MODELING AND OPTIMIZING WATER DISTRIBUTION UNIFORMITY IN MICROSPRINKLER IRRIGATION VIA RESPONSE SURFACE AND PRINCIPAL COMPONENTS

Authors

  • Alisson Macendo Amaral IFNMG -Campus Arinos https://orcid.org/0000-0003-3035-2763
  • Maria Ângela Cruz Macêdo dos Santos IMA – ESEC Buritis
  • José Alberto Alves de Souza IFBaiano - Campus Guanambi
  • Alberto Luiz Ferreira Berto IFNMG - Campus Januária
  • Maria Josiane Martins IFNMG - Campus Arinos

DOI:

https://doi.org/10.66104/0tq2s573

Keywords:

Irrigation Engineering; multivariate statistics; Hadar 7110; canonical analysis.

Abstract

The efficiency of microsprinkler irrigation depends on water distribution uniformity, which is influenced by the interaction between operating pressure and spacing. This study aimed to model and optimize the hydraulic performance of the Hadar 7110 microsprinkler through the integration of Principal Component Analysis (PCA) and Response Surface Methodology (RSM). The experiment was conducted under pressures ranging from 0.5 to 2.5 bar and areas from 9 to 36 m². PCA was employed to synthesize the Christiansen Uniformity Coefficient (CUC) and the Distribution Uniformity Coefficient (DUC) into the first principal component (PC1), which accounted for the majority of the total variance. A second-order polynomial model was fitted to PC1, exhibiting a high coefficient of determination (R² = 0.8134; p < 0.001). Response surface analysis identified a stationary point classified as a saddle point, located at the operational coordinates of 1.46 bar and 31.15 m². The nature of this point indicates that the optimal conditions for integrated uniformity do not occur in a central region of the domain, but rather at the experimental boundaries. The multivariate approach proved to be a robust tool for simplifying performance analysis, identifying that uniformity is maximized under combinations of high pressures with larger areas, or moderate pressures with smaller areas per emitter. These results provide technical support for the design and strategic management of microsprinkler irrigation systems.

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Author Biographies

  • Alisson Macendo Amaral, IFNMG -Campus Arinos

    Possui graduação em Tecnologia em Irrigação e Drenagem, Especialização em Educação e Gestão Ambiental, Mestrado e Doutorado em Ciências Agrárias - Agronomia. Pertence ao quadro efetivo de docentes do Instituto Federal do Norte de Minas Gerais - Campus Arinos desde 2009, com atuação em docência em cursos de graduação e técnicos, coordenação de curso de graduação, membro de colegiados, membro de núcleos docente estruturante, membro de comissões de implantação de cursos técnicos e de graduação. Foi docente substituto entre 2007 a 2009 no IFNMG - Campus Januária. Possui experiência e leciona em disciplinas relacionadas às Ciências Agrárias e Ambientais, com ênfase em Irrigação, Hidráulica, Hidrometria, Água no solo, Obras Hidráulicas, Relações Hídricas, Agrometeorologia, Drenagem Agrícola, Topografia e Desenho Assistido por Computador (CAD). Atualmente é Revisor dos periódicos Journal of Arid Environments, Journal of Forestry Research, Measurement Science Review, REGA - Revista de Gestão de Água da América Latina, Journal of Biotechnology and Biodiversity, NATIVA, HOLOS, Meio Ambiente (Brasil), Engenharia Agrícola, Brazilian Journal of Irrigation and Drainage (IRRIGA), Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental (Agriambi), Global Science and Technology, International Journal of Applied Agricultural Sciences, Revista Brasileira de Meio Ambiente, Scientia Plena, Revista Mineira de Recursos Hídricos, Revista Agro@mbiente On-line; Research, Society and Development (ad hoc), Revista de Ciências Agroveterinárias, International Journal of Irrigation and Agricultural Development, Revista Engenharia na Agricultura (REVENG) , Journal of Plant Studies, Multitemas, Recital e Revista Energia na Agricultura. Faz parte do Conselho Científico da Editora IFNMG. É avaliador de projetos de pesquisa e extensão em diversas instituições. É pesquisador colaborador no IFGoiano - Campus Rio Verde nas linhas de Engenharia de Água e Solo e Agricultura irrigada em áreas do Cerrado. Líder do grupo de pesquisa intitulado Tecnologias sustentáveis na gestão de cultivos irrigados no Cerrado e orienta trabalhos acadêmicos com escopo na utilização da água alterada na irrigação de cultivos agrícolas e espécies arbóreas, gestão da irrigação, desenvolvimento de culturas sob fracionamento de água no solo, modelagem de água no solo, evapotranspiração, aplicação agrícola de sensores de baixo custo, hidráulica de emissores, probabilidade de precipitação e infiltração de água no solo.

