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An. 6. Enc. Energ. Meio Rural 2006

 

Tecnologia apropriada para a agricultura familiar sustentável do semi-árido brasileiro: bombeamento solar de água para irrigação localizada

 

 

Heitor Scalambrini Costa

Universidade Federal de Pernambuco, Núcleo de Apoio a Projetos de Energias Renováveis, Av. Hélio Ramos, s/n, 50.740-530, Recife-PE, naper@ufpe.br

 

 


RESUMO

A água e energia são, evidentemente, os fatores físicos mais influentes nas condições de vida no meio rural do semi-árido, principalmente, na produção agrícola. A água é um produto que, mesmo sem ser raro, é encontrado em quantidades limitadas e nem sempre está disponível na superfície do solo, necessitando, em muitos casos, ser retirada através de poços ou cacimbas cavadas no subsolo. Portanto, sua utilização deve ser otimizada. No meio rural, colocar água à disposição, em volume suficiente para dar melhores condições de vida à população, ainda hoje, é um desafio.
Por outro lado, a distribuição de energia elétrica através das redes é pequena quando comparada a outras regiões do país. Todavia a localização geográfica do Nordeste, próxima ao Equador, confere a esta região elevados índices de insolação, em torno de 3.000 horas por ano de brilho solar, tornando este recurso natural abundante. Constatamos que no setor energético, a energia solar foi a de mais rápido crescimento mundial na ultima década. A utilização de células fotovoltaicas aumentou cerca de 17% ao ano, na década de 90.
Nos últimos anos, inúmeras aplicações, utilizando como fonte de energia elétrica o Sol, foram implementadas nas áreas rurais de vários países do mundo. O Nordeste, foi alvo de programas e projetos de disseminação da tecnologia solar fotovoltaica.
O bombeamento de água é uma das aplicações mais nobre da tecnologia solar fotovoltaica, cujos componentes são altamente eficientes. Existem inúmeras configurações de sistemas de bombeamento para poços profundos e rasos, com utilização de moto-bombas superficiais, imersas e flutuantes, podendo ser acionadas por motores de corrente contínua ou alternada.
Neste trabalho é descrita a utilização da água bombeada com energia solar de poços Amazonas (também chamados de cacimbões) em pequenas áreas de irrigação localizada (< 1 ha) de base familiar, tendo como principal objetivo melhorar a alimentação e a renda destas populações.O sistema produtivo é composto de 4 sub-sistemas: bombeamento solar de água, reservatório com placas pré-moldadas, sistema de irrigação localizada (Xique-Xique) e culturas consorciadas (frutíferas e alimentares).

Palavras chave: Desenvolvimento rural, sustentabilidade, geração de renda, bombeamento solar de água, irrigação localizada.


ABSTRACT

Water and energy are the physic factor, which are most influential on the life conditions in the semi-arid rural environment as a whole and in the agriculture production systems in particular. Water is a resource, which - even though not rare - is found in limited quantities and not always is available on the ground surface, meaning that it should be retrieved through either proper wells or deep holes excavated into ground. Therefore, its use should be optimized. In the rural environment to turn water into an available resource in a sufficient amount in order to improve the population life conditions is still a challenge.
In the rural semi-arid regions the electric energy distribution is small compared to the other regions of the country. Nevertheless the geographic position of the Brazilian Northeast - close to the equator - adds to this region high levels of insolation - something close to 3,000 hours of sunshine per year - turning this energy resource into a very abundant one. It is known that the use of solar energy, among the use of other resources, has increased the most worldwide in the last decade. The use of photovoltaic cells has increased around 17% per year in the 90's.
In the last years several applications, which had the sun as their electric energy resource, were implemented in the rural áreas of many countries. The Brazilian Northeast region was the preferred target of programs and projects aiming at the dissemination of the photovoltaic solar technology.
Water pumping is one among the most noble applications of the photovoltaic solar technology. There are many pumping systems configurations for either deep or shallow wells, which use either superficial, immerse or floating motor-pumps, which in turn can be driven by either continuum or alternate current.
In this work the usage of water pumped with solar energy from "Amazonas" wells (also called "cacimbões") for small family-based areas of localized irrigation (less than 1 ha), whose main objective is to improve the food and the income of rural populations. The production system is composed of four subsystems: solar water pumping, water reservoir made of pre-molded plates, localized irrigation system ("Xique-Xique") and consorted cultures (fruit and other food trees).

Key words: rural development, sustainability, income generation, solar water pumping, localized irrigation.


