Dimensionarea unei conducte de apă pentru alimentarea instalațiilor de irigat tip pivot
Roxana Dobre -
Când discutăm despre proiectarea și instalarea sistemelor de irigare de mari dimensiuni, unul dintre cei mai importanți factori care trebuie luați în considerare este dimensionarea sistemului de conducte. Nu de puține ori fermierii investesc banii în proiecte de irigații costisitoare dar fără o dimensionare hidraulică adecvată acestea devin nefuncționale.
Pentru a asigura o irigare eficientă este esențial să selectați dimensiunea adecvată a conductelor care pot gestiona debitul de apă necesar. În acest articol, vom explica aspectele fundamentale care trebuie luate în considerare la dimensionarea sistemelor de conducte pentru proiecte mari de irigații. De asemenea, vom discuta o metodă simplă de calcul a dimensiunii necesare a țevilor pe baza debitului și vom oferi un exemplu de aplicare a acestei metode într-o instalație de irigare tip pivot. Intenția noastră este ca, cu ajutorul informațiilor și îndrumărilor furnizate în această serie de articole, fermierii să fie mai bine echipați pentru a proiecta și instala sisteme de irigare eficiente și eficace.
Pentru ca informațiile să fie clare și ușor de înțeles, ne vom concentra numai pe relația dintre dimensiunea țevilor și debit, fără a lua în considerare pierderile de presiune – acest aspect va fi abordat în articolele noastre ulterioare.
De ce este important să determinați dimensiunea corectă a țevilor?
Nepotrivirile dintre dimensiunea țevilor și debitul de apă pot duce la probleme precum eficiența redusă, creșterea consumului de energie și potențiale deteriorări ale sistemului. Mai jos sunt prezentate câteva exemple cheie:
- în cazul în care conducta este prea mică, aceasta va restricționa fluxul de apă, ceea ce va duce la creșterea presiunii și la costuri mai mari de energie pentru pomparea apei prin sistem;
- în cazul în care conducta este prea mare, aceasta poate duce la scăderea vitezei și la reducerea acțiunii de spălare, ceea ce poate duce la acumularea de sedimente și la blocaje în sistem;
- în care conducta nu poate face față presiunii și debitului, aceasta poate fi suprasolicitată și poate ceda, provocând reparații costisitoare și întreruperi.
Un sistem de irigare de calitate, bine conceput și întreținut corespunzător, va contribui la asigurarea nu numai a succesului imediat al unei culturi, ci și a succesului și durabilității pe termen lung a exploatației agricole. Pentru a face teoria mai ușor de înțeles, vom folosi un exemplu practic pentru calculele noastre. Pornim un necesar de apă pentru cultura de 6 litri pe metru pătrat la fiecare 24 de ore. Folosim o instalație de irigare de tip pivot, în care raza de la centrul pivotului până la marginea exterioară a zonei de udare, inclusiv raza tunului de apă, este de 525 de metri.
Pivotul se deplasează în cerc complet, formula pentru suprafața acoperită de pivot este următoarea:
Utilizând suprafața acoperită de pivot (865,865 m2) și necesarul de apă de 6 litri pe m2 pe 24 de ore, putem calcula necesarul total de apă pentru sistemul de irigare pivotant.
[Necesarul de apă al pivotului] = [Suprafața pivotului] x [Necesarul de apă al culturii ]
865.865 m2 x 6 litri/ m2/24 ore = 5.194.190 litri/24 ore
5.194.190 litri / 24 ore / 0,001 m3/litru = 217 m3/h
Sistemele de irigare pivotante sunt recunoscute pe scară largă pentru eficiența lor ridicată, în medie, aceste sistemele au o eficiență de udare de aproximativ 80-90% și acest lucru trebuie luat în considerare. În acest caz, vom considera că eficiența este la limita inferioară, de 85%, și, prin urmare, trebuie să introducem cu 15% mai multă apă în pivot pentru a satisface cerința de udare a culturii.
217 m3/h + 15% = 250 m3/h
Tot ceea ce trebuie să reținem este că pivotul irigă 86 Ha și utilizează 250 m3/h. Formula pentru calcularea dimensiunii țevilor pentru aplicațiile sub presiune în cazul în care fluidul este apa și luăm în considerare doar viteza de curgere este:
Este esențial să se utilizeze diametrul interior al conductei în această formulă, deoarece acesta reprezintă suprafața reală prin care curge apa si acesta determină capacitatea de debit a țevii.
