ABSTRACT Irrigation is essential for the development of crops in regions with scarcity or irregular rainfall distribution, enabling high productivity. However, the use of water resources and electrical energy leads to a concern with irrigation efficiency. Pressure demand varies during the operations of irrigation systems and the appropriate pressure can be regulated by variable-frequency drives for the power supply of the motor-pump set. This study aimed to analyze the technical and economic feasibility of using a variable-frequency drive to adjust the pressure in subunits of micro-irrigation systems. Laboratory tests were carried out to determine the electrical power consumed in each irrigated subunit for different slopes and the application or not of the variable-frequency drive. Thus, an economic analysis was carried out considering the electricity tariff for group B and rural consumer class, as well as different annual irrigation times. The results showed the potential for energy saving with the use of the variable-frequency drive. Thus, the economic analysis showed that the variable-frequency drive was a better alternative than the dissipative method.

RESUMO O dimensionamento de linhas laterais constituídas por microtubos de comprimento variável, permite a obtenção de uniformidade de distribuição de água otimizada. Supõe-se que existe um intervalo de pressões de entrada na linha lateral no qual a uniformidade de distribuição de água é mantida dentro de limites aceitáveis. Deste modo, esses emissores podem ser aplicados em sistemas de irrigação em que há variação temporal de potência para o bombeamento. Assim, este trabalho propõe uma metodologia para dimensionar linhas laterais constituídas por microtubos sob pressão variável utilizando o método trecho a trecho a fim de se estabelecer o intervalo de pressões recomendadas para operação. A metodologia foi validada ensaiando-se a pressão máxima, ótima e mínima obtida, com três repetições. A diferença entre valores estimados e observados de vazão foi inferior a 6%, indicando que o equacionamento adotado apresentou acurácia satisfatória. A uniformidade de distribuição do sistema foi superior a 95% para todas as pressões ensaiadas; demonstrou-se, portanto, que é possível estabelecer um amplo intervalo de pressões de operação mantendo-se a uniformidade de distribuição dentro de limites aceitáveis.

ABSTRACT Design of lateral lines consisting of microtubes enables to optimize water distribution uniformity. In addition, there must exist a range of pressures at the lateral line inlet in which the water distribution uniformity remains acceptable. Thus, such emitters are interesting for use in micro-irrigation systems supplied by alternative power sources, in which temporal variability in the electrical power supplied to the pumping systems normally occurs. This study presents a methodology for designing lateral lines with microtubes operated under varying pressure, using the step-by-step method in order to establish the recommended range of lateral line inlet pressures. The proposed methodology was validated over three replicates by testing maximum, minimum and optimum pressures. Deviation between estimated and observed values of flow rate was lower than 6%, indicating a satisfactory accuracy. Distribution uniformity of the system was higher than 95% under all pressures within the estimated range of values. Lateral lines can operate within a wide range of operating pressures and even so satisfactory results of distribution uniformity are obtained.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar um controlador de irrigação acionado mecanicamente pela tensão de água no solo. O controlador foi desenvolvido e construído utilizando-se conexões hidráulicas e outros componentes. Os principais componentes do controlador foram: tensiômetro, um diafragma de borracha que se move de acordo com a variação de tensão dentro do tensiômetro, uma haste que transfere o movimento do diafragma para uma válvula de controle de fluxo e uma mola de aço que regula a tensão de acionamento da irrigação. O desempenho e as forças requeridas pelos componentes para acionar o controlador de seis amostras foram avaliados em laboratório. A relação entre a mola de ajuste e a tensão de água no solo requerida para acionar a irrigação foi linear com gradiente variando de 1,10 para 1,41 kPa mm-1 e coeficiente de variação de 9,2% porém essas diferenças podem ser reduzidas pela calibração individual dos controladores. A calibração da tensão requerida para acionar a irrigação foi facilmente realizada pela compressão da mola de ajuste. O controlador proposto é funcional, simples de ser utilizado e pode ser facilmente ajustado e não requer energia elétrica para operar.

