ads:
Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Desenvolvimento de um aspersor de taxa variada para irrigação de precisão
Robson André Armindo
Tese apresentada para obtenção do título de Doutor em
Agronomia. Área de concentração: Irrigação e Drenagem
Piracicaba
2009
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
1
Robson André Armindo
Engenheiro Agrícola
Desenvolvimento de um aspersor de taxa variada para irrigação de precisão
Orientador:
Prof. Dr. TARLEI ARRIEL BOTREL
Tese apresentada para obtenção do título de Doutor em
Agronomia. Área de concentração: Irrigação e Drenagem
Piracicaba
2009
ads:
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - ESALQ/USP
Armindo, Robson André
Desenvolvimento de um aspersor de taxa variada para irrigação de precisão / Robson
André Armindo. - - Piracicaba, 2009.
98 p. : il.
Tese (Doutorado) - - Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, 2009.
Bibliografia.
1. Aspersores - Automação 2. Irrigação de precisão 3. Irrigação por pivô central
4. Tecnologia agrícola I. Título
CDD 631.7
A729d
“Permitida a cópia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte – O autor”
2
3
Aos meus pais João Armindo Neto e Maria do Carmo Maculan
Aos meus irmãos Ronan Marcos Armindo e Rose Marie Armindo
por sempre me proporcionarem incentivo, força, apoio e amor.
(DEDICO)
A minha amada noiva Aliandra por todo apoio, segurança, carinho e companheirismo
durante todas as dificuldades e alegrias. A você meu amor meu muito obrigado...
(OFEREÇO)
4
5
AGRADECIMENTOS
A Deus por me conceder força, saúde e disposição para a realização deste trabalho.
A Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz” (ESALQ/USP) pela oportunidade de
realização do curso de doutoramento e ao ensino público brasileiro.
Ao orientador e amigo professor Tarlei Arriel Botrel pela orientação e sábios conselhos
que me proporcionaram muitos momentos de reflexão, aprendizado e crescimento.
A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pela bolsa
concedida durante o desenvolvimento do projeto.
Aos professores e funcionários do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP
pelo conhecimento, apoio e atenção e em especial ao “seu” Antônio, Áureo, Chicão, Davilmar,
Gilmar, “seu” Hélio, Luís, Osvaldo e Vanda.
Aos integrantes do Grupo de Práticas em Irrigação e Drenagem (GPID) pelo auxílio
durante todo o tempo de pós-graduação realizado.
Aos “mestres” do ensino que convivi desde minha alfabetização até o presente momento.
Ao sempre orientador e amigo professor Joaquim Paulo da Silva por ter me
proporcionado a primeira oportunidade em iniciação científica acreditando em meu potencial.
As queridas Cristina, Letícia e Isabelle.
Aos amigos de sala Antônio, Ceres, Dinara, Marinaldo e Wanderley pela constante troca
de experiências e aprendizados e, especialmente ao amigo Tiago Capello Garzella pelas valiosas
contribuições durante todo o período de pós-graduação.
Aos amigos da pós-graduação: Adalberto, Allan, Clarette, Basalto, Carlos, Cícero,
Cláudio, Cleomar, Cornélio, Dalva, Dani, Danilton, Fabiana, Garotinho, Janaína, João Batista,
João Lélis, Kelly, Ligia, Lucas Faria, Lucas Vellame, Marco Rosa, Marconi, Pabblo, Pedro
Róbinson, Pedro Giongo, Ronaldo, Sérgio, Ticão e Valfísio pela convivência e aprendizado.
Aos amigos: Antônio Bianchi, Inael, Joel Felipe, Juliana Souza, Leandro, Leônidas,
Marllon Chalfun, Natiele de Medeiros, Patrícia Ferreira, Patrick Schmidt e Vanderson que me
apoiaram durante este curso de doutorado.
Ao casal Márcio e Carolzinha pela convivência, amizade e bons momentos de alegria
vividos. Ao casal Valdir e Fiva pelo carinho e acolhimento nesta cidade.
Por fim, a todos que contribuíram de alguma forma para realização deste trabalho.
6
7
“Você não sabe o quanto eu caminhei
Prá chegar até aqui
Percorri milhas e milhas antes de dormir
Eu nem cochilei
Os mais belos montes escalei
Nas noites escuras de frio chorei
A vida ensina e o tempo traz o tom
Prá nascer uma canção
E com a fé do dia-a-dia encontro a solução
Meu caminho só meu Pai pode mudar
Meu caminho só meu Pai
Meu caminho só meu Deus...”
De: Toni Garrido / Lazão / Da Gama / Bino
8
9
SUMÁRIO
RESUMO .............................................................................................................................. 11
ABSTRACT .......................................................................................................................... 13
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... 15
LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... 19
LISTA DE SÍMBOLOS ........................................................................................................ 21
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 23
2 DESENVOLVIMENTO ..................................................................................................... 25
2.1 Justificativa e Relevância ................................................................................................ 25
2.2 Importância e utilização da água no contexto da irrigação de precisão e da variabilidade
espacial e temporal das propriedades dos solos..................................................................... 26
2.3 Viabilidade Agronômica e Econômica ............................................................................ 29
2.4 Sensoriamento ................................................................................................................. 30
2.4.1 Sensoriamento Direto ................................................................................................... 30
2.4.2 Sensoriamento Remoto ................................................................................................. 32
2.5 Sistemas de aplicação em taxa variada ............................................................................ 35
2.6 Considerações de projeto ................................................................................................. 37
2.7 Técnicas para variação de vazão em aspersores .............................................................. 39
2.7.1 Controle da velocidade de deslocamento do equipamento de irrigação ....................... 39
2.7.2 Controle da vazão dos aspersores ao longo da linha lateral ......................................... 40
2.8 Sistemas de aplicação em taxa variada ............................................................................ 41
2.8.1 Controle da área do bocal do aspersor .......................................................................... 43
2.8.2 Controle da freqüência de pulsos ................................................................................. 43
2.8.3 Controle da injeção de ar no sistema ............................................................................ 44
2.9 Sistemas de posicionamento ............................................................................................ 45
2.10 Motores de passo ........................................................................................................... 46
2.10.1 Características dos motores de passo ......................................................................... 47
2.10.2 Tipos de motores de passo .......................................................................................... 48
2.11 Porta paralela ................................................................................................................. 49
2.12 Análise do erro aleatório e erro sistemático .................................................................. 51
10
2.13 Material e métodos ......................................................................................................... 52
2.13.1 Localização e Etapas do Experimento ........................................................................ 52
2.13.2 Referencial Ideológico ................................................................................................ 53
2.13.3 Calibração ................................................................................................................... 55
2.13.4 Ensaios de campo ........................................................................................................ 59
2.13.5 Automação do protótipo desenvolvido ....................................................................... 62
2.14 Resultados e Discussão .................................................................................................. 64
2.14.1 Calibração ................................................................................................................... 64
2.14.1.1 Avaliação para rotação anti-horária da haste ........................................................... 64
2.14.1.2 Avaliação para rotação horária da haste .................................................................. 69
2.14.1.3 Modelos para predição de vazão nos aspersores de taxa variada ............................ 74
2.14.1.4 Coeficiente de descarga ........................................................................................... 75
2.14.2 Ensaios de campo ........................................................................................................ 79
2.14.3 Automação do protótipo desenvolvido ....................................................................... 85
2.14.4 Quimigação ................................................................................................................. 86
3 CONCLUSÃO .................................................................................................................... 89
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 91
11
RESUMO
Desenvolvimento de um aspersor de taxa variada para irrigação de precisão
Devido à limitação dos recursos hídricos que está cada vez mais perto do limite, a
utilização da água na agricultura precisa ser mais eficiente visando à manutenção dos níveis
atuais de produtividade aliada a expansão da área irrigada. A eficiência dos sistemas de irrigação
quanto ao uso da água pode ser aumentada adequando-se a quantidade aplicada de água às
condições específicas do solo e da cultura, as quais variam dentro da lavoura. É notória a
necessidade de equipamentos que sejam capazes de aplicar variadas lâminas de irrigação a fim de
sanar a necessidade hídrica do solo levando-se em conta a variabilidade espacial e temporal.
Assim, neste trabalho, teve-se por objetivo desenvolver e avaliar um aspersor de taxa variada
para a utilização em pivôs-centrais e/ou sistemas lineares de irrigação com potencialidade de
utilização em projetos de irrigação de precisão. Dois protótipos foram desenvolvidos realizando-
se em laboratório suas referidas calibrações bem como o ajuste de seus coeficientes de descarga.
Realizou-se com êxito uma modelagem para se estabelecer uma equação para predição de vazão
em aspersores de taxa variada. A calibração do protótipo do aspersor de taxa variada I apresentou
resultados estatísticos satisfatórios, entretanto resultados técnicos questionáveis. Já o processo de
calibração do protótipo do aspersor de taxa variada II apresentou resultados estatísticos e técnicos
satisfatórios, sendo o protótipo escolhido para realização de ensaios de campo e posteriormente
sua automação. Em ensaios de campo, determinaram-se perfis radiais de distribuição para o
segundo protótipo,
seguindo as recomendações da norma técnica da ASABE, encontrando-se os
alcances correspondentes as diversas vazões ensaiadas e com os dois defletores rotativos de
quatro e seis jatos testados em campo. A automação desse protótipo foi realizada por meio do
acionamento de um motor de passo utilizando-se a comunicação de porta paralela de um
microcomputador controlada por um software desenvolvido em linguagem pascal em ambiente
Delphi. Os resultados foram considerados satisfatórios proporcionando a viabilidade técnica da
idéia de construção de um aspersor de taxa variada a ser utilizado em projetos de irrigação de
precisão.
Palavras-Chave: Aspersor de taxa variada; Irrigação de precisão; Pivô central; Sistema linear de
irrigação; Automação
12
13
ABSTRACT
Flow rate sprinkler development for the site specific irrigation
Due to depletion of hydric resources which are nearing limits, water use in agriculture
requires more efficient to maintain current levels of yield in the expansion of irrigated areas. The
efficiency of irrigation systems as for water use can be increased adjusting the amount of water
applied to the specific conditions of soil and crop, which vary in the field. It is evident the need
for equipment capable of applying different irrigation levels in order to supply the water
requirement of the soil taking into account the spatial and temporal variability. So, this work aims
to develop and evaluate a flow rate sprinkler to be used in center pivots or linear moving
irrigation systems with the potential for utilization in scheduling irrigation. Two prototypes were
developed. Their calibrations and discharge coefficient adjustments were carried out in a
laboratory. To predict flow rate, it was established a successful model that represents flow rate
sprinklers operation. The calibration of the flow rate sprinkler prototype I showed good statistical
results, however questionable technical results. As for the calibration process of flow rate
sprinkler prototype II showed satisfactory statistical and technical results. This prototype was
chosen to be implemented in field-testing and to be automated. In field tests, it was determined
radial distribution profiles for the second prototype, following recommendations of ASABE
technical standard. Sprinkler radius of throw was determined by different flow rates tested and
two types of rotating deflectors: four and six jets. The automation of the prototype was obtained
through driving a step motor using the communication of parallel door of a microcomputer which
was controlled by a software program developed for this purpose. Results were considered
satisfactory and provided technical feasibility to build a flow rate sprinkler to be used in precision
irrigation.
Keywords: Flow rate sprinkler; Precision irrigation; Center pivot; Irrigation moving linear
system; Automation
14
15
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Sensor de umidade e temperatura do solo desenvolvido por Vellidis et al. (2007) ...... 31
Figura 2 - Sensor MEMS de umidade e temperatura do solo desenvolvido por Jackson et al.
(2007) .......................................................................................................................... 32
Figura 3 - a) Lâminas de irrigação e dosagens de nitrogênio em taxa variada. b) Parcelas de
temperaturas do dossel ao longo da área .................................................................. 33
Figura 4 - Áreas de stress biótico e abiótico em uma área de algodão irrigado ........................... 34
Figura 5 - Mapa de temperatura do dossel monitorada por sensores de infravermelho ............... 35
Figura 6 - Imagem da técnica utilizada por pesquisadores da USDA-ARS .................................. 40
Figura 7 - Imagem da técnica utilizada por pesquisadores da Universidade de Idaho ................. 41
Figura 8 - Imagem do Farmscan Canlink 3000. a) compressor de ar. b) esquema completo do
sistema ........................................................................................................................ 42
Figura 9 - Imagem do aspersor de taxa variada desenvolvido por King e Kincaid (2004) .......... 43
Figura 10 - Imagem da técnica utilizada por Camp et al. (1996) e Omary et al. (1996) ............... 45
Figura 11 - Imagem das partes que constituem o motor de passo. a) rotor b) estator .................. 47
Figura 12 - Imagem dos conectores DB25 para porta paralela. a) conector macho b) conector
fêmea ........................................................................................................................ 49
Figura 13 - Imagem do esquema de ligação dos pinos do conector DB25 .................................. 50
Figura 14 - Imagem do protótipo ATV
1
. a) Detalhamento do conector tipo “Y”, luva, mancais
guias, niple e bocal. b) construção da haste e montagem do ATV
1
......................... 53
Figura 15 - Imagem do protótipo construído. a) Vista frontal. b) detalhe em perspectiva........... 54
Figura 16 - a) Imagem do protótipo do aspersor de taxa variada II. b) Imagem da haste de ponta
cônica de acrílico e bocal de acrílico ....................................................................... 55
Figura 17 - Imagem da haste de ponta cônica para promover a variação da área do bocal ......... 55
Figura 18 - Projeção da área do bocal alterada pelo movimento vertical da haste....................... 56
Figura 19 - Imagem do circuito hidráulico montado para realização da calibração do ATV
1
..... 59
Figura 20 - Distribuição das linhas de coletores a serem utilizadas na realização dos ensaios.... 60
Figura 21 - Imagem dos refletores rotativos utilizados nos ensaios de campo. a) defletor de quatro
jatos. b) defletor de seis jatos ...................................................................................... 61
16
Figura 22 - Imagem do acoplamento do motor de passo a polia de acionamento da haste do
protótipo desenvolvido ............................................................................................. 62
Figura 23 - Fluxograma de comando para o acionamento do protótipo desenvolvido. LBI - lâmina
bruta de irrigação. RAP - Requerimento de água no ponto. IPAH - Identificação da
posição atual da haste. q - vazão ................................................................................. 63
Figura 24 - Comportamento da vazão em função da rotação anti-horária imposta a haste e das
pressões estabelecidas nos ensaios de calibração. a) ATV
1
b) ATV
2
....................... 64
Figura 25 - Superfícies de resposta para o ATV
1
operado em rotação anti-horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico .................................................................................................. 65
Figura 26 - Superfícies de resposta para o ATV
2
operado em rotação anti-horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico .................................................................................................. 66
Figura 27 - Retas de comparação 1:1 entre valores observados e valores estimados pelo modelo
teórico em condição de rotação anti-horária da haste. a) ATV
1
. b) ATV
2
............... 67
Figura 28 - Representação gráfica dos dados observados, simulados e erro para a condição de
rotação anti-horária. a) ATV
1
para a pressão máxima de operação de 280 kPa. b)
ATV
2
para a pressão máxima de operação de 250 kPa ............................................ 68
Figura 29 - Comportamento da vazão em função da rotação horária imposta a haste e das
pressões estabelecidas nos ensaios de calibração. a) ATV
1
b) ATV
2
.......................69
Figura 30- Superfícies de resposta para o ATV
1
operado em rotação horária da haste. a) pelo
modelo teórico representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para
predição de valores......................................................................................................70
Figura 31 - Superfícies de resposta para o ATV
2
operado em rotação horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico.................................................................................................71
Figura 32 - Representação gráfica dos dados observados, simulados e erro para a condição de
rotação horária. a) ATV
1
para a pressão máxima de operação de 280 kPa. b) ATV
2
para a pressão máxima de operação de 250 kPa ....................................................... 72
Figura 33 - Retas de comparação 1:1 entre valores observados e valores simulados pelo modelo
teórico em condição de rotação horária da haste. a) ATV
1
. b) ATV
2
....................... 73
17
Figura 34 - Comportamento do coeficiente de descarga função da rotação imposta à haste. a)
ATV
1
b) ATV
2
......................................................................................................... 75
Figura 35 - Validação do modelo teórico proposto pela eq. (8) em pressões pré-estabelecidas para
o ATV
1
..................................................................................................................... 78
Figura 36 - Validação do modelo proposto teórico pela eq. (8) em pressões pré-estabelecidas para
o ATV
2
..................................................................................................................... 79
Figura 37 - Perfis médios de distribuição do ATV
2
operado em diferentes pressões e vazões e
com dois tipos de defletores rotativos ...................................................................... 81
Figura 38 - Perfis de distribuição do ATV
2
operado em mesma pressão obtendo vazões diferentes
em função do movimento da haste ........................................................................... 84
Figura 39 - Comparação entre os dados observados de vazão em rotação horária e anti-horária da
haste do protótipo ATV
2
............................................................................................. 85
Figura 40 - Imagens do acoplamento final do motor de passo ao ATV2.......................................86
Figura 41 - ATV2 operado em condições de formação de spray com gotas mais finas. a) defletor
fixo utilizado. b) imagem do aspecto visual do spray de gotas finas..........................87
18
19
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Funções dos pinos existentes na porta paralela de conector DB-25........................... 51
Tabela 2 - Valores de vazão (m
3
h
-1
) a serem ensaiados em campo para obtenção dos perfis
radiais de distribuição do ATV
2
em função de pressão e ângulo de rotação da haste. 61
Tabela 3 - Índices de desvio máximo e erro relativo para os modelos teórico e empírico na
predição de vazão de aspersores de taxa variada. ....................................................... 74
Tabela 4 - Alcance máximo determinado a partir do perfil médio de distribuição referente às
condições de operação do ATV
2
................................................................................. 82
Tabela 5 - Valores de alcance obtidos para vazões sob mesma pressão para o defletor de seis
jatos. ............................................................................................................................ 85
20
21
LISTA DE SÍMBOLOS
f - Ângulo de rotação imposto à haste presente aos protótipos desenvolvidos.
b - Ângulo de ataque na ponta cônica da haste presente aos protótipos desenvolvidos.
a - Metade do ângulo de ataque na ponta cônica da haste presente aos protótipos desenvolvidos.
rs - Massa específica aparente do solo.
Q - Umidade do solo com base em volume.
Qcc - Umidade do solo com base em volume na capacidade de campo.
Qpmp - Umidade do solo com base em volume no ponto de murcha permanente.
W - Unidade que representa resistência elétrica, ohm.
22
23
1 INTRODUÇÃO
A Agricultura de Precisão consiste de um ciclo de análise da produtividade da cultura.
