RESUMO Técnicas de fluido dinâmica computacional (CFD) se tornaram uma importante ferramenta para estudos e estimativas relacionadas ao escoamento de fluidos em diversos processos industriais e de engenharia. Nas últimas duas décadas, CFD tem sido utilizado para o estudo, projeto e aprimoramento de equipamentos de irrigação. Simulações numéricas podem ser utilizadas para estimativas de escoamento de fluidos, transferência de calor e reações químicas em sistemas complexos. O objetivo desta revisão é fornecer uma visão geral sobre uso de CFD em aplicações de engenharia de irrigação. O artigo está organizado em duas seções principais: fundamentos sobre CFD e aplicações em engenharia de irrigação. A primeira seção apresenta os principais métodos utilizados para simulação numérica, equações básicas para estimativa de parâmetros de escoamento, recomendações relacionadas a malha utilizada nas simulações, e critérios de convergência de resultados. Na segunda seção, são apresentadas aplicações relacionadas a perda distribuída e localizada de carga em tubulações, simulações de escoamento em labirinto de gotejadores com líquidos e sólidos-líquidos, precipitação de químicos, filtros, aspersores, válvulas reguladoras de pressão e injetores Venturi. As aplicações, embora descritas de modo breve, evidenciam que a modelagem utilizando CFD caracteriza um método que pode ser exato, rápido e viável para o estudo de parâmetros de escoamento em tubulações, conexões, emissores e acessórios de irrigação. As simulações empregando CFD podem ser úteis para o projeto de novos produtos, assim como para o aprimoramento e otimização de produtos existentes. Usos de CFD em engenharia de irrigação devem ser estimulados, especialmente com o propósito de inovação envolvendo parcerias entre a universidade e empresas de irrigação.

ABSTRACT Computational fluid dynamics (CFD) techniques have become an important tool for investigating and predicting flow behavior in many industrial and engineering processes. In the last two decades, CFD has been used for the study, design, and improvement of irrigation equipment. Numerical simulations can be used to predict fluid flow, heat transfer, and chemical reactions within complex systems. The objective of this review is to provide an overview of the uses of CFD in irrigation engineering applications. The paper is organized into two main sections: fundamentals of CFD and irrigation engineering applications. The first section presents the main methods used in numerical simulations, basic equations to predict fluid flow parameters, meshing concerns, and convergence criteria. In the second section, we present applications related to friction and local head losses in pipes, liquid and solid-liquid flow simulation in drippers, chemical scaling, filters, sprinklers, direct-acting pressure-regulating valves, and Venturi injectors. The briefly described applications indicated that CFD modeling can be an accurate, quick, and feasible method for the investigation of flow parameters in irrigation pipes, fittings, emitters, and accessories. The CFD simulations can be useful for designing new products as well as for improving and optimizing existing products. Computational fluid dynamics uses in irrigation engineering must be encouraged, particularly for innovation purposes resulting from the cooperation between academia and irrigation companies.

RESUMO Informações sobre perda de carga localizada em conexões utilizadas em sistemas de microirrigação são difíceis de serem encontradas na literatura. O objetivo desta pesquisa foi determinar experimentalmente as perdas de carga localizada em conexões comumente empregadas nesses sistemas e propor modelos matemáticos utilizando o teorema de Buckingham. A metodologia dos ensaios foi baseada em recomendações de normas técnicas internacionais. Os ensaios foram realizados sob pressão de entrada controlada em 150 kPa, com cinco a dez unidades testadas para cada modelo de conexão. As curvas relacionando vazão e perda de carga localizada foram plotadas com base em 15 condições de vazão, obtidas sob incremento e decréscimo de vazão. Para cada condição, foram coletados 30 pontos, resultando num conjunto de 900 registros de dados a cada ensaio. Em cada modelo de conexão avaliado, foram obtidas as seguintes informações: curvas de perda de carga localizada em função da vazão e do coeficiente de perda de carga localizada (KL). Os valores de KL variaram de 2,72 a 24,16, o qual tornar-se constante para um número de Reynolds acima de 10000. Verificou-se também a sensibilidade do coeficiente KL relacionado com a proporção das seções internas nas conexões. Os expoentes de vazão apresentaram valores próximos ao que é aplicado pela equação de Darcy-Weisbach (m = 2). Os modelos matemáticos desenvolvidos para as conexões apresentaram desempenho satisfatório.

ABSTRACT Information about local head loss caused by connections employed in micro-irrigation systems is hard to be found in literature. The objective of this research was to experimentally determine the local head losses in connections commonly used in micro-irrigation and propose mathematical models using the theorem of Buckingham. The methodology of tests was based on international standards. The tests were carried out under controlled inlet pressure, at 150 kPa, and five to ten units of each connection model were tested. The curves relating flow and head losses were drawn based on 15 flow conditions, obtained under increase and decrease of flow rate. For each condition, 30 points were collected resulting in a sample size of 900 points in each test. For each connection model evaluated, the following information was obtained: curves of local head loss as a function of flow rate and of local head loss coefficient (KL). The obtained values of KL ranged from 2.72 to 24.16, which become constant for Reynolds number higher than 10,000. The sensitivity of the coefficient related to a ratio of the internal sections in the connections was also verified. The flow exponents presented values close to the one applied by the Darcy-Weisbach equation (m = 2). The models developed for the connections presented a satisfactory performance.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi analisar a viabilidade econômica de sistemas de irrigação no cultivo de brócolis de cabeça, para a região de Dourados-MS. Inicialmente, foi realizado o cultivo de brócolis de cabeça irrigado por diferentes sistemas de irrigação (gotejamento superficial, gotejamento subsuperficial, microaspersão, Santeno® e aspersão convencional). No período experimental, determinaram-se a produtividade comercial de inflorescência (PCI) e a lâmina de água aplicada (LAA). Para a análise da viabilidade econômica foram calculados o custo de aquisição (CA), o custo total anual (CTA), a receita bruta (RB), a receita liquida (RL), a relação benefício custo (B/C), a taxa de retorno (TAR) e o tempo de retorno (TER). O sistema de irrigação por gotejamento subsuperficial apresentou maior viabilidade econômica, além de utilizar a segunda menor LAA (170,3 mm) em relação aos demais sistemas avaliados. Os valores de PCI, CA, RL, B/C e TAR obtidos por esse sistema foram de 25,3 t ha-1, R$ 8.884,8 ha-1, R$ 65.446,9 ha-1 ano-1, 7,3 e 6,32 %, respectivamente.

ABSTRACT This study aimed to analyze the economic feasibility of different irrigation systems in broccoli cropping, in Dourados - MS, Brazil. Initially, irrigation was performed using different systems (surface drip, subsurface drip, micro sprinkler, Santeno® and conventional sprinkler). Both yield of commercial inflorescence (CIY) and applied water depth (AWD) were determined during trial. Economic feasibility was analyzed through estimates of acquisition cost (AC), total annual cost (TAC), gross revenue (GR), net revenue (NR), benefit-cost rate (BCR), return rate (RR) and return time (RT). Subsurface drip irrigation was the most feasible in addition to using the second lowest AWD (170.3 mm) compared to the other systems. The values of CIY, AC, RR, BCR and TAC obtained by this system were 25.3 t ha-1, R $ 8,884.8 ha-1, R $ 65,446.9 ha-1 yr-1, 7.3 and 6.32%, respectively.