 

 

INTRODUÇÂO

O semi-árido brasileiro é um dos mais chuvosos do planeta. Apenas uma pequena parcela da região tem uma média pluviométrica anual inferior a 400 mm. No semi-árido como um todo essa média sobe para 750 mm por ano. Na verdade são raros anos sem chuva. Existe sim uma má distribuição da chuva no tempo e no espaço. O déficit hídrico é devido ao elevado potencial de perda de água por evapotranspiração, que chega a 2.500 mm ao ano.

A falta de disponibilidade de água alimentou por centenas de anos uma forte dependência das populações mais vulneráveis em relação às elites dominantes nos níveis locais e/ou regional. Essa prática de clientelismo, somada ao despreparo para lidar com as peculiaridades do clima semi-árido, foram decisivos para a formação de uma cultura de sub-valorização das potencialidades da região.

As estiagens e secas prolongadas na região atingem fortemente os agricultores familiares, assentados da reforma agrária e trabalhadores rurais sem terra, comprometendo desde a produção até as suas condições de sobrevivência. Portanto, são prioritários, programas que visem atender as demandas imediatas das populações, e que reduzam a vulnerabilidade da região aos efeitos da seca,.

A segurança alimentar na região só será sustentável e viável a curto, médio e longo prazo se as ações de combate à fome e a pobreza estiverem articuladas com políticas públicas permanentes de educação e estruturação para a convivência com o semi-árido, tendo como premissa básica à participação da sociedade civil na elaboração, execução e fiscalização das políticas públicas.

O semi-árido brasileiro dispõe de aproximadamente dois milhões de hectares de terras férteis inaproveitadas, cujo aproveitamento necessita de investimentos em infra-estrutura hídrica e irrigação. A água sem dúvida é um dos elementos físicos mais críticos desta região. O acesso a ela para consumo humano, animal, e para a produção é uma restrição grave para milhões de nordestinos.

A irrigação convencional como solução salvadora para o semi-árido não tem sentido. Deve ser estimulada a adoção de técnicas apropriadas de irrigação em cada local onde for viável para o desenvolvimento da atividade agrícola.

Existem limitações ambientais para o uso de técnicas convencionais de irrigação no semi-árido, sendo um dos mais sérios a salinização, que vem ocorrendo em perímetros irrigados da região, devido a projetos cujas bases técnicas foram mal definidas. Por outro lado, existe viabilidade técnica e econômica da irrigação localizada de base familiar, principalmente em áreas sedimentares.

Ao apoiar a irrigação de base familiar com tecnologias apropriadas se deve associar os instrumentos de reforma agrária aos instrumentos de financiamento a pesquisa, a assistência técnica e capacitação, ao financiamento de obras de captação e distribuição de água e de fornecimento de energia elétrica, e ao financiamento para implantação de culturas irrigadas. Incentivo ao associativismo e cooperativismo entre os irrigantes e apoio à comercialização, também devem ser parte integrante de um processo de irrigação voltado à agricultura familiar.

É fundamental a identificação de áreas aluviais com potencialidades para a prática da irrigação localizada, e também uma discussão da forma como será organizada a produção que se estabelecerá em torno das áreas irrigadas. Outro ponto essencial para o bom êxito desta técnica será a capacitação dos produtores irrigantes, cuja herança cultural é de exercerem atividades de sequeiro e a pecuária extensiva.

Estes são os elementos fundamentais para o desenvolvimento sustentável das áreas rurais do semi-árido brasileiro.

 

2. A AGRICULTURA FAMILIAR NO SEMI-ÁRIDO BRASILEIRO (SAB)

O semi-árido é a maior área semi-árida contínua situada num só país e, também, a mais densamente povoada do planeta (Bloch, 1996). Estima-se que nele vivem, aproximadamente, 23 milhões de habitantes em 750.000 Km2. Dessa população, também se estima que praticamente a metade seja de agricultores familiares. Assim, pode-se afirmar que mais da metade da população nordestina vive no semi-árido.

Os pequenos produtores rurais praticam uma agricultura de base familiar, com padrões tecnológicos de exploração e cultivo distintos e através de relações de produção diferenciadas. Os problemas básicos que afetam esse conjunto de produtores são a dificuldade de acesso a terra, água e energia levando a uma baixa sustentabilidade econômica e ambiental dos sistemas de produção. Os estabelecimentos de até 100ha empregam quase 85% do pessoal ocupado na agricultura (enquanto os de mais de 1000ha geram apenas 2,5% das ocupações), segundo o último Censo Agropecuário. Neles se produziam 81% do feijão, 82,5% do arroz, 80% do milho e 90% da mandioca.

