SUSCETIBILIDADE AO ENTUPIMENTO DE MICROASPERSOR OPERANDO COM ÁGUA RESIDUÁRIA DE SUINOCULTURA1 Rubens Alves de Oliveira2; Cristiano Tagliaferre3; Wilson Denículi4; Paulo Roberto Cecon5
RESUMO Este estudo foi realizado a fim de avaliar a suscetibilidade ao entupimento do microaspersor MF da marca Carborundum, com bocais de 0,9; 1,2; e 1,8 mm, operando com água residuária de suinocultura filtrada em telas de 40, 60 e 80 mesh. O experimento foi montado em esquema de parcelas subdivididas, tendo na parcela o esquema fatorial 3 x 3 (três diâmetros de bocais e três tipos de telas) e, nas subparcelas, os intervalos de tempo, em delineamento inteiramente casualizado, com duas repetições. A vazão de cada microaspersor foi medida após quatro horas de funcionamento, totalizando um tempo operacional de 40 horas. Os resultados indicaram que as telas metálicas de 40 e 60 mesh deixaram passar pequenos pêlos de suínos, provocando o entupimento do microaspersor. A tela com malha de 80 mesh ou superior deve ser recomendada, para evitar o entupimento ocasionado por agente físico. O microaspersor com bocal de 1,8 mm mostrou-se adequado a todas as telas utilizadas e o sistema de filtragem testado apresentou-se adequado na prevenção do entupimento com a tela de 80 mesh. Palavras-chave: telas metálicas, filtragem, irrigação por microaspersão.
ABSTRACT
Clogging Susceptibility in the Microsprinckler Operating With Swine Wastewater A study was carried out to evaluate the susceptibility to clogging in the Carborundum-type MF microsprinckler provided with nozzles of 0.9; 1.2; and 1.8 mm, when operating with swine wastewater filtered through screens with 40, 60 and 80 meshes. The experiment was set up on a split-plot scheme with 3 x 3 (three nozzle diameters and three screen types) in the plot and the time intervals in the subplots on an entirely randomized design, with two replicates. After four hours under operation, the flow rate from each microsprinkler was measured, so reaching an operational time of 40 hours. According to the results, the metallic screens with 40 and 60 meshes let small swine hairs to pass through, therefore causing the clogging in the microsprinkler. The 80-mesh screen or a superior one should be recommended in order to avoid the clogging caused by a physical agent. The microsprinkler provided with 1.8 mm nozzles showed to be adequate to all used screens, whereas the tested filtration system with a 80-mesh screen was also appropriate to prevent the clogging. Keywords: metallic screens, filtration, microsprinkler irrigation
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Parte da dissertação de Mestrado apresentada pelo segundo autor à UFV. DEA/UFV, CEP 36570-000 Viçosa, MG. Tel. (31) 3899-1909. E-mail:
[email protected]. 3 Doutorando, DEA/UFV, CEP 36570-000, Viçosa, MG. Tel. (31) 3892-3959, E-mail:
[email protected]. 4 DEA/UFV, CEP 36570-000 Viçosa, MG. Tel. (31) 3899-1871. E-mail:
[email protected]. 5 DPI/UFV, CEP 36570-000 Viçosa, MG. Tel. (31) 3899-1781. E-mail:
[email protected]. 2
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INTRODUÇÃO A concentração de animais em sistemas de confinamento ocasiona grande produção de dejetos, os quais apresentam alto potencial de poluição ambiental quando manejados de forma inadequada (HOBBAN et al., 1997). As águas residuárias geradas nos criatórios de suínos são muito poluentes, com demanda bioquímica de oxigênio de cerca de 100 vezes maior que a do esgoto urbano, causando danos ao ambiente, especialmente na redução da qualidade da água, com risco para a saúde humana (Konzen, 1980). Shrivastava et al. (1994) mencionaram que a prevenção da poluição e a eficiência no uso de água residuária podem ser alcançadas por meio de sistemas de irrigação localizada. De acordo com Trooien et al. (2000), o uso de sistemas de irrigação por gotejamento subsuperficial para distribuição de água residuária, proveniente de lagoas que armazenam resíduos de animais tem muitas vantagens, que incluem: a redução do contato humano com a água residuária; redução do odor; diminuição do escoamento superficial de água residuária para os cursos d’ água; maior uniformidade de aplicação de água, resultando melhor controle da aplicação de água, nutriente e sais; diminuição da corrosão dos sistemas de irrigação; e, de acordo com Sadovski et al. (1978), a eliminação do risco de transporte de patógenos por via aérea. Um dos maiores problemas provocados por efluentes de água residuária de suinocultura usados em sistema de irrigação localizada é o entupimento de emissores, principalmente quando a seção transversal de escoamento possui pequeno diâmetro, resultando em descarga baixa ou nula. Para possibilitar a aplicação de água residuária por meio deste sistema de irrigação, é necessário o emprego de um sistema de filtragem eficiente. De acordo com Ravina et al. (1992), os elementos físicos, químicos e biológicos que contribuem para o entupimento de emissores estão presentes nos reservatórios de água residuária. O uso de água de baixa qualidade em sistemas de irrigação localizada pode proporcionar rápida obstrução dos emissores. Em geral, as causas desses
