Problemer med modellene

Para determinar a bomba a ser utilizada na agricultura irrigada, deve-se inicialmente calcular o volume de água que deve ser bombeada de acordo com a cultura. A bomba será dimensionada com base nessa informação e nas seguintes: altura manométrica; vazão diária; distância da fonte ao local irrigado e tipo de energia a ser utilizada. A Fig. 2.15 mostra um sistema de bombeamento com a definição das alturas que são bases fundamentais pro seu dimensionamento. Os resultados são os seguintes: potência da bomba; diâmetro de recalque; diâmetro de sucção; pressão e velocidade do líquido.

Na aquisição de bombas deve ser observada com bastante critério a eficiência do conjunto motobomba, entre outros fatores. Os custos de aquisição, manutenção e operação representam em torno de 5%, 10% e 85% do custo total, segundo o Manual Técnico Grundfos (Grundfos, 2012). Com isso, é interessante o investimento em um conjunto de alta eficiência, que, possui um custo inicial maior, porém, com menor custo de manutenção, pela redução no consumo de energia (Tab. 2.5), em casos de bombas com acionamento elétrico.

Tabela 2.5: Comparação entre rendimento e custo de um sistema de bombeamento.Adaptado de Montovani (2007).

Rendimento(%) Consumo (kWh) Gasto (R$) Redução (%)

50 5.450 272

60 4.541 227 -16,7

70 3.893 195 -28,6

Fonte:

Obs.: Valores calculados considerando: um volume bombeado de um milhão de m³, uma altura manométrica total de um metro e um custo de energia de R$ 0,05/kWh.

Sendo um componente fundamental no sistema de irrigação, o conjunto motobomba mais utilizado é a do tipo centrífuga, com eixo horizontal. É também comum o do tipo turbina de poços profundos. Os motores mais usados são os elétricos, a diesel e a gasolina.

No planejamento para definir o sistema de irrigação, é necessário a obtenção de algumas informações relevantes ao projeto, a fim de evitar perdas por dimensionamento errado. Essas informações referem-se a: tamanho e forma da área; topografia; solo; suprimento de água; cultura a ser irrigada; disponibilidade de mão de obra e clima. Quando o agricultor não estiver atento a essas informações, geralmente reduz sua produtividade pelo elevado numero de perdas, que vão desde o mau dimensionamento da motobomba a não observância de linhas laterais de inclinação que podem conduzir água por gravidade.

Para uma determinada área a ser irrigada deve ser inicialmente obtida a vazão diária, para em seguida determinar o diâmetro da canalização. Com base nessas informações, diâmetro e vazão, mais o valor da altura manométrica, obtém-se o tipo de bomba de acordo com as tabelas dos fabricantes ou com bases em outras tabelas existentes, dependendo da situação de campo e/ou fontes de energia existentes.

Por exemplo, deseja-se dimensionar a vazão diária necessária para uma cultura de melão em uma área de um hectare. Nesse caso, deve-se ter a quantidade de água per

capta da cultura, nocaso o melão, que pode ser fornecido por cada planta (sendo necessário saber a quantidade de plantas na área, que depende do espaçamento entre elas) ou por metro quadrado. Com essa informação obtém-se a demanda diária de água.

Antes de dimensionar bomba para irrigação, para qualquer fonte de energia, é necessário que seja feito o pré-dimensionamento. Este consiste em determinar: a vazão;

a altura manométrica; o rendimento do motor e o rendimento da bomba. Esses valores são obtidos com base nas seguintes informações: área a ser irrigada; altura de lâmina d’água e horas de funcionamento da bomba.

Oliveira Filho (2010) lembra que, havendo um dimensionamento de motores acima da potência necessária, irá existir maior custo inicial, menor rendimento e menor fator de potência. A literatura recomenda que sejam feitos acréscimos na potência dos motores, chamados de fatores de segurança para o dimensionamento, que podem suprir demandas de potência segundo as condições de trabalho relacionadas às curvas características das bombas e qualidade da energia.

Como ponto de partida, é necessário o cálculo ou que seja informada a vazão necessária de água para atender determinada demanda de campo e a altura vertical, onde, daí se determina a altura manométrica que é função das perdas de cargas localizadas e ao longo do conduto.

A perda de carga localizada depende das peças que compõem a tubulação e que causam atritos internos (viscosidade) nesses pontos. Os valores dessas perdas encontram-se tabelados (comprimentos equivalentes). Esses comprimentos são fictícios e representam a peça como se estivessem distribuídas de forma linear. Portanto, existem perturbações bruscas no escoamento do líquido que causam essas perdas. As principais são: válvulas; mudanças de direção; mudanças de diâmetro; registros e outras. Esta é função da velocidade, da densidade; viscosidade do fluido etc., dentre outras.

Pode-se representar a variação de alturas manométricas em função da vazão, como a Fig. 2.16 formando uma curva denominada “curva do sistema”. Percebe-se nesse gráfico o comportamento da vazão em função das perdas de cargas adicionadas às alturas geométricas.

Para o cálculo dessas perdas pode-se somar seus valores obtidos, segundo as peças que a provocam, ou calcular através da Eq. (2.36).

𝑕𝑒 = 𝐾𝑠 .𝑉

2

2._𝑔 (2.36)

A razão entre vazão e altura manométrica é representada pelos fabricantes de tubos e muito difundida quando se faz dimensionamento de tubos.

Figura 2.16: Curvas do sistema. Takami, 2005.

*Hm = Altura manométrica Total; Hg = Altura geométrica; Hp = Altura manométrica devido as perdas do sistema; Q = vazão.

Pode-se fazer também a curva característica para a relação entre vazão e potência (Fig. 2.17) e vazão x eficiência (Fig. 2.18).

Figura 2.17: Curva: potência x vazão. Monachesi, 2005.

.

O comportamento da eficiência varia muito de bomba pra bomba. Para cada bomba específica o fabricante define em seus catálogos uma faixa de eficiência. Mas de um modo geral, o comportamento das vazões assumem em várias condições crescentes de vazão o comportamento semelhante a uma parábola como pode ser observado nas duas figuras anteriores.

A literatura traz com mais frequência o dimensionamento de instalações hidráulicas usando-se a fórmula de Hazen-Willians, descrita Eq. (2.37).

𝑄 = 0,2785 . 𝐶 . 𝐷2,63_. ∆𝑕 𝐿

0,54

(2.37)

Sendo:C = Coeficiente que depende da natureza (material e estado) das paredes dos tubos (Tabelado).

Para o acionamento de uma bomba por um motor, dimensiona-se pela Eq. (2.38). Recomenda-se que valor da potência seja o imediatamente superior ao necessário calculado, evitando-se assim, seu superdimensionamento.

𝑃

=

(2.38)

Sendo: ηB = Rendimento da bomba (o rendimento é obtido por meio de curvas

características das bombas que apresentam as relações entre altura manométrica e potência e mecânica exigida e vazão para diferentes diâmetros, rotações e modelos).