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O problema decorre da reduzida vida útil dos diafragmas devido à fragilidade dos materiais que são construídos e por trabalharem em contato direto com soluções corrosivas.

Isso exige uma manutenção rigorosa e reposição freqüentes dessas peças (Burt et al. 1995).

Figura 1. Fotografia de uma bomba injetora tipo diafrágma.

As bombas injetoras tipo pistão (Figura 2) são bombas dotadas de um, dois ou mais pistões acoplados em blocos metálicos que se movimentam impulsionados por meio de sistemas tipo biela ou acoplados em roldanas.

No início de cada ciclo se tem a abertura de uma válvula de aspiração que deixa passar para o interior de câmara um volume de solução proveniente de um reservatório. Quando o pistão executa o movimento em sentido contrário a válvula de aspiração se fecha e a válvula propulsora é aberta. O aumento da pressão no interior do cilindro provoca a abertura de válvula de descarga que deixa passar o volume da solução anteriormente aspirado e daí ela passa a ser injetada na tubulação de irrigação.

Figura 2 – Bomba injetora tipo pistão com motor elétrico de uma e duas entradas

Atualmente é o sistema mais exato de injeção e o mais desenvolvido. Apresenta a vantagem de sua fácil automação, podendo ser regulada sua programação partindo de um cronograma de irrigação.

O tanque de derivação de fluxo é um recipiente geralmente metálico de forma cilíndrica conectado à tubulação principal de irrigação (Figura 3).

Figura 3 – tanque de derivação de fluxo

A solução é incorporada na tubulação de descarga do sistema de irrigação através de uma tubulação que sai do reservatório. Um registro de fechamento lento é instalado entre os pontos de entrada e de saída das duas tubulações citadas justamente para criar um diferencial de pressão que permite o processo de funcionamento do tanque de derivação. O diferencial de pressão faz com a água seja desviada em maior ou menor volume para o interior do tanque. A tubulação de entrada conduz a água limpa para o tanque que contém a solução a ser aplicada e após a diluição, a solução passa a ser conduzida pela tubulação de saída e introduzida na tubulação principal do sistema de irrigação.

Segundo Roston et al. (1986) a quantidade da mistura que permanece no tanque em determinado tempo depende da solubilidade dos fertilizantes empregados, do diâmetro das tubulações de entrada e de saída ao tanque, do peso específico dos produtos e da vazão derivada ao tanque.

Segundo Montag & Schneck (1998) para determinar o volume do tanque precisamos conhecer:

área a ser fertirrigada, (ha);

Filtro de Tela Registro

Filtro de Areia

Tanque de Fertilizante

Dreno

tipo de cultura; quantidade de fertilizante a ser aplicado por vez, (Q, kg/ha);

número de aplicações entre sucessivos abastecimento do tanque (n) ;

solubilidade do fertilizante na água, (sol kg/m3).

Conhecendo-se estes parâmetros, o volume do tanque (m3) poderá ser obtido pela equação.

QxnV

Onde: Q = quantidade de fertilizante a ser aplicado por vez (kg/ha); n = número de aplicações entre sucessivos abastecimento do tanque.

Há quem cite como limitação desse tipo de injeção, a variação da concentração dos produtos no interior do tanque com o tempo de aplicação. Trabalhos realizados por Zanini (1987) e Feitosa Filho (1990) comprovaram que no início da fertirrigação tem-se concentrações do produto mais elevadas no interior do tanque e como está entrando água limpa, passando a diluir cada vez mais a solução, com o passar do tempo de fertirrigação há uma redução brusca dessas concentrações.

Com relação a distribuição da solução ao longo das linhas laterais Feitosa Filho et al., (1999) constataram que no inicio do tempo de fertirrigação tem-se maior concentração da solução nos emissores situados no inicio das laterais e com o movimento da solução no interior desses tubos cada vez vai diminuindo a concentração nos pontos próximos ao início das laterais. No tempo final da fertirrigação há menor concentração nos emissores situados no início das laterais e maior concentração naqueles localizados no final. Essa inversão de concentração faz com que a quantidade de fertilizantes distribuída no solo no tempo total de Fertirrigação seja aproximadamente a mesma ao longo das laterais.