ABSTRACT The objective of this study was to develop and evaluate an irrigation controller that was mechanically actuated by soil-water tension within laboratory conditions. The controller was designed and constructed using readily available hydraulic fittings and other componentry. The main components of the controller were a tensiometer; a rubber diaphragm that moves according to the variation in tension inside of the tensiometer; an activation rod that transfers the movement from diaphragm to the switch valve; and a steel spring that regulates the activation of soil water tension. Six irrigation controller samples were tested in the laboratory to evaluate the mechanical performance and component forces required to activate the controllers. The relationship between spring adjustment and soil water tension required to open the irrigation valve was linear with a gradient ranging from 1.10 to 1.41 kPa mm-1 and a coefficient of variation of 9.2%. However, differences observed in the activation of the soil water tension could also be reduced by individual controller calibration. The calibration of the soil water tension required to initiate irrigation was easily set by adjusting the spring. The proposed controller is functional, simple to use, can be easily adjusted, and does not require electricity to operate.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar, em campo, o desempenho de um controlador de irrigação acionado mecanicamente pela tensão de água no solo. O controlador utiliza um tensiômetro como sensor da tensão de água do solo para controlar diretamente uma válvula hidráulica acionada mecanicamente. Seis controladores foram instalados em um pomar para controlar a irrigação de seis linhas de plantas durante 64 dias. Cada equipamento controlou a irrigação de uma linha lateral. O sistema de gotejamento foi pressurizado por gravidade devido a uma fonte de água localizada sete metros acima da superfície do solo. Todos os controladores testados no campo acionaram e desligaram a irrigação autonomamente durante o período de avaliação. Os eventos de irrigação foram iniciados quando as tensões de água no solo atingiram valores estabelecidos e terminaram em baixos valores de tensão. O desempenho foi considerado satisfatório, pois as tensões de água no solo foram mantidas dentro das faixas estabelecidas considerando-se uma tolerância de 20% para pelo menos 90% do tempo. O controlador proposto mostrou-se funcional e operou adequadamente para uma faixa de tensões de água no solo até 30 kPa, comumente utilizadas em condições de irrigação com alta frequência.

ABSTRACT In this study, a field evaluation of the performance of an irrigation controller mechanically actuated by soil-water tension (SWT) was performed. The controller employs a tensiometer used as a sensor of SWT to directly control a mechanically actuated hydraulic valve. Six controllers were installed in an orchard to control the irrigation for six rows of plants over 64 days. Each controller controlled the irrigation of one lateral drip line. The drip irrigation system was gravity-fed from a water source placed 7 m above the soil surface. The SWT and the pressure in each lateral line were measured to evaluate the performance of the controllers. All the controllers tested in the field autonomously initiated and terminated the irrigation during the evaluation. Irrigation events were initiated when values close to the set soil-tension values were reached and were terminated at lower soil-tension values. As the SWT in the root zone was maintained close to the setup threshold plus 20% tolerance for at least 90% of the evaluation period, the performance of the controllers was considered satisfactory. The proposed controller was shown to be functional and was operated effectively for an SWT range of up to 30 kPa, which is commonly encountered under high-frequency irrigation conditions.

ABSTRACT Brazil produces grafted citrus seedlings in closed screen houses to reduce pest and disease incidence. Irrigation is usually performed by hand using either breaker nozzles or drilled polyvinyl chloride (PVC) pipe wands on garden hoses. Rootstocks are produced in cone-shaped containers filled with soilless potting mix. Since the containers have a small upper diameter, nutrient solution capture is reduced with the potential to cause environmental contamination from inefficient fertigation. This study provides a method to assess the efficiency of manual overhead irrigation systems used in liner production. The method consists of determining both the volume of water applied and volume lost (i.e., directly and by percolation) in order to obtain an estimate of the percentage of water loss, irrigation efficiency, and the drainage fraction. The method was tested in a commercial facility under standard production practices. The method’s attributes included simplicity, quick sampling and data collection, and accuracy. The evaluated nursery was found to have low irrigation efficiency (27.14%) and excessive nutrient solution losses (72.86%). Considering an average production of 300,000 liners per year on 20,000 m2, we determined an annual solution loss of 221.8 m3 with an average environmental release of 158.9 kg of fertilizer. Therefore, more efficient irrigation systems are necessary for sustainable citrus rootstock liners production.

