1

♦ Tehnica amenajărilor la irigarea prin picurare şi tipuri de instalaŃii

♦ Picurătoarele ♦ Tuburi de udare pentru picurare

♦ Tuburi pentru conductele de udare ♦ Elemente componente ale unei amenajări de

iriga Ńie localizată

2

CAP.3. CARACTERISTICI CONSTRUCTIVE ŞI FUNCłIONALE

ALE COMPONENTELOR REłELEI DE ADUC łIUNE-DISTRIBU łIE PENTRU IRIGAREA PRIN PICURARE.

În componenŃa amenajărilor de irigaŃie prin picurare ca şi în cazul altor metode localizate se include atât materiale comune tuturor reŃelelor de conducte cât şi materiale dispozitive, echipamente specifice metodei de udare. PoziŃionarea acestora în cadrul schemelor hidrotehnice se face Ńinându-se seama de considerente funcŃionale, rezultând astfel variante de amplasare în funcŃie de calitatea apei de irigaŃie, panta terenului, caracteristicile solului, tipul de picurător folosit, dimensiunea amenajării, presiunea disponibilă etc.

3.1. Tehnica amenajării la irigarea prin picurare şi tipuri de instalaŃii.

3.1.1. Conductele de udare. În prezent se utilizează două tipuri de amenajare: ♦ cu picurătoare (udare semifixă care foloseşte picurătoare); ♦ cu rampe (udarea localizată prin conducte perforate). Materiale utilizate şi caracteristici fizico-mecanice, hidraulice. IrigaŃia

prin picurare depinde, în cea mai mare măsură, de industria materialelor plastice. În această metodă se folosesc debite mici de apă încărcată cu îngrăşăminte, pesticide şi insecticide, care nu pot fi distribuite decât numai prin materiale rezistente la acŃiunea substanŃelor chimice.

Tipurile de conducte flexibile folosite la udarea localizată sunt următoarele: ♦ conducte din polietilenă extrudate, folosite pentru instalaŃiile fabricate în

Israel, Anglia, Australia, Republica Sud- Africană, SUA, FranŃa, Italia; ♦ conducte din polietilenă cu o fâşie poroasă pe generatoare, prin care se

face distribuŃia apei (Dn int = 14,4 mm la sistemul micropor, SUA). Se folosesc îngropate la circa 30 cm, presiunea de lucru fiind de 0,14÷0,70 kg/cm2;

♦ conducte din polietilenă subŃiri şi perforate (Dn orificiu = 0,91÷0,89 mm), folosite în Noua-Zeelandă, în gama de diametre Dn = 5,1-12,7 mm;

♦ conducte din folii de polietilenă, lipite pe generatoare şi cu distribuŃia apei

3

prin tuburi Dn = 1÷3 mm; ♦ conducte cu pereŃi dubli şi perforaŃi. Determinarea diametrelor conductelor se face în baza următoarelor

consideraŃii: debitul de scurgere al conductei se stabileşte din schema de amplasare, iar presiunea în conducte trebuie să satisfacă în orice punct presiunea necesară.

Pentru conductele extrudate se recomandă următoarele relaŃii: ♦ conducte din polietilenă extrudate (t = 100C);

λ = 25,0

18,0033,0

Q

d⋅ ;

100j = 0,02782,4

75,1

d

Q ;

♦ conducte din PVC (t = 100C):

λ = 25,0

35,004,0

Q

d⋅ ;

100j = 0,03265,4

75,1

d

Q ;

Q – debitul conductei (l/s); d – diametrul conductei (dm); λ - coeficient de rezistenŃă liniară; j – pierderea de sarcină unitară. DistribuŃia apei la plante, începând de la hidrant, se face printr-o instalaŃie

alcătuită din următoarele părŃi componente: 1. “Capul” construit din filtru, aparatură automată de măsurat apa şi controlat

presiunea de legătură la rezervorul de îngrăşământ lichid. 2. Conducte de transport, dimensionate corespunzătoare distanŃei şi debitului

de transportat. 3. Conducte de udare, cu diametre mici, legate la conductele de transport. 4. Dispozitive de udare (picurătoare), amplasate pe conductele de udare. 5. Dispozitivul pentru aplicarea îngrăşămintelor. În figura 3.1 se poate observa o instalaŃie de udare prin picurare cu “cap”,

conductă de transport şi conducte de distribuŃie pe o platforma experimentală. Conductele de udare (furtune) sunt paralele cu rândurile de culturi şi poartă pe ele picurătoare. Conductele de udare pot fi şi cu pereŃi dubli din material plastic. Dacă la conductele cu picurătoare lungimea nu depăşeşte 60 m, conductele cu pereŃi dubli pot depăşi lungimea de 75 m şi chiar 210 m. Conductele pot fi aşezate la suprafaŃa solului sau îngropate.

4

5

În figura 3.2 este prezentată schema instalaŃiei de irigaŃie localizată

automatizată.

6

3.2. Picurătoarele

ComponenŃa importantă a instalaŃiei de udare prin picurare, picurătorul preia

apa din conducta de udare şi o distribuŃie la plantă. 3.2.1. CerinŃe funcŃionale Debitul minim necesar pentru o cultură, considerând o udare continuă în

perioada (luna) de consum maxim, este de cca. 0,4 l/h şi m2 la valoarea consumului mediu zilnic de 7 mm şi de aproximativ 1 l/h şi m2,considerând variaŃia diurnă corespunzătoare variaŃiei acestui consum mediu.

Debitul maxim (limită) se stabileşte în condiŃia unei bune circulaŃii a apei în sol. Băltirea poate conduce la o circulaŃie a apei în sol cu pondere gravitaŃională. Mărind valorile debitului se produce o şiroire care trebuie controlată pentru a evita distribuŃia defectuoasă. Veschambre şi Vaysse prezintă valori ale debitelor limită în cadrul cărora nu se produce băltirea iar Drăgănescu valori limită pentru evitarea şiroirii ( tabel 3.1).

Tabel 3.1. Valori ale debitelor la picurător în funcŃie de textura solului (după Drăgănescu).

