ambiente. Em condições normais, tendo como referência o tempo necessário para que 90% dos frutos estejam abertos, as variedades podem ser assim classificadas (FUZATTO, 1999):
Precoces: cerca de 130 dias;
Médias: cerca de 140-160 dias;
Tardias: acima de 170 dias.
Cultivar plantado
Cultivar plantado: CNPA ITA 90. Cultivar mais plantada no cerrado brasileiro e que possui excelente desempenho sob condições irrigadas no Centro Oeste e Nordeste do Brasil. O rendimento de fibra está em torno de 38%-39%, além de apresentar excelentes características tecnológicas de fibra, com resistência forte (30,0 gf/tex), comprimento no HVI-SL 2,5% de 30,2 mm, finura de 4,2 mm a 4,5 mm, refletância de 72% e grau de amarelecimento de 7,9 e fiabilidade (CSP) entre 2.200 a 2.500 (EMBRAPA, 2008). Possui resistência moderada a ramulose, ramulariose, estemphilyum e alternaria. É medianamente susceptível a bacteriose e altamente susceptível a viroses (doença azul, vermelhão e mosaico comum), devendo-se usar o MIP, considerando o pulgão como vetor de viroses, ou seja, nunca permitir que a população de pulgões passe de 10% de plantas infestadas, até os 130 dias do ciclo, após o qual será permitida a elevação dessa população para 30% de plantas infestadas por pequenas colônias. Possui ciclo normal sob condições irrigadas (150 dias). Exige a regulação do porte com reguladores de crescimento, que devem ser aplicados a partir dos 25 a 30 dias, além de adubação elevada. Essa cultivar é a mais indicada para produtores altamente tecnificados e que dispõem de colheitadeiras mecanizadas (Freire; Farias, 2001).
Ciclo do cultivar: 150 dias (plantio em 15 de Outubro e colheita à partir de 13 de Março do ano seguinte).
Espaçamento da cultura: 0,7 a 0,9 m entre fileiras, de acordo com o a colheitadeira, com seis a dez plantas por metro linear (Embrapa, 2000).
Profundidade efetiva das raízes: em algodoeiro irrigado se observa uma concentração de 80% do sistema radicular numa profundidade de até 70 cm (Rosolem et al., 2000).
Altura média das plantas: 1,20 m ( ALGODÃO..., 1985).
Adubação da cultura
1.1.6.1 Adubação de manutenção
O fósforo e potássio podem ser adequadamente recomendados em função da análise de solo. As tabelas 1 e 2 indicam os níveis de interpretação e as doses de fósforo e potássio usadas na adubação de manutenção, respectivamente.
O nitrogênio deve participar em dose mínima (15 a 20 kg de N ha-1) na adubação básica. Com relação ao enxofre, é conveniente uma aplicação em dose mínima (20 a 30 kg de S ha-1), no plantio; para tanto, há necessidade de uso de adubos nitrogenados e/ou fosfatados que o contenham, na impossibilidade de ser aplicado na base, o enxofre poderá ser aplicado em cobertura, juntamente com o nitrogênio, através do uso de sulfato de amônio (Staut; Kurihara, 2001).
A adubação de manutenção representa, no caso dos micronutrientes boro e zinco, a forma mais eficiente de fornecimento. As doses de boro, usadas na adubação do algodoeiro, encontram-se na tabela 3.
Em solos arenosos, quando o teor de potássio for inferior a 0,24 cmolc dm-3, sugere-se aplicar em cobertura 30 kg ha-1 de K2O aos 30-40 dias após a emergência das plantas, juntamente com a adubação nitrogenada.
1.1.6.2 Adubação de cobertura
Silva (1999), baseado em resultados experimentais, com aplicações efetuadas em cobertura aos 30 – 40 dias de idade das plantas, fase de máxima absorção do nutriente, definiu que uma pequena dose de N deve ser usada no sulco de semeadura e o restante em cobertura, única ou parcelada, dependendo da textura do solo, do histórico da gleba, intensidade do uso da terra e a prática de rotação de culturas, na fase entre o aparecimento do botão floral e o florescimento (Tabela 4).
1.2. Irrigação
1.2.1.1 A importância da água na produção vegetal
A água é fator fundamental na produção vegetal. Sua falta ou seu excesso afetam de maneira decisiva o desenvolvimento das plantas e, devido a isto, seu manejo racional é um imperativo fundamental na maximização da produção agrícola (REICHARDT, 1978).
O reservatório desta água é o solo que temporariamente armazena água, podendo fornecê-la às plantas à medida de suas necessidades. Como a recarga natural deste reservatório (chuva) é descontínua, o volume disponível às plantas é variável. Quando as chuvas são excessivas sua capacidade de armazenamento é superada e grandes perdas podem ocorrer. Estas perdas podem ser por escorrimento superficial, provocando ainda a erosão do solo ou por percolação profunda, alcançando assim o lençol freático. Esta água percolada é perdida do ponto de vista da planta, mas é ganha do ponto de vista dos aqüíferos subterrâneos (REICHARDT, 1978).
Quando a chuva é esparsa, o solo funciona como um reservatório de água imprescindível ao desenvolvimento vegetal. O esgotamento deste reservatório por uma cultura exige sua recarga artificial que é o caso da irrigação. Devido a estes fatores, o manejo correto da água é ponto fundamental em uma agricultura racional (REICHARDT, 1978).
Atualmente a disponibilidade de água do solo às plantas é vista de maneira dinâmica, podendo variar de situação para situação mesmo para o mesmo solo e a mesma cultura. O conceito baseia-se na mobilidade da água. Toda vez que o fluxo de água do solo para a raiz é de uma intensidade tal que supre a demanda de água da planta e da atmosfera, a água é disponível. A planta entra em déficit de água ou murcha, quando o fluxo deixa de suprir esta demanda (REICHARDT, 1978).
1.2.1.2 Fonte de água
A demanda crescente pelos recursos hídricos acentua cada vez mais a necessidade de manejo criterioso e racional, de modo a assegurar a integridade, a produtividade, a diversidade e a vitalidade dos sistemas aquáticos e de suas bacias hidrográficas (BUCKS, 1995; citado por SANTOS et al., 2005).
Por irrigação subentende-se a aplicação de água ao solo no qual se desenvolve agricultura com o objetivo de suplementar a precipitação pluvial, aumentando, assim o crescimento das plantas, a qualidade do produto e a produtividade (REICHARDT, 1978).