  • Maria Ângela Cruz Macêdo dos Santos, IMA – ESEC Buritis

    Fiscal Agropecuária no Instituto Mineiro de Agropécuaria - IMA. Doutora em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal do Recôncavo da Bahia (UFRB) enfocando pesquisas com uso da modelagem agro-hidrológica na temática de serviços ambientais e áreas degradadas no semiárido brasileiro. Mestre em Engenharia Agrícola pela UFRB com trabalho desenvolvido na Embrapa Mandioca e Fruticultura pesquisando estresse biótico e abiótico em citros. Engenheira Agrônoma formada pela Universidade Federal do Cariri onde atuei como bolsista de Iniciação a Docência e Iniciação Acadêmica. Pesquisadora colaboradora externa no desenvolvimento de projetos de pesquisa no Instituto Federal do Norte de Minas - Campus Arinos. Com experiência abrangendo as áreas de: estresse biótico e abiótico, conservação de solo e água, modelagem agro-hidrológica (SWAP, Hydrus 1D),agrometeorologia, recursos hídricos, serviços ambientais, hidroponia e SIG (Qgis).

  • José Alberto Alves de Souza, IFBaiano - Campus Guanambi

    Possui graduação em Engenharia Agrícola pela Universidade Federal de Viçosa - UFV (1986), mestrado em Engenharia Agrícola pela UFV (2002), doutorado em Engenharia Agrícola, Área de Concentração Recursos Hídricos e Ambientais, pela UFV (2005) e Pós-doutoramento em Produção Vegetal, pela UNIMONTES - Campus Janaúba (2024). Atualmente é Professor Titular do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Norte de Minas Gerais - Campus Janaúba e Professor Permanente do Mestrado Profissional em Produção Vegetal no Semiárido do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano - Campus Guanambi. Tem experiência na área de Engenharia Agrícola, com ênfase em Engenharia de Água e Solo, atuando principalmente nos seguintes temas: irrigação, manejo, recursos hídricos e uso de águas residuárias.

  • Alberto Luiz Ferreira Berto, IFNMG - Campus Januária

    Possui graduação em Engenharia agronômica pela Universidade Federal de Lavras (1993). É especialista pela Universidade Federal de Viçosa em Uso do Recursos Naturais e seus Reflexos no Meio Ambiente. Concluiu o curso de mestrado em Biotecnologia pela Universidade Estadual de Montes Claros - UNIMONTES na área de Conservação da Biodiversidade (2013). Atualmente é Professor do Ensino Básico, Técnico e Tecnológico do Instituto Federal do Norte de Minas - Campus de Januária , e responsável pelo Setor de Agroecologia. Foi coordenador dos cursos Técnicos em Agropecuária e Meio Ambiente. Ministra aulas no curso superior de Agronomia e nos cursos técnicos de Agropecuária e Meio Ambiente.

  • Maria Josiane Martins, IFNMG - Campus Arinos

    Graduada em Engenharia Agronômica (2016) pela Universidade Estadual de Montes Claros, com foco em resistência de espécies de maracujazeiro a Fusarium oxysporum f. sp. passiflorae, Fusarium solani e Meloidogyne incognita raça 3. Mestre em Produção Vegetal no Semiárido (2019) com foco no controle biológico por bactérias a Fusarium oxysporum f. sp. cubense e promoção de crescimento de bananeira pela Universidade Estadual de Montes Claros. Doutora em Produção Vegetal no Semiárido(2022) com foco no controle biológico de M. javanica e M. incognita por B. subtilis, promoção de crescimento bem como manejo do déficit hídrico com polímero hidrorretentor em hortaliças pela Universidade Estadual de Montes Claros. Pós doutorado em agricultura no semiárido com foco na aplicação de Bioinsumo na promoção de crescimento e controle de patógenos habitantes de solo em diferentes culturas.

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Published

2026-02-27

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Vol. 2 No. 03 (2026): REMUNOM - ISSN 2178-6925

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MODELING AND OPTIMIZING WATER DISTRIBUTION UNIFORMITY IN MICROSPRINKLER IRRIGATION VIA RESPONSE SURFACE AND PRINCIPAL COMPONENTS. (2026). REMUNOM, 2(03), 1-22. https://doi.org/10.66104/0tq2s573