Pivô central: história e características

O texto a seguir sobre Pivô Central é do Professor Luiz Antonio Lima do Departamento de Engenharia da UFLA - Lavras, que complementamos com algumas imagens e links.

INTRODUÇÃO

O pivô central foi construído pela primeira vez em 1948. Em 1949, seu inventor, Frank L. Zybach, submeteu o invento para ser analisado e finalmente foi patenteado em 1952, no Colorado, Estados Unidos. O pivô girava acionado por mecanismos de pistões movidos hidraulicamente pela água.

O inventor produziu unidades até 1954, quando vendeu os direitos de fabricação para empresa americana Valley, localizada no estado do Nebraska. A partir de 1968, outra empresa (Lindsay) também iniciou a fabricação de pivôs e atualmente dividem a liderança do mercado mundial de pivôs.

No Brasil existe fábricas subsidiárias de ambas empresas, sendo a Valmont (marca Valley) em Uberaba - MG e a Lindsay (marca Zimmatic) em Mogi Guaçu-SP. Estima-se que o mercado brasileiro seja da ordem de 800 unidades por ano.

A grande aceitação do pivô central deve-se a vários fatores, entre eles: necessidade mínima de mão de obra; simplicidade de operação; adapta-se a terrenos planos e ondulados (até 20%); também pode aplicar fertilizantes via água; também consegue irrigar de forma localizada desde que plantado em círculos.

COMPONENTES DO SISTEMA

Unidade de bombeamento (elétrico ou diesel)

Adutora (PVC ou metálica)

Torre central do pivô

Linha lateral montada sobre torres móveis e estrutura metálica

Painel de comando na torre central

Emissores (aspersores ou sprayers)

FUNCIONAMENTO

O painel de comando do pivô, através de seu percentímetro, ajusta a velocidade de movimentação da última torre. Caso esteja ajustado em 100%,ela se move continuamente na velocidade de aproximadamente 250 m/h.

As torres internas movem-se toda vez que o ângulo de declinação de um vão em relação ao outro for superior que um valor predeterminado (em geral 5 graus). Um mecanismo simples detecta tal variação no ângulo e mecanicamente aciona uma chave elétrica permitindo a passagem de corrente para um motor de ou de 1 cv, localizado sobre a base da torre. Este motor por sua vez aciona um conjunto moto-redutor (engrenagens que acionam um eixo), que faz movimentar outro conjunto moto-redutor localizado junto à roda da torre.

Desse modo, as torres do pivô movimentam-se em velocidade constante, parando entretanto se a declinação entre os vãos estiver abaixo do ângulo máximo permitido. Como os vãos possuem ângulo variável entre si, a junção dos mesmos é feita através de uma juta articulada flexível de borracha.

Cada torre possui duas rodas com pneus similares aos pneus de tratores. Esses pneus podem ter 12,4 polegadas de largura ou 14,9 (pneus de bandagem mais larga são requeridos em solos com menor capacidade de suporte a cargas). O diâmetro das rodas também pode variar para conferir maior ou menor velocidade de deslocamento do pivô, podendo ser de 24 ou 28 polegadas.

Além da última torre, pode haver um lance de tubulação designado como balanço. Este lance é normalmente constituído de 1 a 4 tubos. Cada tubo tem aproximadamente 6,7 metros (marca Lindsay).

Os vãos internos são formados por tubulações constituídas de 6, 7, 8 ou 9 tubos. Terrenos mais nivelados permitem vãos maiores. Em geral, declividades de 15 até 20% exigem vãos de 6 tubos enquanto declividades de 10 a 15% exigem 7 tubos, 5 a 10% 8 tubos, e de até 5% com 9 tubos. Os tubos têm diâmetro de 10, 85/8",8",65/8" e até mesmo 4 ou 3".

Os vãos mais internos, próximos do centro do pivô, possuem em geral maior diâmetro pois transportam maior vazão.

A altura das torres também pode variar. Em geral são de 3 metros podendo atingir até mesmo 5 metros de altura (irrigação de fruteiras, citrus, mamão, cana, etc). A torre central é fixa, ou seja, não se move.

Alguns pivôs possuem rodas na torre central permitindo que o conjunto possa ser rebocado para outra área. Este sistema não é muito empregado pois o deslocamento freqüente do pivô de uma área para outra pode afetar a estrutura do mesmo. Em cada torre, entre as rodas, existe um motoredutor.

EMISSORES DO PIVÔ

A água aplicada pelo pivô é feita através de aspersores do tipo spray ou rotativos que funcionam na posição invertida.

Para plantio no formato circular (círculos concêntricos), cada emissor irriga uma linha de plantas e neste caso a irrigação pode ser aplicada de forma localizada pelos emissores tipo LEPA (low energy precision application aplicação precisa de baixo consumo de energia pressão).

DIMENSIONAMENTO BÁSICO DO PIVÔ

1. Lâmina Bruta a ser aplicada diariamente

LB (mm/dia) =(Kcmax ETrmax )/Ea Onde Kcmax é o valor máximo de Kc para cultura, ETrmax é a evapotranspiração de referência média máxima para a região (mm/dia) e Ea é a eficiência de aplicação de água do pivô (em geral 90%,ou seja 10% da água pode ser perdida por arraste pelo vento e evaporação).