Nesse ciclo está inserido o mapeamento da variabilidade da colheita; a identificação das
características do solo e planta via coleta de amostras ou imagens de satélite; a realização de um
mapa de correção; o tratamento dos fatores que provocam a variabilidade espacial da
produtividade controlando precisamente a aplicação de insumos de acordo com a necessidade
local permitindo assim um gerenciamento mais adequado. Comprovadamente no campo
científico e prático encontram-se na agricultura de precisão muitas vantagens, como: (a)
economia de insumos agrícolas (agrotóxicos, fertilizantes, corretivos agrícolas); (b) aumento da
produtividade, devido à otimização dos recursos do solo e (c) sustentabilidade da terra em longo
prazo explorando-a de forma otimizada e não depredadora.
Utilizando-se o mesmo princípio, pode-se obter também uma utilização mais racional da
água. Projetos de irrigação ainda são elaborados partindo-se do pré-suposto de que a área seja
totalmente uniforme resultando em uma lâmina de irrigação constante em toda área. Estudos têm
sido realizados a fim de se aplicar água em taxa variada levando-se em conta a variabilidade
espacial do solo e variabilidade genética das plantas tendo assim por objetivo não só a busca por
maior produtividade e receita líquida, mas, sobretudo pela otimização do uso da água.
Alguns autores como Fraisse et al. (1992); Duke et al. (1992); Fraisse, Heermann e Duke
(1995); King e Kincaid (2004) na maioria, dispostos em países como Estados Unidos e Austrália,
elaboraram e apresentaram diversas soluções para que os equipamentos pudessem realizar a
aplicação de água valendo-se da correção espacial. Equipamentos como pivô central e sistema
linear de irrigação foram os mais adaptados nesses projetos. Alguns poucos trabalhos relatam
projetos de aspersão convencional e irrigação localizada, que por sua vez, clama por projetos que
garantam maior correção na aplicação de água levando-se em conta a variabilidade existente
entre as unidades e, até mesmo, subunidades de irrigação.
Seria ideal, após a constatação de que a área a ser irrigada não seja homogênea quanto às
características de solo e planta, lançar mão do uso de equipamentos de irrigação dispostos de uma
tecnologia mais avançada. Os sistemas de irrigação que operam realizando aplicação de água em
taxa variada são necessários para se realizar um manejo de água diferenciado na área. Tal
necessidade pode ser suprida com o projeto de aspersores com aplicação de água em taxa variada.
24
Dessa forma, tem-se por objetivo, neste trabalho, desenvolver um aspersor de taxa variada
avaliando-se tecnicamente suas características hidráulicas, um modelo teórico para predição de
vazão e o comportamento de seu perfil radial de distribuição de água.
25
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Justificativa e Relevância
Desde o início da década de noventa é crescente o enfoque sobre a necessidade de maior
cuidado com a preservação dos recursos naturais do planeta, visando reduzir a degradação
ambiental (FRAISSE et al., 1995). Com o intuito de se gerenciar de forma mais adequada o
sistema agrícola, o interesse nos tratamentos localizados da lavoura retrata a provável opção mais
viável para a manutenção dos níveis de produtividades atuais com redução na utilização de
insumos (KING e KINCAID, 2004).
Ainda na década de noventa, alguns trabalhos relatam a utilização de receptores de sinais
de Sistemas de Satélites de Navegação Global (GNSS) em colhedoras e outras máquinas
agrícolas, permitindo o monitoramento da variabilidade espacial das lavouras e o tratamento
localizado com base na variabilidade observada (AL-KUFAISHI et al., 2006). Ajustando-se a
aplicação de fertilizantes na safra seguinte, produtividades mais uniformes seriam obtidas
(DEBOER et al., 1992).
A percepção de que a uniformidade da produtividade dependia de vários outros fatores de
produção, desencadeou uma série de estudos visando permitir um controle mais apurado desses
fatores (OMARY et al., 1997). Como a água despontava-se como fator de maior relação com a
variabilidade da produtividade, somando-se às recentes preocupações com a degradação
ambiental, formas de se gerenciar esse insumo de modo mais eficiente passaram a ser alvo de
forte estudo (DUKE et al., 1992).
Os sistemas de irrigação eram e ainda são projetados com o objetivo de se garantir uma
lâmina uniforme de aplicação ao longo de todo comprimento da tubulação e durante todo o
percurso do sistema (FRAISSE et al., 1995 e OMARY et al., 1997). Entretanto, a nova tendência
sugeria a possibilidade de se projetar sistemas capazes de variar a lâmina de aplicação tanto ao
longo do comprimento da tubulação quanto no sentido de deslocamento do sistema (DUKE et al.,
1992).
Nesse sentido, os sistemas lineares de irrigação por aspersão e os sistemas de irrigação
por pivô central caracterizavam-se como plataformas ideais para o desenvolvimento de
tecnologias associadas à aplicação localizada de água (KING e KINCAID, 2004). Por ser uma
26
recente área de estudo, os sistemas de irrigação em taxa variada devem se tornar mais eficientes
quanto à operacionalidade e à utilização de água e energia (DUKES e PERRY, 2006). Sadler et
al. (2005) acreditam que sistemas de irrigação auto-propelidos terão uma significativa
importância no futuro da irrigação de precisão.
Por ser um recurso natural de importância fundamental, práticas que proporcionem um
uso mais eficiente da água são de extrema significância. Na irrigação de precisão tem-se por
objetivo otimizar o processo de produção agrícola por meio da aplicação da quantidade correta de
água no momento e no local adequado, considerando a variabilidade espacial e temporal dos
fatores de produção. Argumentos baseados na conservação ambiental justificam o
desenvolvimento de equipamentos de irrigação capazes de aplicar lâminas variadas de água em
porções diferentes da lavoura. Entretanto, os benefícios econômicos e agronômicos da aplicação
de água em taxa variada necessitam de mais estudos.
2.2 Importância e utilização da água no contexto da irrigação de precisão e da variabilidade
espacial e temporal das propriedades dos solos
A água é um dos fatores de produção mais importante para a agricultura, que por sua
vez, segundo Rijsberman (2006), é a uma das atividades que mais consome água. A irrigação, em
regiões úmidas, é explorada com caráter suplementar, vindo a diminuir os riscos inerentes à
produção e proporcionar níveis ótimos de produtividades. Já em regiões secas, a irrigação torna-
se prática obrigatória para que a produção agrícola atinja resultados econômicos satisfatórios
(AL-KUFAISHI et al., 2006).
Diversos autores discorrem sobre os desafios da utilização da água pela agricultura.
Sadler et al. (2005), afirmam que a iminente escassez dos recursos hídricos sugere uma utilização
cada vez mais eficiente da água nos sistemas agrícolas. A necessidade de conservação dos
recursos hídricos exige uma conscientização dos agricultores no sentido de otimizarem a
utilização da água, a fim de se permitir a sustentabilidade do ambiente e consequentemente do
sistema produtivo (RIJSBERMAN, 2005). Dukes e Perry (2006) citam que com a disponibilidade
hídrica tornando-se limitante e com o consumo humano possuindo exploração prioritária desse
recurso, esforços no sentido de se adequar a quantidade de água aplicada a real necessidade dos
sistemas produtivos são fundamentais.
27
Ottman e Pope (2002) afirmam que a irrigação em excesso pode além de contribuir com
a escassez desse recurso, ocasionar a contaminação de corpos d’água pela lixiviação e
carregamento de nutrientes e partículas. Em contrapartida, quantidades insuficientes de água
podem causar estresse hídrico e baixa produtividade das culturas (AL-KUFAISHI et al., 2006).
Outro grande desafio da irrigação trata-se da variabilidade espacial de atributos físicos e
químicos do solo e da variabilidade espacial e temporal da condição da cultura, fazendo com que
a mesma quantidade de água aplicada em porções diferentes da lavoura possa proporcionar
efeitos bem diferentes (STONE et al., 2006). Alguns trabalhos como o de Israelsen e Hansen
(1965) cita que para solos de textura arenosa e argilosa a umidade na capacidade de campo (Θ
cc
)
possui valores médios de 9 e 35% e a massa específica aparente (ρ
s
)
valores médios de 1,65 e
1,25 g cm
-3
respectivamente; para a umidade no ponto de murcha permanente (Θ
pmp
), esses solos
apresentam valores médios de 4 e 17% respectivamente.
Solos distintos possuem diferentes capacidades de retenção de água e diferentes
condutividades hidráulicas. Isso leva à exigência de diferentes quantidades de água visando
alcançar a capacidade de campo e minimizar o escoamento superficial. A quantidade de
nutrientes adsorvida também é desuniforme de acordo com o tipo de solo. Essas características
incentivam o desenvolvimento de tecnologias que permitam a aplicação localizada de insumos
(OMARY et al., 1997).
Camp e Sadler (2002) mencionam que a combinação de solos altamente variáveis com
outros fatores de produção, também variáveis, proporciona uma complexa condição de
gerenciamento visando otimizar a produção e o uso da água.
A água foi o primeiro insumo a ser gerenciado dentro de um sistema produtivo, com
registros arqueológicos de mais de oito mil anos desse gerenciamento, na região do rio Nilo, na
Mesopotâmia, e perto de outros rios na China, Índia e América. Esse fato evidencia uma longa
história de pesquisa em irrigação, e quase obriga a obtenção de novos métodos de aplicação de
água e gerenciamento desses métodos (SADLER et al., 2002).
Recentemente um significativo enfoque tem sido dado às práticas relacionadas à
agricultura de precisão, principalmente pelo potencial elevado dessas otimizarem o processo de
produção agrícola. Um dos conceitos básicos da agricultura de precisão é aplicar a quantidade
correta de insumos no momento e local adequados. Vanden Heuvel apud Heermann et al. (2002)
afirma que a agricultura de precisão não se resume à utilização de equipamentos de alta
28
tecnologia, porém relaciona-se à aquisição e ao uso com sabedoria da informação obtida pela
tecnologia.
Em sua essência, a agricultura de precisão permite o gerenciamento do sistema
produtivo considerando-o como desuniforme. Essa técnica vem a estudar os fatores causadores de
variabilidade e atuando de forma a obter um melhor rendimento econômico da atividade (AL-
KUFAISHI et al., 2006).
Em um trabalho apresentado por Heermann et al. (2002), no qual se estudou os
principais atributos causadores de variabilidade num sistema irrigado de produção agrícola,
verifica-se que a variabilidade observada na produtividade pode ser explicada principalmente
pela condição de umidade do solo na área. Durante observações espacializadas do
desenvolvimento de culturas no sul de Coastal Plain, Karlen et al. (1990) notou-se que fatores
relacionados à disponibilidade hídrica, principalmente em períodos secos, são os principais
causadores da variabilidade obtida na produtividade.
É dentro dessa linha de estudo que, desde a década de noventa, a irrigação de precisão
vem sendo desenvolvida, em resposta à necessidade de se fornecer água ao solo de acordo com a
variabilidade espacial da topografia, do tipo de solo, da disponibilidade de água do solo, do
sistema de produção e de outros fatores, visando tanto a otimização da produção como a
conservação dos recursos hídricos e do ambiente (STONE et al., 2006).
O termo irrigação de precisão, para o setor de irrigação, comumente conota à aplicação
no momento certo da quantidade adequada de água, mas considerando elevada uniformidade ao
longo de toda lavoura. No contexto da agricultura de precisão, a irrigação de precisão passa a
agregar a adequação à variabilidade espacial do sistema produtivo (SADLER et al., 2005).
Assim, a irrigação de precisão pode ser definida como a aplicação de água em quantidade precisa
e no momento certo, de acordo com a variabilidade espacial e temporal do solo e em resposta à
demanda da cultura durante os diferentes estágios de desenvolvimento (AL-KUFAISHI et al.,
2006).
29
2.3 Viabilidade Agronômica e Econômica
Uma questão de grande importância dentro da irrigação de precisão é sobre a viabilidade
da aplicação localizada de água, considerando os aspectos agronômicos e econômicos dessa
atividade.
Se a disponibilidade de água é um dos principais fatores condicionantes da variabilidade
da produtividade (HEERMANN et al., 2002 e SADLER et al., 2002), a aplicação de água em
taxa variada traz algumas incógnitas quanto ao favorecimento da homogeneização da
produtividade (HEERMANN et al., 2002). É de conhecimento geral que muitos atributos físicos
do solo se relacionam com a disponibilidade da água às culturas, e muitos nutrientes também
possuem sua eficiência de absorção pelas plantas relacionadas com a água. Assim, identificar
quais parâmetros devem ser considerados na determinação da lâmina de irrigação recomendada a
cada porção da lavoura não é uma tarefa fácil (SADLER et al., 2005).
Nesse cenário, ganha significativa importância os modelos de simulação de irrigação,
capazes de integrar informações de solo, clima, planta e gerenciamento para auxiliar na definição
da melhor estratégia de atuação (AL-KUFAISHI et al., 2006).
No trabalho desenvolvido por Al-Kufaishi et al. (2006), avaliou-se a economia de água
utilizando-se de um sistema de irrigação com aplicação em taxa variada em relação ao mesmo
sistema operando em aplicação uniforme. Os autores observaram que a perda de água foi maior
com o sistema operando em condição uniforme, justificando a aplicação em taxa variada, quando
se considera somente a conservação dos recursos hídricos. Os mesmos autores afirmam que
trabalhos considerando o consumo de energia e o desenvolvimento da cultura em cada condição
de funcionamento do sistema ainda precisam ser realizados.
Sadler et al. (2005) afirmam que as justificativas para utilização da irrigação de precisão
são extremamente satisfatórias quando considerado a oportunidade de conservação do ambiente e
dos recursos hídricos. Sadler et al. (2005) afirmam ainda que grande parte das ferramentas
desenvolvidas com o intuito de aumentar a eficiência econômica da atividade agrícola, não
considera o nível de conhecimento e a habilidade do operador que será responsável pelo
gerenciamento do sistema, e que, portanto, esse não será capaz de proporcionar a eficiência e
economia esperada.
30
O estudo da viabilidade econômica da aplicação de água em taxa variada é uma tarefa de
difícil realização, uma vez que poucos equipamentos estão disponíveis comercialmente, os custos
de aquisição e operação ainda são pouco conhecidos e a resposta real das culturas a esse
tratamento também é de complexa definição (SADLER et al., 2005). Os autores afirmam que
somente após estudos avaliando a viabilidade técnica e econômica da utilização de sistemas de
irrigação de precisão é que será possível avaliar a resposta das culturas à aplicação de água e
nutrientes em taxa variada.
A principal justificativa econômica da agricultura de precisão relaciona-se à economia
de insumos para a obtenção de um mesmo nível de produtividade. Com menor investimento em
insumos, os produtores tornam-se mais sujeitos aos riscos da atividade, os quais ainda são
significativamente menores que os benefícios econômicos (DeBOER e GRIFFIN, 2006).
Entretanto, esse mesmo argumento aplicado à irrigação de precisão aparentemente não é válido
devido ao baixo custo da água, fazendo com que o custo da operação não se reduza em proporção
ao aumento do risco da atividade (SADLER et al., 2005).
No trabalho de Sadler et al. (2005), são apresentadas fortes justificativas ambientais da
utilização da irrigação em taxa variada, entretanto os autores sugerem mais estudos objetivando
avaliar a viabilidade agronômica e econômica dessa prática.
2.4 Sensoriamento
O sensoriamento direto ou remoto é uma ferramenta de alto potencial de aplicabilidade
na irrigação de precisão, tornando-se indispensável na busca da variabilidade espaço-temporal de
solo, planta e clima se objetivando a busca pela informação correta de quando e quanto se irrigar.
2.4.1 Sensoriamento Direto
Assume-se aqui que o sensoriamento direto é realizado quando algumas informações
como: umidade e temperatura do solo; umidade do ar; velocidade e direção do vento; radiação
solar entre outras são obtidas através do contacto de sensores ativos e o meio que se deseja
analisar. Vários autores recomendam a utilização desses sensores em defesa de um manejo mais
dinâmico. Algumas aplicações de sensoriamento direto são apresentadas a seguir.
31
Starr (2005) instalou equipamentos que utilizam a técnica de reflectômetria no domínio
do tempo (TDR) em 2002 ao longo de uma área irrigada rotacionada de batata e beterraba para
estudar a variabilidade espacial e a estabilidade temporal da umidade do solo a fim de se realizar
um manejo de irrigação de precisão. A umidade do solo foi mapeada e comparada com textura e
a altimetria da área. A estabilidade temporal explicou 47% da variabilidade presente na umidade
do solo; e atribuiu-se uma variabilidade adicional de 20% ao erro aleatório de medição. Calibrou-
se um modelo para predição da umidade do solo encontrando-se uma raiz quadrada do erro médio
(RMSE) de 0,05 cm
3
cm
-3
para os dados estimados em 2003. Yunseop, Evans e Iversen (2008)
automatizaram o mesmo instrumento, instalando-os em cinco pontos de uma área experimental
de beterraba açucareira e cevada irrigada nas profundidades de 0,3 e 0,6 m. De acordo com os
autores, realizou-se essa automação a fim de monitorar a variabilidade espacial da umidade do
solo para a realização de um gerenciamento automatizado em tempo real do manejo da irrigação.
Vellidis et al. (2007) desenvolveram e apresentaram no campus Tifton da Universidade
da Georgia um sensor inteligente de baixo custo capaz de determinar, em tempo real, a umidade e
temperatura do solo (Figura 1). Os dados coletados foram enviados por comunicação via rádio
freqüência para um sistema de controle, denominado VRI, que por sua vez tornava-se
responsável pela tomada de decisão no manejo da irrigação. Os autores explicam que esse
sistema estava ligado ao pivô central para gerenciar as aplicações de água em taxa variada em
áreas individuais, tanto no sentido perimetral quanto no sentido radial da área. Essas aplicações
em taxa variada foram obtidas promovendo-se intermitência dos aspersores e/ou variando a
velocidade de deslocamento do pivô central.
Figura 1 - Sensor de umidade e temperatura do solo desenvolvido por Vellidis et al. (2007)
32
Jackson et al. (2008) desenvolveram um sensor de umidade e temperatura do solo
(Figura 2) baseado na nanotecnologia de um sistema microeletro-mecânico (MEMS). Esse sensor
possui um tamanho reduzido, 2 x 2 mm, capaz de simular o efeito de uma partícula de areia
contraindo-se na ausência de água e expandindo-se em sua presença. A deformação desse sensor,
proveniente de sua expansão e/ou contração, é medida por meio de strain gauges em um circuito
de ponte de Wheatstone. A concentração de vapor de água atuante sobre esse sensor é traduzida
proporcionalmente em um valor de tensão que é armazenado e enviado por um sistema de
comunicação wireless. O sensor MEMS desenvolvido possui capacidade de memória de 2 MB e
opera com 16 bits; possui uma freqüência de transmissão e taxa de armazenamento de dados de
2400 e 2048 Hz, respectivamente.
