Irrigação II - Dimensionamento Hidráulico parte II

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DIMENSIONAMENTO 
HIDRÁULICO
IRRIGAÇÃO II.
Parâmetros para o dimensionamento 
de um sistema de irrigação
• um sistema de irrigação precisa de alguns 
parâmetros e medições que vão determinar a 
aplicação de água controlada uniformemente e na 
medida certa para as plantas
Esses parâmetros são os seguintes:
• Evapotranspiração de referência (ETo); Água 
Disponível (AD); Lâmina total de água no solo (H); 
Lâmina Hídrica Líquida (Hi); Reserva de água no 
solo (R); Irrigação total necessária (Hb) ou lâmina 
bruta; Turno de rega; Volume de água aplicado; 
Dotação de rega (q)
Evapotranspiração de referência (ETo)
• A ETo é a evapotranspiração da cultura grama (Batatais) 
que cobre todo o solo em pleno desenvolvimento sem 
restrições hídricas e nutricionais. A ETo pode ser estimada 
por várias equações, porém, a mais utilizada e considerada 
como padrão é a equação de Penman-Monteith, a qual 
necessita de dados meteorológicos. Destacamos ainda as 
fórmulas de Blaney Criddle, Hargreaves, Thornthwaite, 
Tanque Classe “A” e método da radiação.
Método do Tanque classe “A”
ETo = ECA x Kp
ETo = Evapotranspiração de referência (mm/d);
ECA = Evaporação do tanque Classe A (mm/d)
Kp = Coeficiente de tanque
Tabela: Coeficiente de tanque (Kp) em função da 
bordadura, da umidade relativa do ar e da velocidade 
do vento
VENTO
(Km/dia)
BORDADURA
(grama) m
UMIDADE RELATIVA
BAIXA (˂ 40%) MÉDIA (40-70%) ALTA (> 70%)
< 175
LEVE
1
10
100
1000
0,55
0,65
0,70
0,75
0,65
0,75
0,80
0,85
0,75
0,85
0,85
0,85
175 – 425
MODERADO
1
10
100
1000
0,50
0,60
0,65
0,70
0,60
0,70
0,75
0,80
0,65
0,75
0,80
0,80
425 – 700
FORTE
1
10
100
1000
0,45
0,55
0,60
0,65
0,50
0,60
0,65
0,70
0,60
0,65
0,70
0,75
FONTE: Reichardt (1987)
ETc = ETo x Kc
ETc = Evapotranspiração da cultura
ETo = Evapotranspiração de referência
Kc = Coeficiente de cultivo
Kc é em função da variedade, do local, das condições de manejo e do estádio 
de desenvolvimento da planta
Valores de Kc
Alfafa 0,80
Algodão 0,65
Arroz 1,00
Banana 0,90
Batatinha 0,75
Café 0,70
Citros 0,65
Feijão 0,65
Fumo 0,70
Grão pequenos 0,75
Hortaliças 0,70
Milho 0,85
Pastagens 0,80
Tomate 0,70
Tanque Classe A com parafuso micrométrico
.
.
.
Figura : Estação meteorológica
Outros fatores que influenciam na lâmina 
irrigação
• Profundidade efetiva do sistema radicular: considerado a profundidade onde 
se concentram 80 % das raízes, responsáveis pela absorção de água e 
nutrientes do solo. Podemos dividir as plantas cultivadas em três categorias:
- Plantas de raízes superficiais (até cerca de 0,60 m): maioria das gramíneas 
e hortaliças
- Plantas de raízes medianas (até cerca de 1,20 m): milho, algodão, cana de 
açúcar, batata, etc;
- Plantas de raízes profundas (de 1,20m em diante): alfafa, fruteiras, etc. 
Profundidade de irrigação: A profundidade de 
irrigação se refere ao perfil do solo que será irrigado. 
Trata-se de um parâmetro fundamental para a fixação 
da quantidade de água a aplicar na irrigação. Tal 
profundidade representada pela letra “h”, é fixada em 
função da profundidade efetiva do sistema radicular 
• .