Exemplo (milho em Lavras-MG)

Kcmax =1,1 ETrmax =5,5 mm/dia (janeiro) LB =(1,1 *5,5)/0,90 =6,7 mm/dia

2. Volume de água máximo aplicado por dia

Vmax =A *LB onde A é a área do pivô em metros quadrados e LB a lâmina em metros por dia

Exemplo (pivô 50 hectares)

Vmax =500000 m2 *0,0067 m/dia =3350 m3/dia

3. Vazão do pivô

Q =Vmax / jornada máxima diária

A jornada máxima diária é, em geral, de 21 horas pois no período de ponta (em geral das 18:30 as 21:30), a concessionária de energia restringe o consumo de energia elétrica (veja item Bombeamento).

Exemplo Q =3350 / 21 =159 m3/dia

4. Tempo gasto para completar uma volta a 100%

Girando a 100% de sua velocidade máxima, a última torre desloca-se com velocidade de aproximadamente 250 m/h (varia conforme o fabricante).

T100 =Perímetro ult. Torre / jornada

Exemplo: Supondo que o pivô do exemplo tenha balanço de 21 metros

Área =500000 m2 =R2 então R =399 metros Este é o raio total do pivô.

Descontando o comprimento do balanço (21m) tem-se o raio até a última torre.

Rult =399 21 =378 m Perímetro percorrido pela última torre =2 Rult =2 *3,14 *378 =2374 m

Se a ultima torre percorre 250 m em 1 hora, 2374 m serão percorridos então em 9,5 horas.

5. Lâmina aplicada a 100%

Se a vazão do pivô é de 159 m3/h, em 9,5 horas serão aplicados 1510 m3

Este volume, aplicado numa área de 500000 m2 resulta em 1510 m3 / 500000 m2 = 0,00302 m ou 3,02 mm

6. Lâmina aplicada em outras percentagens do percentímetro

L =(Lâmina a 100%) *100 / percentual

Por exemplo, a 50% L =302 / 50 =6,04 mm

7. Percentual para aplicar uma determinada lâmina

%(Lâmina a 100%) *100 / Lâmina (mm)

Por exemplo, 6,7 mm seriam aplicados com que percentual?

302 / 6,7 =45%

BOMBEAMENTO

Segundo informações do escritório da CEMIG, o custo da energia elétrica para modalidade tarifa verde (preferida pelos irrigantes) pode ser resumido como:

- Período Horário Horário de Ponta 18:30 21:30 horas e o irrigante não deve usar energia neste horário

- Horário Fora de Ponta 6:00 18:30

- Horário Reservado 21:30 6:00

Além dos valores a serem pagos elo consumo, outro valor, designado como demanda, deve ser pago mensalmente conforme a potencia do sistema instalado.

Por exemplo, um pivô de 100 hectares com lâmina de 8mm/dia, com uma bomba de 250 cavalos funcionando em média 12 horas por dia (21:30 as 9:30) pagaria diariamente:

Transformação da unidade cv para kilowatts 250 cavalos x 0,736 =184 KW

Das 21:30 as 6:00 =8,5 horas *184 KW =1564 KWH ao custo de 0,00968

R$ Subtotal =15,14 R$

Das 6:00 as 9:30 =3,5 horas *184 KW =644 KWH ao custo de 0,09679

R$ Subtotal =62,33

R$ Demanda por 30 dias =184 KW x 9,46 R$ 1740,64 / mês ou R$ 58,02 por dia

Total diário =15,14 +62,33 +58,02 = R$ 135,49 por dia

Custo por milímetro de água =135,49 / 8 = R$ 16,94 por mm

Este custo varia em geral de R$ 10 a R$ 40 por milímetro, evidenciando a importância de manejar bem a irrigação para evitar desperdícios.

Considerando consumo médio, custo da energia e investimento necessário para adquirir um pivô, o tamanho ideal situa-se entre 60 e 100 hectares (tamanhos que proporcionam menor custo total por hectare).

POTÊNCIA DA MOTOBOMBA

A potencia necessária na bomba pode ser estimada como: P (cv) =( Q * H ) / (2,7 * n)

Onde Q é a vazão (m3/h), H a altura manométrica total em mca, e n é o rendimento da bomba (%).

O valor do rendimento situa-se em geral entre 50 e 87%,sendo que quanto maior melhor pois significa que uma maior parte da energia será realmente transformada em trabalho (bombeamento).

Por exemplo, uma bomba para bombear 480 m3/h numa altura manométrica total de 70 mca e com rendimento de 85% requer: P = ( 480 *70 ) / ( 2,7 *85 ) = 146,4 cv

POTÊNCIA DO MOTOR

As bombas são acionadas por motores. A potência do motor pode ser estimada considerando a potencia exigida pela bomba e o rendimento do motor (em geral 90%).

Assim, para o exemplo acima: P =146. 4 cv Pmotor =146,4 / 0,90 Pmotor =162,7 cv

Ou, considerando o uso de energia elétrica e a conversão 0,736 KW/cv, a potência do motor deverá ser de no mínimo 119,7 KW.

Neste caso é preciso verificar a potência dos motores disponíveis no mercado.

POTÊNCIA DO TRANSFORMADOR

Para os motores elétricos, a potência do transformador pode ser estimada como:

Ptransf =Pmotor / cos f

Onde cos f representa o fator de potência (em geral 0,86).

Assim sendo, por exemplo, um motor de 125 cavalos vai exigir um transformador de:

Ptransf =125 / 0,86 Ptransf = 145,4 KW ou 145,4 KVA

já que 1 W =1 Volt (V) *1 Ampere (A)

Os transformadores elétricos são disponíveis nas potências 5, 7.5, 10, 15, 30, 45, 75, 112.5, 150, 225, 300 e 500 KVA. Neste caso empregaríamos um transformador de 150 KVA.

O pivô central está presente em várias partes do mundo. O Blog EcoArt traz uma interessante abordagem com a paisagem das regiões onde está inserido. Confira! E tem mais...