Figura 2 - Sensor MEMS de umidade e temperatura do solo desenvolvido por Jackson et al.
(2007)
2.4.2 Sensoriamento Remoto
De acordo com Molin (2001) tem-se sensoriamento remoto quando as informações
citadas anteriormente são observadas e coletadas sem o contato físico entre os sensores e o meio
que se deseja analisar. A distância que separa o corpo e o sensor pode variar de 1 a 2 m, como em
fotocélulas, ou até milhares de quilômetros no caso de satélites. Técnicas de fotogrametria e
fotointerpretação associadas ao geoprocessamento, além da utilização de sensores passivos, são
utilizadas com intuito de se obter dados de maneira mais rápida e econômica.
Evans et al. (2000) instalaram 26 sensores de temperatura, que operam na faixa de
comprimento de onda referente ao infravermelho (IRTs), ao longo de 3 torres de um pivô central
33
para monitorar a temperatura do dossel da cultura do milho (Figura 3); esses dados foram
armazenados em um data logger instalado no centro do pivô central. Os autores comentam que a
temperatura pode ser utilizada como indicador de stress hídrico da planta, uma vez que essa
possui uma correlação com a evapotranspiração, possibilitando a partir de sua medição a
realização de um manejo de precisão em uma área irrigada. Valendo-se dos dados coletados os
autores criaram 12 unidades diferenciadas de manejo ao longo dessa área justificando o uso
desses sensores como indicadores indiretos da umidade do solo.
a b
Figura 3 - a) Lâminas de irrigação e dosagens de nitrogênio em taxa variada. b) Parcelas de
temperaturas do dossel ao longo da área
Cohen et al. (2005) apresentaram um estudo realizado em Israel para predição do
potencial hídrico da folha de algodão irrigado baseado na análise espacial e em imagens termais.
Essas imagens foram obtidas por meio de uma câmera de vídeo infravermelha de atuação na faixa
radiométrica. A fim de se gerar uma correlação, calculou-se a temperatura de folhas (CT)
especificamente amostradas, por meio de imagens, determinando-se seus valores de potencial
hídrico (LPW). Análises estáticas revelaram que a relação entre o índice de stress hídrico da
cultura (CWSI) e o LWP apresentou maior estabilidade e uma correlação ligeiramente maior que
a relação entre a CT e o LWP. Utilizaram-se os modelos de regressão entre os dados de CWSI e
LWP versus os dados de TC e LWP para geração de mapas. Os resultados mostraram que houve
variabilidade espacial nas três variáveis testadas e que algumas dessas variações podem ser
34
atribuídas ao sombreamento das folhas e a irradiação solar. Em áreas irrigadas os índices de LWP
foram mais distinguidos nos mapas em relação aos índices de CT e CWSI.
Falkenberg et al. (2007) também utilizaram IRTs para identificação de áreas de stress
biótico e abiótico em uma área de algodão irrigado (Figura 4). Realizou-se esse estudo no Centro
de Pesquisa e Extensão em Uvalde (Texas-EUA) utilizando-se um pivô central com aplicação de
precisão com baixo consumo energético (LEPA) valendo-se de três regimes de irrigação: 50, 75 e
100% da evapotranspiração da cultura (ETc). De acordo com os resultados apresentados pelos
autores pode-se identificar, com o auxílio dessa instrumentação: áreas com podridão nas raízes
devido à infestação do agente Phymatotrichum (“root rot”) e zonas de manejo de irrigação
baseadas na variação de temperatura detectada na área. Verificou-se também que não houve
diferença significativa entre as produtividades do algodão irrigado, nas safras de 2002 e 2003,
com base em 75% e 100% ETc proporcionando uma economia de água de 25% do volume
aplicado.
Figura 4 - Áreas de stress biótico e abiótico em uma área de algodão irrigado
Peters e Evett (2007) analisaram a variabilidade espacial e temporal das condições da
cultura da soja utilizando múltiplos mapas de temperatura do dossel monitorados por ITRs
instalados ao longo da linha lateral de um pivô central (Figura 5). O equipamento foi instalado
em uma área experimental da USDA, na cidade de Bushland, Texas-EUA, em condição de stress
hídrico nos anos de 2004 e 2005. Ajustaram-se modelos baseados nos mapas para a predição (no
ano de 2007) de produtividade, biomassa e consumo hídrico obtendo-se uma correlação (R
2
)
em
torno de 80%.
35
Figura 5 – Imagem do mapa da temperatura do dossel monitorada por IRTs
Alguns estudos vêm sendo conduzidos a fim de se obter correlações entre o índice de
diferentes vegetações normalizadas (NDVI) e a transpiração da planta. A hipótese que está sendo
testada é de que folhas túrgidas refletem uma quantidade de energia e em condições de déficit
hídrico, outra quantidade dessa energia. Entretanto algumas críticas ainda são feitas contra essa
aplicação, tais como: a resposta em forma de reflectância fornecida por uma folha pode estar bem
defasada no tempo, em relação ao momento correto de irrigar. Isso poderia causar um enorme
tempo de déficit para planta descaracterizando o manejo de irrigação, que é definido como
aplicação de água na quantidade correta e no momento correto; outro fator a se considerar é que
determinadas culturas podem se valer de certo potencial osmótico em suas folhas, mesmo que o
solo esteja necessitando de água mascarando a necessidade de irrigação.
2.5 Sistemas de aplicação em taxa variada
A literatura relata duas formas principais de se executar a irrigação em taxa variada. A
primeira delas se dá por meio de pacotes de aspersores pré-configurados para aplicação de
determinadas lâminas, ou seja, a variação da lâmina total segue valores discretos. A segunda
forma proposta acontece por meio de pulsos de funcionamento dos aspersores, os quais alternam
entre um período de tempo ligado e outro desligado. Por esta forma, a variação da lâmina pode
permitir valores contínuos (KING e KINCAID, 2004).
Uma das primeiras tentativas de desenvolvimento de um sistema para irrigação de
precisão e bem registrada na literatura foi apresentada no trabalho de Roth e Gardner (1989).
36
Utilizava-se nesse sistema mais de uma linha de aspersão, sendo que cada uma foi projetada para
aplicar uma determinada lâmina de água. Os autores modificaram um sistema de irrigação linear
instalando três linhas de aspersores, sendo que as duas primeiras poderiam ser ajustadas para
aplicar cinco lâminas diferentes, enquanto a terceira aplicava uma dose uniforme caracterizando o
tratamento testemunha. Nesse trabalho, estudou-se a aplicação de água e de nitrogênio pelo
sistema.
Outra tentativa subseqüente à primeira relaciona-se ao trabalho de Fraisse et al. (1992), e
a trabalhos associados, como o de Duke et al. (1992) e Fraisse et al. (1993). Os autores
modificaram um sistema linear de irrigação por aspersão para proporcionar aplicações de lâminas
de água e quantidades de nutrientes variáveis, através de pulsos de funcionamento dos aspersores.
As taxas de aplicação eram definidas pela relação entre tempo ligado e tempo desligado de
válvulas solenóides que controlavam os aspersores.
Com base no sistema de Fraisse et al. (1992), Stark et al. (1993) relata em seu trabalho o
desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle para aplicação de água e nutrientes em
taxa variada, para utilização em sistemas lineares de irrigação e em sistema de pivô central.
Valendo-se de um microprocessador, o sistema de controle gerenciava alguns grupos de
aspersores, a velocidade de caminhamento e a injeção de nutrientes no sistema de irrigação. Esse
gerenciamento era realizado de acordo com um mapa espacializado da aplicação.
Fraisse, Heermann e Duke (1995) exploraram a irrigação por pulsos como uma técnica de
aplicação variada de água e produtos químicos em um sistema linear de irrigação. Utilizaram-se
válvulas solenóides a uma pressão de operação de 35 kPa e uma sub-rotina para simular a
aplicação variada de lâmina em condições de pulso. Nesse sistema essa forma de aplicação não
resultou em uma diminuição significante da uniformidade de aplicação, uma vez que se
utilizaram pulsos longos, mantendo-se em torno de 90%.
Outros trabalhos como Fraisse et al. (1995); Omary et al. (1997); King e Kincaid (2004);
Farahani et al. (2006) apresentam modificações e avaliações desses sistemas apresentados,
entretanto não foi alterado o princípio de funcionamento.
Perry e Pocknee (2003) relatam o desenvolvimento de um sistema semelhante ao de
Fraisse et al. (1992), entretanto com a integração de um receptor de sinais de sistemas de satélites
de navegação global (GNSS) e preparado para avaliações em condição de campo.
37
Um dos problemas causados pelos sistemas de irrigação de precisão cuja lâmina variável é
proporcionada por pulsos, é que a alternância de estado das válvulas solenóides, as quais
controlam os aspersores, promove significativa ineficiência energética do sistema de irrigação,
uma vez que o sistema de bombeamento permanece sempre ligado mesmo quando, por exemplo,
se aplica metade da lâmina total (KING e KINCAID, 2004). Outro problema relatado no trabalho
de King e Kincaid (2004) refere-se a não adequação dos aspersores para funcionamento em ritmo
intermitente. A resposta dos aspersores convencionais não contempla a mudança rápida de
pressão sobre os mesmos, ocasionando variação da uniformidade de aplicação.
2.6 Considerações de projeto
Sadler et al. (2000) citam que o interesse em otimizar o manejo de irrigação e a aplicação
de nutrientes levando-se em consideração a variabilidade espacial apresentou um significativo
aumento durante a década de 90, devido à utilização de monitores de produtividade de custo mais
acessível e a aceitação do estudo pela comunidade científica. O nível e a fonte da
variabilidade espacial dependem de muitos fatores, mas, sobretudo sobre os princípios de
controle e manejo que devem ser aplicados na maioria dos locais. Em geral as estratégias de
manejo (proteção ambiental, conservação dos recursos, custo, etc.) devem ser conhecidas para
cada aplicação. Entretanto, o número e o tamanho das zonas de manejo juntamente com o
tamanho dos equipamentos de irrigação irão variar de local pra local. Os autores afirmam que a
resposta das culturas em relação à aplicação em taxa variada de água, nutrientes e pesticidas deve
ser determinada.
Uma vez que essa informação seja adquirida, a combinação de nutrientes e irrigação pode
ser determinada para uma zona específica de manejo juntamente com seu sistema de irrigação
mais indicado. Pesquisas de vários locais dos EUA contribuíram muito mais para o
desenvolvimento dessa informação. Além do mais, softwares de controle foram desenvolvidos
para manejar a aplicação de fertilizantes e água nessas zonas de manejo, via pivô central e
sistema linear de irrigação (SADLER et al., 2000).
Os autores ainda comentam que um projeto aceitável de um equipamento de irrigação de
precisão é duplamente complexo. O arranjo de um projeto usual com um projeto tradicional para
elaborar um novo equipamento requer várias considerações associadas para se obter um
38
equipamento de taxa variada. A adição das considerações de projeto desse equipamento inclui: a
variação; a causa dessa variação; a necessidade do sistema em atingir a capacidade projetada de
manejo; as restrições inerentes a existência do equipamento; inerentes a existência de
conhecimento e na filosofia do proprietário e/ou operador. Essas considerações não são
mutuamente exclusivas.
A primeira consideração trata do objetivo do manejo projetado ou, em outras palavras,
qual o efeito da variação encontrada. Isso pode evitar o stress na cultura ou otimizar o retorno
econômico, adaptar a variabilidade do tratamento como em pesquisas experimentais, permitir o
déficit ou irrigação parcial de salvamento para solução de problemas de locação de fontes limites,
cumprir com a exclusão de zonas quando necessário ou outras restrições regulamentárias, evitar
problemas adversos de impacto ambiental como afloramento de rochas, voçorocas, corpos
d’água, compactação superficial, assoreamento em lençóis e canais de irrigação.
A segunda consideração refere-se em determinar o objetivo da técnica de manejo adotada.
Isso poderia incluir a adaptação: da precipitação ou escoamento superficial causado pela
declividade da área; de eventos ou práticas antecedentes; da variabilidade de solo e de outras
fontes; ou adaptação da variação espacial de ocorrência de pragas ou armazenamento de
nutrientes.
A terceira consideração é objeto do próprio sistema de aplicação. O usuário pode querer
manejar a irrigação somente, ou manejar a irrigação e fertilidade, ou manejar tanto a irrigação
quanto a fertilidade e a aplicação de pesticidas. Obviamente, para cada uma dessas três situações,
o equipamento será um hardware acumulado de máquina de irrigação, injeção de fertilizante e
pesticida.
Entretanto, outra consideração que requer cuidados se refere à existência do equipamento,
conhecimento, e restrições sociais. Se uma máquina já existente pode ser reajustada, se existe o
conhecimento histórico de manejo desse equipamento, ou se o operador possui particularidades, o
projeto deve ser alterado de acordo com esses casos específicos. Além do mais, pode-se
determinar a técnica de manejo a ser escolhida entre a irrigação planejada ou baseada em
sensores.
Todas essas considerações abordadas direcionam os objetivos do projeto para a máquina
de irrigação. Elas objetivam determinar a resolução espacial necessária, a resolução da variável
controle e os controles necessários para atingir o manejo projetado. Pra finalizar, os autores
39
comentam que até aquela época, existia restrição na seleção de todos componentes de
equipamentos de irrigação e equipamentos de fornecimento de água e, é claro, o impacto do custo
e benefício econômico em todas as considerações citadas.
2.7 Técnicas para variação de vazão em aspersores
Conhecendo-se a variabilidade espacial de um solo irrigado e sabendo-se que é viável um
gerenciamento por meio de irrigação de precisão nessa área, torna-se necessário a aplicação de
lâminas diferenciadas de irrigação que podem ser obtidas de duas maneiras. A primeira seria
alterando a velocidade de deslocamento do pivô central (controle perimetral) ou do sistema linear
de irrigação (controle longitudinal) e a segunda alterando a vazão dos aspersores ao longo da
linha lateral do pivô central (controle radial) ou do sistema linear (controle horizontal) visando
um controle bidimensional e consequentemente mais eficiente da irrigação. A literatura relata
duas formas principais de se executar a irrigação em taxa variada.
2.7.1 Controle da velocidade de deslocamento do equipamento de irrigação
Diversos controladores de velocidade de deslocamento de sistemas lineares de irrigação
são apresentados na literatura. Yunseop, Evans e Iversen (2006) por meio de um controlador
lógico programável (CLP) controlaram o percentímetro de um sistema de irrigação linear
instalado em Sidney na Universidade de Montana, EUA de forma automatizada. Assim, eles
conseguiram controlar a velocidade de deslocamento desse sistema, que foi geo-referenciado por
meio da instalação de um DGPS.
Queiroz, Botrel e Frizzone (2008) desenvolveram um sistema de aquisição de dados e
controle automático da irrigação em pivô central com base na automação de tensiômetros. A
comunicação dos tensiômetros com o computador foi realizada via rádio frequência se
permitindo o controle da aplicação de água de forma perimetral. A área a ser irrigada foi divida
em um esquema semelhante ao recorte de fatias de pizza recebendo, cada parcela em esquema de
fatia, uma lâmina diferenciada de irrigação, de acordo com sua necessidade.
40
2.7.2 Controle da vazão dos aspersores ao longo da linha lateral
Evans, Benham e Trooien (2000) citam que Lyle e Bordovsky (1983) utilizaram três
controladores individuais ao longo de uma linha principal, cada um fornecia uma lâmina discreta,
mas com diferentes vazões. De acordo com Camp et. al. (1999) essa técnica foi utilizada pela
unidade de pesquisa “Costal Plains Soil, Water, and Plant” pertencente à USDA-ARS e situado
na cidade de Florença, SC em dois pequenos pivôs centrais. Aplicou-se água em áreas discretas
baseada nos tratamentos definidos nesse projeto de pesquisa. A linha principal foi divida em 13
segmentos, sendo que cada segmento (de 9,1 m) tinha três controladores independentes com
tubulações paralelas dotadas de aspersores espaçados a cada 1,5 m (Figura 6). Devido à
necessidade de se minimizar a quantidade de água aplicada em um segmento que recebia
sobreposição de segmentos adjacentes, escolheram-se aspersores industriais que possuíam
diâmetro molhado de 3 a 5 m. As linhas e os aspersores foram selecionados para fornecer 1/7, 2/7
e 4/7 da lâmina de aplicação de referência, embora existisse a possibilidade de aplicação de 0 a
100% da lâmina base valendo-se de todas as combinações das três linhas de alimentação.
Válvula
de alívio
Solenóide
Mangueira
Flexível
Válvula
Tubo de
alimentação
Regulador
de pressão
Figura 6 - Imagem da técnica utilizada por pesquisadores da USDA-ARS
O sistema de controle utilizado consistia de pequenos computadores 386 conectados via
porta serial a um controlador lógico programável (CLP). Esse controlador foi montado sobre a
parte móvel do sistema em torno de 5 m do pivô central, sendo conectado com a estação base
estacionária primeiramente por um sistema de rádio de telemetria e mais tarde por cabos diretos.
O computador on-board comparava os dados de posição do painel de controle do pivô referentes
41
aos específicos ângulos para determinar quando a válvula solenóide deveria ser aberta ou fechada
a fim de se aplicar a lâmina de projeto.
Pesquisadores da Universidade de Idaho empregaram uma técnica similar utilizando pares
de aspersores com diferentes bocais em três vãos de um sistema linear de irrigação (Figura 7).
Entretanto, toda implementação se valeu de diferentes tecnologias. De acordo com McCann et al.
(1997) um microprocessador transmitia o sinal necessário de controle através de um simples cabo
conectado a válvulas solenóides que direcionavam o fluxo para aspersores apropriados.
3 setores
5 segmentos
Figura 7 - Imagem da técnica utilizada por pesquisadores da Universidade de Idaho
2.8 Sistemas de aplicação em taxa variada
Uma linha de desenvolvimento seguida por alguns autores levava ao estudo de sistemas
para quimigação acoplados em sistemas lineares de aplicação ou sistemas de pivô central, ou
ainda de pivôs e sistemas lineares capazes de realizarem a quimigação. A quimigação pode ser
denominada como a aplicação de qualquer produto químico via água de irrigação. Dowler et al.
(1989) apud Alves (2000) comentam que produtos como herbicidas, fungicidas, nematicidas,
reguladores de crescimento e agentes de controle biológico podem ser aplicados fazendo-se o uso
da quimigação. Os trabalhos de Sumner et al. (2000) e Farahani et al. (2006) apresentam o
sistema de quimigação, todos eles fundamentados na alternância de condição ligado e desligado
dos aspersores.
