A importância de manter a alta uniformidade na aplicação de água no pivô central

Publicada em 19/12/2023 às 16:45

A pesquisa demonstra que investir na substituição de bicos não só mitigará perdas potenciais, mas também proporcionará uma oportunidade de lucro substancial.

Bruno Lena – Educador de Extensão
Mailson Freire de Oliveira – Educador Assistente de Extensão
Luan Pereira de Oliveira – Professor Assistente, Universidade da Geórgia
Travis J. Prochaska – Educador de Extensão

Um pivô central bem conservado é projetado para operar com uma uniformidade de aplicação de água (UWA) superior a 90%. No entanto, fatores como o desgaste natural do conjunto de sprinklers e a instalação ou substituição de bicos com tamanhos inadequados podem reduzir o UWA, reduzindo, em última análise, o rendimento. O impacto negativo da baixa UWA é geralmente maior durante as estações secas de cultivo, quando a necessidade total de água para irrigação aumenta. Esta foi uma norma em 2022 e 2023 em vários locais de Nebraska. À medida que a necessidade de água para irrigação aumenta devido à baixa quantidade de precipitação, a redução devido à baixa UWA também aumentará.

Durante uma conversa com um produtor no sudeste de Columbus, Nebraska, foram expressas preocupações sobre um campo sob um pivô central. O produtor mencionou que tinha rendimentos abaixo do esperado (Figura 1) e queria saber se o problema estava relacionado com o baixo UWA. Depois de analisar seu mapa de produtividade, conseguimos identificar uma área do campo com redução substancial de produtividade. Essas áreas pareciam anéis, às vezes com um quarto do comprimento do vão. Claramente, esse pivô precisava de alguma manutenção.

Figura 1. Mapa de rendimento de 2022.

Neste artigo, destacamos as principais conclusões de um projeto de extensão cujos objetivos foram (1) avaliar o UWA de três pivôs centrais antes e depois da substituição dos bicos, e (2) avaliar o potencial impacto negativo associado ao baixo UWA sobre rendimento da colheita. Gostaríamos de agradecer ao Nebraska Soybean Board pelo apoio financeiro em todos os custos relacionados a este projeto. As novas substituições de pacotes de bicos e suprimentos para avaliar a UWA só foram possíveis com dólares de verificação.

Figura 2. Copos posicionados abaixo do pivô central para medir a profundidade de irrigação ao longo do pivô central.

Estudos de caso

Em 2023, conduzimos o chamado “teste catch-can” em três pivôs centrais no leste de Nebraska. O teste é bastante simples. Instalamos copos presos a postes de cerca elétrica a cada 2,7 a 3 metros. Em seguida, ligamos o pivô e passamos sobre as xícaras. Determinamos a profundidade de irrigação coletada em cada copo e utilizamos esses dados para calcular o UWA para cada pivô central. A Figura 2 é um instantâneo dos copos abaixo do pivô central.
Realizamos dois testes catch-can em cada um dos três pivôs centrais testados – um antes e outro depois da substituição do pivô central pelo novo pacote de bicos, permitindo determinar a melhoria no UWA.

Figura 3. Distribuição da profundidade de irrigação determinada pelo teste da lata de captura e pela uniformidade de aplicação de água (UWA) com conjunto de bicos antigo e novo para os pivôs 1, 2 e 3.

Uniformidade de aplicação de água

A Figura 3 ilustra os resultados do teste catch-can para os três pivôs centrais. A profundidade de irrigação — representada pelas linhas pretas e azuis — corresponde aos pacotes de bicos antigo e novo, respectivamente. Inicialmente, os pivôs 1, 2 e 3 exibiram valores de UWA de 78%, 59% e 23% com os bicos antigos, pois esses pivôs receberam atenção mínima de manutenção desde a sua instalação inicial. Os produtores notaram que esses pivôs tinham 21, 34 e 38 anos, ainda equipados com o pacote original de bicos.