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entupimentos podem ser divididas em três categorias: entupimento de origens física, química e biológica (GILBERT e FORD, 1986). De acordo com Ravina et al. (1992), a determinação da causa do entupimento de emissores pode ser complexa, uma vez que vários agentes presentes na água podem interagir com outros, agravando o problema. Segundo Adin e Sacks (1991), o entupimento de emissores operando com efluente armazenado é causado, primeiramente, por sólidos suspensos na água; porém, estes não provocam entupimentos, necessariamente, no início do processo. Esses autores relataram que a taxa de entupimento é mais afetada pelo tamanho da partícula do que por seu número e massa específica e que o potencial de entupimento pode diminuir com a modificação da arquitetura interna dos emissores e o pré-tratamento químico da água residuária com oxidantes e floculantes. Ravina et al. (1992) verificaram que diferentes tipos de emissores possuem diferentes suscetibilidades a entupimentos, mas, para qualquer tipo particular de emissores, a suscetibilidade ao entupimento é inversamente proporcional à descarga do emissor. Para Pizarro (1996), o risco de entupimento de um emissor depende do diâmetro mínimo de passagem de água e de sua velocidade. Segundo o autor, os emissores podem ser classificados como tendo alta, média e baixa sensibilidade ao entupimento, quando possuem diâmetro da seção transversal de escoamento menor que 0,7, de 0,7 a 1,5 e maior que 1,5 mm, respectivamente. De acordo com Keller e Bliesner (1990), um dos parâmetros levados em consideração no dimensionamento do sistema de filtragem é não permitir a passagem de partículas com diâmetros maiores que 1/10 e 1/5 do diâmetro do orifício do emissor, para gotejadores e microaspersores, respectivamente. Entretanto, esse parâmetro pode não ser suficiente para evitar o processo de entupimento gradual dos emissores, pois, de acordo com Ravina et al. (1992) e Gilbert e Ford (1986), o principal agente de obstrução de emissores é composto de fino material particulado aglomerado com produtos de origem microbiológica.
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Diante do exposto e levando em consideração a escassa disponibilidade de informações sobre a aplicação de água residuária de suinocultura por meio de sistemas de irrigação localizada, objetivou-se avaliar a suscetibilidade ao entupimento de microaspersor, operando com água residuária de suinocultura filtrada em telas metálicas.
MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi conduzido na Área Experimental de Hidráulica, Irrigação e Drenagem do Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG. Nessa área, foi construída uma bancada experimental para avaliar a suscetibilidade
ao entupimento do microaspersor MF marca Carborundum, com bocais de 0,9; 1,2; e 1,8 mm, operando com água residuária de suinocultura (ARS) filtrada em telas de 40, 60 e 80 mesh. No Quadro 1, estão apresentados os valores médios de vazão e do coeficiente de variação de fabricação do microaspersor para cada pressão e diâmetro de bocal. Os testes foram conduzidos com ARS, proveniente de reservatório de concreto com capacidade de 200 m3 (Figura 1). A ARS foi bombeada e aplicada sobre tela inclinada, instalada sobre uma caixa de amianto de 0,5 m3, que armazenava o efluente filtrado. Os sólidos retidos na tela retornavam ao reservatório pela ação da gravidade, para ângulo de inclinação de tela de 22º. Após cada dia de trabalho, retirava-se o material restante na tela, evitando-se sua secagem.
Quadro 1. Valores médios da vazão e do coeficiente de variação de fabricação do microaspersor MF operando com os três tipos de bocais na aplicação de água, em cada pressão de serviço testada Pressão (kPa) 40 80 120 160 200 Média
0,9 mm 18,52 26,85 33,49 39,10 44,08
Vazão (L h-1 ) 1,2 mm 31,83 45,79 56,54 65,80 73,83
1,8 mm 60,08 86,27 106,05 122,86 138,63
0,9 mm 0,04 0,04 0,03 0,03 0,03 0,034
CVf (%) 1,2 mm 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,034
1,8 mm 0,05 0,05 0,05 0,05 0,03 0,046
Figura 1. Vista geral da bancada experimental.