Dessa forma, os próprios autores que relataram o problema desenvolveram aspersores
adequados ao funcionamento intermitente. Ao invés da alternância entre os estados de tempo
ligado e desligado ocorrentes em válvulas solenóides, tal controle se deu diretamente no aspersor.
King e Kincaid (2004) desenvolveram um aspersor, para pivô central e/ou sistema linear, que
aplicava água com taxa variada. Atingiu-se essa aplicação variada movimentando-se uma haste
concêntrica dentro do orifício do aspersor, fornecendo-se um tempo médio de abertura que
implicava em uma taxa de aplicação de 36% a 100% da taxa de aplicação de um aspersor
42
convencional. Entretanto, observou-se que seu raio de aplicação reduziu em torno de 15% em
relação a condições normais de operação. Observou-se também que a partir da vazão de 28 L
min
-1
a vazão teórica se diferiu significantemente da vazão medida.
King et al. (2005) testaram em campo 32 protótipos de aspersores de aplicação variada em
três vãos de um sistema linear de irrigação. Desenvolveu-se um algoritmo que efetuou o controle
da rede, permitindo-se o controle em grupos de seis ou sete aspersores ao longo da lateral do
pivô. Monitorou-se a uniformidade de aplicação que excedeu o valor de 90%. Resultados
indicaram que a redução da uniformidade de aplicação de água teve efeito mínimo, utilizando-se
4% de nitrogênio na aplicação.
Dukes e Perry (2006) avaliaram um sistema comercial nomeado Farmscan Canlink 3000
desenvolvido por pesquisadores da UGA and Computronics Corp. Ltd., em Bentley, Austrália. O
sistema é bem semelhante ao de Perry e Pocknee (2003) (Figura 8). Um solenóide com
acionamento eletrônico atuava sobre válvulas que controlavam grupos de aspersores que
funcionavam de maneira intermitente. Avaliou-se a distribuição de água em um pivô central e em
um sistema linear de irrigação se trabalhando em aplicação variável e uniforme de água, sendo
que, como resultados, os autores não observaram diferenças entre a qualidade da aplicação em
cada condição de funcionamento (DUKES e PERRY, 2006).
Figura 8 - Imagem do Farmscan Canlink 3000. a) compressor de ar. b) esquema completo do
sistema
43
2.8.1 Controle da área do bocal do aspersor
A técnica de se obter um aspersor de vazão variável pode ser realizada variando-se a área
do bocal do mesmo aumentando ou diminuindo-se assim seu diâmetro. Essa variação pode ser
obtida deslocando-se uma haste dentro do aspersor acionada por válvula solenóide. Em função da
freqüência de deslocamento da haste fecha ou abre-se seu bocal variando-se a vazão do aspersor.
Diversos autores como King e Kincaid (2004) apresentaram trabalhos de construção e avaliação
desses aspersores obtendo bons resultados (Figura 9). Todavia, necessita-se de uma válvula
solenóide para cada aspersor do sistema de irrigação, caso seja almejado um controle individual
de aspersores permitindo um ajuste mais fino da vazão em relação ao controle da vazão de
aspersores por pulsos.
bocal
compartimento
válvula
solenóide
haste
suporte
defletor
rotativo
curva
Figura 9 - Imagem do aspersor de taxa variada desenvolvido por King e Kincaid (2004)
2.8.2 Controle da freqüência de pulsos
Outra técnica que permite variar a vazão de um aspersor, sem necessitar de troca de seu
bocal, é o controle da vazão por pulsos. O princípio de funcionamento desse sistema é simples e
de fácil entendimento; um aspersor funcionando em modo contínuo fornece uma vazão a uma
determinada pressão nominal, contudo instalando-se uma válvula solenóide na entrada de sua
alimentação e acionando-a (por meio de microcontroladores ou portas paralelas de
microcomputadores) em modo intermitente de funcionamento geram-se pulsos de abertura e
44
fechamento que restringem a passagem da água pelo aspersor. Assim, por exemplo, energizando-
se a válvula solenóide por 30 s e logo após desergenizando-a por 30 s, reduzir-se-á vazão do
aspersor em 50% de seu valor nominal. De acordo com Evans, Benham e Trooien (2000),
diversos autores como Fraisse et. al. (1992), Duke et. al. (1992), Evans et. al. (1996) e Harting
(1999) utilizaram esse mecanismo de variação de vazão. Caso almeje-se o controle individual de
cada aspersor necessitar-se-á de uma válvula solenóide para cada aspersor como no método de
controle da área do bocal.
Al-Kufaishi et al. (2006) avaliaram o funcionamento de dois aspersores de taxa variada
utilizados em irrigação de precisão: pulso com modulação e o bi-modal seqüencial de acordo com
índices de uniformidade de distribuição e desempenho de operação em pressões de 1; 1,5 e 2 bar.
Conduziram-se vinte e um testes com 90 a 130 medições por cada teste. Os dois sistemas foram
avaliados estatisticamente com um difusor de água. Utilizou-se a freqüência de três ciclos min
-1
referente a ciclos de irrigação de 47 a 50% do tempo como proposta de avaliação. Os resultados
foram utilizados para simular três áreas abaixo de três vãos do pivô central baseando-se essa
simulação no desempenho de um único aspersor. Os resultados revelaram que o sistema de pulso
com uma modulação apresentou um desempenho mais eficiente do que o sistema bi-modal
seqüencial, e que durante todos os testes, a pressão de 1,5 bar foi a que apresentou os melhores
resultados.
Armindo et al. (2009) avaliaram diversas freqüências de pulsos em um sistema de vazão
em taxa variada controlado por acionamento de válvula solenóide. Os resultados apresentaram
que o erro existente entre as vazões estimada e observada assume tendência exponencial a
medida que se aumenta a freqüência de operação da válvula solenóide.
2.8.3 Controle da injeção de ar no sistema
Camp et al. (1996) e Omary et al. (1996) apresentaram a técnica de injeção de ar aplicada
à um aspersor de taxa variada a ser empregado em um sistema linear de irrigação (Figura 10).
Basicamente cada torre do sistema linear possui um pequeno reservatório de ar, alimentado por
um compressor, que libera uma massa de ar para a tubulação de alimentação dos aspersores. Na
entrada da linha de alimentação de um conjunto de aspersores é instalada uma válvula solenóide
pneumática que controla o fluxo de entrada de ar. Sendo assim, quanto maior a passagem de ar
45
pelo aspersor maior é a redução da vazão obtida; a freqüência de operação das válvulas
solenóides é controlada por meio de um controlador lógico programável (CLP) instalado no
painel eletro-eletrônico do sistema linear de irrigação. Essa técnica foi utilizada por Yunseop,
Evans e Iversen (2006) em um sistema de irrigação linear instalado em Sidney na Universidade
de Montana, EUA.
Figura 10 - Imagem da técnica utilizada por Camp et al. (1996) e Omary et al. (1996)
2.9 Sistemas de posicionamento
A maioria dos sistemas de irrigação por pivô central comercializados para aplicação em
taxa variada utiliza um dispositivo conhecido como “resolver” (PETERS e EVETT, 2005).
Trata-se de um encoder, no qual a rotação de eixo dentro de uma bobina gera uma posição
angular conhecida, a partir de uma posição central previamente conhecida por calibração. Este
dispositivo, portanto, requer calibração local e não pode ser utilizado em sistemas lineares de
irrigação.
Os sistemas que utilizam esse dispositivo têm determinada a posição do primeiro setor do
pivô, admitindo-se pequeno desvio dos demais setores no sentido de deslocamento do sistema de
irrigação. Esta metodologia assume um erro de posicionamento que varia de acordo com o
comprimento do pivô e do tipo de encoder utilizado (PETERS e EVETT, 2005). Visando
corrigir tais erros de posicionamento, Sadler et al. (2002) utilizam um algoritmo para calculo da
posição dos demais setores a partir da posição do primeiro setor.
46
Sadler et al. (2000) citam outras estratégias de posicionamento dos sistemas de irrigação,
dentre as quais se destacam as bússolas eletrônicas, dispositivos que geram um sinal eletrônico
em função do norte verdadeiro. A grande limitação desse sistema, que também requer calibração
em campo, é a interferência de corpos metálicos, fontes de energia elétrica, cabos energizados e
campos magnéticos.
Os mesmos autores citam que o método mais adequado de posicionamento é por meio de
receptores de GNSS, entretanto discorrem que a grande limitação é o custo elevado (SADLER et
al., 2000). Peters e Evett (2005) afirmam que a popularização dos receptores de GNSS causou
uma acentuada redução no preço dos aparelhos, e que por isso não se justifica a adoção de outra
metodologia que não essa.
Heermann et al. (1997) trabalhou com um receptor de GNSS sem correção diferencial
para posicionamento de um sistema linear de irrigação, concluindo que esse dispositivo é o
método mais viável e fundamental para fins de irrigação de precisão.
Peters e Evett (2005) testaram receptores de GNSS de baixo custo para posicionamento e
concluíram que erros de posicionamento menores que 2,1 m foram obtidos em 95% do tempo de
ensaio. Entretanto, nos 5% do tempo restante os erros foram maiores que 6,6 m, levando os
autores a afirmarem que nessas situações problemas podem ser significativos quando utilizados
em irrigação por taxa variada. Os mesmos autores sugerem como solução a utilização de um
segundo receptor instalado em posição conhecida para efetuar as correções.
2.10 Motores de passo
Leite et al. (2008) reportam que o motor de passo é um transdutor que converte energia
elétrica em movimento controlado através de pulsos, o que possibilita o deslocamento por passo,
em que passo é o menor deslocamento angular obtido. Com o passar dos anos houve um aumento
na popularidade desse motor, principalmente pelo seu tamanho e custo reduzido além da total
adaptação aos controles digitais.
Outra vantagem do motor de passo em relação aos outros motores é a estabilidade.
Quando se deseja obter uma rotação específica de certo grau, calcula-se o número de rotação por
pulsos o que possibilita uma boa precisão no movimento. Os antigos motores passavam do ponto
47
e, para voltar, precisavam da realimentação negativa. Por não girarem por passos a inércia desses
motores era maior e assim eram também mais instáveis.
O motor de passo é constituído de rotor que nada mais é do que o conjunto eixo-imã que
rodam solidariamente na parte móvel do motor e o estator que se define como a trave fixa onde as
bobinas são enroladas (Figura 11).
a b
Figura 11 - Imagem das partes que constituem o motor de passo. a) rotor b) estator
2.10.1 Características dos motores de passo
Sem dúvida a característica mais importante ao se escolher o motor é o número de graus
por passo que está intensamente vinculado com o número de passos por volta. Os valores mais
comuns para essa característica, também referida como resolução, são 0,72; 1,8; 3.6; 7,5; 15 e até
90 graus.
O momento ou torque é o efeito rotativo de uma força, medido a partir do produto da
dessa pela distância perpendicular até o ponto em que essa atua partindo de sua linha de ação. Já
o momento de frenagem é o momento máximo desempenhado pelo motor de passo com o rotor
bloqueado, sem perda de passos. A taxa de andamento seria o regime de operação atingido após
uma aceleração suave, o momento de inércia pode ser determinado medindo a resistência
mecânica oferecida por um corpo à aceleração angular, a auto-indutância determina a
magnitude da corrente média em regimes pesados de operação, de acordo com o
tipo de enrolamento do estator, ou seja, relaciona o fluxo magnético com as correntes que o
48
produzem e as resistências ôhmicas determinam a magnitude da corrente do estator com o rotor
parado.
A corrente máxima do estator é determinada pela bitola do fio empregado nos
enrolamentos, o holding torque é a mínima potência necessária para fazer
o motor mudar de posição parado e o torque residual é a resultante de todos os fluxos magnéticos
presentes nos pólos do estator. A resposta de passo é o tempo que o motor gasta para executar o
comando, a ressonância se refere, como em todo material, a sua freqüência natural; quando
o motor gira com uma freqüência igual a sua, entrando em ressonância, começa a oscilar e a
perder passos.
A tensão de trabalho, normalmente impresso no próprio chassi do motor, é a tensão em
que trabalha o motor e é fundamental na obtenção do torque do componente. Tensões acima do
estipulado pelo fabricante em seu datasheet costumam aumentar o torque do motor, porém, tal
procedimento resulta na diminuição em sua vida útil. Ressalta-se que a tensão de trabalho
do motor não necessariamente deve ser a tensão utilizada na lógica do circuito. Os valores
normalmente encontrados variam de +5 Vcc à +48 Vcc.
2.10.2 Tipos de motores de passo
Pode-se dizer que os tipos mais utilizados de motores de passo são o de relutância
variável, o de imã permanente e os híbridos.
O de relutância variável apresenta um rotor com muitas polaridades construídas a
partir de ferro doce, apresenta também em estator laminado. Por não possuir imã, quando
energizado apresenta torque estático nulo. Tendo assim baixa inércia de rotor não podendo ser
utilizado com carga inercial grande.
O motor de imã permanente apresenta um rotor de material álico ou ferrite e é
magnetizado radialmente, devido a isso o torque estático não se anula.
Os motores híbridos são uma mistura dos dois anteriores e apresentam rotor e estator
multidentados. O rotor é de imã permanente e magnetizado axialmente. Apresenta alta precisão,
em torno de 3%, boa relação torque/tamanho e ângulos pequenos, de 0,9 e 1,8 graus. Para que o
rotor avance um passo é necessário que a polaridade magnética de um dente do estator se alinhe
com a polaridade magnética oposta de um dente do rotor.
49
2.11 Porta paralela
De acordo com Leite et al. (2007), a IBM foi uma das primeiras empresas a desenvolver a
porta paralela como uma maneira de ligar a impressora ao computador. Na altura da criação do
seu computador, a empresa queria que as impressoras produzidas pela Centronics, uma fabricante
de primeira linha de impressoras na época, fossem as impressoras padrão usadas nos seus
computadores. No entanto, a IBM resolveu não usar no computador a mesma interface de portas
que a Centronics utilizava nas suas impressoras.
Daí, os engenheiros da IBM uniram um conector de 25 pinos, chamado DB-25, a um
conector Centronics de 36 pinos para criar um cabo especial para ligar essa respectiva impressora
ao computador. Outros fabricantes de impressoras acabaram por adaptar a interface da
Centronics, tornando-se esse cabo num cabo universal.
É por meio desse conector que se estabelece a comunicação da porta paralela com
interfaces conectadas a ela. A ligação externa é efetuada por meio de um conector tipo fêmea
DB25 no computador e um conector macho no cabo DB25 (Figura 12).
a b
Figura 12 - Imagem dos conectores DB25 para porta paralela. a) conector macho b) conector
fêmea
A porta paralela é formada por 17 linhas de comunicação e 8 linhas que se ligam ao
restante (Figura 13).
50
Figura 13 - Imagem do esquema de ligação dos pinos do conector DB25
Os pinos 2 a 9 são controlados pelo registro de dados tendo como função enviá-los por
meio da porta paralela. As novas implementações da porta permitem uma comunicação
bidirecional por meio dessas linhas. Os pinos 10, 11, 12, 13 e 15, são usados para troca de
mensagens com o mundo externo e o registro que os controla é o registro STATUS. Os pinos 1,
14, 16 e 17, são usados para a interface, controle e troca de mensagens do PC para a impressora
restando os pinos de 18 a 25 como massa restante da porta.
Nota-se que existem pinos na porta paralela que trabalham com lógica invertida, ou seja,
para ativar esses pinos é preciso enviar um sinal lógico “0” e para desativar, mandar um sinal
lógico “1”; portanto, cada pino da porta paralela apresenta uma função (Tabela 1).
51
Tabela 1 - Funções dos pinos existentes na porta paralela de conector DB-25
Pino Nº (DB25)
Nome I/O Registo-bit Invertido
1 nStrobe Out Controlo-0 Sim
2 Data0 In/Out Data-0 Não
3 Data1 In/Out Data-1 Não
4 Data2 In/Out Data-2 Não
5 Data3 In/Out Data-3 Não
6 Data4 In/Out Data-4 Não
7 Data5 In/Out Data-5 Não
8 Data6 In/Out Data-6 Não
9 Data7 In/Out Data-7 Não
10 nAck In Status-6 Não
11 Busy In Status-7 Sim
12 Paper-Out In Status-5 Não
13 Select In Status-4 Não
14 Linefeed Out Controlo-1 Sim
15 nError In Status-3 Não
16 nInitialize Out Controlo-2 Não
17 nSelect-Printer Out Controlo-3 Sim
18-25 Ground -
2.12 Análise do erro aleatório e erro sistemático
Em todo dado existe um erro, por maior que tenha sido o cuidado ao tomá-lo. Geralmente,
dois tipos de erro provenientes de experimentos são os erros aleatórios e sistemáticos.
O erro aleatório visa avaliar o efeito das fontes de variabilidade que afetam os resultados
do experimento e que não deveriam existir influenciando dessa maneira a precisão das
estimativas dos efeitos dos tratamentos pelo número de repetições; em princípio, quanto maior o
número de repetições, maior a precisão. A avaliação do erro aleatório é feita de forma indireta
avaliando-se o grau de precisão do experimento. O índice de correlação de Pearson apresentado
na eq. (1) é um bom indicador de precisão, uma vez que em sua expressão estão relacionados os
dados estimados e observados.
( ) ( )
∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑
N N N
i i i i
i=1 i=1 i=1
2 2
N N N N
2 2
i i i i
i=1 i=1 i=1 i=1
N EO - E O
r =
N E - E N O - O
(1)
52
em que:
r: coeficiente de correlação de Pearson;
N: número de repetições;
Ei: i-ésima variável estimada;
Oi: i-ésima variável observada;
O erro sistemático pode ser observado com a determinação da exatidão do sistema e
caracteriza o quanto o dado estimado está distante do dado observado. Quanto maior é a
proximidade do valor estimado ao valor observado maior é a exatidão e menor é o erro
sistemático existente. Para determinar a exatidão de um dado estimado, Willmott (1981) propôs a
eq. (2) que ficou estabelecida como índice de concordância de Willmott.
( )
( )
N
2
i 1
2
N
i 1
Ei Oi
d 1
Ei O Oi O
=
=
−
= −
− + −
∑
∑
(2)
em que:
d: Índice de concordância de Willmott;
2.13 Material e métodos
2.13.1 Localização e Etapas do Experimento
A elaboração do aspersor de taxa variada, proposto neste trabalho, foi realizado
desenvolvendo-se dois protótipos denominados: Aspersor de Taxa Variada I (ATV
1
) e Aspersor
de Taxa Variada II (ATV
2
). O desenvolvimento dos protótipos ocorreu em quatro etapas
distintas. A primeira referiu-se ao projeto e concepção ideológica dos protótipos desenvolvidos.