A FAO (1986) recomenda a formula seguinte para se determinar a concentração da solução do produto adicionado no tanque e que permanece no seu interior em relação a quantidade inicial com fluxo de entrada e de saída constante:

Vt qt ot eCC em que: Ct - concentração da solução no tanque após o tempo t, mg/l ou ppm; Co - concentração inicial da solução colocada no tanque, mg/l ou ppm; e - base do logarítimo neperiano; q - vazão derivada ao tanque, l/h; t = tempo, h; Vt - volume do tanque, L.

Ao se estabelecer uma relação entre o volume que deve passar no tanque em relação ao volume do tanque, a equação ficará simplificada para:

x oteCC

Segundo a FAO (1986), o valor de x na equação normalmente é tomado com valor igual a quatro e pode ser obtido também por:

tV tqx

Taxa derivada (l/min) = volume do tanque x 4 volumes de água (l)/tempo de

Fertirrigação (minutos). Ex: volume do tanque: 100 l e tempo de duração da Fertirrigação 40 minutos. A taxa de água derivada ao tanque será:

Para se calcular o tempo que a solução atinge determinada concentração no tanque pode ser utilizada a seguinte fórmula:

Ctlog303,2x-1

toC em que, t - tempo para a solução atingir determinada concentração no tanque, s. log - base do logarítimo decimal.

X = 4 (Recomenda-se passa pelo tanque de fertilizantes 4 vezes o seu volume).

Shani (1983) comenta que este tipo de injetor é mais utilizado em todo mundo devido seu baixo custo se comparado com os custos das bombas injetoras e também por ser de fácil construção e manuseio. Outra vantagem é que a vazão injetada na linha de irrigação não é muito influenciada por pequenas variações de pressão na tubulação como ocorre com outros tipos de injetores.

Segundo Bisconer (1987) e San Juan (1985) um inconveniente desse tipo de injetor é a diminuição da concentração dos produtos no seu interior à medida que aumenta o tempo de aplicação.

Outro inconveniente comentado por Kennedy e citado por Zanini (1987) diz respeito às dificuldades de determinar e controlar a vazão que é derivada ao injetor por parte do produtor que não está familiarizado com esse trabalho. A taxa de água derivada ao tanque constitui um parâmetro importante nos cálculos das dosagens utilizadas na fertirrigação.

O injetor tipo Venturi é um dispositivo de polipropileno, PVC ou metálico que possui uma secção convergente gradual seguida de um estrangulamento e de uma secção divergente gradual para igual diâmetro da tubulação a ele conectado. A função do injetor tipo Venturi nos trabalhos ligados a fertirrigação é aspirar uma solução de produtos químicos contida num reservatório aberto e incorporá-la na água de irrigação que passa pelo injetor.

O princípio de funcionamento do injetor tipo Venturi baseia-se na transformação de formas de energia, onde parte da energia de pressão da água na tubulação é transformada em energia cinética, quando alcança a secção convergente e secção estrangulada do injetor. Novamente esta energia é transformada em energia de pressão quando volta à tubulação principal.

Uma das vantagens desse tipo de injetor deve-se a simplicidade de operação, seu baixo custo e uma eficiência satisfatória quando se trabalha com condições de pressões de serviço e de vazões motrizes bem definidas.

Moorhead (1998) cita com vantagem do injetor tipo Venturi os seguintes aspectos:

fácil manutenção;

possibilidade de uso com pequena taxa de injeção;

a taxa de injeção pode ser ajustada com controle apenas de registros; e

possibilidade de uso com diferentes tipos de produtos na Quimigação.

Como limitação desse tipo de injetor tem-se as altas perdas de carga, em torno de 20 a 30% da pressão de serviço sendo mais acentuadas quando instalado em série na tubulação do sistema de irrigação, (Shani 1983).