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Foram utilizadas telas metálicas com malhas de 40, 60 e 80 mesh, usadas separadamente para filtragem da ARS. A cada 40 horas de funcionamento do sistema, substituía-se a tela por outra de malha diferente. No Quadro 2, estão apresentadas as especificações técnicas das telas. Na bancada experimental, foi colocada uma linha-teste com 5 m de comprimento, constituída por uma tubulação de polietileno flexível, com diâmetro de 26 mm, na qual foram inseridos os microaspersores, com espaçamento de 0,35 m. Os microaspersores foram instalados na tubulação, por meio de conectores de microaspersores comerciais ligados por tubos de polietileno de 4 mm, com 0,55 m de comprimento. Foram colocados em funcionamento, simultaneamente, 10 microaspersores, montados dentro de baldes plásticos, conforme apresentado na Figura 1. No processo de medição da vazão pelo método direto, o microaspersor era coberto com outro balde invertido, retendo a água aplicada e conduzindo-a para uma mangueira conectada a uma perfuração localizada no fundo do balde, onde o microaspersor estava instalado. Quando a vazão não estava sendo medida, a água aplicada pelos microaspersores retornava ao reservatório por meio de mangueiras. Para determinar a vazão, havia um dispositivo que possibilitava coletar, simultaneamente, o volume de água aplicado pelos 10 microaspersores. No início da linha-teste, foi conectada uma válvula de gaveta para controlar a pressão de funcionamento dos microaspersores. A pressão de funcionamento utilizada foi de 150 kPa, medida com manômetro de tubo em U, utilizando-se o mercúrio como líquido manométrico. Para avaliar a suscetibilidade do microaspersor ao entupimento, conduziu-se o experimento em esquema de parcelas subdivididas, tendo na parcela esquema fatorial 3 x 3 (três diâmetros de bocais e três tipos de telas) e, nas subparcelas, os intervalos de tempo (0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36 e 40 horas), no delineamento inteiramente casualizado, com duas repetições. No início de cada ensaio, determinou-se a vazão dos microaspersores operando com pressão de 150 kPa. Essa vazão serviu de
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referência para expressar as vazões obtidas, em porcentagem, para cada tempo de operação do sistema. O ensaio teve duração de cinco dias para cada tela testada, ressaltando-se que o sistema funcionava oito horas por dia, totalizando de 40 horas de funcionamento. Diariamente, a cada quatro horas de atividade do sistema, determinavam-se as vazões dos emissores por meio do método direto, estabelecendo-se um tempo de coleta de três minutos, com três repetições. O tempo de coleta foi medido com cronômetro e o volume coletado, utilizando-se proveta de dois litros, com graduação de 20 mL. Para efeito de avaliação da eficiência dos tratamentos, foi analisada a vazão média dos microaspersores para os tempos de operação do sistema, expressa como porcentual do valor da vazão nominal (vazão medida no início de cada ensaio). O entupimento foi considerado, quando se constatava redução de vazão igual ou superior a 15% da vazão nominal. Neste caso, o microaspersor era desobstruído para evitar o aumento de pressão na linha lateral. Durante a condução dos ensaios, coletavam-se amostras do fluido para a sua caracterização física. As análises físicas foram realizadas no Laboratório de Qualidade da Água, do Departamento de Engenharia Agrícola e Ambiental da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa, MG. As características físicas dos fluidos utilizados nos ensaios estão apresentadas no Quadro 3. Os resultados foram analisados por meio do Sistema de Análises Estatística e Genética (SAEG).
RESULTADOS E DISCUSSÃO Na operação do microaspersor com água residuária de suinocultura, avaliou-se apenas o entupimento ocasionado por agente físico (partículas sólidas). A ARS apresentou concentração de sólidos em suspensão superior aos valores indicados como limite de risco severo para irrigação por gotejamento, como descrito por Bucks et al., citados por Nakayama e Bucks
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(1991). Porém, em pesquisa realizada por Pitts (PITTS et al., 1990), foi evidenciado que águas contendo concentração de sólidos em suspensão superiores a 500 mg L-1 não provocaram entupimentos de emissores (gotejadores) com a filtração de partículas maiores. Tais resultados evidenciam que a água residuária de suinocultura, quando submetida a um sistema de filtragem eficiente, pode ser utilizada na fertirrigação de culturas em sistema de irrigação por microaspersão.