O tamanho médio de partículas e a porosidade dos substratos condicionam as propriedades matriciais, interferindo na capacidade de retenção e de transmissão da água no meio. O conhecimento desses atributos é fundamental em processos de irrigação por capilaridade, para que o molhamento atinja as camadas superiores dos recipientes com níveis de tensão de água facilmente disponível. O presente trabalho teve como objetivo estudar a ascensão de água por capilaridade para determinar a posição mais apropriada do nível de saturação na ascensão capilar em recipientes com substratos de coco e pinus, de textura grossa e fina. Foram efetuados experimentos avaliando a ascensão de água por capilaridade em colunas segmentadas preenchidas com os substratos. Os valores de umidade em cada segmento foram calculados gravimetricamente e relacionados aos de tensão estimados pela curva de tensão dos substratos. Os substratos com textura fina apresentaram melhor elevação de água por capilaridade, com melhor elevação da umidade em níveis de tensão de água disponível. O substrato de coco fino apresentou água disponível em todo o perfil do recipiente, enquanto o de pinus apresentou as camadas superiores do recipiente com água retida em tensões abaixo do ponto de murcha permanente. O substrato fino de coco apresentou os melhores resultados para aplicação na irrigação por capilaridade, permitindo recomendar o seu uso com o nível de saturação posicionado a cinco centímetros do fundo do recipiente por quinze minutos.

The average particle size and porosity of substrates affects the matrix properties of root growth media, interfering in water holding and water conductivity capacity through substrates. The knowledge of these attributes is essential in capillary irrigation processes to allow the wetting front reaches upper layers under easily available water tension. The present work had the objective to study the water rise by capillary processes to determine the most favorable position of the saturation level for contained plants for two substrates: coconut fiber and pine bark, with two grain particle sizes: fine and coarse textures. Water rise trails were carried out in segmented columns filled with substrates. The water content in each column segment was estimated in weight basis and related to the values of water tension estimated by the water tension curve for each evaluated substrate. The results showed that fine substrates presented higher water rise with adequate levels of easily available water. The fine coconut substrate presented easily available water in the entire substrate column, unlike pine bark substrate that showed the upper layer with moisture below the wilting point. The fine coconut substrate showed the best results for capillary application, allowing to recommend irrigation schedule using the saturation level at 5 cm during 15 minutes.

Este trabalho foi realizado com o objetivo de se modelar e avaliar o comportamento hidráulico de microtubos ramificados, com base na relação entre vazão e comprimento dos microtubos para uma pressão de entrada, operando sob regime laminar. Dois modelos matemáticos foram estudados, em que um considerou a perda localizada de carga no dimensionamento dos microtubos ramificados e o outro a desconsiderou. O experimento para validação dos modelos foi conduzido no Laboratrio de Hidráulica da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ-USP), Piracicaba, SP, medindo-se a vazão dos emissores para as pressões de 14,7; 18,6; 39,2 e 58,9 kPa. A configuração do sistema de irrigação consistiu de uma linha lateral com diâmetro nominal (DN) de 10,0 mm, na qual foram inseridos microtubos conectores com DN de 0,8 mm conectados a um segmento de tubo de derivação e acoplados seis microtubos emissores com DN de 0,7 mm. Verificou-se que, dentre os modelos matemáticos, aquele que considerou a perda localizada de carga apresentou maior exatidão pois teve elevado, um bom índice de Willmott e baixo erro quadrático médio.

This study was carried out with the aim to develop a mathematical model and to evaluate the hydraulic behavior of branched microtubes, based on the relationship between discharge and microtube length for a specific inlet pressure, operating under laminar flow conditions. Two mathematical models were studied in which one considered the local head losses in irrigation system design and the another did not consider. The experiment for model validation was carried out at the Laboratory of Hydraulics, School of Agriculture "Luiz de Queiroz" (ESALQ/USP), Piracicaba-SP, where emitter discharges was verified under the pressures of 14.7; 18.6; 39.2 and 58.9 kPa. The irrigation system configuration consisted of a lateral line with nominal diameter (DN) of 10.0 mm, in which are inserted microtube connectors with 0.8 mm DN. These connectors are connected to a derivation tube segment, where six emitter microtubes with 0.7 mm DN were attached. It was verified that the model which considered the local head losses showed better accuracy than other mathematical models, as this model showed a good Willmott index and a low mean quadratic error.