Profundidade de irrigação para algumas 
culturas
VEGETAL H (cm) VEGETAL H (cm)
ABACAXI 20 LARANJA 60
ALCACHOFRA 50 LINHO 20
ALFACE 20 MELANCIA 30
ALFAFA 60 MELÃO 30
ALGODÃO 60 MILHO 40
AMENDOIN 30 PASTAGEM 30
ARROZ 20 PIMENTA 50
BANANA 40 SOJA 30
CANA-DE-AÇÚCAR 50 TABACO 30
CAFÉ 50 TRIGO 30
CEBOLA 20 VIDEIRA 50
FEIJÃO 40 VETIVER 30
BERINJELA 40
.
Tabela: Profundidade efetiva das principais culturas
Cultura Z (cm) Cultura Z (cm)
Abacate 60 - 90 Laranja 60
Abacaxi 20 - 40 Linho 20
Abóbora 50 Maçã 60
Alcachofra 70 Mangueira 60
Alface 20 - 30 Melancia 40 - 50
Alfafa 60 Melão 30 - 50
Algodão 60 Milho 40
Alho 20 - 30 Morango 20 - 30
Amendoim 30 Nabo 55 - 80
.
Tabela : Profundidade efetiva das principais culturas
Arroz 30 - 40 Pepino 35 - 50
Aspargo 120 – 160 Pêssego 60
Aveia 40 Pimentão 30 - 70
Banana 40 Rabanete 20 - 30
Batata-doce 50 - 100 Soja 30 - 40
Beterraba 40 Tomate 40
Café 50 Trigo 30 - 40
Cana-de-açúcar 40 Videira 60
Cebola 20 - 40 Cenoura 35 - 60
Feijão 40 Couve-flor 25 - 50
Fonte: Manual IRRIGA LP – TIGRE CNPH/EMBRAPA.
Nível de Umidade Crítica
• O teor de água retido no solo em disponibilidade às 
plantas, varia de Capacidade de Campo a Ponto de 
Murchamento, que representam os limites superior 
(reservatório cheio) e inferior (reservatório vazio) da 
disponibilidade.
ÁGUA DISPONÍVEL ÀS PLANTAS
• AD = CC – PM
AD = ÁGUA DISPONÍVEL, EM %
CC = CAPACIDADE DE CAMPO DO SOLO, em %
PM = PONTO DE MURCHAMENTO, em %
ALTURA DE ÁGUA DISPONÍVEL NO 
SOLO
• H = CC – PM x Dg x h
 10
H = Altura de água disponível no solo, em mm;
Dg= Densidade global do solo, g/cm³
h = profundidade de irrigação, em cm
ALTURA DA LÂMINA HÍDRICA 
LÍQUIDA
• Hi = CC – UC x Dg x h
 10
Hi = Lâmina Hídrica Líquida, em mm
UC = Umidade Crítica, em %
Dg= Densidade global do solo, g/cm³
h = profundidade de irrigação, em cm
Cálculo da Hi baseado no fator de 
disponibilidade
.Valores recomendados de fator de disponibilidade para algumas classes 
de culturas
Grupos de culturas
FATOR f
Faixa comum
Banana, repolho, uva, ervilha, tomate. 0,2 a 0,4
Alfafa, feijão, cítrus, amendoim, abacaxi, girassol, melancia, trigo.0,3 a 0,5
Algodão, milho, sorgo, soja, beterraba, cana, fumo. 0,4 a 0,6
ALTURA DA LÂMINA HÍDRICA 
LÍQUIDA
• Hi = CC – PM x Dg x h x f
 10
Hi = Lâmina Hídrica Líquida, em mm
UC = Umidade Crítica, em %
Dg= Densidade global do solo, g/cm³
h = profundidade de irrigação, em cm
Ou Hi = H x f
IRRIGAÇÃO TOTAL NECESSÁRIA OU 
LÂMINA BRUTA
Hb = Hi / Ei
Hb = Lâmina bruta
Hi = Lâmina hídrica
Ei = Eficiência de aplicação média do sistema de irrigação
.Tabela : Eficiência de aplicação média dos sistemas de 
irrigação
Sistemas de irrigação Eficiência média (%)
Irrigação Localizada 85 a 95
Pivô central 80 a 90
Aspersão convencional 75 a 85
Irrigação em sulcos 50 a 70
RESERVA DE ÁGUA NO SOLO
R = H – Hi
R = Reserva
H = Lâmina total de água no solo
Hi = Lâmina hídrica líquida
TURNO DE IRRIGAÇÃO
Ti = Hi / C
Ti= turno de irrigação, em dias
Hi = lâmina hídrica líquida, em mm
C= Consumo de água pela cultura, em mm/dia
Exercício de aplicação
1. Para projetar a irrigação de uma cultura de milho em solo arenoso, 
com as seguintes constantes hídricas: CC= 12,3%; PM = 7,2%; Dg = 
1,33 g/cm³ e h = 40 cm. Considere que o teor de umidade na 
umidade crítica é 8,9 %. Determine:
a) A lâmina total de água disponível no solo;
b) A lâmina hídrica líquida;
c) A reserva de água no solo;
d) O Turno de irrigação, considerando um consumo diário de 3,5 mm;
e) A lâmina bruta de irrigação, considerando irrigação por aspersãocom eficiência de 70%. 