A vazão média dos emissores tem sido o parâmetro utilizado para avaliação do entupimento (NAKAYAMA et al., 1977; RAVINA et al., 1992). Nos Quadros 4, 5 e 6, estão apresentados os valores de vazão média do microaspersor, operando com bocais de diferentes diâmetros nos diversos tempos de avaliação, para filtragem de ARS em telas com malhas de 40, 60 e 80 mesh, respectivamente.
Quadro 2. Especificações técnicas das telas usadas no experimento Malha 40 60 80
Diâmetro do fio (mm) 0,18 0,16 0,12
Abertura (mm)
Peso/m2 (inox)
Área aberta (%)
0,450 0,263 0,192
0,640 0,778 0,583
52% 39% 39%
Quadro 3. Valores médios das análises físicas das amostras de água residuária de suinocultura Características Sólidos sedimentáveis (mL L-1) Sólidos totais (mg L-1) Sólidos fixos (mg L-1) Sólidos voláteis (mg L-1) Sólidos suspensos totais (mg L-1) Sólidos dissolvidos totais (mg L-1)
Sistema de filtragem (mesh) 40 60 80 3,00 2,40 1,30 1.429,00 1.240,00 1.149,00 582,30 437,50 431,50 846,30 802,50 717,00 602,00 510,00 641,00 826,50 730,80 507,50
Quadro 4. Vazão média do microaspersor, em L h-1, expressa como porcentual da vazão nominal (%), nos diâmetros de bocais e nos diversos tempos de avaliação, com o uso de tela com malha de 40 mesh Horas 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
0,9 mm (Preto) 37,78 (100) 18,60 (50) 37,12 (98) 37,62 (100) 37,90 (100) 37,25 (99) 37,79 (100) 37,97 (101) 38,16 (101) 37,80 (100) 37,59 (100)
Diâmetro do bocal 1,2 mm (Amarelo) 62,30 (100) 61,71 (99) 62,32 (100) 61,84 (99) 61,68 (99) 62,54 (100) 62,18 (100) 63,12 (101) 61,75 (99) 62,14 (100) 62,07 (100)
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1,8 mm (Laranja) 121,06 (100) 122,58 (101) 122,17 (101) 121,81 (101) 122,42 (101) 121,19 (100) 119,75 (99) 120,39 (99) 122,10 (101) 122,08 (101) 122,64 (101)
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Quadro 5. Vazão média do microaspersor, em L h-1, expressa como porcentual da vazão nominal (%), nos diâmetros de bocais e nos diversos tempos de avaliação, com o uso de tela com malha de 60 mesh Horas 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
0,9 mm (Preto) 35,60 (100) 35,57 (100) 35,50 (100) 35,65 (100) 35,49 (100) 35,35 (99) 35,33 (99) 35,26 (99) 35,08 (99) 35,41 (99) 35,31 (99)
Diâmetro do bocal 1,2 mm (Amarelo) 60,47 (100) 60,31 (100) 60,25 (100) 60,17 (99) 40,42 (67) 61,57 (102) 61,20 (101) 60,99 (101) 61,26 (101) 61,36 (101) 61,08 (101)
1,8 mm (Laranja) 114,40 (100) 114,46 (100) 115,34 (101) 114,50 (100) 115,26 (101) 112,41 (98) 112,41 (98) 112,18 (98) 114,92 (100) 114,01 (100) 113,60 (99)
Quadro 6. Vazão média do microaspersor, em L h-1, expressa como porcentual da vazão nominal (%), nos diâmetros de bocais e nos diversos tempos de avaliação, com o uso de tela com malha de 80 mesh Horas 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
0,9 mm (Preto) 36,14 (100) 35,98 (100) 35,95 (99) 35,99 (100) 36,16 (100) 36,00 (100) 36,08 (100) 35,95 (99) 36,17 (100) 36,06 (100) 35,94 (99)
Diâmetro do bocal 1,2 mm (Amarelo) 63,65 (100) 63,27 (99) 63,58 (100) 63,03 (99) 63,34 (99) 63,33 (99) 63,36 (100) 63,51 (100) 63,68 (100) 63,53 (100) 63,51 (100)
Os resultados da análise de variância dos efeitos principais e das interações simples e tripla foram não-significativos, a 5% de probabilidade, pelo teste F (Quadro 7). Nos Quadros 4, 5 e 6, observa-se que, em geral, não houve redução de vazão nos três diâmetros de bocais operando nas diferentes concentrações de sólidos totais, obtidas com o uso de telas com malhas de 40, 60 e 80 mesh, respectivamente, durante o período do ensaio. Apenas dois entupimentos foram verificados, quando o microaspersor operou com bocais de 0,9 e 1,2 mm, aplicando água residuária de 38
1,8 mm (Laranja) 119,62 (100) 119,26 (100) 118,21 (99) 118,60 (99) 117,76 (98) 116,99 (98) 118,86 (99) 118,27 (99) 118,69 (99) 119,03 (99) 118,31 (99)