Essa região, além do fato de se caracterizar pelo estado de pobreza crônica da maior parte de sua população, é constantemente afetada por grandes secas. No século XX, foram registrados 26 anos de seca.

Apesar da seca sempre ter causado incalculáveis danos sócio-econômicos, é fácil perceber que elas vêm tornando-se mais intensas e com intervalos de ocorrência mais curtos. Isso é percebido não somente pela comunidade científica, mas principalmente pelos agricultores mais idosos que habitam a região. Com efeito, a seca de 1993 foi classificada pelos cientistas e agricultores como a pior do século passado.

Sob o ponto de vista climático, o Nordeste semi-árido é uma região perfeitamente viável, onde chove relativamente bem - com uma pluviometria média de 750 mm/ano - quando comparado com outras regiões secas do planeta ou mesmo com o continente Europeu. O problema não reside na questão da seca, que é uma condição natural da região, e, sim, nas questões de natureza sócio-política, e da pouca adequação tecnológica dos sistemas produtivos tradicionais à condição de baixa umidade da região. Nesse sentido, vale citar o pouco acesso ao crédito, à inexistência de assistência técnica apropriada, somado a perversa e histórica ação da "indústria da seca", que nada mais é do que uma forma de dominação política e social da oligarquia rural nordestina em cima da fome, falta de educação e, enfim, do estado de miséria em que vive a população sertaneja, especialmente durante as grandes secas.

Felizmente, porém, essa realidade já apresenta sinais evidentes de mudanças. Cresce o número de atores sociais cada vez mais ativos na denúncia dos abusos da classe política, no controle e na proposição de políticas agrícolas e agrárias voltadas para as reais necessidades da agricultura familiar do semi-árido, destacando-se aí o papel das ONGs, das igrejas, do movimento sindical rural, das organizações populares, do movimento dos sem terra e de setores governamentais e políticos mais avançados.

 

3. TECNOLOGIAS APROPRIADAS PARA AGRICULTURA FAMILIAR

Um dos requisitos básicos para o desenvolvimento auto-sustentável e humano de um país é o desenvolvimento de suas regiões rurais, sobretudo a melhoria da qualidade de vida dos habitantes destas regiões.

O subdesenvolvimento das regiões rurais tem como uma das causas a falta de energia elétrica. Basicamente a eletricidade pode atender às:

- Necessidades básicas: domésticas ou comunitárias, incluindo iluminação, lazer, educação, saúde, água potável e comunicação;

- Necessidades produtivas: derivadas de operações agro-industriais, incluindo o bombeamento de água para fins de irrigação, processamento de produtos, entre outras.

A falta de energia elétrica, além de produzir exclusão social, provoca problemas à saúde, devido à utilização da iluminação de chama, ou seja, queima direta dos derivados do petróleo para obtenção de iluminação por parte das famílias.

Além disso, pequenos produtores rurais de baixa renda não são capazes, geralmente, de fazer uso intensivo de energia, demorando muito para agregar novos equipamentos na produção. Suas instalações se espalham por áreas muito dispersas, de difícil acesso, muitas vezes sem estrada, constituindo um mercado que não compra e não cresce, onde se registra alto nível de perdas, cujo suprimento implica altos custos, sendo considerado pelas concessionárias como um mercado inviável.

No SAB a irregularidade das chuvas, tanto temporal como espacial, leva a necessidade da irrigação para garantir a produção agrícola. A água encontrada em terrenos sedimentares, além de usada para consumo humano e animal, pode ser destinada para a irrigação de base familiar, com tecnologia que use pouca energia e pouca água, o estritamente necessário para o desenvolvimento das culturas.

Portanto são estes dois ingredientes, água e energia, fundamentais para o desenvolvimento local sustentável do semi-árido mais populoso do planeta.

3.1. Bombeamento de água

A água pode ser bombeada (figura 1) manualmente (quantidades que não garante a irrigação), com motores alimentados pela energia elétrica da rede, pela gasolina ou diesel, ou ainda por cataventos. Estas formas de bombeamento são as mais usuais.

 

 

O bombeamento da água com eletricidade solar é uma tecnologia que tem sido difundida no semi-árido, a mais de 10 anos, através de órgãos governamentais, e de organizações não governamentais. É sem dúvida uma das aplicações mais nobre da tecnologia solar fotovoltaica, cujos componentes são altamente eficientes.