Cálculo da dotação de rega (q)
• O consumo de água pode ser expresso em termos de 
dotação de rega, ou seja, de uma vazão contínua 
necessária para irrigar a cultura, sendo expressa em 
litros por segundo por hectare (l/s x ha).
Cálculo do Volume de água aplicado
V = Hb x 10.000 = -------(m³/ha)
 1000
q = V x 1000 = -------- l/s x ha x 24 horas
 Ti x 24 x 60 x 60
Caso o sistema de irrigação opere apenas 
10 horas por dia
• q= 24 x q = ------l/s x ha
 10
Para uma área de 10 hectares:
Q = 10 x q = (-----l/s)
Exercício de aplicação
...Envolver dotação de rega (q)
DIMENSIONAMENTO DE CONJUNTO 
MOTO-BOMBA
Cálculo da potência do conjunto moto-
bomba
• P = Q x HMT
 75 x RMB
P = Potência do motor (CV)
Q = vazão do sistema (l/s)
HMT = altura manométrica total (mca)
.
.
.
Conhecendo o funcionamento do conjunto 
motobomba
FIGURA: VISTA EM CORTE DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
BOMBAS HIDRÁULICAS
.
•.
CURVA CARACTERÍSTICA DA BOMBA
.
.
ANÁLISE... (?)
SELEÇÃO DA BOMBA
.
PROCEDIMENTO PARA SELEÇÃO DE UMA MOTOBOMBA
O modelo escolhido é a motobomba BC-91 S/T 1/3 cv rotor 97 mm
NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH) – 
Carga líquida positiva de sucção
É o termo geralmente usado para avaliar a pressão absoluta de 
um fluido na entrada de uma bomba menos a pressão de vapor 
de um líquido. O NPSH é sempre positivo, uma vez que é 
expresso em termos de altura absoluta da coluna de fluido na 
sucção da bomba.
.
.
.
.
.
.
PERDAS DE CARGA
• Perdas de carga ou perdas de pressão, são abaixamentos do 
nível de energia que sofrem os líquidos, quando em 
movimento, por efeito da turbulência e do aumento da 
velocidade do escoamento.
 São verificadas tanto em canais como em encanamentos, 
onde influem na altura manométrica total. São classificadas 
em dois tipos:
- Perdas de carga lineares; e
- Perdas de carga localizadas ou acidentais
NOÇÕES DE PERDAS DE CARGAS
Para líquidos cujo peso específico e/ou Viscosidade cinemática (água)
• Peso específico = 1 x 10 ³ Kg/m³ 
• Viscosidade cinemática (γ) = 1 x 10
−𝟔
 m²/s
MÉTODO DO COMPRIMENTO EQUIVALENTE
Exemplo: Calcular a potência da bomba para tabalhar 
com vazão de 20 m³/h a uma elevação de 30 metros e 
uma altura de sucção de 3 metros
.