suinocultura filtrada em telas de 40 e 60 mesh (Quadro 4 e 5), nos tempos de 4 e 16 horas de funcionamento, respectivamente. Os entupimentos foram provocados por pêlos de suínos, com queda de 50 e 33% da vazão relativa nos bocais de 0,9 e 1,2 mm, respectivamente. Estes resultados encontram-se próximos dos valores de redução de vazão obtidos por Oron et al. (1979), os quais alcançaram 29%, utilizando água residuária em sistemas de irrigação por gotejamento. Nakayama et al. (1977) observaram diminuições de vazão de 25 a 50%, causadas principalmente por
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mucilagem de bactéria, em gotejadores com dois anos de funcionamento. De acordo com a classificação proposta por Pizarro (1996), esses diâmetros de bocais são considerados como de média suscetibilidade ao entupimento, pois, o risco de entupimento de um emissor depende do diâmetro mínimo do orifício de saída e da velocidade da água. Segundo Ravina et al. (1992) e Boman (1995), os emissores que apresentam maiores vazões são menos suscetíveis ao entupimento. De acordo com o Quadro 7, as telas com malhas de 40, 60 e 80 mesh não apresentaram diferença estatística em nível de 5% de probabilidade, pelo teste F. No entanto, as telas com malhas de 40 e 60 mesh deixaram passar pêlos de suínos, responsáveis pelo entupimento dos bocais de 0,9 mm e 1,2 mm, o que é indesejável do ponto de vista operacional do sistema no campo. Tal fato não ocorreu com a tela de 80 mesh, como pode ser observado no Quadro 6. Esta tela mostrou-se adequada na prevenção de entupimento dos bocais dos microaspersores durante o período experimental, podendo ser recomendada na filtragem da água residuária de suinocultura para fins de sua disposição no solo, por meio de sistemas de irrigação por microaspersão, com base em entupimento ocasionado por agente físico. É oportuno enfatizar que, ao final da jornada diária de trabalho, todas as telas eram lavadas com água corrente em poucos minutos, mesmo não sendo observados problemas de entupimento de suas malhas, com envolvimento de pouca mão-de-obra.
A presença de pêlos é um dos problemas mais sérios no bombeamento de águas residuárias de suinocultura e bovinocultura, pois, estes podem provocar o entupimento de rotores de bombas, além dos emissores de sistemas de irrigação. De acordo com Oliveira (1996) e Soccol (1996), a presença de sólidos em suspensão nas águas residuárias de bovinocultura e suinocultura, respectivamente, pode provocar o entupimento do canal de lubrificação das gaxetas de bombas centrífugas, ocasionando aquecimento excessivo do mancal e do eixo. Esses resultados evidenciam a importância da utilização de um sistema de filtragem eficiente para possibilitar o bombeamento e a disposição adequada dessas águas no solo.
CONCLUSÕES As telas metálicas de 40 e 60 mesh deixaram passar pêlos de suínos presentes na ARS, provocando o entupimento do microaspersor operando com bocais de 0,9 e 1,2 mm, respectivamente. A filtragem da ARS deve ser feita, portanto, com tela de 80 mesh ou superior para evitar o entupimento provocado por pêlos de suínos, desde que não haja problema de entupimento das malhas da tela. O microaspersor com diâmetro de bocal de 1,8 mm não apresentou problema de entupimento, operando com ARS filtrada nas três telas metálicas estudadas.
Quadro 7. Resumo da análise de variância de telas, bocais de microaspersores e horas de funcionamento do sistema Fonte de variação Telas Bicos Telas x Bicos Resíduos (a) Horas Horas x Telas Horas x Bicos Horas x Telas x Bicos Resíduo (b) Total CV (%) parcela CV (%) subparcela ns
GL 2 2 4 9 10 20 20 40 90 197
Quadrados médios 16,0649 ns 40,0197 ns 85,7217 ns 90,9121 65,7884 ns 76,3089 ns 82,0596 ns 73,9636 ns 72,8560 9,63 8,62
Não-significativo a 5% de probabilidade, pelo teste F.
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Engenharia na Agricultura, Viçosa, MG, v.13, n.1, 33-40, Jan./Mar., 2005