Para se determinar à configuração de um sistema de bombeamento de solar é necessário conhecer as condições hidráulicas da fonte de água: (profundidade do nível de água, altura de elevação da superfície até o reservatório, perdas adicionais de pressão nas tubulações), a energia fornecida pelo gerador fotovoltaico ao longo do dia (função da radiação solar incidente e das condições climatológicas). De acordo com estes fatores se podem definir a melhor configuração.

Existem sistemas de bombeamento para poços profundos e rasos; moto-bombas superficiais, imersas e flutuantes que podem ser acionadas por motores de corrente contínua ou alternada; bomba centrifuga ou de deslocamento positivo. Enfim, sempre é possível encontrar uma dada configuração otimizada para o sistema de bombeamento. Neste trabalho são propostos sistemas de bombeamento com potências inferiores a 150 Watts (figura 2) para serem utilizados em cacimbões.

 

 

3.2. Irrigação

A região do Nordeste brasileiro, à semelhança de outras regiões semi-áridas do mundo, apresenta grande potencial agrícola. A instabilidade climática, todavia, representada principalmente, pela escassez e intermitência das chuvas, tem sido o maior responsável pela incerteza das safras agrícolas.

Os recursos hídricos disponíveis, anualmente, no Nordeste, somam cerca de 14 bilhões de m3. Volume maior, todavia, 36 bilhões de m3 se perde por escoamento para os rios e dos rios para o mar.

Existem vários estudos sobre solos e recursos hídricos no Nordeste, mas nenhuma estimativa, confiável, da área que pode ser irrigada na região. Há autores que avaliam em 15 mil km2 o potencial irrigável, com recursos hídricos locais, do semi-árido nordestino. Para outros, o potencial é cerca de 25 mil km2.

A tabela I mostra as principais características das instalações de bombeamento solar.

 

 

De acordo com a segunda estimativa, a conclusão é que cerca de 2% da área da região Nordeste é irrigável, totalizando aproximadamente 1.640 km2. O pequeno percentual de terras irrigáveis decorre da baixa qualidade do solo e, o que é mais grave, da qualidade e quantidade de água.

Ao lado das zonas sedimentares e dos vales dos grandes rios, onde as disponibilidades de água e solo possibilitam a exploração de médios e grandes perímetros irrigados; a maior parte do semi-árido nordestino se situa na zona cristalina, onde os recursos hídricos e os solos favoráveis se encontram de maneira bastante dispersa ao longo dos inúmeros rios secos.

Nesses aluviões, os recursos hídricos são numerosos, mas dispersos, explorados através de pequenos poços com vazões entre 0,5 a 5 m3/h, denominados cacimbões ou "Amazonas". Com essa limitação só a pequena irrigação, do tipo localizada, possibilita o uso racional desses recursos. A pequena irrigação com tecnologias e sistemas apropriados, desponta como altamente importantes e promissoras no processo de desenvolvimento agrícola da região.

São basicamente três os métodos de irrigação (figura 3): aspersão, superfície, ou localizada.

 

 

A irrigação por aspersão é como uma chuva controlada. Escolhe-se quando e quanto de água deve ser distribuída na plantação. O aspersor é o emissor d'água. Existem vários modelos e tamanhos, com diferentes vazões. Um sistema de irrigação por aspersão convencional é composto de captação, moto-bomba, tubos e aspersores.

A irrigação por superfície ou por gravidade a água se infiltra no solo caminhando por cima dele ou ficando sobre ele. Pode ser por inundação, sulcos, faixas e corrugação, variando a escolha de acordo com tipo de solo, relevo e quantidade d'água disponível. Precisa-se preparar bem o terreno para irrigar por gravidade.

A irrigação localizada economiza água, porque só molha onde estão as raízes. Não se irriga as linhas dificultando o crescimento do mato. Mantém a unidade do solo sempre próxima a capacidade de campo, favorecendo o aumento da produção e a qualidade da produção. Sua instalação é mais cara que os demais sistemas, porém a operação é mais barata. A instalação possui registros e válvulas, tornando a operação mais complexa. Por isso a mão-de-obra deve ser capacitada.

3.2.1. Técnica de irrigação localizada, tipo Xique-Xique

A quantidade de água necessária depende do tipo de irrigação (convencional/localizada). Podendo oscilar de 60 m3/ha dia, nos meses secos até volumes próximos de zero no inverno. Depende também do tipo de cultivo e do rendimento do sistema de distribuição de água.