Após a substituição dos bicos, todos os pivôs demonstraram melhorias. O UWA aumentou para 92%, 90% e 74% para os pivôs 1, 2 e 3, respectivamente. Enquanto os pivôs 1 e 2 atenderam à recomendação do fabricante de pelo menos 90% de UWA, o pivô 3 ainda ficou aquém dos valores recomendados. Ao discutir isto com o produtor do pivô 3, foi revelado que a principal razão para a UWA abaixo do ideal era a capacidade de bombeamento.

Figura 4. Mapa de produtividade em 2022 quando o pivô tinha bicos antigos, e em 2023 com os bicos novos.

O segundo teste catch-can ocorreu em outubro de 2023, coincidindo com um nível de água subterrânea esgotado que afetou a capacidade de bombeamento. Apesar de ter sido projetada para uma operação de 500 galões por minuto, o produtor suspeitou que a bomba estava funcionando a aproximadamente 350 galões por minuto ou menos durante o teste de captura.

Um teste de acompanhamento está planejado para a primavera de 2024, dependendo dos níveis das águas subterrâneas que permitam que a bomba opere na taxa pretendida.

Perda potencial de rendimento devido ao baixo UWA

Para uma produção agrícola ideal, é crucial que um pivô central distribua a água uniformemente pelo campo. Quaisquer desvios no rendimento em relação à média geral do campo estão normalmente ligados a variações naturais no campo. No entanto, se o sistema de pivô não garantir a UWA, é provável que áreas específicas dentro do mesmo campo registem rendimentos significativamente mais baixos.

Isto ficou evidente em 2022, quando diferenças observáveis ​​nos valores de rendimento foram observadas no campo (ver Figura 4 – esquerda). Assumindo que estas disparidades foram causadas por UWA inadequado, podemos quantificar a diferença de rendimento entre as áreas médias e as de baixo desempenho. Após implementar um novo pacote de bicos no pivô, prevemos uma redução nesta lacuna devido à melhoria do UWA, conforme observado na Figura 4 (à direita).

Os infográficos apresentados nas Figuras 5 e 6 mostram o processo de cálculo para estimar as perdas de produtividade em 2022 e 2023, respectivamente. Antes de realizar esta análise, perguntamos aos produtores quais eram os valores médios de rendimento esperados para toda a sua operação, o que nos permitiu estabelecer uma linha de base para a análise. Ele mencionou que o rendimento médio de toda a sua operação seria de pelo menos 65 bu/ac para soja e 230 bu/ac para milho.

Figura 5. Mapa de produtividade durante a safra de 2022 para soja (extremidade norte) e milho (extremidade sul). Amarelo representa a área abaixo de 65 bu/ha para soja e abaixo de 230 bu/ha para milho. Verde representa a área acima de 65 bu/ha para soja e acima de 230 bu/ha para milho.

Nossa suposição era que quaisquer valores de rendimento registrados que caíssem abaixo do limite de 65/230 bu/ac eram provavelmente atribuíveis ao baixo UWA. Isso se manteve em 2022, quando o pivô foi equipado com os bicos antigos. No entanto, com a subsequente substituição dos bicos em 2023, prevíamos encontrar médias de rendimento próximas ou superiores ao limite de 65/230 bu/ac.

Figura 6. Mapa de produtividade durante a safra de 2023 para soja (extremidade norte) e milho (extremidade sul). Amarelo representa a área abaixo de 65 bu/ha para soja e abaixo de 230 bu/ha para milho. Verde representa a área acima de 65 bu/ha para soja e acima de 230 bu/ha para milho.

Em 2022, uma parte substancial da área rendeu abaixo do limite especificado pelo produtor (ver Figura 5), ​​exemplificando o impacto de um pivô central mantido de forma inadequada. Aproximadamente 36,3 acres ficaram abaixo do limite, com um rendimento médio de 52 bu/ac para a soja. Tendências semelhantes foram observadas no campo de milho, com 31,5 acres abaixo do limite e um rendimento médio de 172 bu/ac. Esta discrepância em relação aos valores de rendimento previstos pelo agricultor resultou numa perda potencial significativa de rendimento tanto para a soja como para o milho, no valor de aproximadamente 9.000 dólares e 14.500 dólares, respectivamente – totalizando cerca de 23.500 dólares.