A segunda etapa, onde ocorreram a calibração e a análise dos resultados obtidos, foi realizada no
Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural na Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz” (ESALQ), da Universidade de São Paulo (USP), no município de
Piracicaba – SP. Na terceira etapa, realizou-se a montagem do protótipo ATV
2
em campo, em
uma área anexa ao Departamento de Engenharia Rural, para realização de ensaios para
53
determinação de seu perfil radial de distribuição. A quarta etapa destinou-se a automação do
protótipo, testado em campo, realizada novamente no Laboratório de Hidráulica.
2.13.2 Referencial Ideológico
Teve-se por objetivo, na idealização e na concepção do protótipo ATV
1
, o projeto de um
aspersor de taxa variada construído com equipamentos de fácil construção. Como idéia
preliminar, utilizou-se a técnica de construção de um bocal de área variável, valendo-se de um
bocal comercial com diâmetro interno de 0,0057 m; e adaptando-se a esse, outras peças como:
um conector tipo “Y”; dois niples; uma luva e um cap; todos com diâmetro de 0,01874 m (Figura
14).
a b
Figura 14 - Imagem do protótipo ATV
1
. a) Detalhamento do conector tipo “Y”, luva, mancais
guias, niples e bocal. b) construção da haste e montagem do ATV
1
Além das peças já citadas, foram utilizados uma haste de ponta cônica, confeccionada de
bronze com movimento vertical livre, e dois mancais. A haste possui passo de rosca de 0,00140
m e ângulo de ataque (b) de 14º. Os dois mancais apresentam a função de servirem de base guia
para o movimento da haste, e essa, por sua vez, apresenta a função de alterar a área do bocal do
aspersor proporcionando assim a variação de vazão (Figura 15).
54
a b
Figura 15 - Imagem do protótipo construído. a) Vista frontal. b) detalhe em perspectiva
Nos protótipos desenvolvidos o movimento da haste acontece de forma axial e circular
comumente reconhecido como um simples movimento de um parafuso.
Concebeu-se o ATV
2
, baseado nos resultados encontrados na avaliação do ATV
1
, a fim de
se obter resultados mais satisfatórios. Para construção desse protótipo, continuou-se a seguir a
linha de projeto de aspersor com equipamentos de fácil construção alienado a um desempenho
considerável. Como idéia preliminar, modificou-se o ATV
1
nos seguintes itens: um conector tipo
“Y” com diâmetro de 0,025 m, ao invés de 0,01875 m, e um niple, ao invés de dois, além de um
corpo extensor, de material PVC, presente desde a luva até o cap com a função de diminuir a
excentricidade da haste em relação ao centro do bocal. Os dois mancais guias foram mantidos
para proporcionar alinhamento à haste que, dessa vez, foi elaborada com um formato de ponta
diferenciado da ponta cônica do ATV
1
. A ponta da haste do ATV
2
, assim como o bocal, foi
confeccionada de material nylon com ângulo de ataque (b) de 41,58º e passo de rosca de 0,0009
m (Figura 16). O bocal do ATV
2
foi construído com diâmetro de 0,010 m com a intenção de
proporcionar um aumento significativo da vazão.
55
niple e luva
corpo extensor
cap
conector “Y”
haste
bocal
Figura 16 - Imagem do segundo protótipo de aspersor de taxa variada desenvolvido
2.13.3 Calibração
Sabe-se que no estudo de bocais de aspersores, a relação vazão versus pressão juntamente
com o coeficiente de descarga do bocal, rege seus comportamentos. Todavia, nos protótipos
desenvolvidos, além desses fatores hidráulicos, o movimento da haste tem papel fundamental no
comportamento do aspersor (Figura 17).
Figura 17 - Imagem da haste de ponta cônica para promover a variação da área do bocal
Para cada grau de rotação da haste, ter-se-á uma projeção correspondente de área que
limitará assim a área do bocal proporcionando redução ou aumento de vazão (Figura 18). O
cálculo da vazão em bocais pode ser estimado por meio da eq. (3).
q cd.S. 2gH
=
(3)
em que:
q: vazão; m
3
s
-1
cd: coeficiente de descarga; adimensional
56
S: área do bocal; m
2
H: pressão de serviço; m.c.a.
h2
h1
B
A
C
S
2
S
1
f
l
u
x
o
f
l
u
x
o
r
1
r
2
h
a
s
t
e
B
o
c
a
l
P
r
o
j
e
ç
ã
o
d
a
á
r
e
a
d
o
b
o
c
a
l
F
l
a
n
g
e
Figura 18 - Projeção da área do bocal alterada pelo movimento vertical da haste
Entretanto, pensando-se no funcionamento do protótipo desenvolvido, sabe-se que cada
deslocamento vertical (h
2
), que passa pelos planos A, B e C, proporcionado pelo movimento da
haste, corresponde a uma pequena alteração da área do bocal, o que nos permite inferir que
2
S = S(h )
. Esse deslocamento vertical da haste pode ser determinado pelo produto entre o ângulo
de rotação imposto a haste e o passo da rosca, eq. (4).
2
.L
h
360
ϕ
=
(4)
em que:
h
2
: deslocamento vertical da haste, m.
L: passo da rosca; m.
: ângulo de rotação imposto a haste; graus.
57
Dessa forma a área do bocal pode ser determinada pela diferença entre a projeção da área
circular externa pela área circular interna.
1 2
2 2
1 2
2 2
1 2
S = S -S
S = r - r
S = (r -r )
π π
π
(5)
em que:
S
1
: projeção da área circular externa; m
2
S
2
: projeção da área circular interna; m
2
r
1
: raio externo; m
r
2
: raio interno; m
Mas, observando-se novamente a Figura (18) e sabendo-se que r
1
é um valor constante,
pode-se encontrar r
2
por
2 1 2
r r h tg
= − α
(6)
Substituindo-se (6) em (5), deduz-se que a área do bocal, para cada posição da haste, pode
ser determinada por
(
)
2
2
1 2
2 2
1 1 2
S = r -r
S = (r -(r -h tg )
π
π α
(7)
Substituindo-se (7) em (3), tem-se um modelo teórico descrito pela eq. (8) que permite
estimar a vazão
58
( )
2
2
1 1 2
2
2
1 1
q cd. (r r h tg 2gH
L
q cd. (r r tg 2gH
360
= π − − α
ϕ
= π − − α
(8)
e a eq. (9) que permite estimar coeficiente de descarga para os protótipos de aspersores de taxa
variada.
obs obs
est
obs
2 2
1 1 2
obs
2
2
1 1
q q
cd =
q
S. 2gH
q
cd =
(r -(r -h .tg ) 2gH
q
cd =
L
(r - r - .tg 2gH
360
=
π α
ϕ
π α
(9)
em que:
q
obs
: vazão observada; m
3
s
-1
q
est
: vazão estimada; m
3
s
-1
Contudo, para entendimento, buscou-se ajustar a partir de dados coletados uma superfície
de resposta que represente a vazão dos protótipos para cada par pressão versus ângulo de rotação
da haste. Construiu-se, portanto, um cubo transparente de ensaios para que se realizasse a coleta
de dados durante o processo de calibração. O cubo foi construído de vidro e a tampa de material
acrílico com dimensões tais que proporcionaram um volume total de 0,125 m
3
. Por meio de uma
válvula reguladora de pressão estabeleceu-se a pressão de serviço desejada na entrada dos
protótipos, que foi monitorada por leituras realizadas em manômetro digital. Para cada grau de
rotação imposto às hastes dos protótipos, realizaram-se leituras de pares de pressão versus vazão
que foram obtidas por meio de um medidor de vazão magnético, instalado em série no circuito
hidráulico montado, e um manômetro digital (Figura 19).
59
1- Manômetro digital
2 - Cubo de acrílico
3- Válvula reguladora de pressão
4 - Registros
5 - Moto-bomba
6- Medidor magnético de vazão
1
2
3
5
4 4
6
Figura 19 - Imagem do circuito hidráulico montado para realização da calibração do ATV
1
Para a coleta de dados foram estabelecidas as seguintes condições de acionamento da
haste: i) iniciando-se o movimento da haste com o bocal do aspersor totalmente fechado, o que
corresponde à vazão nula do aspersor, ou seja, permitindo que a haste suba seu curso vertical com
rotação anti-horária até o limite máximo. ii) iniciando-se o movimento da haste com o bocal do
aspersor totalmente aberto, ou seja, permitindo que a haste desça seu curso vertical com rotação
horária até o limite mínimo. Estabeleceram-se giros de 90
o
, manualmente com o auxílio de um
transferidor fixado sobre aspersor, em cada início de movimento até que as taxas de variação de
vazão apresentassem menores valores, a partir daí, giros de 180º e 360º foram impostos a haste.
As pressões utilizadas nos ensaios utilizando o ATV
1
foram estabelecidas com base na
pressão mínima de operação de 70 kPa e pressão máxima de 280 kPa de aspersores
convencionais, disponibilizadas em catálogos de um fabricante comercial. Assim, estabeleceu-se
um intervalo de 30 kPa entre os valores de pressão contidos entre os extremos de mínimo e
máximo. Para o ATV
2
, estabeleceu-se a pressão mínima de operação de 50 kPa e máxima de 250
kPa, mantendo-se a um intervalo de 50 kPa entre os valores de pressão utilizados no ensaio de
calibração. Realizou-se, a partir dos dados coletados, uma análise de regressão bivariada do tipo
q = q (H, f) em busca de uma equação que representasse o comportamento dos dados dos
protótipos desenvolvidos.
2.13.4 Ensaios de campo
Em virtude de melhores resultados na calibração, realizou-se a montagem do ATV
2
em
uma área gramada para realização de ensaios a fim de determinar seu perfil radial de distribuição
60
em várias condições de operação. Tanto a montagem quanto o procedimento para avaliação dos
ensaios respeitaram as exigências apresentadas pelo item Procedure for Sprinkler Testing and
Performance, situado na norma American Society of Agricultural and Biological Engineers
(ASABE).
O protótipo construído foi instalado em uma posição central com coletores distribuídos
em um esquema de quatro linhas (Figura 20). A altura existente entre o solo e o topo dos
coletores e o espaçamento adotado entre eles foi de 0,50 m; essa configuração proporcionou uma
altura entre o topo dos coletores e o bocal do ATV
2
não maior que 0,915 m. Todos os coletores
utilizados nos ensaios são idênticos e são os coletores utilizados em ensaios realizados para
avaliação de sistemas de aspersão.
Figura 20 – Distribuição das linhas de coletores a serem utilizadas na realização dos ensaios
Para a avaliação do perfil de distribuição de água utilizaram-se dois tipos de defletores
rotativos: a) defletor de cor verde, que possui como característica quatro jatos de saída de água; e
b) defletor de cor vermelho, que possui como característica seis jatos de saída de água (Figura
21). Esses defletores utilizados são de aspersores convencionais comerciais da empresa fabricante
Lindsay.
61
a b
Figura 21 - Imagem dos refletores rotativos utilizados nos ensaios de campo. a) defletor de quatro
jatos. b) defletor de seis jatos
Os ensaios apresentaram tempo de duração de 1 hora monitorando-se suas datas e
horários de realização, além dos valores de velocidade e direção do vento, pressão nominal,
vazão e rotação do defletor. Os dados referentes a cada linha ensaiada são provenientes de três
repetições ocasionando quatro perfis médios de distribuição. A partir daí, determina-se o perfil
radial médio de distribuição tomando-se a média dos quatro perfis médios gerados. Os ensaios
foram realizados em cinco níveis de pressão de serviço e em cinco ângulos de rotação impostos a
haste, o que proporcionou cinco valores de vazão ensaiados (Tabela 2).
Tabela 2 - Valores de vazão (m
3
h
-1
) ensaiados em campo para obtenção dos perfis radiais de
distribuição do ATV
2
em função de pressão e ângulo de rotação da haste
H (kPa)
(graus)
70 105 140 210 280
2880 2,22
2520 2,55
3600 3,40
3240 3,97
3960 5,00
A fim de analisar como se comporta o desempenho do ATV
2
operando em baixa, média e
alta vazão, para uma mesma pressão, optou-se pela realização de novos testes de campo para uma
pressão de 140 kPa, escolhida de forma aleatória. Ângulos de rotação anti-horária de 720, 1800 e
3600 graus foram impostos a haste para proporcionar vazões de 0,96, 2,3 e 3,4 m
3
h
-1
respectivamente. Os ensaios foram conduzidos respeitando-se as mesmas exigências seguidas nos
ensaios anteriores, mantendo-se a mesma forma de análise dos resultados esperados.
62
2.13.5 Automação do protótipo desenvolvido
Em virtude de várias vantagens que a automação pode proporcionar e sabendo-se do alto
nível de sua utilização em equipamentos de irrigação do tipo pivô central e sistema linear de
irrigação, procurou-se automatizar o movimento da haste por meio da utilização de um motor de
passo de características conhecidas (Tabela 3). Esse motor foi comandado por um software
construído, para essa finalidade, que enviou os comandos ao motor por meio da porta paralela de
um computador (Figura 22).
Tabela 3 - Características do motor de passo utilizado na automação do protótipo desenvolvido
Enrolamento Tensão Ângulo de passo
Resistência
de fase (W)
Corrente
(mA)
Holding torque
(gf.cm)
Bipolar 12 Vcc 1,8
o
30 400 2100
Para garantir torque suficiente ao acionamento da haste no momento em que o protótipo
estiver altamente pressurizado, lançou-se mão da utilização de um sistema de polias para
amplificar, de certo modo, o torque disponibilizado pelo motor de passo, a fim de que esse seja
maior ou igual ao torque requerido pela haste para iniciar seu movimento. A relação entre os
diâmetros da polia conectada a haste e da polia conectada ao motor de passo é da ordem de 8,65
vezes, o que representa a proporção de amplificação de torque.
Figura 22 - Imagem do acoplamento do motor de passo a polia de acionamento da haste do
protótipo desenvolvido
Para a realização do controle do movimento da haste, torna-se necessário uma adaptação
da eq. (8) a fim de se encontrar uma equação em que a variável dependente seja a rotação que a
63
haste deva realizar para que o aspersor aplique tal vazão a uma dada pressão. Isolando-se a
variável rotação () da eq.(8), tem-se a eq. (10).
2
1 1
360 q
r r
L.tg
cd. . 2gH
ϕ = − −
α
π
(10)
Essa equação bivariada do tipo f= f(q, H) está inserida no software de comando com a
seguinte lógica computacional: “para que o ATV
2
aplique uma vazão q a uma dada pressão de
serviço H, gire a haste no sentido horário ou anti-horário um ângulo ”. O software apresenta
uma lógica de comando que pode ser descrita por um fluxograma (Figura 23).
Figura 23 - Fluxograma de comando para o acionamento do protótipo desenvolvido. LBI - lâmina
bruta de irrigação. RAP - Requerimento de água no ponto. IPAH - Identificação da
posição atual da haste. q - vazão
64
Entretanto, para atingir-se determinada vazão, acionando-se a haste em movimento
horário ou anti-horário, ter-se-á primeiramente que verificar o comportamento dos dados
observados nos dois sentidos de rotação da haste para comprovar a existência ou não de um efeito
de histerese que poderia prejudicar o desempenho do aspersor de taxa variada.
2.14 Resultados e Discussão
2.14.1 Calibração
2.14.1.1 Avaliação para rotação anti-horária da haste
Para a primeira condição de ensaio estabelecida, obtiveram-se tendências distintas dos
dados observados dos dois protótipos desenvolvidos (Figura 24).
a b
rotação ( graus )
0 1500 3000 4500 6000 7500
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
h
2
( mm )
0,00 5,83 11,67 17,50 23,33 29,17
70 kPa
100 kPa
130 kPa
160 kPa
190 kPa
220 kPa
250 kPa
280 kPa
ATV
1
rotação ( graus )
0 900 1800 2700 3600 4500
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600 )
0
1
2
3
4
5
h
2
( mm )
0,00 2,38 4,75 7,13 9,50 11,88
50 kPa
100 kPa
150 kPa
200 kPa
250 kPa
ATV
2
Figura 24 - Comportamento da vazão em função da rotação anti-horária imposta a haste
e das
pressões estabelecidas nos ensaios de calibração. a) ATV
1
b) ATV
2
Percebe-se, para o ATV
1
, que para cada valor de pressão estabelecido a vazão apresentou
um comportamento em relação à rotação que se assemelha a um comportamento potencial.
Ademais, torna-se visível que no início do movimento da haste não existiu alteração significativa
da vazão que continuou nula até um valor de rotação em torno de 270 graus. Para o ATV
2
,
percebe-se que os dados de vazão continuaram a apresentar um comportamento potencial em
65
relação à rotação. Novamente, é visível que no início do movimento da haste também não existiu
alteração significativa da vazão, que se manteve praticamente nula até a rotação de 180 graus.
Nota-se uma tendência potencial mais clara para o ATV
2
, uma vez que não existiram
oscilações nas tendências de seus dados observados. Nos ensaios de calibração em laboratório
com pressão de 250 kPa, atingiu-se um pico de vazão em torno de 4,00 m
3
h
-1
impossibilitando, a
partir daí, seu funcionamento de maneira estável para a realização de leituras. Portanto, para uma
rotação maior que 3000 graus, na condição de pressão de 250 kPa, a vazão apresentou uma alta
variância, o que impossibilitou sua determinação (Figura 24-b). Já em campo, ampliou-se esse
valor para a vazão de 5,00 m
3
h
-1
, a uma pressão de 280 kPa e 3960 graus de rotação.
Analisando-se os dados provenientes do ATV
1
, sem manter fixas as faixas de pressão, e
fazendo-se o uso de uma regressão bivariada, obteve-se uma superfície de resposta que representa
o comportamento dos dados observados (Figura 25-a).
a b
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0
1
2
0
0
2
4
0
0
3
6
0
0
4
8
0
0
6
0
0
0
7
2
0
0
0
70
14
0
210
2
8
0
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0
1
2
0
0
2
4
0
0
3
6
0
0
4
8
0
0
6
0
0
0
7
2
0
0
0
70
140
21
0
2
80
va
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3600
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
Figura 25 - Superfícies de resposta para o ATV
1
operado em rotação anti-horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico
Percebe-se que para cada incremento no par pressão versus ângulo de rotação existiu um
aumento significativo de vazão. A superfície de resposta se apresentou de maneira regular sem a
presença de vales, picos ou pontos de sela significativos que pudessem indicar um
comprometimento no funcionamento do protótipo desenvolvido. Trabalhando-se o modelo
66
teórico proveniente da eq. (8) com os pares, pressão versus ângulo de rotação, utilizados na
obtenção das vazões observadas, gerou-se uma superfície para predição de vazão (Figura 25-b).