O método de irrigação classificado como localizado, consiste na aplicação da água numa área restrita ao sistema radicular da planta, o que significa seu uso otimizado.A irrigação localizada compreende o gotejamento, a micro-aspersão, a irrigação por pote - com cápsula porosa e o " Xique-Xique". A irrigação freqüente mantém a umidade do solo entre a capacidade de campo e o ponto de saturação, o que permite maiores produções maior taxa de desenvolvimento, colheitas precoces, produtos de melhor qualidade. A eficiência no uso da água neste caso é de 95%.

O Projeto "Tecnologias Apropriadas à Pequena Irrigação-TAPI" (Cooperação Técnica Franco-Brasileira junto a Sudene-1980), cujo objetivo era elaborar, adaptar e difundir tecnologias adaptadas às condições físicas e socioeconômicas do semi-árido, foi quem introduziu o sistema de tubos perfurados "Bas-Rhone Languedoc". Ao adaptá-lo recebeu o nome de sistema de irrigação localizada "Xique-Xique".

A irrigação "Xique-Xique" é proposta devido a aspectos como a disponibilidade de água (a partir de cacimbões), tipo de solo, uso de plantas, custos da instalação, topografia do terreno, simplicidade do manejo e da instalação. Este método não exige elevado nível de conhecimento técnico, utiliza mão de obra local, possuindo alta eficiência no uso da água, sendo capaz de estabilizar a produção de culturas frutíferas e de subsistência, em pequenas áreas (< 1 ha).

Com a repartição da água, conforme mostrado na figura 4, fica favorecida a difusão lateral de água permitindo o consorciamento de culturas alimentares (feijão, milho, ...) a cultura principal composta de frutíferas (pinha, maracujá, goiaba, graviola, mamão, ....). Este método de irrigação é recomendado para fruteiras em geral, flores e hortaliças.

 

 

Em irrigação do tipo localizada existe um procedimento clássico na determinação da dose máxima de irrigação por dia para cada tipo de cultura. Este valor depende dos seguintes fatores: área irrigada (A), do coeficiente de cultivo (Kc), do coeficiente de cobertura (C), da eficiência de irrigação (E) e da evapotranspiração potencial (ETP):

A tabela II mostra a dose máxima de irrigação por dia necessária para atender a demanda de diferentes frutíferas.

 

 

A partir de tubulações de polietileno perfurado com orifícios calibrados (figura 5), a água é levada até o sistema radicular das plantas. Em geral diâmetros de 1,6 mm liberam uma vazão de 60 l/hora, sob uma pressão de 10mca.

 

 

4. CONCLUSÕES

As principais vantagens do sistema de irrigação Xique-Xique são:

- Pouca sensibilidade ao entupimento das saídas por causa do uso de orifícios simples com importante diâmetro de passagem. Além disso, o posicionamento do orifício feito na parte superior do tubo, evita a acumulação de partículas no furo no fim de cada rega.

- Possibilidade de poder aproveitar os sulcos em torno da planta para culturas consorciadas.

- Sistema muito simples que permite uma boa visualização da água (vigilância mais fácil).

- Utilização de emissores adaptáveis que permitem dar uma vazão constante ao longo da linha de distribuição, apesar das variações pontuais da pressão (sistema original).

- Manutenção da umidade do solo, reduzindo o perigo de salinização pela lixiviação dos sais.

E as principais desvantagens são:

- Necessidade de se fazer à manutenção dos sulcos,

- O sistema não convém às parcelas em declive (é quase obrigatória a horizontalidade dos sulcos), tão pouco aos solos com infiltração alta onde toda a água infiltra-se rapidamente sem que se forme o bulbo úmido.

- O preço elevado dos emissores de latão, podendo ser substituídos por simples furos.

Eis algumas recomendações para o agricultor que deseja melhor utilizar a água para irrigação:

 

5. BIBLIOGRAFIA

Suassuna, João. "A pequena irrigação no Nordeste: algumas preocupações", Revista Ciência Hoje, vol. 18, nº 104, outubro (1994).

Scalambrini Costa, Heitor. "Utilization du pompage photovoltaique pour la petite irrigation dans le nord-est semi-aride bresilien", Relatório técnico, julho (1988).

Fedrizzi, Maria Cristina. "Pequenos sistemas de bombeameno fotovoltaico: análise da competitividade com outras opções", III Congresso Brasileiro de Planejamento Energético, (2002).

Cavaillé, Bernard. "Micro-irrigation dans le zone semi-aride du nordeste bresilien", Publicação interna, Sudene (1987).

Decroix, Marc. "Conception et calcul d´un projet de micro-irrigation a la parcelle", Publicação do Centre International de Hautes Etudes Agronomiques Mediterraneennes, Institut de Bari, julho (1978).