Debite (l/h) Textura Nebăltire Neşiroire-nepercolare

Nisipoasă 2-3 6-8 Lutoasă 1-2 2-6

Argiloasă 1 1-3

Presiunea de lucru minimă este impusă de cerinŃele de uniformitate ale

udării (3-10 mCA), în funcŃie de dimensiunile amenajării. Valoarea maximă se limitează Ńinând seama de rezistenŃa materialelor şi eficienŃa economică. RelaŃia dintre debit şi presiune se exprimă printr-o ecuaŃie de forma:

q = KHx q – debitul picurătorului (l/h); H – presiunea de lucru (m); x – parametru caracterizând regimul de funcŃionare al picurătorului; K – parametru depinzând de caracteristicile constructive ale produsului. 3.2.2. Tipuri constructive de picurătoare.

7

łinând seama de lungimea trasului de curgere şi de valoarea parametrului x picurătoarele se împart în următoarele clase:

Picurătoare cu traseu lung şi 1>x>0,5 (fig.3.3).

8

Fig. 3.3. Tipuri de picurătoare În cazul acestui tip de picurătoare, pierderea de sarcină necesară asigurării

distribuŃiei unui debit cât mai redus apare în procesul transportului pe o secŃiune de 0,7-1,2 mm2 şi pe o lungime reprezentând cel puŃin de 50 ori diametrul secŃiunii. Fac parte din această clasă microtuburile, picurătoarele cu transport pe traseu elicoidal (cilindrice sau plate) precum şi cele cu traseu şicanat. Regimul de curgere este în general laminar, valoarea exponentului de debit fiind de 0,65 ÷ 0,9, în funcŃie de valoarea numărului Reynolds. Fac excepŃie picurătoarele cu traseu şicanat al căror parametru exponenŃial este cuprins între 0,5÷0,65 întrucât prin şicanare mişcarea laminară se transformă în mişcare turbulentă.

Lungimea traseului se calculează cu relaŃia Darcy-Weissbach:

lc = 2

25

qK

dgH

⋅⋅⋅⋅⋅

λπ

în care: lc – lungimea traseului (m); K – constantă, K = 617; λ - coeficient al pierderilor de sarcină. Pentru curgerea în regim laminar (Re < 2 000):

λ = Re

64

În cazul curgerii în regim prepatratic şi conductă rugoasă (picurătoare

şicanate) valoarea lui λ se calculează după relaŃia Colebrok-White:

+⋅==λλ Re

35,9log214,1

1

d

s

în care: s – rugozitatea absolută (mm); d – diametrul microtubului (mm). Pentru alte secŃiuni decât cea circulară, în locul diametrului d se ca folosi raza

hidraulică (R):

R = P

S

9

în care: S – secŃiunea transversală a canalului (m2); P – perimetrul acestuia (m);

Re = υυ

VRdV ⋅=⋅ 4

V – viteza apei în conductă (m/s); υ - vâscozitatea cinematică: υ = 1,0 × 10-6 m2/s la 200C. În tabelul 3.2 sunt prezentate (după Veschambre, Vaysse, Mayer, Belcov şi

Ivanov) cîteva tipuri de picurătoare cu traseu lung, mai cunoscute, utilizate pe plan mondial.

Coeficientul de variaŃie prezentat în tabel caracterizează uniformitatea de fabricaŃie a produsului şi se calculează ca raport între deviaŃia standard a debitului testat la presiunea de referinŃă (σ⋅q) şi valoarea medie a debitului testat la presiunea de referinŃă (qr):

Cυ = rq

q⋅σ

Tabel 3.2. Tipuri de picurătoare cu traseu lung.

Caracteristici Tipul

łara producătoare

Regim de curgere Constructiv Montaj

Parametru X

Coeficient de variaŃie

CV%

Capilar

FranŃa Austria Anglia SUA

Laminar S = 0,6 mm2 Lateral 0,7÷0,8 2,5÷5

Pluidor FranŃa Laminar S = 0,4 mm2 (tub+şurub)

Lateral 0,65 16

Gana FranŃa Laminar S=0,8 mm2

traseu elicoidal cilindric

Lateral 0,75 3÷5

Kπ4,6 Bulgaria Laminar

S=0,8 mm2 traseu

semişicanat cilindric

Lateral 0,70 3÷5

Cameron Anglia Laminar S = 0,6 mm2 (tub+şurub)

Lateral 0,75 10

Key-Emiter Austria Laminar S = 0,4 mm2

traseu elicoidal, plat

Lateral 0,95 6÷11

Lego Israel Tranzitoriu 0,8÷1 mm2

traseu şicanat, cilihdric

În linie 0,6 5

Naan Israel Tranzitoriu 0,8÷1 mm2 În linie 0,6 5

10

traseu şicanat, cilihdric

Netafim Israel Tranzitoriu 0,8÷1 mm2

traseu şicanat, cilihdric

În linie 0,6 5

Netafim-buton

Israel Tranzitoriu 0,6÷0,8 mm2 şicanat plat

Lateral 0,6 6÷8

În tabelul 3.3 se prezintă după Keller şi Karmeli coeficienŃii de corecŃie c1 ai

debitului în funcŃie de temperatură (consuderând valoarea unitară pentru temperatura de 200C).

Valoarea debitului la temperatura t0C a apei, rezultă din relaŃia: Cqq

CCt⋅= 00 20

(l/oră)

Tabel 3.3. CoeficienŃii de corecŃie ai debitului în funcŃie de temperatură.

Coeficient de corecŃie (C) Coeficient de corecŃie (C) Temperatura 0C X=1 X=0,8 X=0,6

Temperatura 0C X=1 X=0,8 X=0,6

5 0,63 0,87 0,94 30 1,28 1,10 1,04 10 0,75 0,92 0,95 35 1,43 1,14 1,05 15 0,87 0,95 0,98 40 1,56 1,19 1,08 20 1,00 1,00 1,00 45 1,70 1,24 1,10 25 1,15 1,05 1,02 50 1,85 1,29 1,12

Picurătoare cu traseu scurt şi x = 0,5 (fig. 3.3). Pierderea de sarcină necesară asigurării unui debit mic se realizează prin

trecerea printr-o secŃiune foarte redusă (mai mică de 0,2 mm2) la picurătoare şi moderată (1,0÷2,5 mm2)la tuburi perforate. Curgerea se face în regim parŃial turbulent.

łinând seama de relaŃia dintre Re, q şi d, în tabelul 3.4 se prezintă valori ake diametrului orificiului considerând curgere în regim laminar (t=220C)precum şi presiunile corespondente.