Tomando-se a mesma forma de análise, agora para os dados provenientes do ATV
2
,
obteve-se uma nova superfície de resposta que representa o comportamento de seus dados
observados (Figura 26-a).
a b
0
1
2
3
4
5
6
0
7
2
0
1
4
4
0
2
1
6
0
2
8
8
0
3
6
0
0
4
3
2
0
0
70
140
210
280
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
0
1
2
3
4
5
6
0
7
2
0
1
4
4
0
2
1
6
0
2
8
8
0
3
6
0
0
4
3
2
0
0
7
0
14
0
2
10
280
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
es
s
ã
o
(
k
P
a
)
Figura 26 - Superfícies de resposta para o ATV
2
operado em rotação anti-horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico
A superfície de resposta, proporcionada pelos dados coletados durante o funcionamento
do ATV
2
, se apresenta de maneira bem mais estável, comparada ao ATV
1
. Trabalhando-se os
dados gerados pela eq. (8) obteve-se a superfície de resposta estimada (Figura 26-b) que
representa o ATV
2
em condição anti-horária de rotação da haste.
Comparando-se esses valores simulados aos valores observados por meio de retas 1:1,
pôde-se notar o poder de precisão e exatidão do modelo teórico (Figura 27). Percebe-se que o
modelo teórico proposto proporcionou maior precisão e exatidão para descrever o funcionamento
do ATV
2
comparado a sua aplicação para descrição do funcionamento do ATV
1
. Nota-se que
houve um aumento acentuado na variância dos dados quando o ATV
1
começou a operar com
50% de sua capacidade operacional, o que não ocorreu em toda faixa operacional do ATV
2
.
67
a b
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
vazão estimada ( m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
y 0,911x=
r 0,9849
d 0,9872
=
=
ATV
1
rotação anti-horária
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5 6
vazão estimada ( m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
6
y 0,9932x=
r 0,9973
d 0,9990
=
=
ATV
2
rotação horária
Figura 27 - Retas de comparação 1:1 entre valores observados e valores estimados pelo modelo
teórico em condição de rotação anti-horária da haste. a) ATV
1
. b) ATV
2
Dessa forma, o modelo teórico proposto pela eq. (8) pode ser utilizado para previsão de
vazão dos protótipos em ensaios de campo para determinação do perfil radial de distribuição de
água e, também para concepção de projetos de novos aspersores de taxa variada.
Estatisticamente, percebe-se que o modelo teórico estimou fielmente o comportamento dos dados
observados, entretanto analisando-se tecnicamente o funcionamento do ATV
1
percebe-se que
ocorreram desvios mais acentuados entre os valores de vazão de 1,0 e 2,0 m
3
h
-1
. A partir de uma
análise para uma situação mais crítica, que ocorreu para pressão de 280 kPa e 6120 graus de
rotação, percebe-se a existência de um desvio máximo de 0,37 m
3
h
-1
que corresponde a um erro
máximo relativo de 18,12% (Figura 28-a). De acordo com esses resultados, torna-se tecnicamente
inviável a utilização do ATV
1
em rotação anti-horária, ou seja, abrindo o bocal do aspersor.
68
a b
rotação ( graus )
0 1285 2570 3855 5140 6425
vazão ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
h
2
( mm )
0 5 10 15 20 25
ATV
1
280 kPa
anti-horário
vazão observada
erro
vazão estimada
rotação ( graus )
0 505 1010 1515 2020 2525
3030
vazão ( m
3
s
-1
x 3600 )
0
1
2
3
4
5
h
2
( mm )
0,0 1,6 3,2 4,8 6,4 8,0
ATV
2
250 kPa
anti-horário
vazão observada
erro
vazão estimada
Figura 28 - Representação gráfica dos dados observados, simulados e erro para a condição de
rotação anti-horária. a) ATV
1
para a pressão máxima de operação de 280 kPa. b)
ATV
2
para a pressão máxima de operação de 250 kPa
Já para o ATV
2
, analisando-se a situação mais crítica com pressão de 250 kPa e rotação
anti-horária de 1800 graus, constatou-se um desvio máximo 0,18 m
3
h
-1
que corresponde a um
erro máximo relativo de 5,67% viabilizando tecnicamente a utilização do ATV
2
em rotação anti-
horária (Figura 28-b). Ademais, a vazão estável de 5,00 m
3
h
-1
obtida com ATV
2
, a uma pressao
de 280 kPa, representou um aumento da capacidade desse protótipo em quase 250% em relação a
vazão máxima disponibilizada pelo ATV
1
.
Trabalhando-se agora os dados observados durante o funcionamento do ATV
1
, ajustou-se
também por regressão bivariada um modelo empírico, com coeficiente de determinação (R
2
) de
0,9970 apresentado na eq. (11). Esse modelo disponibilizou, para pressão de 280 kPa e uma
rotação de 6120 graus, um desvio máximo de 0,08 m
3
h
-1
que corresponde a um erro máximo
relativo de 3,97%.
2 2 3 3 2 2
ah
z a bx cy dx ey fxy gx hy ixy jx y
= + + + + + + + + +
(11)
E, trabalhando-se também os dados observados durante o funcionamento do ATV
2
,
ajustou-se o modelo empírico representado pela eq. (12) com coeficiente de determinação (R
2
) de
0,9964. Analisando-se esse modelo para a situação mais crítica de ensaio, que ocorreu a uma
pressão de 250 kPa, constata-se que o desvio máximo ocorreu em torno de 1800 graus com um
69
valor de 0,03 m
3
h
-1
que corresponde a um erro máximo relativo de 1,07% viabilizando a
utilização do ATV
2
, com menor erro relativo que o ATV
1
.
2 2
ah
2 2
a cx ey gx iy kxy
z
1 bx dy fx hy jxy
+ + + + +
=
+ + + + +
(12)
em que:
ah
z
: vazão para condição de funcionamento da haste em rotação anti-horária, m
3
h
-1
.
x: pressão, m.c.a.
y: rotação anti-horária da haste,
graus.
a, b, c, d, e, f, g, h, i, j e k: parâmetros de ajuste das equações.
2.14.1.2 Avaliação para rotação horária da haste
Na condição de movimento horário da haste, percebeu-se que, para o ATV
1
,
os dados de
vazão também seguiram um comportamento potencial. Todavia, nota-se que entre os valores de
2000 e 4000 graus de rotação ocorreu um salto no valor da taxa de variação de vazão (Figura 29-
a). Tal comportamento pode ser explicado pela cavitação ocorrida nos ensaios de laboratório à
medida que se reduziu a área do bocal sob altos valores de pressão proporcionando a mudança do
regime de escoamento da água nas avaliações.
a b
rotação ( graus )
0 1500 3000 4500 6000 7500
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
h
2
( mm )
0,00 5,83 11,67 17,50 23,33 29,17
70 kPa
100 kPa
130 kPa
160 kPa
190 kPa
220 kPa
250 kPa
280 kPa
ATV
1
rotação ( graus )
0 910 1819 2729 3638 4548
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600 )
0
1
2
3
4
5
h
2
( mm )
0,0 2,4 4,8 7,2 9,6 12,0
50 kPa
100 kPa
150 kPa
200 kPa
250 kPa
ATV
2
Figura 29 - Comportamento da vazão em função da rotação horária imposta a haste e das
pressões estabelecidas nos ensaios de calibração. a) ATV
1
b) ATV
2
70
Para o ATV
2
, percebe-se que os dados de vazão também seguiram um comportamento
potencial, contudo sem o salto no valor da taxa de variação de vazão, que ocorrera no protótipo
ATV
1
(Figura 29-b). Verificou-se, para a situação mais crítica de pressão adotada nos ensaios,
que também não se tornou possível a realização de leituras estáveis de vazão nas medições,
atingindo-se um valor estável máximo em torno de 4,00 m
3
h
-1
e em campo, estabeleceu-se a
vazão de 5,00 m
3
h
-1
a partir de uma pressão de 280 kPa e 3960 graus de rotação.
Por meio da superfície de resposta pode-se visualizar o comportamento do ATV
1
em
rotação horária da haste, notando-se que para cada incremento no par pressão versus rotação
existe um aumento significativo de vazão (Figura 30-a).
a b
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0
1
1
4
0
2
2
8
0
3
4
2
0
4
5
6
0
5
7
0
0
6
8
4
0
0
70
1
40
210
2
80
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0
1
1
4
0
2
2
8
0
3
4
2
0
4
5
6
0
5
7
0
0
6
8
4
0
0
70
14
0
210
28
0
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
Figura 30- Superfícies de resposta para o ATV
1
operado em rotação horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico
Entretanto, é notável a presença de vales e picos acentuados em algumas regiões da
superfície devido à mudança de regime de escoamento, proporcionada pelo movimento da haste e
pelo incremento da energia de velocidade, o que resulta em uma diferença significativa
comparada à superfície de resposta predita (Figura 30-b). O modelo teórico estabelecido pela eq.
(8) não prevê mudanças de regime de escoamento, o que explica a ausência dos vales e picos na
superfície ajustada para predição de vazão.
71
A superfície de resposta, proveniente de dados observados, que representa o ATV
2
não
apresentou a presença de vales e picos, ocasionada pela mudança de regime de escoamento, como
ocorrera no ATV
1
(Figura 31-a).
a b
0
1
2
3
4
5
6
0
7
2
0
1
4
4
0
2
1
6
0
2
8
8
0
3
6
0
0
4
3
2
0
0
7
0
140
210
280
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
e
s
s
ã
o
(
k
P
a
)
0
1
2
3
4
5
6
0
7
2
0
1
4
4
0
2
1
6
0
2
8
8
0
3
6
0
0
4
3
2
0
0
70
1
4
0
2
1
0
2
8
0
v
a
z
ã
o
(
m
3
s
-
1
x
3
6
0
0
)
r
o
t
a
ç
ã
o
(
g
r
a
u
s
)
p
r
es
s
ã
o
(
k
P
a
)
Figura 31 - Superfícies de resposta para o ATV
2
operado em rotação horária da haste. a)
representação dos dados observados em ensaios. b) ajuste para predição de valores
pelo modelo teórico
Ademais, a superfície de resposta proveniente da eq. (8) representou bem a condição de
funcionamento do ATV
2
para a segunda condição pré-estabelecida (Figura 31-b). Tomando-se
uma análise do modelo teórico para uma situação mais crítica de funcionamento, que ocorrera na
pressão de 280 kPa rotação horária de 6120 graus, identificou-se um desvio máximo de 0,37 m
3
h
-1
correspondente a um erro máximo relativo de 18,12% (Figura 32-a).
72
a b
rotação ( graus )
0 1285 2570 3855 5140
6425
vazão ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
h
2
( mm )
0 5 10 15 20 25
ATV
1
280 kPa
horário
vazão observada
erro
vazão estimada
rotação ( graus )
0 442 884 1326 1768 2210 2652
vazão ( m
3
s
-1
x 3600 )
0
1
2
3
4
5
h
2
( mm )
0,0 1,4 2,8 4,2 5,6 7,0
ATV
2
250 kPa
horário
vazão observada
erro
vazão estimada
Figura 32 - Representação gráfica dos dados observados, simulados e erro para a condição de
rotação horária. a) ATV
1
para a pressão máxima de operação de 280 kPa. b) ATV
2
para a pressão máxima de operação de 250 kPa
Para o protótipo ATV
2
, encontrou-se um desvio moderado de 0,18 m
3
h
-1
que representa
um erro relativo máximo de 5,91%, que ocorreu em um ângulo de rotação horária de 1800 graus
para a situação mais crítica de pressão ensaiada, estabelecida em 250 kPa. (Figura 32-b).
Atualmente, necessita-se da troca de bocais nas práticas de manejo para se obter a vazão desejada
nos emissores, no entanto, com o ATV
1
pode-se estabelecer uma vazão de 0 a 2,1 m
3
h
-1
e de 0 a
5,00 m
3
h
-1
com o ATV
2
. Valendo-se dos dados estimados pelo modelo teórico, e também dos
dados observados, percebe-se a superioridade do ATV
2
em relação ao desempenho apresentado
pelo protótipo ATV
1
.
As retas de comparação 1:1 indicam o grau de precisão e exatidão da eq. (8) para predizer
as vazões obtidas nos protótipos desenvolvidos nessa condição pré-estabelecida (Figura 33).
Estatisticamente, percebe-se que o modelo teórico representou fielmente o comportamento dos
dados observados podendo ser utilizado para representar os protótipos desenvolvidos em rotação
horária de funcionamento. Entretanto, novamente, com menor variância nos dados, é notório que
a predição para o ATV
2
apresentou maior precisão e exatidão representando integralmente o
comportamento dos dados observados. Os resultados obtidos foram fundamentais para a tomada
de decisão para escolha do protótipo ATV
2
a ser utilizado em ensaios de campo e automatizado.
73
a b
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
vazão estimada ( m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
y 0,872x=
r 0,9850
d 0,9792
=
=
ATV
1
rotação horária
vazão observada ( m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5 6
vazão estimada ( m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
6
y 0,9932x=
r 0,9973
d 0,9990
=
=
ATV
2
rotação horária
Figura 33 - Retas de comparação 1:1 entre valores observados e valores simulados pelo modelo
teórico em condição de rotação horária da haste. a) ATV
1
. b) ATV
2
No entanto, trabalhando-se os dados observados durante o funcionado do ATV
1
, ajustou-
se por regressão bivariada o modelo empírico, estabelecido pela eq. (13) com coeficiente de
determinação de 0,9933 e que apresenta um desvio que não ultrapassa, em hipótese alguma, o
valor de 0,08 m
3
h
-1
correspondente a um erro máximo relativo de 4,71% para a rotação de 4680
graus e pressão de 280 kPa.
2
2 3
h
2 3 2
c e x h x x
z a bx dx f gx i j
y y y y y y
= + + + + + + + + +
(13)
Novamente, para o funcionamento do ATV
2
, ajustou-se um modelo empírico com
coeficiente de determinação de 0,9981 apresentado pela eq. (14). Esse modelo apresentou um
desvio máximo de 0,05 m
3
h
-1
correspondente a um erro máximo relativo de 15,47% da vazão
observada na situação mais crítica de operação que se estabeleceu na pressão de 250 kPa e
rotação de 270 graus.
2 2
h
2 2
a cx ey gx iy kxy
z
1 bx dy fx hy jxy
+ + + + +
=
+ + + + +
(14)
em que:
h
z
: vazão para condição de funcionamento da haste em rotação horária, m
3
h
-1
x: pressão, m.c.a.
y: rotação horária da haste, graus
74
a, b, c, d, e, f, g, h, i e j: parâmetros de ajuste da equação
2.14.1.3 Modelos para predição de vazão nos aspersores de taxa variada
O modelo a ser adotado para previsão de vazão em um aspersor de taxa variada apresenta
importância fundamental em sua concepção, pois um dos aspectos fundamentais que merece
discussão na irrigação de precisão é o fator ambiental de quanto se pode economizar de água.
Portanto, a avaliação desse modelo deve estar ligada a metrologia e não pura e somente a índices
estatísticos, uma vez que um desvio máximo de 0,18 m
3
h
-1
pode parecer pequeno com altos
índices de precisão e exatidão, mas representa muito em água quando se pensa em um sistema
mecanizado de irrigação onde se opera vários desses aspersores (Tabela 3).
Tabela 3 - Índices de desvio máximo e erro relativo para os modelos teórico e empírico na
predição de vazão de aspersores de taxa variada
Protótipos
Rotação horária Rotação anti-horária
Modelo Teórico Empírico Teórico Empírico
ATV
1
Desvio máximo (m
3
s
-
1
x 3600)
0,37 0,08 0,37 0,08
Erromáx relativo (%) 18,12 4,71 18,12 3,97
Pressão (kPa) 280 280 280 280
Rotação (graus) 6120 4680 6120 6120
ATV
2
Desvio máximo (m
3
s
-
1
x 3600)
0,18 0,05 0,18 0,03
Erromáx relativo (%) 5,91 15,47 5,67 1,07
Pressão (kPa) 250 250 250 250
Rotação (graus) 1800 270 1800 1800
Apesar dos resultados mostrarem que os modelos empíricos apresentaram menores
índices de desvio que o modelo teórico nas condições testadas, optou-se por trabalhar com o
modelo teórico por uma série de fatores tais como: i) os modelos empíricos foram ajustados a
partir de dados observados na calibração, enquanto que o modelo teórico apresenta aplicabilidade
para quaisquer aspersores de taxa variada a serem desenvolvidos. ii) os modelos empíricos
apresentaram uma série de constantes que não podem ser explicadas de maneira física para o
melhor entendimento em seus comportamentos, porém o modelo teórico apresenta maior
simplicidade e é totalmente explicável quanto aos parâmetros físicos que governam o
75
funcionamento dos aspersores de taxa variada. iii) para a automação da haste no aspersor, torna-
se necessário que o software de controle do motor de passo calcule a rotação necessária a haste
para impor ao aspersor a vazão desejada; no modelo teórico a rotação é facilmente calculada pela
eq. (10), porém nos modelos empíricos seria necessário se valer de métodos numéricos e
iterativos para se determinar a rotação, uma vez que os modelos empíricos do tipo f= f( H,q )
apresentaram coeficientes de determinação (R
2
) menores do que 0,80. iv) acredita-se em uma
maior precisão na construção de aspersores de taxa variada de maneira comercial eliminando-se
erros de excentricidade da haste, tornando o modelo teórico cada vez mais próximo a realidade.
v) trabalhando-se a validação do modelo teórico com valores de vazão de 0 a 74% da capacidade
máxima do ATV
1
e de 23 a 97% da capacidade máxima do ATV
2
se aumentaria e muito a
exatidão do modelo teórico, pois se reduziria a faixa de erro no coeficiente de descarga, a ser
discutida no próximo item.