• Comprimento da tubulação de sucção (A) = 5,00 m
• Comprimento da tubulação de recalque (B) = 30,00 m
A – SUCÇÃO (Perdas de cargas)
Tubulação de sucção 5,00 m
Válvula de pé 2 ½’’ 16,00 m
Curva de 90º 2 ½’’ 1,20 m
Comprimento equivalente 22,20 m
Perda na tubulação de sucção: (confere na tabela: 5,7 %)
Logo: 22,20 x 5,7 = 1,26 m → hf sucção = 1,26 mca
 100
.
.
Continuação
Conexões
.
B – RECALQUE
Tubulação de recalque 30,00 m
Válvula de retenção 2” 3,40 m
Registro de gaveta 2” 0,28 m
Curva 90° 1,00 m
Comprimento equivalente 34,68 m
Perda de carga na tubulação de recalque (Conf. tabela: 21,5%) 
Logo: 34,68 x 21,5 = 7,45 Hf recalque = 7,45 mca
 100
.
• ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL
HMT = Hs + Hr + Hfs + Hfr
HMT = 3,0 + 30,0 + 1,26 + 7,45 = 41,71 mca
CÁLCULO DA POTÊNCIA MOTO-BOMBA 
P = Q x HMT = 5,55 x 41,71 = 5,13 CV
 75 x Emb 75 x 0,60
Perdas de cargas lineares
• Ocorrem ao longo da canalização, em função da rugosidade 
do material de que é formado. Vejamos algumas fórmulas 
para seu cálculo:
• Tubos plásticos – Fórmula de Flamant
𝑱 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟓𝟒 .
𝑽𝟏,𝟕𝟓
𝑫𝟏,𝟐𝟓
 
Onde:
• J = declividade da linha piezométrica (m/m)
• V = Velocidade da descarga (m/s)
• D = diâmetro do tubo (m)
- Tubos de ferro galvanizado – Fair-
Whipple-Hsiao
• 𝑸 = 𝟓𝟓, 𝟗𝟑𝟒 . 𝑫𝟐,𝟕𝟏 . 𝑱𝟎,𝟓𝟕
Sendo: 
• J = declividade da linha piezométrica (m/m)
•Q = descarga (m³/s)
•D = diâmetro do tubo (m)
Fórmula Universal da Perda de Carga 
(Darcy)
• 𝒉𝒇 = 𝒇 .
𝑳
𝑫
 .
𝑽𝟐
𝟐.𝒈
 
Onde: f = 
𝟔𝟒
𝑹𝒆
 no Regime laminar 
𝒇 =
𝟏
−𝟐 . 𝐥𝐨𝐠
ൗє
𝑫
𝟑, 𝟕 ²
Sendo є = rugosidade absoluta e є/𝑫 = rugosidade relativa
Onde:
• hf = perda de carga (m)
• f = fator de atrito
• L = comprimento da tubulação (m)
• V = Velocidade do liquido (m/s)
• D = diâmetro do tubo (m)
• g = aceleração da gravidade (m/s²)
• Re= Número de Reynolds (adimensional)
f no diagrama de Moody
•𝒇 𝑹𝒆 
𝜺
𝑫
VALORES DO COEFICIENTE “C” e da RUGOSIDADE “e” 
TUBOS C e (mm)
Aço galvanizado (novos e em 
uso)
125 0,15
Aço rebitado, novo 110 0,92
Aço soldado, novo 120 0,1
Cimento amianto 140 0,07
Cobre 130 0,3 – 0,8
Concreto, bom acabamento 130 0,3 – 0,8
Concreto acabamento comum 120 1 - 3
Ferro fundido novo 130 0,26 - 1
Ferro fundido em uso 90 1 – 1,5
Vidro 140 0,0015
Plástico 140 0,0015
Cálculo do número de Reynolds
• 𝑹𝒆 = 𝑽 𝒙 𝑫/ γ
Re = número de Reynolds (adimensional)
V = velocidade (m/s)
D = diâmetro (m)
γ = viscosidade cinemática dos fluidos (0,000001 m²/s)
.
.
• ENTREGA E USO DO DIAGRAMA DE MOODY
• EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO
.
.