Calculul s-a făcut pe baza relaŃiei dintre debit şi presiune la scurgerea prin orificii înguste:

q = KSm ⋅ qH2 [l/h]

în care: K – constantă de transformare, egală cu 3,6; S – secŃiune transversală (mm2); m – coeficientul de scurgere m ≈ 0,7 funcŃie de forma orificiului; q –acceleraŃia gravitaŃională, 9,81 m/s2; H – presiunea de lucru la picurător (m).

11

Din datele prezentate în tabel rezultă că pentru un domeniu de presiuni de 3÷10 mCA folosite curent în amenajările de irigaŃii prin picurare şi debite de 1÷10 l/h, diametrele orificiilor picurătoarelor vor fi de 0,15÷0,4 mm. Se apreciază sensibile la înfundare dimensiunile mai mici de 0,7 mm, mediu sensibile la înfundare cele cuprinse între 0,7÷1,2 mm şi puŃin sensibile, orificiile având diametre mai mari de 1,2 mm. O siguranŃa mai mare în funcŃionare se poate realiza prin adoptarea unor debite de distribuŃie mai mari şi redistribuirea în două sau mai multe puncte cu microtuburi.

Tabel 3.4. Debite, diametre şi pierderi de sarcină la curgerea prin orificii (m=0,7)

Parametrii funcŃionali la limita maximă de curgere în regim laminar Diametru (mm)

Debit (l/h) Pierderi sarcină

(m)

Debit (l/h) (H = 10 m)

Re (H = 10 m)

0,1 0,57 42,00 0,27 945 0,2 1,14 10,50 1,10 1 925 0,3 1,71 4,66 2,49 2 905 0,4 2,28 2,62 4,43 3 876 0,6 3,42 1,16 9,97 5 815 0,8 4,56 0,65 17,72 7 752 1,0 5,71 0,42 27,70 9 695 1,2 6,85 0,29 39,90 11 637 1,4 7,99 0,21 54,29 15 834 1,6 9,13 0,16 70,91 15 511 1,8 10,27 0,13 89,75 17 451 2,0 11,42 0,10 110,80 19 390 2,2 12,60 0,08 134,00 21 318 2,4 13,70 0,07 159,55 23 267 2,6 14,80 0,06 187,25 25 206

Picurătoare cu autoreglare (x < 0,3). Din punct de vedere al lungimii

traseului, acestea pot fi atât cu traseu lung, cât şi scurt, (orificii). Până la presiunea nominală relaŃia debit-presiune este aceea a picurătorului de bază. Pentru presiuni mai mari decât minima domeniului de reglare, auto-reglarea debitului poate fi asigurată prin:

a) modificarea formei şi mărimii orificiului, datorită diferenŃei de presiune amonte-aval;

b) presarea traseului imprimat (elicoidal sau şicanat) pe o membrană clasică; c) astuparea temporară a orificiului de ieşire, durata închiderii fiind

proporŃională cu durata de anulare a diferenŃei de presiune dintre intrarea în picurător (care provoacă deformarea unei membrane de cauciuc şi închiderea orificiului de ieşire);

d) presarea pe orificiul de ieşire elastic a unei bile (tip ventil cu bilă) având la

12

bază tipul de picurător cu traseu scurt. În tabelul 3.5 sunt prezentate câteva tipuri de picurătoare cu autoreglare mai

cunoscute. Valorile parametrului exponenŃial, diferenŃiate datorită modului de reglare sunt cuprinse în limitele –0,3 < x < 0,3. ExecuŃia şi folosirea unor picurătoare cu x<0 trebuie evitată, din considerente legate de comportarea în exploatare a amenajării.

Tabel 3.5. Caracteristici constructive şi funcŃionale ale unor picurătoare cu autoreglare

Caracteristici constructive Denumire picurător

łara producătoare Regim curgere

Debit de reglare

Exponent de debit

Coeficient variaŃie (%)

Plastif Israel TranziŃie 2; 4; 8 l/h X=0 5÷10 Netafim Israel TranziŃie 2; 4; 8 l/h X=0 5÷10

Eternomatic SUA Turbulent 4 sensibil la înfundare

X<0,3 8÷21

Key Emiter Australia 4,8 X<0,3 3÷10 Subterain SUA Turbulent 4 4 ieşiri FranŃa Tranzitoriu 12(3×4)

3.2.2. Alte tipuri de picurătoare. În această grupă se include picurătoarele ciclonice (de tip Vortex sau Tirosh)

şi picurătoarele cu impuls (picurătoare cu orificiu mare, x = 0,5 şi cu funcŃionare intermitentă).

Picurătoare ciclonice. La acest tip de picurătoare parametru exponenŃial (x) este aproximativ 0,4. Pierderea de sarcină se creează prin repartiŃia vitezelor tangenŃiale şi a presiunilor, de la perete spre centrul de rotaŃie în mişcarea centrifugă:

p – po = )(2

22

21 VV −ρ

în care: p – po – diferenŃa de presiune dintre intrare-ieşire în picurător; ρ - densitatea apei (ρ = 1 kg/dm3); V1, V2 – viteza tangenŃială la intrare şi ieşire în camera ciclonică. Raportul maxim de reducere al presiunilor intrare-ieşire obŃinut experimental

este de 3/1, corespunzând unui raport al diametrelor de orificiu ieşire-cameră ciclonică, de 1/4÷1/7.

Pentru acelaşi debit de aceeaşi presiune, diametrul secŃiunii celei mai reduse al picurătorului ciclon este de 1,73 ori mai mare decât al picurătorului tip orificiu. Aceasta conferă o mare siguranŃă în exploatare. Abaterile de la valoarea medie a debitului sunt mari (cca. 30%), invers proporŃionale cu mărimea diametrului de intrare-ieşire. Gabaritul redus al acestor picurătoare şi faptul că nu au părŃi care se pot

13

agăŃa în timpul mutării, au făcut să fie mult folosite în legumicultură şi în general la culturile anuale la care conductele se strâng la sfârşitul sezonului.