O custo total para a substituição do pacote de bicos, incluindo mão de obra, foi de US$ 6.500 em abril de 2023. Se o produtor tivesse optado por substituir os bicos antes da estação seca de cultivo de 2022, e assumindo que o campo teria uma média acima de 65/230 bu/ac , o investimento poderia ter sido recuperado, gerando um lucro de aproximadamente US$ 17.000. Isto destaca os benefícios econômicos da manutenção proativa e das atualizações oportunas dos equipamentos.

Examinando o mapa de rendimento de 2023 (Figura 6), o impacto positivo da estabilização do rendimento é evidente após a instalação do novo pacote de bicos. Tanto os campos de milho como os de soja exibiram uma percentagem notavelmente reduzida de área abaixo do limite de 65/230 bu/ac. Isto não só reduziu a diferença de rendimento, mas também mitigou as perdas. Em 2023, atribuímos a perda total potencial de US$ 1.425 à variabilidade especial dentro do campo, considerando que o pivô manteve a aplicação uniforme de água em 92% de todo o campo.

É fundamental enfatizar que o local passou por condições de seca intensificadas em 2023. Nessas circunstâncias, a adesão ao antigo pacote de bicos poderia ter resultado em um cenário semelhante ou até pior do que os desafios encontrados em 2022. Atualizar e manter o sistema de pivô, particularmente face às condições ambientais variáveis, é essencial para garantir o desempenho ideal das culturas e minimizar potenciais perdas.

Ajuste fino do gráfico de velocidade/profundidade/revolução

Apesar de constatarmos uma melhoria significativa na uniformidade de aplicação com a instalação de novos bicos nos pivôs 1 e 2, identificamos inconsistências entre a taxa de irrigação selecionada no painel e a taxa de irrigação real medida pelos copos. A profundidade de irrigação medida desviou-se da profundidade selecionada no painel pivô.

Para o pivô 1, a taxa de irrigação selecionada foi de 1 polegada a uma velocidade de pivô de 9,6%, mas a profundidade média de irrigação medida pelos copos foi de 0,81 polegada. Por outro lado, para o pivô 2, a profundidade de irrigação medida pelos copos foi quase uma vez maior que a taxa selecionada no painel. Optamos por uma velocidade de 20%, prevendo uma profundidade de irrigação de 0,57 polegada, mas os copos registraram profundidade média de 0,95 polegada.

Para aprofundar essas discrepâncias, iniciamos outro teste catch-can nos pivôs 1 e 2. Executando o pivô em três velocidades, coletamos dados de profundidade de irrigação para cada velocidade selecionada e também monitoramos a velocidade de deslocamento do pivô em pés por minuto. Isto permitiu-nos desenvolver um novo gráfico calibrado incorporando % de velocidade, profundidade de irrigação e tempo de revolução, conforme detalhado na Tabela 1 (pivô 1) e Tabela 2 (pivô 2).

Tabela 1. Novo gráfico do revendedor e novo gráfico calibrado com profundidade de irrigação e tempo de revolução com base na velocidade do pivô selecionada no painel do pivô para o Pivô 1. O novo gráfico foi fornecido pelo revendedor de irrigação.

*Nota: Os números em vermelho foram medidos em campo com o método catch-can.

Após análise, observamos que o pivô 1 aplicou água consistentemente a uma taxa inferior aos números fornecidos pelo revendedor para a mesma velocidade percentual do pivô. Em contraste, para o pivô 2, observou-se a tendência oposta, com a profundidade de irrigação excedendo consistentemente o gráfico fornecido pelo revendedor. Estas descobertas destacam a importância de ajustar e calibrar os sistemas de irrigação para garantir uma aplicação de água precisa e consistente, otimizando, em última análise, o desempenho das culturas.