2.14.1.4 Coeficiente de descarga
Com base na eq. (9) ajustaram-se os coeficientes de descarga (cd) para os protótipos
desenvolvidos. Tomou-se a média dos valores de coeficiente de descarga, obtida por meio de três
repetições e de uma média entre os dados obtidos a partir dos dois sentidos de rotação da haste. A
partir dos resultados encontrados, marcaram-se os valores em gráfico a fim de observar suas
tendências (Figura 34).
a b
rotação (graus)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
coeficiente de descarga
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
h
2
(mm)
0 5 10 15 20 25 30
70 kPa
100 kPa
130 kPa
160 kPa
190 kPa
220 kPa
250 kPa
280 kPa
ATV
1
cd = 0,78
valores descartados
rotação (graus)
0 1000 2000 3000 4000 5000
coeficiente de descarga
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
h
2
(mm)
0 2 4 6 8 10 12
50 kPa
100 kPa
150 kPa
200 kPa
250 kPa
ATV
2
cd = 0,793
valores descartados
Figura 34 - Comportamento do coeficiente de descarga função da rotação imposta à haste. a)
ATV
1
b) ATV
2
76
Para o ATV
1
os dados apresentaram a mesma tendência, independentemente da pressão de
operação ensaiada, porém encontrou-se uma alta dispersão dos dados. No entanto, para o ATV
2
,
os valores se mantiveram com a mesma tendência, mas com uma dispersão mínima. Para os dois
protótipos desenvolvidos, nota-se que o coeficiente de descarga apresentou um comportamento
crescente até atingir um valor constante. Entretanto, acredita-se que essa faixa de crescimento
ocorreu pela excentricidade existente entre pequenos movimentos da haste (h
2
) e o bocal nos
protótipos desenvolvidos acreditando-se, dessa forma, que em aspersores de taxa variada
fabricados com equipamentos de alta precisão esse erro possa não ocorrer. Tomou-se então a
média dos valores a partir dos dados que proporcionaram um coeficiente de variação (CV) menor
que 10% respeitando-se assim a normalidade dos dados para a obtenção do coeficiente de
descarga médio dos protótipos ATV
1
e ATV
2
. Obtiveram-se os valores médios de 0,780 e 0,793;
que representam pequena variação no coeficiente de descarga para quaisquer dos protótipos
desenvolvidos. Vale ressaltar que os valores descartados, a fim de manter a normalidade dos
dados, coincidiram com os valores provenientes do erro de excentricidade fortalecendo assim o
comportamento constante dos valores de cd.
A faixa que possui valores de coeficiente de descarga provenientes do erro de
excentricidade influenciou a validação do modelo proposto pela eq. (8) quando se realizou a
comparação desse modelo a vazões observadas em pressões pré-estabelecidas. Nota-se que para o
ATV
1
o número de Reynolds cresceu para cada grau de rotação imposto a haste confirmando que
o regime de escoamento variou ao longo do curso da haste (Figura 35). Cada valor apresentado
foi resultante da média dos valores obtidos nos dois sentidos de rotação pré-estabelecidos. A não
linearidade do coeficiente de descarga promoveu a pequena diferença existente entre os dados
observados e estimados.
77
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 10000 20000 30000 40000
r = 0,9906
d = 0,9821
y = 0,8805x
70 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 5500 11000 16500 22000 27500 33000
r = 0,9851
d = 0,9852
y = 0,9055x
100 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 7125 14250 21375 28500
r = 0,9853
d = 0,9848
y = 0,9037x
130 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 5000 10000 15000 20000 25000
r = 0,9856
d = 0,9849
y = 0,9031x
160 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 5950 11900 17850 23800
r = 0,9851
d = 0,9852
y = 0,9705x
190 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 6450 12900 19350 25800
r = 0,9856
d = 0,9902
y =1,059x
220 kPa
ATV
1
78
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 5750 11500 17250 23000
r = 0,9924
d = 0,9438
y =1,011x
250 kPa
ATV
1
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Reynolds
0 6250 12500 18750 25000
r = 0,9929
d = 0,9758
y =1,1627x
280 kPa
ATV
1
Figura 35 - Validação do modelo teórico proposto pela eq. (8) em pressões pré-estabelecidas para
o ATV
1
Para o ATV
2
, percebe-se que também houve a variação do número de Reynolds, porém
com menor influência na predição dos valores (Figura 36). Acredita-se que os pequenos desvios
ocorrentes em baixas vazões se deram novamente pela excentricidade da haste enquanto que, os
desvios ocorrentes em altas vazões ocorreram em função da maior proporcionalidade da perda de
energia advinda da ponta cônica fixada à haste, que se manteve dentro do conector tipo “Y”
oferecendo resistência ao escoamento da água.
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
Reynolds
0 10000 20000 30000 40000 50000
y 0,9904x=
r 0,9952
d 0,9976
=
=
ATV
2
50 kPa
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
Reynolds
0 10000 20000 30000 40000 50000
y 0,9955x=
r 0,9958
d 0,9979
=
=
ATV
2
100 kPa
79
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
Reynolds
0 10000 20000 30000 40000 50000
y 1,0048x=
r 0,9946
d 0,9973
=
=
ATV
2
150 kPa
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
Reynolds
0 10000 20000 30000 40000 50000
y 0,9875x=
r 0,9961
d 0,9980
=
=
ATV
2
200 kPa
vazão observada (m
3
s
-1
x 3600)
0 1 2 3 4 5
vazão estimada (m
3
s
-1
x 3600)
0
1
2
3
4
5
Reynolds
0 10000 20000 30000
40000
y 0,9698x=
r 0,9960
d 0,9975
=
=
ATV
2
250 kPa
Figura 36 - Validação do modelo proposto teórico pela eq. (8) em pressões pré-estabelecidas para
o ATV
2
2.14.2 Ensaios de campo
Os perfis radiais de distribuição obtidos em diferentes pressões, ângulos de rotação
impostos a haste e defletores podem ser visualizados (Figura 37).
80
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
70 kPa
defletor verde
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
70 kPa
defletor vermelho
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
105 kPa
defletor verde
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
105 kPa
defletor vermelho
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
140 kPa
defletor verde
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
140 kPa
defletor vermelho
81
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
210 kPa
defletor verde
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
210 kPa
defletor vermelho
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
280 kPa
defletor verde
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
280 kPa
defletor vermelho
Figura 37 - Perfis médios de distribuição do ATV
2
operado em diferentes pressões e vazões e
com dois tipos de defletores rotativos
Os alcances máximos referentes a cada perfil foram calculados com base no critério
instituído na norma técnica da ASABE que estabelece que o alcance deva ser medido a partir do
centro aspersor ensaiado até o coletor que recebera uma intensidade de precipitação de no
mínimo 0,26 mm h
-1
. Dessa forma, calculou-se o perfil médio com base nas quatro linhas L
1
, L
2
,
L
3
e L
4
ajustando-se polinômios que relacionaram as precipitações dos últimos quatro coletores e
o alcance referente a cada coletor. Determinou-se a partir desses polinômios, portanto, os
alcances (Tabela 4).
82
Tabela 4 - Alcance máximo determinado a partir do perfil médio de distribuição referente às
condições de operação do ATV
2
H
(kPa)
N
o
de
(graus)
h
2
(mm)
q
est
(m
3
h
-1
)
q
obs
(m
3
h
-1
)
Vento
Rotação do
defletor
(rpm)
Data
Alcance
(m)
Jatos v
(m s
-1
)
Direção
70
4
2880 7,60 2,16 2,22 0,012 32
o
N 1,20 13/maio
7,30
105
4
2520 6,65 2,43 2,55 0,098 27
o
W 1,45 16/maio
8,54
140
4
3600 9,50 3,43 3,50 0,088 18
o
S 4,26 18/maio
9,79
210
4
3240 8,55 3,99 4,20 0,125 18
o
S 4,45 20/maio
10,30
280
4
3960 10,45
5,03 5,00 0,100 22
o
W 12,58 28/maio
10,35
70
6
2700 7,13 2,07 2,07 0,384 2
o
O 1,69 23/maio
7,53
105
6
2520 6,65 2,43 2,54 0,301 27
o
W 2,86 17/maio
7,82
140
6
3600 9,50 3,43 3,50 0,089 16
o
S 4,26 18/maio
8,91
210
6
3240 8,55 3,99 4,20 0,158 2
o
O 7,31 21/maio
10,38
280
6
3960 10,45
5,03 5,00 0,050 27
o
W 12,60 29/maio
8,61
Em geral, o ATV
2
aliado ao defletor de quatro jatos proporcionou maiores alcances de
aplicação de água, comparado ao defletor de seis jatos. Todavia, esse último proporcionou
maiores intensidades de precipitação, além de perfis mais bem distribuídos. Dessa maneira a
escolha do defletor a ser utilizado deve acontecer com base na necessidade existente no projeto
respeitando-se a diferença nos resultados encontrados. A variância presente entre os quatro perfis,
referentes às quatro linhas de disposição dos coletores, pode ser explicada por alguns fatores
como: influência da velocidade e direção do vento; a excentricidade entre o jato de água e o
centro do defletor, ocasionada pela excentricidade da haste; o pequeno desalinhamento do
defletor em relação ao plano de referência; pequenas vibrações do suporte que sustenta o defletor;
o pequeno desnível do terreno; entre outros.
A norma técnica seguida nesses ensaios aceita para aspersores com defletores rotativos
ensaios com no mínimo uma linha de coletores. Entretanto, por se tratar de um protótipo, optou-
se por trabalhar com quatro linhas de coletores tomando-se a média entre elas; ressalta-se que pra
cada linha foram realizadas três repetições, ou seja, cada perfil médio foi resultado de uma média
de doze observações. Contudo, trabalhou-se com dados coletados advindos de ventos que não
ultrapassassem a velocidade de 1,3 m s
-1
, como sugere a norma técnica.
Realizaram-se, portanto, médias de repetições que apresentaram condições de ausência de
vento ou com ventos menores que 1,3 m s
-1
, o que foge do controle das condições experimentais
83
interferindo assim na garantia de que os tratamentos apresentassem as mesmas condições.
Ademais, o anemômetro utilizado informava a distância total percorrida por efeito de vento
durante um tempo total de ensaio de 1 h. Novamente, existe uma condição que mascara este
tratamento, pois não foi possível determinar possíveis rajadas de vento, uma vez que durante
grande parte de um ensaio existia ausência de ventos e durante pequenos instantes de tempo
ocorriam ventos certamente com velocidades superiores a 1,3 m s
-1
. Outro fator importante foi à
direção de orientação dos ventos que mudava de uma repetição para outra se estabelecendo como
outro efeito sobre os dados trabalhados. Em futuros ensaios de campo recomenda-se a utilização
de anemômetros automatizados a um data logger, a fim de que se possa obter gráficos que
apresentem o comportamento das condições de vento ao longo dos ensaios ou a simples
utilização de anemógrafos.
A excentricidade entre o jato de água e o centro do defletor é outra característica que
precisa ser muito melhorada em futuros aspersores de taxa variada. Notou-se que para pequenas
aberturas do bocal, a direção do jato de água mudava em função da rotação imposta a haste
incidindo-se em pontos fora do centro do defletor, o que ocasionava perfis de distribuição
totalmente desuniformes. Para corrigir esse problema necessitou-se alinhar o centro do defletor a
saída do jato de água em cada vazão a ser testada em campo. Acredita-se que esse problema seja
efeito da falta de precisão, no alinhamento da haste, obtida na construção do protótipo que não
deve ocorrer na construção de um aspersor de taxa variada comercial.
O suporte construído para servir de base aos defletores testados sofreu uma evolução
durante os ensaios de campo sendo outro efeito importante sobre a disposição dos dados. Sob
pequenas vazões, o primeiro suporte utilizado operou de maneira estável, mas à medida que se
aumentava a pressão ocorreriam fortes vibrações que interferiam no perfil de distribuição. Para
eliminar esse efeito, foi necessário introduzir outros suportes chegando-se ao que ofereceu maior
resistência à vibração.
Trabalhando-se com quatro linhas de coletores e adotando-se um espaçamento de 0,5 m
observou-se uma pequena diferença entre os alcances máximos de cada linha. Em determinadas
vazões de ensaio, o jato de água incidia sobre a abertura do último coletor de uma linha e na haste
do coletor correspondente na próxima linha acarretando da diferença mencionada. Um pequeno
desnível do defletor, uma pequena excentricidade na saída do jato de água ou até mesmo uma
84
diferença na altura das hastes devido ao pequeno desnível do terreno podem são fatores que
proporcionaram essa diferença nos perfis.
Analisou-se também o desempenho do ATV
2
operando em baixa, média e alta vazão para
a pressão de 140 kPa, obtendo-se perfis médios de distribuição (Figura 38).
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
140 kPa
1,0 m
3
h
-1
defletor vermelho
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
140 kPa
2,3 m
3
h
-1
defletor vermelho
Distância (m)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Intensidade de Precipitação (mm h
-1
)
0
10
20
30
40
50
60
perfil 1
perfil 2
perfil 3
perfil 4
perfil médio
140 kPa
3,5 m
3
h
-1
defletor vermelho
Figura 38 - Perfis de distribuição do ATV
2
operado em mesma pressão obtendo vazões diferentes
em função do movimento da haste
Determinou-se o alcance máximo referente a cada perfil baseado no mesmo critério
discutido anteriormente (Tabela 5). Pode-se notar que para vazões de 1,0 a 3,5 m
3
h
-1
, situadas na
mesma pressão, o protótipo ATV
2
disponibilizou perfis de distribuição estáveis confirmando
assim sua potencialidade de operação sem comprometer a eficiência na aplicação de água nas
culturas. Nesse caso, parece não existir diferença significativa entre os alcances obtidos para as
vazões de 2,31 e 3,5 m
3
h
-1
,
sendo que essa última proporcionou maior intensidade de
precipitação, o que pode resultar em menor tempo de irrigação.
85
Tabela 5 - Valores de alcance obtidos na pressão de 140 kPa para o defletor de quatro jatos
H
(kPa)
N
o
de
jatos
f
(graus)
h
2
(mm)
q
est
(m
3
h
-1
)
q
obs
(m
3
h
-1
)
Vento
Rotação
do defletor
(rpm)
Data
Alcance
(m)
v
(m s
-1
)
Direção
140
4
720 1,90 0,99 0,99 0,317 16
o
S 0,40 25/maio
7,96
140
4
1800 4,75 2,2 2,31 0,024 32
o
N 2,01 24/maio
8,69
140
4
3600 9,50 3,43 3,5 0,089 16
o
S 4,26 18/maio
8,91
2.14.3 Automação do protótipo desenvolvido
A comparação entre os dados observados durante o funcionamento do protótipo ATV
2
,
tanto em rotação horária quanto em rotação anti-horária de sua haste, confirmou a não existência
do fenômeno de histerese, que poderia comprometer o desempenho do protótipo desenvolvido.
Analisando-se a reta 1:1, percebe-se que não houve diferença estatística entre os resultados, uma
vez que o coeficiente angular da reta tende a ser unitário e o coeficiente linear inexiste (Figura
39).
vazão em rotação anti-horária ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5
vazão em rotação horária ( m
3
s
-1
x 3600 )
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
r 0,9998
d 0,9999
=
=
ATV
2
y 1,0055x=
Figura 39 - Comparação entre os dados observados de vazão em rotação horária e anti-horária da
haste do protótipo ATV
2
A partir daí, realizou-se o acoplamento final do motor de passo à polia responsável pelo
acionamento da haste conseguindo-se com essa polia maior precisão no ajuste da vazão no ATV
2
(Figura 40). O movimento da haste foi comandado por meio do acionamento da porta paralela de
um microcomputador, que por sua vez recebeu comandos de um software de controle
desenvolvido em linguagem pascal em ambiente Delphi. Esse software habilita sinais na porta
86
acionando o driver de potência de acordo com a necessidade de rotação do motor de passo. Dessa
forma, o motor acionou a polia implicando movimento horário ou anti-horário a haste como o
esperado. Ressalta-se ainda que a rotação necessária encontrada na eq. (10) para atender a vazão
desejada foi multiplicada pela constante “8,65”, que representa a relação entre os diâmetros das
polias; e que o torque necessário para que a haste entrasse em movimento foi determinado em
campo, encontrando-se o valor de
0,270N.m
em condição de não pressurização do aspersor.
Vcc
driver
polia
motor
driver
Vcc
motor
polia
Figura 40 - Imagens do acoplamento final do motor de passo ao ATV
2
Além do ajuste mais preciso na obtenção da vazão desejada no aspersor desenvolvido, a
automação por acionamento do motor de passo possui outra vantagem que é seu regime de
funcionamento alternado. Após a obtenção da vazão desejada o motor permanece desligado
esperando uma nova ação de comando permitindo assim economia de energia, além de uma
esperança maior de vida útil do sistema.
2.14.4 Quimigação
Há indícios de que o ATV
2
possa ser utilizado em aplicações de produtos químicos via
água de irrigação quando essas apresentarem como alvo a estrutura foliar da planta. Sabe-se que
esse tipo de aplicação não é recomendável quando se utiliza aspersores de equipamentos de
aspersão mecanizável do tipo pivô central ou sistema linear de irrigação. Os aspersores
convencionais utilizados nesses equipamentos são projetados para aplicar vazões elevadas e com
consideráveis diâmetros de gota, o que proporciona um escorrimento do ingrediente ativo não
87
permitindo sua adesão à folha. Para suprir este objetivo, os sprays pulverizadores devem
proporcionar gotas com diâmetros na casa de micrometros garantindo assim maior uniformidade
no molhamento da folha. Operando-se o ATV
2
a uma pressão de 280 kPa e com uma pequena
abertura de bocal referente a 90
o
de rotação na haste, obteve-se uma vazão de aproximadamente
188 L h
-1
que proporcionou gotas, em caráter visual, de sprays pulverizadores (Figura 41).
Evidentemente, futuros testes com papéis adesivos que auxiliem na determinação do diâmetro
médio volumétrico (DMV) e do diâmetro médio numérico (DMN), bem como testes para a
determinação do perfil de aplicação do ATV
2
operado nessas condições necessitam ser realizados
comprovando, ou não, esta característica adicional ao aspersor de taxa variada que garantiria
ainda uma maior versatilidade. Caso se confirme esse indício, poder-se-á utilizar o mesmo
equipamento tanto para irrigação convencional, quanto para a irrigação de precisão e para
quimigação.
a b
Figura 41 – Imagem do ATV
2
operado em condições de formação de spray com gotas mais finas.
a) defletor fixo utilizado. b) imagem do aspecto visual do spray de gotas finas
88
89
3 CONCLUSÃO
Considerando os resultados encontrados e as condições do trabalho desenvolvido,
conclui-se que:
É possível e viável tecnicamente a construção de um aspersor de taxa variada para ser
utilizado em projetos de irrigação de precisão.
É possível estimar a vazão de um aspersor de taxa variada em, qualquer condição de
operação, utilizando-se o modelo teórico proposto.
Em se tratando de irrigação convencional, o aspersor de taxa variada também possui alta
aplicabilidade uma vez que, com sua utilização, poder-se-á eliminar a troca de bocais para se
obter a vazão desejada realizando-se manualmente o ajuste da vazão em cada aspersor.
Com o aspersor desenvolvido, pode-se agora atender a variabilidade espaço-temporal da
demanda hídrica de uma área qualquer. Contudo, outros aspersores de taxa variada devem ser
construídos e avaliados com o propósito de alcançar melhores resultados a fim de se proporcionar
maior otimização na utilização dos recursos hídricos na irrigação.