În fabricaŃie, sunt cunoscute picurătoarele Vortex (denumire pentru produse SUA şi FranŃa) şi Tirish (produse în Israel). Debitele acestora sunt mai mari sau egale cu 4 l/oră (având diametrele de intrare şi ieşire mai mari sau egale cu 0,6 mm). DistribuŃia apei în câmp se face la picurător sau în mai multe puncte (redistribuŃie cu microtuburi).

Picurătoarele cu impuls. Realizarea picurătoarelor cu impuls (caracterizate prin curgere în regim nepermanent) s-a făcut prin aplicarea la acestea, a principiilor irigaŃiei prin aspersiune cu impuls, fundamentată de Callestre. Se porneşte de la considerentul de funcŃionare şi durata de acumulare trebuie să fie egal cu raportul dintre debitul specific al picurătorului (raportat la unitatea de suprafaŃă) şi consumul specific al plantei. Picurătorul este de tipul unui dispozitiv de suprapresiune. Deschiderea se face la o presiune maximă şi închiderea la o presiune redusă, perioadă în care se consumă un debit acumulat local. Acumularea se realizează fie într-un mic rezervor tip hidrofor eferent picurătorului fie prin creşterea în volum a conductei (PEjd, PVC, plastifiat cu pereŃi subŃiri) în domeniul eforturilor elastice.

3.3. Tuburi de udare pentru picurare. Tuburile de udare au funcŃie dublă de transport şi udare (fig. 3.4). DistribuŃia în

câmp se realizează prin pori ai peretelui Ńevii, executată din ceramică, material plastic expandat, sau printr-un sistem de orificii realizate prin perforarea după anumite reguli a unor tuburi cu pereŃi dubli.

Fig. 3.4. Tuburi picurătoare: a – concentrice, model “Agrodrip”; b –excentrice model “Chapin” şi

“Biwall”; c, d – grafice de calcul.

14

În fabricaŃie sunt mai cunoscute următoarele tipuri de tuburi de udare pentru

picurare: concentrice, duble excentrice şi poroase. Tuburi concentrice, având peretele interior riflat şi spiralat iar cel exterior

neted, se poate executa din PVC sau PE jd. Principiile de dimensionare şi funcŃionare sunt asemănătoare picurătoarelor cu traseu lung. Traseul unei distribuŃii este cuprins între o perforaŃie a tubului riflat spre interior şi o perforaŃie a tubului neted spre exterior, traseele fiind izolate între ele. Produsul este realizat în Germania (sistem Agrodrip, firma Dresbach).

Valorile CV sunt cuprinse între 6÷3 % şi x =0,75÷0,8. Prezintă rezistenŃe la înfundare (secŃiune > 1 mm2). Se livrează în modele având debitul de 2,7 l/h şi metru linear, pentru tipul cu orificii la 0,33 mm şi 1,5 l/h şi metru pentru modelul cu orificii distanŃate la 0,66 mm.

Au dezavantajul fragilităŃii (se frâng uşor la nivelul orificiului) cerând manipulare foarte atentă. Diametrul de înfăşurare este de 1÷1,5 m.

Tuburi duble excentrice. Se execută din folie de PE sau PVC plastifiat cu grosimea de 0,3÷0,4 mm.

Modelele mai cunoscute: Driphose, Biwall şi Chapin Drip. Tubul principal are rol de transport şi distribuŃie în tubul secundar. Peretele de separare are un orificiu de primire cu diametrul de 0,5÷0,6 mm. Tubul secundar distribuie apa în câmp prin orificii (4÷10 orificii de udare la un orificiu de distribuŃie), orificiul de udare având acelaşi diametru cu cel de distribuŃie. Raportul dintre presiunea din tubul principal şi secundar este aproximativ 10. Din acest motiv nu se recomandă ca presiunea în conducta principală să fie mai mică de 5 m. În funcŃie de presiunea în conducta principală şi de numărul şi forma orificiilor, presiunea din conducta secundară se calculează în baza relaŃiei care urmează:

Hs = 1)(

42

422 +

dpCp

dsCsN

H p

sau pentru Cs=Cp şi ds=dp;

Hs = 1

2

41 2

22

2 +=

+ N

gHpdsCsqsşi

N

H p π

în care:

Ns – presiunea în tubul secundar (m); Np – presiunea în tubul principal (m); N – număr de orificii exterioare la un orificiu interior; Cs şi Cp – coeficienŃii de debit pentru orificiile de udare (Cs) şi de distribuŃie (Cp); ds şi dp – diametrele orificiilor de udare (ds) şi de distribuŃie (dp).

15

Diametrele mari (25 mm) permit lungimi mari de conducte. Pentru Hp = 1 kg/cm2, qs = 1,6 l/h şi orificiu. DistanŃa între orificii este de 0,3÷0,6 m în funcŃie de varianta constructivă. Conductele sunt relativ ieftine, se instalează uşor şi sunt rezistente la înfundare dacă sunt protejate (vântul şi precipitaŃiilor accentuează pericolul înfundării). Sunt, de asemenea, sensibile la radiaŃiile ultarviolete. Se folosesc pentru cultura legumelor de obicei pentru un sezon de irigaŃie.

Tuburi poroase. Se folosesc de obicei îngropate. FuncŃionând în aer şi cu apă calcaroasă se înfundă repede. Moser E. indică următoarele elemente tehnice ale tuburilor poroase:

- presiunea de lucru = 0,05÷0,20 kgf/cm2; - debit egal cu 0,35÷10 l/oră; - exponent de debit (x) = 0,88; - secŃiunea porilor = 6×10-7 mm2. Debitul şi uniformitatea de distribuŃie sunt influenŃate de temperatură.

Realizarea uniformităŃii este o operaŃie pretenŃioasă şi dificil ă. Din punct de vedere al capacităŃii de transport, aceste conducte fac parte din categoria conductelor netede, diferenŃierea decurgând din imposibilitatea formării stratului limită din apropierea pereŃilor.