Tubos de materiais diversos (Hazen - 
Williams
𝑱 = 𝟏𝟎, 𝟔𝟔𝟖 . 𝑸𝟏,𝟖𝟓 . 𝑪−𝟏,𝟖𝟓. 𝑫−𝟒,𝟖𝟕
𝑱 =
𝟏𝟎, 𝟔𝟔𝟖 𝑸 𝑪
𝟏,𝟖𝟓𝟐
𝑫𝟒,𝟖𝟕
 
𝑽 = 𝟎, 𝟑𝟓𝟓 . 𝑪. 𝑫𝟎,𝟔𝟑. 𝑱𝟎,𝟓𝟒
Onde:
• J = declividade da linha piezométrica (m/m)
• Q = descarga (m³/s)
• D = diâmetro do tubo (m)
• C = coeficiente de rugosidade (TABELADO)
Perdas de cargas localizadas
• Ocorrem em pontos específicos do conduto, devido ao aumento da velocidade, 
provocado por mudanças de direção do fluxo, diminuição da seção e variação da 
forma.
• 𝐡𝐟 = 𝐊.
𝐕²
𝟐𝐠
 sendo: hf= perda de carga localizada (m)
 K = coeficiente de perda localizada (TABELADO)
 V= velocidade média do escoamento (m/s)
 g = aceleração da gravidade (m/s²)
O coeficiente K permanece constante quando o 
número de Reynolds é da ordem de 50.000 ou maior
• Em tubulações, o cálculo das perdas localizadas é 
desprezado quando:
a) V <1 m/s;
b)L > 4000.D
c) Existirem poucas peças na tubulação
d)For decidido pela experiência do projetista
Perdas localizadas expressas em valores aproximados de K e em número de diâmetros 
PEÇA K ND
AMPLIAÇÃO GRADUAL 0,30 12
COTOVELO DE 90° 0,90 45
COTOVELO DE 45° 0,40 20
CURVA DE 90° 0,40 30
CURVA DE 45° 0,20 15
ENTRADA NORMAL EM CANALIZAÇÕES 0,50 17
ENTRADA DE BORDA 1,00 35
JUNÇÃO 0,40 30
REDUÇÃO GRADUAL 0,15 6
REGISTRO GAVETA ABERTO 0,20 8
REGISTRO GLOBO ABERTO 10,00 350
REGISTRO DE ÂNGULO ABERTO 5,00 170
SAÍDA DE CANALIZAÇÃO 1,00 35
TÊ, PASSAGEM DIRETA 0,60 20
TÊ SAÍDA DE LADO 1,30 50
TÊ SAÍDA BILATERAL 1,80 65
VÁLVULA DE PÉ E CRIVO 1,75 250
VÁLVULA DE RETENÇÃO 2,50 100
DIMENSIONAMENTO DO DIÂMETRO 
ECONÔMICO DA TUBULAÇÃO
• 𝑫𝒓 = 𝟏, 𝟑 .
𝒙
𝟐𝟒
𝟎,𝟐𝟓
𝑸
Dr = diâmetro de recalque
x = número de horas de funcionamento por dia
Q = vazão
BRESSE -- 𝑫 = 𝑲 . 𝑸 K – 0,8 a 1,0
Cálculo da velocidade econômica
•𝑽 = 
𝟒𝑸
𝜫𝑫2 
	Slide 1: DIMENSIONAMENTO HIDRÁULICO
	Slide 2: Parâmetros para o dimensionamento de um sistema de irrigação 
	Slide 3: Esses parâmetros são os seguintes:
	Slide 4: Evapotranspiração de referência (ETo)
	Slide 5: Método do Tanque classe “A”
	Slide 6: Tabela: Coeficiente de tanque (Kp) em função da bordadura, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento 
	Slide 7: ETc = ETo x Kc
	Slide 8: Valores de Kc
	Slide 9: Tanque Classe A com parafuso micrométrico
	Slide 10: .