Tabela 2. Novo gráfico do revendedor e novo gráfico calibrado com profundidade de irrigação e tempo de revolução com base na velocidade do pivô selecionada no painel do pivô para o Pivô 2. O novo gráfico foi fornecido pelo revendedor de irrigação.

*Nota: Os números em vermelho foram medidos em campo com o método catch-can.

Outro aspecto crucial é que o teste adicional de captura foi realizado em Outubro de 2023, sugerindo a possibilidade de pivôs subaplicarem água de irrigação devido ao esgotamento das águas subterrâneas (menor capacidade de bombeamento). Surpreendentemente, este não foi o caso. A mesma diferença persistiu no teste de outubro de 2023 em comparação com o teste realizado em abril/maio de 2023. Após consultar um dos revendedores, eles mencionaram que é comum observar o painel pivô não funcionar corretamente após cinco anos de instalação.

Não ter conhecimento se um pivô está com aplicação insuficiente ou excessiva de água pode resultar num impacto negativo cumulativo no rendimento das culturas. O produtor no pivô 2 selecionou consistentemente uma profundidade de irrigação de 0,6 polegada para cada evento de irrigação (uma a cada quatro a cinco dias), mas o pivô estava na verdade aplicando cerca de 1,1 polegada. Depois de expor essas informações a ele, ele conseguiu entender por que seu pivô parecia estar demorando mais do que o esperado para aplicar 0,6 polegada. Inicialmente pensando que estava atrasado em seu cronograma de irrigação, ele até considerou aumentar a capacidade do poço. Porém, ele mudou de ideia depois que lhe apresentamos esses resultados, percebendo que o pivô ainda estava fornecendo a quantidade adequada de água.

Ao fazer este teste, alguns produtores nos perguntaram com que frequência os bicos deveriam ser substituídos. Alguns revendedores mencionaram que idealmente um conjunto de bicos deveria ser substituído após 10 anos, mas com os novos materiais, alguns revendedores alegaram que ele pode durar mais. Nossa recomendação é realizar uma versão simplificada do teste catch-can (com menos copos) para avaliar o UWA de um pivô específico antes de decidir se é necessária ou não a substituição do bico. Outra forma de identificar problemas é verificar os dados do mapa de rendimento, que podem fornecer uma boa visão dos problemas relacionados com o baixo UWA.

Considerações finais

Algumas das descobertas são destacadas abaixo:
Os testes catch-can realizados em três pivôs centrais antes e depois da substituição dos bicos revelaram melhorias significativas na UWA, enfatizando o impacto positivo da manutenção proativa.

As perdas potenciais de rendimento associadas ao baixo UWA foram quantificadas, enfatizando os benefícios econômicos da substituição oportuna dos bicos.

A análise económica demonstrou que o investimento na substituição dos bicos não só mitigou potenciais perdas, mas também apresentou uma oportunidade para lucros substanciais.

Os desafios de calibração observados nos pivôs 1 e 2 mostram a necessidade de ajuste fino e calibração regular dos sistemas de irrigação para garantir uma aplicação precisa da água.

Em última análise, este projecto serve como um recurso valioso para os produtores, enfatizando os benefícios da manutenção e modernização dos sistemas de irrigação. Medidas proativas, incluindo testes simplificados de captura e verificações regulares dos dados do mapa de rendimento, são recomendadas para que os produtores avaliem o UWA e identifiquem possíveis problemas, minimizando as potenciais perdas de rendimento devido ao baixo UWA.

Agradecimentos e informações de contato

Estendemos nossa sincera gratidão ao Nebraska Soybean Board por seu inestimável apoio financeiro, que foi essencial para a execução bem-sucedida deste projeto. Além disso, expressamos nossa gratidão aos três produtores que participaram ativamente do projeto. A atribuição de tempo e colaboração foram fundamentais na recolha da informação crucial apresentada.

Para mais dúvidas ou informações, não hesite em entrar em contato com Bruno Lena no Platte County Extension Office, 402-563-4901.

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