3.4. Tuburi pentru conductele de udare. 3.4.1. CerinŃe Tuburile din componenŃa conductelor de udare trebuie să răspundă unor cerinŃe

necesare funcŃionării în siguranŃă. MenŃionăm pe cele mai importante: - să fie opace total în scopul prevenirii dezvoltării în reŃea a microfaunei

favorizată de prezenŃa luminii; - să poată fi livrate în tronsoane cu lungime mare şi să permită îmbinarea

rapidă şi simplă a tronsoanelor sau tuburilor deteriorate în exploatare; - să fie uşoare şi rezistente la transport şi manipulare; - să permită montarea rapidă şi puŃin costisitoare a picurătoarelor; - să aibă un cost redus şi energie înglobată cât mai puŃină fără a neglija

condiŃiile de calitate; - să fie rezistente la acŃiunea factorilor de mediu (radiaŃii ultraviolete,

temperatură de stare uscată sau umedă, degradare biologică prin atac de ciuperci sau dăunători);

- să fie rezistente la acŃiunea factorilor chimici corodanŃi prezenŃi în apa de irigaŃie şi provenind fie din sursă fie din substanŃele fertilizante sau din tratamente chimice;

- să asigure transportul apei cu pierderi de sarcină cât mai reduse; - să corespundă regimului de presiune.

16

Tabel 3.6. Dimensiunile secŃiunii transversale ale Ńevilor din PEjd (Plastro- Gvat-Israel, prospect 1996)

2,5 kgf/cm2 4 kgf/cm2 6 kgf/cm2 10 kgf/cm2 Diametrul exterior grosime

(mm) greutate (gr/m)

grosime (mm)

greutate (gr/m)

grosime (mm)

greutate (gr/m)

grosime (mm)

greutate (gr/m)

12 1,05 40 1,3 50 1,6 55 2,0 60 16 1,35 55 1,6 70 1,8 - 2,7 108 20 1,6 90 1,8 105 2,4 - 3,3 165 25 2,0 135 2,1 150 3,0 - 4,2 255 32 2,0 175 2,6 - 3,9 - 5,3 415 40 2,0 225 - - 4,3 450 6,7 660 50 2,4 335 - - 5,4 705 8,3 1 010 63 3,0 525 - - 6,7 1 110 10,5 1 610 75 3,6 750 - - 8,0 1 550 12,5 2 270

Tabel 3.7. Dimensiunile Ńevilor PEid

6 kgf/cm2 10 kgf/cm2 6 kgf/cm2 10 kgf/cm2 Diam. ext.

(mm) grosime (mm)

greutate (gr/m)

grosime (mm)

greutate (gr/m)

Diam. ext.

(mm) grosime (mm)

greutate (gr/m)

grosime (mm)

greutate (gr/m)

10 - - 2 50 50 2,8 400 4,7 640 12 - - 2 65 63 3,6 650 5,7 1 020 16 - - 2 85 75 4,3 925 6,8 1 445 20 - - 2 110 90 5,1 1 300 8,2 2 080 25 2 140 2,3 160 110 6,2 1 950 10,0 3 290 32 2 180 2,9 250 125 7,1 2 530 11,4 4 080 40 2,3 265 3,6 400 140 7,9 3 160 12,7 4 970

3.4.2. Caracteristici dimensionale şi hidraulice.

În mod curent, în funcŃie de metoda de udare se folosesc dimensiunile:

- picurare, din 12; 16 şi 20 mm; - tuburi perforate, metoda CNABRL; dn 20; 25; 32 mm; - tuburi perforate, metoda mixtă dn 25; 32 şi 40 mm. Tuburile folosite curent sunt pentru presiuni de 2,5 şi 4,6 kgf/cm2. În funcŃie de

modul de pozare (la suprafaŃă sau îngropate) tuburile sunt de preferinŃă din PE id respectiv PVC.

În tabelele 3.6 – 3.9 sunt prezentate tuburi din materiale plastice ce pot fi folosite şi pentru alcătuirea conductelor de udare. De menŃionat că, în fabricaŃia internă, sunt standardizate numai Ńevile din PVC, cele din PE jd realizându-se pe baza normelor interne de fabricaŃie existente.

Tabel 3.8. łevi din PE id pentru P = 4 kgf/cm2

Diametrul exterior mm 32 40 50 63 75 90 Grosime perete mm 1,8 1,8 2,2 2,8 3,2 3,5

greutate gr/m 170 230 340 540 750 -

17

Tabel 3.9. Dimensiunile secŃiunii transversale ale Ńevilor din PVC rigid⋅

Tip Dext (mm) U M G

Dn toleranŃa

grosime mm

greutate kg/m

grosime mm

greutate kg/m

grosime mm

greutate kg/m

Îmbinare la tipul M

10 0,45 - - 1+0,3 0,045 1+0,3 0,045 Adeziv 12 0,5 1+0,3 0,055 1+0,3 0,055 1+0,3 0,055 Adeziv 16 0,55 1+0,3 0,075 1,1+0,3 0,081 1,2+0,3 0,087 Adeziv 20 0,6 1,1+0,3 0,105 1,3+0,35 0,123 1,5+0,35 0,135 Adeziv 25 0,7 1,3+0,35 0,148 1,5+0,35 0,172 1,9+0,4 0,212 Adeziv

32 0,8 1,6+0,35 0,239 1,8+0,4 0,264 2,4+0,45 0,339 Adeziv 40 0,9 1,8+0,4 0,331 2,0+0,4 0,366 3,0+0,5 0,525 Adeziv 50 1,05 1,8+0,4 0,422 2,4+0,45 0,547 3,7+0,55 0,805 Adeziv 63 1,25 1,8+0,4 0,536 3,0+0,5 0,854 4,7+0,65 1,280 Adeziv 75 1,45 1,8+0,4 0,642 3,6+0,55 1,210 5,6+0,75 1,810 Adeziv 90 1,65 1,8+0,4 0,774 4,3+0,65 1,740 6,7+0,85 2,600 Adeziv 110 1,95 2,2+0,4 1,140 5,3+0,75 2,600 - - Garnitură cauciuc 125 2,2 2,5+0,45 1,470 6,0+0,8 3,340 - - Pn = 7 kgf/сm2 140 2,4 2,8+0,5 1,840 6,7+0,85 4,160 - - Pn = 7 kgf/сm2 150 2,6 - - 7,5+0,95 5,260 - - Pn = 7 kgf/сm2 160 2,7 3,2+0,5 2,380 7,7+0,95 5,460 - - Pn = 7 kgf/сm2 170 2,8 - - 8,3+1,05 6,594 - - Pn = 7 kgf/сm2 185 3,2 - - 9,0+1,1 7,766 - - Pn = 7 kgf/сm2 210 3,6 - - 10,0+1,3 9,800 - - Pn = 7 kgf/сm2 260 4,3 4,9+0,7 5,650 - - - - Pn = 7 kgf/сm2 280 5,0 5,5+0,75 7,080 - - - - Pn = 7 kgf/сm2