Outra limitação citada por Ferreira (1994) e comprovada por Feitosa Filho, (1998) diz respeito ao baixo rendimento e o reduzido limite operacional de cada injetor para determinada pressão de serviço e de diferencial de pressão.

Moorhead (1998) cita como desvantagens do injetor Venturi os seguintes aspectos:

possibilidade de perda de pressão na linha principal do sistema de irrigação;

os cálculos quantitativos dos fertilizantes podem ser difícil a nível de produtor.

O limite operacional inviabiliza utilizar o injetor em condições hidráulicas diferentes daquelas as quais foram estabelecidas e projetadas para construção de determinado injetor.

Nos injetores tipo Venturi (Figura 3) o fluxo de fertilizante injetado na rede estará em relação direta à pressão da água à entrada do mecanismo, com uma pressão mínima da ordem de 150 kPa. A vazão varia, nos modelos mais usuais, entre 50 e 2.0 L.h-1. A vazão mínima que deve passar através do “Venturi” depende de sua capacidade e varia desde 1 m3.h-1 para os modelos de 1” a mais de 20 m3.h-1 para Venturi de 2” de alta capacidade de sucção.

A maior vantagem destes injetores de fertilizantes é a simplicidade do dispositivo, bem como seu preço, manutenção e durabilidade, alem de não necessitar de uma fonte de energia especial. Como limitação, pode-se citar a grande perda de carga provocada pelo estrangulamento da tubulação, podendo variar de 10 a 50% da pressão de entrada, dependendo do modelo.

Entretanto, existem soluções alternativas para contornar essa limitação, escolhendo o esquema de instalação mais adequado, dentre as três formas de instalação: instalação do injetor diretamente na linha de irrigação (Figura 4); instalação por meio de uma derivação tipo “by pass” (Figura 5) e instalação do injetor com uma bomba auxiliar.

A instalação diretamente na linha de irrigação dependendo das condições hidráulicas existentes, pode ser inviável em função das elevadas perdas de carga. Normalmente quando instalado na linha principal, o Venturi é de difícil regulagem, porque a taxa de injeção é muito sensível à variação de pressão.

Esse esquema permite, ainda, o benefício adicional de possibilitar” a instalação de um

Venturi de baixa capacidade de injeção (pequeno diâmetro) em uma tubulação de irrigação de elevado diâmetro. Contudo, ainda é necessário que seja efetuado uma pequena perda de carga através da instalação de um registro na linha de irrigação, para desviar parte do fluxo de água para o Venturi.

Figura 3. Fotografias do injetor tipo Venturi.

Figura 4 – Instalação de injetor Venturi na linha de irrigação.

A instalação do Venturi em um esquema "by pass" (Figura 5) a partir da linha de irrigação, utilizando uma tubulação de menor diâmetro, reduz a perda de carga localizada e facilita a operação de injeção.

Figura 5 – Instalação do Venturi em “by pass”

Em muitos casos, quando se quer evitar grandes perdas de carga, se instala um pequeno equipamento de bombeamento antes do Venturi (Figura 6).

Figura 6 – Instalação de Venturi utilizando bomba auxiliar

As bombas injetoras com motor elétrico estão muito desenvolvidas porque são utilizadas não somente para a injeção de fertilizantes, como também nos tratamentos de águas, na industria petroquímica, na orgânica e inorgânica. Nos modelos mais usados a pressão de injeção varia entre 4 kg e 12 kg e os volumes injetados variam entre 1 e 1.500 L.h-1.

A vazão real é praticamente igual à teórica, desde que o rendimento volumétrico está muito próximo de 100%.

Para modificar a vazão se pode variar a velocidade C do pistão ou o numero N de ciclos por hora. O usual é o primeiro: as bombas injetoras têm um comando exterior para regular a vazão (parafuso micrométrico), que atua deslocando a excêntrica, modificando a velocidade do pistão, o qual regula a vazão. A regulagem pode ser feita com a bomba parada ou em funcionamento. As bombas injetoras são definidas por sua vazão nominal e a regulagem se estabelece como uma porcentagem dela, geralmente entre 10 e 100%.