90
91
REFERÊNCIAS
AL-KUFAISHI, S.A.; BLACKMORE, B.S.; SOURELL, H. The feasibility of using variable
rate water application under a central pivot irrigation system. Irrigation and Drainage Systems,
Springer Netherlandsv, v. 20, p.317-327, Aug, 2006.
ARMINDO, R.A.; BOTREL, T.A.; DOURADO NETO, D.; MOURÃO G.B. Avaliação do
sistema de pulverização com funcionamento intermitente, acoplado a pivô central, Notliada.
Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, Campina Grande, v.13, p.26-32,
2009.
BUCHLEITER,G.W; WESTRA,P.; PEAIRS,F.B.; FLEMING,K. Interdisciplinary irrigated
precision farming research. Precision Agriculture, Oxford, v. 3, p. 47-61, 2002.
BURGESS, T.M.; WEBSTER, R. Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil
properties. I. The semivariogram and ponctual kriging. Journal of Soil Science, Oxford, v. 31,
p. 315-331, 1980.
CHEEROO-NAYAMUTH, F.C.; ROBERTSON, M.J.; WEGENER, M.K.; NAYAMUTH,
A.R.H. Using a simulation model to assess potential and attainable sugar yield in Mauritius.
Field Crops Research, Amsterdam, v.66, p.225-243, 2000.
CAMP, C.R.; SADLER, E.J. Irrigation, deep tillage, and nitrogen management for a corn-
soybean rotation. Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.45, n.3, p. 601-608, 2002.
CAMP, C.R; SADLER, E.J.; EVANS, D.E.; USREY, L.J.; OMARY, M. Modified center pivot
system for precision management of water and nutrients. ASAE Annual International Meeting.
Phoenix. Paper 96-2077, 1996.
CORWIN, D.L., LESCH, S.M. Apparent soil electrical conductivity measurements in
agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, Amsterdam, v.46, p.11-43, 2005.
www.elsevier.com/locate/compag
CORWIN, D.L., PLANT, R.E. Applications of apparent soil electrical conductivity in precision
agriculture. Computers and Electronics in Agriculture. v.46, p.1–10, 2005.
www.elsevier.com/locate/compag
92
DEBOER, J.L.; GRIFFIN, T. Adoption and profitability of precision agriculture worldwide. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE AGRICULTURA DE PRECISÃO.2006. Piracicaba. Anais...,
Piracicaba:Universidade de São Paulo/Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, 2006.
p. 36-40.
DEBOER, D.W.; BECK, D.L.; BENDER, A.R. A field evaluation of low, medium and high
pressure sprinklers. Transactions of ASAE, St. Joseph, v.35, n.4, p. 1185-1189, 1992.
DEJONGE, K.C.; KALEITA, A.L.; THORP, K.R. Simulating the effects of spatially irrigation
on corn yields, costs, and revenue in Iowa. Science Direct Journal, Amsterdam, v.92, p.99-109,
2007.
DUKE, R.H.; HEERMANN, F.D.; DAWSON, J.L. Appropriate depth of application for
scheduling central pivot irrigation. Transactions of ASAE, St. Joseph, v. 35, n.5, p. 1457-1464,
1992.
DUKE, H.R.; HEERMANN, D.F.; FRAISSE, C.W. Linear move irrigation system for fertilizer
management research. In: INTERNATIONAL EXPOSITION AND TECH CONF.,1.992. New
Orleans. Proceedings… La. Fairfax, Va.: The Irrigation Assoc., 1992.p. 78-81..
DUKES, M.D.; PERRY, C. Uniformity testing of variable-rate center pivot irrigation control
systems. Precision Agriculture, Oxford, v. 7, p. 205-218, 2006.
EVANS, R.G.; HARTING, G.B. Precision irrigation with center pivot systems on potatoes. In:
ASCE INTERNATIONAL WATER RESOURCES ENGINEERING CONFERENCE. 1999.
Proceedings…Seattle, WA, 1999. p. 8-11.
EVANS, R.G.; HAN, G.S.; SCHNEIDER, S.M.; KROEGER, M.W. Precision center pivot
irrigation for efficient use of water and nitrogen. .ROBERT,P.C..RUST, R.H ; LARSON,
W.E.(Ed.). In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRECISION AGRICULTURE, 3.,
1996. Madison. Proceedings… Madison, WI.:ASA, 1996. p. 75-84.
EVANS, D.E.; SADLER, E.J.; CAMP, C.R.; MILLEN, J.A. Spatial canopy temperature
measurements using center pivot mounted IRTS In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON
PRECISION AGRICULTURE, 50., 2000. Bloomington. 2000. Proceedings…Minessota 2000.
p.1-11.
93
FALKENBERG, N.R.; PICCINNI, G.; COTHREN, J.T.; LESKOVAR, D.I.; RUSH, C.M.
Remote sensing of biotic and abiotic stress for irrigation management of cotton. Science Direct
Journal, Amsterdam, v.87, p.23-31, 2007.
FARAHANI, H.J.; SHANER, D.L.; BUCHLEITER, G.W.; BARTLETT, G.A. Evaluation of a
low volume agro-chemical application system for center pivot irrigation. Applied Engineering
in Agriculture, St. Joseph,v.22, n.4, p. 517-528, 2006.
FRAISSE, C.W. Variable water application with moving irrigation systems. Dissertation -
(Ph.D.) – 1993. p. 1363-1369. Agricultural and Chemical Engineering Dept., Colorado State
Univ., Fort Collins, 1993.
FRAISSE, C.W.; HEERMANN, D.F.; DUKE, H.R. Modified linear move system for
experimental water application. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN
PLANNING, DESIGN AND MANAGEMENT OR IRRIGATION SYSTEMS AS RELATED
TO SUSTAINABLE LAND USE, 1., 1992. Leuven. Proceedings… Leuven, Belgium: Center
for Irrigation Engineering, 1992. p.367-376
FRAISSE, C.W.; HEERMANN, D.F.; DUKE, H.R. Simulation of variable water application with
linear-move irrigation systems. Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.38, n.5, p. 1371-1376,
1995.
GUIMARÃES, R.M.L; BLAINSKI, E.; GONÇALVES, A.C.A.; REZENDE, R.; FOLEGATTI,
M.V. Distribuição espacial de lâmina de irrigação e de armazenamento de água no solo sem
cobertura vegetal. In; CONGRESSO BRASILEIRO DE AGRICULTURA DE PRECISÃO.
2006. Piracicaba. Anais Piracicaba, 2006. 1 CD-ROM
HEERMANN, D.F.; BUCHLEITER, G.W.; BAUSCH, W.C.; STAHL, K. Nondifferential GPS
for use on moving irrigation systems.In: EUROPEAN CONF. ON PRECISION
AGRICULTURE (ECPA),1997. Warwick Proceedings… Warwick: University, UK,1997. v.2,
p.567-574.
HEERMANN,D.F; HOETING,J.; THOMPSON,S.E.; DUKE,H.R.; WESTFALL,D.G.;
BUCHLEITER,G.W; WESTRA,P.; PEAIRS,F.B.; FLEMING,K. Interdisciplinary irrigated
precision farming research. Precision Agriculture, Oxford, v. 3, p. 47-61, 2002.
HORVAT, R.A.; XAVIER, M.A.; GREGO, C.R.; VIEIRA, S.R. Avaliação da variabilidade
espacial do número de perfilhos da cultura de cana-de-açúcar em relação à compactação do solo.
94
In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AGRICULTURA DE PRECISÃO, 2006. São Pedro- SP,
Anais...Piracicaba: ESALQ, 2006.
JACKSON, T.; MANSFIELD, K.; SAAFI, M.; COLMAN, T.; ROMINE, P. Measuring soil
temperature and moisture using wireless MEMS sensors. Science Direct Journal, Amsterdam ,
v.41, p.381-390, 2008.
KARLEN, D.L.; SADLER, E.J.; BUSSCHER, W.J. Crop yield variation associated with Coastal
Plain soil map units. Soil Science Society American Journal, Madison, v. 54, n.3, p. 859-865,
1990.
KING, B.A.; WALL, R.W. Supervisory control and data acquisition system for site-specific
center pivot irrigation. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph, v.14, n.2, p. 135-144,
1998.
KING, B.A.; KINCAID, D.C. A variable flow rate sprinkler for site-specific irrigation
management. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph, v.20, n.6, p. 765-770, 2004.
KING, B.A.; STARK, J.C.; McCANN, I.R.; WESTERMAN, D.T. Spatially varied nitrogen
application through a center pivot irrigation system. ROBERT, P.C.;.RUST, R.H ;.LARSON,
W.E.(Ed.). In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRECISION AGRICULTURE, 3.,
1996. Madison. Proceedings… Madison, WI.:ASA, 1996. p.85-94.
KING, B.A.; McCANN, I.R.; EBERLEIN, C.V.; STARK, J.C. Computer control system for
spatially varied water and chemical application studies with continuous move irrigation systems.
Computers and Eletronics in Agriculture, Amsterdam, v. 24, p. 177-194, 1999.
KING, B.A.; WALL, R.W.; KINCAID, D.C.; WESTERMANN, D.T. Field Testing of a variable
rate sprinkler and control system for site-specific water and nutrient application. Applied
Engineering in Agriculture, St. Joseph, v.21, n.5, p. 847-853, 2005.
KUSTAS, W.P.; NORMAN, J.M. Use of remote sensing for evapotranspiration monitoring over
land surfaces. Hydrological Sciences, Oxfoard,v. 41, n. 4, p.495-516, 1999.
LASCANO, R.J. BAUMHARDT, R.L.; HICKS, S.K.; LANDIVAR, J.A. Spatial and temporal
distribution of surface water content in a large agricultural field. ROBERT, P.C.;.RUST, R.H
;.LARSON, W.E.(Ed.). In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRECISION
AGRICULTURE, 4, 1999. Madison. Proceedings… Madison, WI.:ASA, 1999. p. 19-30.
95
LECHNER W.; BAUMANN S.; Global navigation satellite systems. Computers and Eletronics
in Agriculture, Linden, v..25, p.67-85, 2000. TELEMATICA, Baiernrainer Weg 6, 83623
Linden, Germany www.elsevier.com/locate/compag
LEITE, B.H.F.C.; LIMA, E.J.C.; LEÃO, F.L.; PRESTES, R.F. Estudo do motor de passo e seu
controle digital. 2008.10p. Disponível em:<http://www2.eletronica.org/artigos/outros/estudo-do-
motor-de-passo-e-seu-controle-digital>. Acesso em: 30 abr. 2009.
LOGSDON, S.; PRUGER, J.; MEEK, D.; COLVIN, T.; JAMES, D.; MILNER, M. Crop yield
variability as influenced by water in rain-fed agriculture. ROBERT, P.C.;.RUST, R.H
;.LARSON, W.E.(Ed.). In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRECISION
AGRICULTURE, 4, 1999. Madison. Proceedings… Madison, WI.:ASA, 1999. p.453-465.
McBRATNEY, A.B.; WEBSTER, R. Choosing functions for semi-variograms of soil properties
and fitting them to sampling estimates. Journal of Soil Science, Madison, v. 37, p. 617-639,
1986.
MEIRELES, E.J.L.; PEREIRA, A.R.; SENTELHAS, P.C.; STONE, L.F.; ZIMMERMANN,
F.J.P. Calibration and test of the cropgro-dry bean model for edaphoclimatic conditions in the
savannas of central brazil. Scientia Agricola, Piracicaba,v.59, p.723-729, 2002.
MEIRELES, E.J.L.; PEREIRA, A.R.; SENTELHAS, P.C.; STONE, L.F.; ZIMMERMANN,
F.J.P. Risco climático de quebra de produtividade da cultura do feijoeiro em Santo Antônio de
Goiás, GO. Bragantina, Campinas v.62, n.1, p.163-171, 2003.
MORAN, M.S.; JACKSON, R.D. Assessing the spatial distribution of evapotranspiration using
remotely sensed inputs. Journal of Environmental Quality, Madison, v.20, p. 725-737, 1991.
OLIVEIRA, C.W.; YODER, R.E.; WILKERSON, J.B.; YODER, D.C.; LARSON, J.A.
Delineation of management units for site-specific irrigation. ASAE Paper 032145, 2003.
OLSON, K. Precision agriculture: current economic and environmental issues. In: JOINT
CONFERENCE ON FOOD, AGRICULTURE AND THE ENVIRONMENT. UNIVERSITY OF
MINNESOTA, 6., 1998. ST. PAUL, MN Proceedings…. ST. PAUL 31 AUG – 2 SEPT 1998.
31p.
96
OMARY, M.; CAMP, C. R.; SADLER, E. J. Center pivot irrigation system modification to
provide variable water application depths. Applied Engineering in Agriculture,St. Joseph, v.13,
n.2, p. 235-239, 1997.
OTTMAN, M. J.; POPE, N. V. Nitrogen Fertilizer Movement in the Soil as Influenced by
Nitrogen Rate and Timing in Irrigated Wheat. Soil Science Society American Journal,
Madison, v.64, p. 1883-1892, 2000.
QUEIROZ, T.M. Desenvolvimento de um sistema automático para irrigação de precisão em
pivô central. 2007. 141p. Tese (Doutorado em Irrigação e Drenagem) – Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2007.
QUEIROZ, T.M.; BOTREL, T.A.; FRIZZONE, J.A. Desenvolvimento de software e hardware
para irrigação de precisão usando pivô central. Jaboticabal, Revista Engenharia Agrícola,
Jaboticabal, v.28, n.1, p. 44-54, 2008.
PERRY, C.; POCKNEE, S. Precision pivot irrigation controls to optimize water application. In:
Understanding & Addressing conservation and recycled water irrigation. 2003. San Diego.
Proceedings… . San Diego, CA2003. p. 86–92,
PETERS, R.T.; EVETT, S.R. Using low-cost GPS receivers for determining field position of
mechanized irrigation systems. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph,v.21, n.5, p.
841-845, 2005.
PETERS, R.T.; EVETT, S.R. Spatial and temporal analysis of crop conditions using multiple
canopy temperature maps created with center-pivot-mounted infrared thermometers.
Transactions of ASABE, St. Joseph, v.50, n.3, p.919-927, 2007.
RIJSBERMAN, F.R. Water scarcity: fact or fiction? Agricultural Water Management,
Amsterdam, v.80, p. 5-22, 2006.
ROBERT, P.C. Precision agriculture: a challenge for crop nutrition management. Plant and Soil,
Dordrecht,v.247, p. 143-149, 2002.
ROTH, R.L.; GARDNER, B.R. Modified self-moving irrigation system for water-nitrogen crop
production system. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph,v.5, n.2, p. 175-179, 1989.
97
STARK, J.C.; McCANN, I.R.; KING, B.A.; WESTERMANN, D.T. A two-dimensional
irrigation control system for site-specific application of water and chemicals. Agronomy
Abstracts, Madison, v.85, p. 329-338, 1993.
SADLER, E.J., CAMP, C.R.; EVANS, D.E.; MILLEN, A.J. Corn canopy temperatures measured
with measured with a moving infrared thermometer array. Transactions of the ASAE, St.
Joseph, v.45, n.3, p.531-591, 2002a.
SADLER, E. J.; CAMP, C. R.; EVANS, D. E.; MILLEN, J.A. Spatial variation of corn response
to irrigation. Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.45, n.6, p. 1869-1881, 2002b.
SADLER, E.J.; CAMP, C.R.; EVANS, D.E.; URSEY, L.J. A site-specific center pivot irrigation
system for highly variable coastal plain soils. EDS..ROBERT, P.C ; RUST, R.H.; LARSON
W.E.(Ed.). In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRECISION AGRICULTURE,
1996.Madison, WI. Proceedings…Madison, WI.:ASA, 1996. p. 827-834.
SADLER, E.J.; EVANS, R.G.; STONE, K.C.; CAMP, C.R. Opportunities for conservation with
precision irrigation. Journal of Soil and Water Conservation, Ankeni, v.60, n.6, p. 371-379,
2005.
SADLER, E.J.; EVANS, R.G.; BUCHLEITER, G.W.; KING, B.A.; CAMP, C.R. Design
considerations for site specific irrigation: In: NATIONAL IRRIGATION SYMPOSIUM,4.,
2000.Phoenix. Proceedings… Phoenix, Arizona: ASAE. November, 2000. p. 1-12.
SILVA, C.B.; do VALE, S.M.L.; PINTO, F.A.C.; MÜLLER, C.A.S.; MOURA, A.D. The
economic feasibility of precision agriculture in Mato Grosso do Sul state, Brazil: a case study.
Precision Agriculture, New York, v.8, p.255-265, 2007.
STARK, J.C.; McCANN, I.R.; KING, B.A.; WESTERMANN, D.T. A two-dimensional
irrigation control system for site-specific application of water and chemicals. Agronomy
Abstracts, Madison, v.85, p. 329-338, 1993.
STARR, G.C. Assessing temporal stability and spatial variability of soil water patterns with
implications for precision water management. Agricultural Water Management, Amsterdam,
v.72, p.223-243, 2005.
98
STONE, K.C.; SADLER, E.J.; MILLEN, J.A.; EVANS, D.E.; CAMP, C.R. Water flow rates
from a site-specific irrigation system. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph, v.22,
n.1, p. 73-78, 2006.
SUMNER, H.R.; DOWLER, C.C.; GARVEY, P.M. Application of agrichemicals by
chemigation, pivot-attached sprayer systems, and conventional sprayers. Applied Engineering
in Agriculture, St. Joseph, v.16, n.2, p. 103-107, 2000.
SUMNER, H.R.; GARVEY, P.M.; HEERMANN, D.F.; CHANDLER, L.D. Center pivot
irrigation attached sprayer. Applied Engineering in Agriculture, St. Joseph, v.13, n.3, p. 323-
327, 1997.
VELLIDIS, G.; TUCKER, M.; PERRY, C.; KVIEN, C.; BEDNARZ, C. A real-time wireless
smart sensor array for scheduling irrigation. Agricultural Water Management, Amsterdam
v.61, p.44-50, 2007.
WEBTUGA. Estudo do motor de passo e seu controle digital. 2006.8p. Introdução a porta
paralela: O conector DB-25. Disponível em:< http://www.tugatronica.com/iii-introducao-a-porta-
paralela/>. Acesso em: 02 fev. 2009.
YUNSEOP, K.; EVANS, R.G; IVERSEN, W.M. Evaluation of Wireless Control for Variable
Rate Irrigation. In: ASABE ANNUAL INTERNATIONAL MEETING. 2006. Portland.
Anais, Portland, 2006.
YUNSEOP, K.; EVANS, R.G; IVERSEN, W.M. Remote sensing and control of an irrigation
system using a distributed wireless sensor network. IEEE Transactions on instrumentation
and measurement, Paper 0018-9456, 2008.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