Pentru calculul grosimii pereŃilor sau pentru stabilirea eforturilor admisibile în

conductă se pot folosi următoarele relaŃii: - pentru dimensionare:

S = na

n

P

dP

+⋅

σ2

- pentru verificarea efortului în perete:

σ = S

SdPi

2

)( −

- toleranŃa la diametru:

td = 0,015⋅d + 0,3

- toleranŃa la grosimea perete: ts = 0,1⋅s + 0,2

18

în care: S – grosimea peretelui Ńevii (cm); σa – efortul de întindere admisibil (kgf/cm2); Pn – presiunea nominală (kgf/cm2); d – diametrul exterior (nominal); σ - efortul în perete la presiunea de încercare pi. În figura 3.5 se prezintă curbele de rezistenŃă la întindere în funcŃie de durata

efortului a câtorva materiale plastice după determinări efectuate de Diederich, Richard şi Guabe.

20

30

40

50

60

70

80

100

150

200

300

RezistenŃa la întindere kg/cm2

0,01 0,1 1 10 100 1 000 10 000 100 000 Durata solicitării continuă (ore)

PE 800C

PE 650C

PE 500C

PE 400C

PE 200C

PEAS+PP compound

PE etirată

PVC 200C

Notă: 1. RezistenŃele pentru PVC, PP,PE etirată după Diederich, Richard şi Gaube 2. RezistenŃele pentru PEAS+PP (compound) sunt valori interpolate (Berar U.)

Fig. 3.5. VariaŃia rezistenŃei la întindere cu durata solicitării pentru PVC, PP, PE id

19

De menŃionat că solicitarea în conductele de irigaŃii nu este continuă astfel

încât se poate veni cu o corecŃie la presiunea pentru care Ńevile sunt garantate de industrie.

Pierderi de sarcină pe conductele din materiale plastice. Pierderile de sarcină în conducte se pot calcula în baza relaŃiei Darcy-Weissbach.

h = λ )(2

2

mg

V

d

l ⋅

în care: λ - coeficient al pierderilor de sarcină; l – lungimea conductei (m); d – diametrul interior al conductei (mm); V – viteza medie a apei în secŃiune (m/s); g – 9,81 – acceleraŃia gravitaŃională (m/s2). Valoarea coeficientului pierderilor de sarcină, în funcŃie de regimul de curgere

se calculează cu una din relaŃiile: - mişcarea laminară (Re ≤ 2 300)

λ = 64/Re

pentru 4 000 < Re < 106 şi conducte netede

≈<1Re

dk nδ formula lui Blasius:

λ = 25,0Re

3164.0

în care: k – rugozitatea absolută (mm); δn – grosimea stratului limită.

Având în vedere domeniul larg de viteze din conductele de udare şi pentru evitarea dificultăŃilor din folosirea mai multor formule, în dimensionarea conductelor din mase plastice se foloseşte curent formula Williams-Hazen în care pierderea de sarcină unitară este:

J = mmdC

Qh/1012,1

187,4

852,1

10 −⋅

⋅≅

ω

în care: Q – debitul de transport în secŃiunea de calcul (l/s); C – coeficientul pierderilor de sarcină după Hazen-Williams; d – diametrul interior al conductei (mm).

20

Elemente de dimensionare a reŃelei de irigare prin picurare. Dimensionarea unei amenajări de udare prin picurare porneşte, ca şi la celelalte amenajări de la elementele de udare. Astfel, se porneşte de la debitul picurătorului şi de la raportul dintre suprafaŃa totală udată şi suprafaŃa totală cultivată.

Calculul lungimii şi diametrului conductei de irigaŃie se bazează, în general, pe considerente economice. Un sistem de irigaŃie mai ieftin se obŃine prin reducerea diametrului şi lungimii conductei de irigaŃie.

Deoarece debitul la duze variază de-a lungul conductei de udare, scăzând din amonte spre aval, este necesar să se facă o dimensionare a lungimii reŃelei de udare, astfel încât debitul să se menŃină aproximativ constant, admiŃând însă o variaŃie de circa 20% între extremităŃile conductei.

Utilizând modelul matematic al distribuŃiei continue a debitului, pe o conductă cu orificii aflate la distanŃe egale de secŃiuni egale pentru un teren orizontal şi un coeficient de debit mediu se obŃine:

dy =cqx2⋅dx (3.1)

dy – pierderea elementară de sarcină pe lungimea dx; qx – debitul care curge printr-un orificiu aflat la distanŃa x faŃă de

extremitatea aval;

c = 52

8

Dgπλ - termen ce ia în consideraŃie coeficientul de rezistenŃă λ şi

diametrul conductei D. Debitul elementar pe distanŃa dx este exprimat, în acest caz prin relaŃia:

dqx = ydxb

c1 (3.2)

în care: c1 = µf g2

µ - coeficient de debit mediu al orificiilor şi are valoarea 0,6 ; f – secŃiunea orificiului; b – distanŃa dintre două orificii; y – înălŃimea piezometrică la distanŃa x faŃă de extremitatea aval.

Integrând (3.2) şi introducând în (3.1) obŃinem:

2

02

21 ][∫=

x

dxyb

cc

dx

dy (3.3)

Din relaŃia (3.3) se obŃine:

ydxyb

cc

dx

yd x

][20

2

21

2

2

∫= (3.4)

Dar

21

,

0

1

∫=

xx

ydx

q

b

c iar qx =

dx

dy

c

1

RelaŃia (3.4) se transformă în:

ydx

dyc

b

c

dx

yd 12

2

2= ,. (3.5)

Notând V = dx

dy şi k = b

cc12 , se ajunge la următoarea ecuaŃia diferenŃială, cu

variabile separate.

dykV

V =

După integrare şi înlocuirea cu K, rezultă:

'23

123 4

3

2Chc

b

cV +=

constanta C′ se determină în condiŃiile ini Ńiale: pentru x = 0; V = 0 şi h = y0′ ;

C′ = 23'

01 )(

3

4yc

b

c (3.6)

Se menŃionează că y reprezintă înălŃimea piezometrică la primul orificiu, iar

y0′ sarcina la extremitatea aval a conductei.