	Slide 11: Outros fatores que influenciam na lâmina irrigação
	Slide 12: Profundidade de irrigação: A profundidade de irrigação se refere ao perfil do soloque será irrigado. Trata-se de um parâmetro fundamental para a fixação da quantidade de água a aplicar na irrigação. Tal profundidade representada pela letra “h”,
	Slide 13: Profundidade de irrigação para algumas culturas
	Slide 14: .
	Slide 15: .
	Slide 16: Nível de Umidade Crítica
	Slide 17: ÁGUA DISPONÍVEL ÀS PLANTAS
	Slide 18: ALTURA DE ÁGUA DISPONÍVEL NO SOLO
	Slide 19: ALTURA DA LÂMINA HÍDRICA LÍQUIDA
	Slide 20: Cálculo da Hi baseado no fator de disponibilidade
	Slide 21: ALTURA DA LÂMINA HÍDRICA LÍQUIDA
	Slide 22: IRRIGAÇÃO TOTAL NECESSÁRIA OU LÂMINA BRUTA
	Slide 23: .
	Slide 24: RESERVA DE ÁGUA NO SOLO
	Slide 25: TURNO DE IRRIGAÇÃO
	Slide 26: Exercício de aplicação
	Slide 27: Cálculo da dotação de rega (q)
	Slide 28: Cálculo do Volume de água aplicado
	Slide 29: Caso o sistema de irrigação opere apenas 10 horas por dia
	Slide 30: Exercício de aplicação
	Slide 31: DIMENSIONAMENTO DE CONJUNTO MOTO-BOMBA
	Slide 32: Cálculo da potência do conjunto moto-bomba
	Slide 33: .
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42: .
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48: Conhecendo o funcionamento do conjunto motobomba FIGURA: VISTA EM CORTE DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA 
	Slide 49: BOMBAS HIDRÁULICAS 
	Slide 50: .
	Slide 51
	Slide 52: CURVA CARACTERÍSTICA DA BOMBA 
	Slide 53
	Slide 54: .
	Slide 55: ANÁLISE... (?) 
	Slide 56: SELEÇÃO DA BOMBA 
	Slide 57
	Slide 58: PROCEDIMENTO PARA SELEÇÃO DE UMA MOTOBOMBA O modelo escolhido é a motobomba BC-91 S/T 1/3 cv rotor 97 mm
	Slide 59: NET POSITIVE SUCTION HEAD (NPSH) – Carga líquida positiva de sucção 
	Slide 60: .
	Slide 61: .
	Slide 62: .
	Slide 63: .
	Slide 64: .
	Slide 65: .
	Slide 66: PERDAS DE CARGA
	Slide 67: NOÇÕES DE PERDAS DE CARGAS Para líquidos cujo peso específico e/ou Viscosidade cinemática (água)
	Slide 68
	Slide 69: .
	Slide 70: .
	Slide 71
	Slide 72: Continuação
	Slide 73: Conexões
	Slide 74: .
	Slide 75: .
	Slide 76
	Slide 77: Perdas de cargas lineares
	Slide 78: Onde:
	Slide 79: - Tubos de ferro galvanizado – Fair-Whipple-Hsiao
	Slide 80
	Slide 81
	Slide 82
	Slide 83: Fórmula Universal da Perda de Carga (Darcy)
	Slide 84: Onde:
	Slide 85: f no diagrama de Moody
	Slide 86
	Slide 87
	Slide 88
	Slide 89
	Slide 90
	Slide 91: VALORES DO COEFICIENTE “C” e da RUGOSIDADE “e” 
	Slide 92: Cálculo do número de Reynolds
	Slide 93: .
	Slide 94: .
	Slide 95: .
	Slide 96: Tubos de materiais diversos (Hazen - Williams
	Slide 97: Onde:
	Slide 98: Perdas de cargas localizadas
	Slide 99: O coeficiente K permanece constante quando o número de Reynolds é da ordem de 50.000 ou maior
	Slide 100: Perdas localizadas expressas em valores aproximados de K e em número de diâmetros 
	Slide 101: DIMENSIONAMENTO DO DIÂMETRO ECONÔMICO DA TUBULAÇÃO
	Slide 102: Cálculo da velocidade econômica
	Slide 103
	Slide 104
	Slide 105
	Slide 106