Viteza de curgere este un factor cheie în determinarea regimului de curgere a unui fluid într-o conductă
Există trei tipuri principale de regimuri de curgere: curgere laminară, curgere de tranziție și curgere turbulentă. În teorie, regimul de curgere preferat pentru curgerea apei în conducte este curgerea laminară, deoarece este mai eficient din punct de vedere al consumului de energie și are o capacitate de curgere mai mare decât celelalte regimuri. Cu toate acestea, în aplicațiile practice, este rareori fezabil să se realizeze un regim laminar din cauza constrângerilor economice. Fluxul laminar necesită o viteză de curgere redusă, ceea ce se traduce printr-un diametru mare al conductei.
Acest lucru poate fi prohibitiv din punct de vedere al costurilor, în special în cazul sistemelor de irigații la scară largă, unde cantități mari de apă trebuie transportate pe distanțe mari. Prin urmare, în aplicațiile practice, este frecventă utilizarea curgerii turbulente, care poate fi realizată cu diametre mai mici ale conductelor și costuri mai mici dar in anumite limite tehnice. În termeni practici și economici, atunci când se determină dimensiunea unei conducte pentru un anumit debit, viteza de curgere este de obicei stabilită într-un interval cuprins între 1 metru pe secundă și 2,5 metri pe secundă, în funcție de ce se urmărește.
În formula prezentată mai sus înlocuim datele noastre de calcul:
V = 1 m/s
Q = 250 m3/h ÷ 3600 s/h = 0.06944 m3/s
Di = sqrt((4 * 0.06944) / (π * 1)) = 0.29638 m = 296 mm
V = 2.5 m/s
Q = 250 m3/h ÷ 3600 s/h = 0.06944 m3/s
Di = sqrt((4 * 0.06944) / (π * 2.5)) = 0.18915 m = 189 mm
Prima concluzie este că în cazul unui debit constant viteza de curgere și diametrul conductei sunt invers proporționale. Cu cât apa are o viteză mai mare, conducta are un diametru mai mic și reciproca. Este important de reținut că cu cât viteza apei este mai mare la fel este și consumul de energie, fie că discutăm despre motorină sau electricitate.
Cum poate fi redus consumul de energie pentru irigații
Având aceste date la dispoziție alegerea fermierului este între a instala un sistem de conducte cu diametrul mai mic dar unde va avea un cost energetic de exploatare mai mare si nu va avea posibilitatea de extinderi folosind aceleași conducte sau un sistem dimensionat la plaja superioară care va avea un cost inițial de execuție mai mare dar un cost de exploatare mai mic și îi permite și posibilitatea unei extinderi viitoare cu costuri minime.
Luând în considerare cazul în care viteza este de 1 m/s și diametrul intern necesar al conductei este de 296 mm, două materiale, HDPE D315 PN8 SDR 21 și PVC-A D315 PN8, vor fi evaluate pentru adecvarea și rentabilitatea lor pentru această aplicație.
HDPE D315 PN8 SDR 21 are o grosime a peretelui de 15 mm și un diametru intern de 285 mm, ceea ce este marginal sub cerințele aplicației. PVC-A D315 PN8 are o grosime a peretelui de 7,1 mm și un diametru intern de 300,8 mm, ceea ce depășește ușor cerințele aplicației.
Cu toate acestea, sistemul de conducte din PVC-A are mai multe avantaje în comparație cu soluțiile tradiționale din polietilenă, printre care:
- Țevile din PVC-A sunt ușoare, ușor de instalat și au un cost redus pe unitate de lungime, ceea ce le face o soluție rentabilă în comparație cu alte materiale pentru conducte;
- Pot fi conectate fără a fi nevoie de unelte sau echipamente specializate, ceea ce le face ușor de instalat;
- Sunt rezistente la fisurare, abraziune și impact, ceea ce le face potrivite pentru utilizarea în condiții dificile și au o durată de viață lungă.
Pe baza acestor avantaje, PVC-A D315 PN8 SDR 21 este un material mai potrivit și mai rentabil pentru această aplicație.
Dacă doriți să aflați mai multe despre sistemele de conducte din PVC-A, vă rugăm să urmăriți videoclipul de mai jos.
În plus, dacă doriți să primiți o mostră de țevi din PVC-A, vă rugăm să completați formularul de mai jos.
Acest articol este susținut de Big-Weld SRL, o companie de inginerie hidraulică, care oferă o gamă largă de produse și servicii de înaltă calitate.