Prin înlocuirea constantei C′ , relaŃia care se obŃine este următoarea:

chb

cyc

b

cV 2

3'

012

312

3

3

4

3

4

3

2 −= (3.7)

Notând cu A raportul dintre sarcina într-o secŃiune oarecare (y) şi cea a extremităŃii aval (y0

′) Ńinând seama că V = dy/dx şi efectuând unele operaŃii în relaŃia (3.7) obŃinem:

32

23'

0

31

2

21 )1(4 −⋅⋅

= Ayc

b

c

dy

dx , (3.8)

Reunind constantele sub forma: c12 ⋅ c ⋅ d = k1 din (3.8) se obŃine:

32

233

1

'0

)1(4

−= Ab

k

dxy

dy , (3.9)

Din dx

dA

dxy

dyA

y

y =⇒='0

'0

, ceea ce permite ca (3.9) să se transforme într-o

ecuaŃie diferenŃială:

32

233

1 )1(4

−= Ab

K

dx

dA

Pentru integrare folosind substituŃia:

tA

A =

−3

1

23

23

1

Făcând unele operaŃii şi integrând relaŃia (3.9) obŃinem:

22

3

123

3

2

)1(

31ln

3

12

'1

31

++

−+=+ t

arctgt

tC

b

xaK (3.10)

Determinând constanta din condiŃiile iniŃiale ale problemei şi înlocuind în (3.10) obŃinem:

3xB = ln 82,13

1246,3

)1(

3)1(2

2

−++−

+− tarctg

t

tt (3.11)

în care: B = b

k314

.

Cu ajutorul relaŃiei (3.11) se poate determina distribuŃia presiunilor de-a lungul unei conducte, la care distanŃa dintre orificii, materialul conductei, diametrul conductei şi lungimea pot avea orice valoare.

3.6.Elemente componente ale unei amenajări de irigaŃie localizată. Un sistem de irigaŃie localizată cuprinde: instalaŃia de priză (din foraj, râu, lac

de acumulare sau un hidrant al unei reŃele fixe), fertilizare, conducte secundare, principale, terŃiare şi de udare, dispozitive de udare situate pe conductele de udare, vane şi alte piese speciale. Dispozitive de filtrare se amplasează atât la intrarea în reŃea, ca şi între centrul de control şi dispozitivele de udare (acestea din urmă sunt dispozitive de fertilizare fină). Aceste dispozitive trebuie să aibă capacitatea de tranzit şi de fertilizare necesare în dreptul său, adică de reŃinere a particulelor solide peste o anumită dimensiune (diametru) care este ceva mai mică decât diametrul orificiilor dispozitivelor de udare.

3.6.1. Schema sistemului de elemente funcŃionale.

Aşa cum se arată în figura 3.6 reŃeaua de distribuŃie este formată din conducte

de mai multe ordine de mărime. Conductele secundare asigură gruparea conductelor terŃiare şi a celor de udare pe zone, al căror număr depinde de forma terenului, topografia lui, numărul de seturi de udare pe zi, sau în intervalul dintre udări, lungimile conductelor secundare şi a celor de udare.

Din punct de vedere funcŃional deosebim următoarele elemente teritoriale: - subunitatea de irigaŃie este suprafaŃa care se irigă simultan în aval de un

punct de control l presiunii (unde se instalează un regulator de presiune). O subunitate de irigaŃie este, de obicei, suprafaŃa alimentată de o conductă terŃiară (fig. 3.7);

23

- - - - -

Regulatoare de presiune

Vane volumetrice

1 2

C D

B A

Priză

A,B,C,D - unităŃi de irigaŃie; 1,2 - subunităŃi de irigaŃie; I= A+C unităŃi operaŃionale de II=B+D irigaŃie

Fig. 3.7. UnităŃile funcŃionale ale unui sistem de irigaŃie

Clapet de reŃinere

De la pompă sau reŃea sub presiune

Rezervor îngrăşământ

Filtru

Conductă principală (CP) Conductă secundară

Regulator de presiune (vană)

Conductă terŃiară

picurătoare

Conducte de udare

Fig.3.6. Schema unui sistem de irigaŃie localizată

24

- unitatea de irigaŃie este suprafaŃa realizată prin însumarea subunităŃilor de udare ce se irigă simultan, situate în aval de un punct unde se măsoară norma de udare şi volumul de apă. Se referă la suprafaŃa deservită de o conductă secundară (v. fig. 3.7);

- unitatea operaŃională de irigaŃie este suma unităŃilor de irigaŃie care funcŃionează simultan în aval de centrul de control, deci în toată amenajarea.

CAP. 4. INSTALAłII ŞI DISPOZITIVE PENTRU ASIGURAREA CALITĂłII APEI. Înfundarea picurătoarelor constituie principalul risc în amenajările de irigaŃii

prin picurare. Cauza în cele mai multe cazuri o constituie suspensiile minerale sau organice prezente în apă. Prevenirea acestui pericol se face prin filtrare. Dimensiunile maxime admise ale particulelor în suspensie ce pot rămâne în apa de filtrare depind de particularităŃile constructive ale picurătorului şi trebuie în orice caz să fie mult mai mici decât secŃiunea transversală a acestuia. Sunt mai sensibile la înfundare picurătoarele cu trasee lungi de curgere laminară. Pentru astfel de picurătoare, chiar cu 1 mm diametru se folosesc site de 0,075 mm.

În stabilirea modului de separare a sedimentelor trebuie să se Ńină seama de natura sursei de apă, respectiv de indicii de calitate a acesteia. Sub acest aspect trebuie avut în vedere nu numai particulele în suspensie ci şi substanŃele sau compuşii dizolvaŃi în apă.

Pentru separarea suspensiilor minerale sau organice în amenajările de irigaŃie localizate şi îndeosebi pentru picurare sunt folosite o diversitate de tipuri şi instalaŃii care se prezintă în continuare.