Nem todo os fertilizantes são mutualmente compatíveis e podem ser aplicados juntos via água de irrigação. Por exemplo, a mistura de sulfato de amônia e cloreto de potássio reduz significativamente a solubilidade do fertilizante no tanque. A aplicação de cálcio na água rica em bicarbonato forma precipitados de gesso que leva a obstrução do emissores do sistema de irrigação e dos filtros. A injeção do cloreto de potássio aumenta a salinidade da água de irrigação e pode levar a problemas de intoxicação nas culturas, (Montag & Schneck (1998)).

A compatibilidade entre os adubos e entre estes e os íons presentes na água de irrigação é outro fator de importância. O ânion sulfato é incompatível com o cálcio e os fosfatos com o cálcio e magnésio. Para facilitar a escolha dos produtos que podem ser misturados para aplicação via fertirrigação há tabelas que facilitam as decisões (Tabela 5).

Tabela 5. Compatibilidade entre fertilizantes solúveis na água de irrigação. Fertilizantes solúveis Uréia NA SA NC MAP MKP NP NP +Mg NP+P M+Mg SP

Uréia C C C C C C C C C C Nitrato de Amônia C - C C C C C C C C C

Sulfato de Amônia C C - L C C L L C C C

Nitrato de Cálcio C C L - X X C X X C L

Fosfato monoamônio (MAP) C C C X - C C L C X C

Fosfato monopotássio C C C X C - C L C X C

Multi- K (NP) C C L C C C - C C C C Multi- K+ Mg C C L X L L C - X C C Multi- NPK C C C X C C C X - X C Magnisal (N+Mg) C C C C X X C C X - C Sulfato de Potássio C C C L C C C C C C - C- Compatíveis; L- Compatibildade limitada; X - Incompatíveis Fonte: Montag & Schneck (1998).

Algumas literaturas citam que quando se aumenta o parcelamento da adubação nitrogenada na água de irrigação aumenta-se também a eficiência dos adubos pelas plantas e diminui-se as perdas por lixiviação. Costa et al. (1994) recomendam que o parcelamento dos fertilizantes nitrogenados pode ser feito em quatro, seis ou até oito vezes durante o ciclo das culturas.

Trabalhos conduzidos por Alves et. al. citados por Costa et al. (1994) comparando cinco métodos de aplicação de uréia diretamente no solo através de técnicas convencionais de adubação e via água de irrigação na cultura do milho plantado em dois Latossolos verificaram que a dosagem de 120 kg de N/ha aplicado pelo método tradicional resultaram em produção de grãos semelhantes àquelas obtidas com a uréia aplicada via água de irrigação com parcelamento em duas, quatro ou seis vezes. Conseqüentemente deve-se aumentar o número de aplicações. Há um consenso entre os autores de que para solos de textura arenosa e sujeitos a chuvas de alta intensidade o parcelamento sendo maior permite o controle de menor risco de perdas dos adubos devido a lixiviação, pois as quantidades aplicadas por vez serão menores e haverá maior eficiência nos adubos e segurança com a fertirrigação.

O tempo que deve ser aplicado o produto em relação ao tempo de irrigação é outro aspecto importante na Fertirrigação. Esse tempo não deve ser muito pequeno para que o produto tenha condições de ser bem distribuído no solo e nas culturas.

Keller & Karmeli (1975) recomendam tempos de aplicações entre uma e duas horas sempre considerando um tempo antes da Fertirrigação e pós Fertirrigação em torno de 30 min. e 60 min., respectivamente, com o sistema trabalhando apenas com água limpa para lavagem de todo sistema de irrigação. Conhecendo-se a vazão que passa na tubulação de irrigação e a taxa de injeção do injetor, o tempo de aplicação pode ser facilmente determinado. É preciso para isso que se conheça a concentração desejada dos produtos na tubulação de irrigação.

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