♦ Echipamentul de filtrare a apei

25

4.1. Echipamentul de filtrare a apei. Obturarea picurătoarelor este fenomenul cel mai frecvent şi mai grav în cazul

instalaŃiilor de irigaŃie localizată. Amploarea şi manifestarea lui depinde de concentraŃia de particule în suspensie din apă, de mărimea acestora şi de sistemul de filtrare adoptat. Fenomenul de obturare poate fi produs de :

- particule de natură organică şi anorganică; - precipitarea unor săruri; - dezvoltarea algelor şi bacteriilor. În raport cu factorul timp obturările pot fi imediate sau potenŃiale (lente). Cele

imediate se datoresc, de obicei, particulelor organice şi anorganice, pe când cele lente sunt produse în special de precipitate sau de alge şi bacterii.

Apa din puŃuri şi foraje are frecvent particule de nisip, iar cea provenind din râuri şi lacuri are mari cantităŃi de mal, argilă şi resturi organice. SubstanŃele organice mai frecvente sunt algele, diatomeelor, moluştele, crustaceele, insectele, resturile vegetale ş.a.

Tipul de filtru se alege în funcŃie de natura particulelor solide din apa de irigaŃie (tabel 4.1).

Tabel 4.1. Alegerea tipului de filtru.

Natura materialului solid

Separator de nisip Filtru cu pietriş Filtru cu sită Alte tratamente

Nisip x - x Sedimentare

Praf şi argilă - x x Sedimentare şi

floculare SubstanŃe organice

- x x Tratamente

chimice

4.1.1. Prefiltrarea apei. Este utilizată pentru ape cu concentraŃii mari de particule solide, cu particule de

dimensiuni relativ mari. Dispozitivele folosite sunt de mai multe tipuri şi anume: � grătare, cu ochiuri sau secŃiuni de trecere late de 3÷10 mm pentru o curăŃire

fină, 10÷25 mm pentru curăŃire medie şi 50÷100 mm pentru precurăŃire. Se instalează uneori şi mai multe grătare, cu ochiuri având dimensiuni în scădere în sensul curgerii apei. La dimensionarea grătarelor se consideră viteza de trecere a apei prin ele în limitele 0,6÷1,0 m/s.

� bazine de decantare. Sunt folosite pentru reŃinerea (sedimentarea) unor cantităŃi importante de aluviuni în suspensie sau pentru eliminarea fierului prezent în unele ape subterane. Se disting patru tipuri de sedimentare:

♦ sedimentarea particulelor solide care nu interacŃionează cu cele vecine (nisip sau praf);

♦ sedimentarea particulelor care floculează în timpul procesului (oxidarea şi flocularea fierului);

26

♦ sedimentarea se produce în suspensie însă există forŃe de interacŃiune între particule, încât masa de particule se depune, în unitate se formează o interfaŃă între lichidul decantat şi masa sedimentată;

♦ când concentraŃia este ridicată, încât formează o structură care se comprimă şi se sedimentează. Acest mod de sedimentare se observă în straturile inferioare ale masei de sedimente. 4.1.1.1. Separatoare de nisip.

Sunt dispozitive ce au rol de prefiltrare, care se instalează în aval de priză, dacă apa are concentraŃie nare de nisip. Mişcarea apei de formă elicoidală (vortex) în aceste aparate permite reŃinerea şi eliminarea particulelor peste 100 microni în proporŃie de 98%.

Mai frecvent utilizate în acest scop sunt hidrocicloanele şi separatoarele de nisip propriu-zise. Principiul de funcŃionare este acelaşi la amândouă, însă diferă geometria camerei filtrante care este conică la hidrocicloane şi cilindrică la separatoare.

Hidrociclonul constă dintr-o parte cilindrică unde se realizează mişcarea rotaŃională a apei, o parte conică unde are loc separarea particulelor solide şi o intrare tangenŃială a apei (la partea superioară), un tub de colectare şi ieşire a apei curate situat în axul vertical al hidrociclonului tot la partea superioară a sa, şi o secŃiune de descărcare a nisipului colectat în partea de jos a aparatului (fig. 4.1, fig. 4.2.).

Pentru dimensionarea unui astfel de dispozitiv, se impune diametrul porŃiunii cilindrice Dc, funcŃie de care se adoptă:

- lungimea hidrociclonului, L = (5÷8)Dc; - diametrul conductei de intrare Di şi diametrul tubului de ieşire Do a apei

limpezi DI = Do = (0,15÷0,33)Dc; - diametrul colectorului pentru descărcarea părŃii solide Ds = (0,15÷0,20) Dc; - lungimea colectorului de apă limpede La = (0,33÷0,5)Dc la aparate mici şi

(0,16÷0,25) la cele mari. Unghiul de conicitate θ al părŃii inferioare se adoptă până la 450

С.

27

Tabel 4.2.

Di, Do 1” 11/4” 11/2” 2” Dim A (mm) 762 762 762 914 Dim B (mm) 539,8 539,8 539,8 660,4 Dim C (mm) 152,4 152,4 152,4 203,2 Dim D (mm) 85,7 85,7 85,7 127 Dim C (mm) 139,7 139,7 139,7 139,7

Pierderile de sarcină ale hidrociclonului se menŃin constante în timp şi depind

de numai de debit şi de diametrul lor, fiind prezentat în abaca din fig. 4.3. În cazul separatoarelor de nisip pierderile de sarcină sunt redate în fig. 4.4 funcŃie de debit şi de diametrul secŃiuni de intrare.

Fig.4.1. Schema unui hidrociclon, cu fluxurile apei limpezi şi particulele

solide

Fig.4.2. Schema unui separator de nisip, cu

dimensiunile părŃilor sale

28

4.1.1.2. Filtre cu pietriş şi nisip.

Filtrele şi materialele granulare sunt folosite la tratarea apei pentru irigarea

localizată în principal în scopul reŃinerii vegetaŃiei acvatice şi cu efect mai redus – pentru reŃinerea fracŃiunilor minerale.

În procesul de filtrare nu se folosesc produse coagulate în scopul eliminării fazei coloidale şi obŃinerii unei limpeziri avansate a apei.

Fig. 4.3. FuncŃionarea hidrociclonului

Debitul (m3/oră)

Debitul (m3/oră)

Pie

rder

i de

sarc

ină (b

ari)

Pie

rder

i de

sarc

ină (d

m)

a

b Fig. 4.4.

a – pierderile de sarcină în cazul hidrocicloanelor, funcŃie de debit şi diametrul părŃii cilindrice; b – pierderile de sarcină pentru separatoare de nisip

29

Se amplasează între priză şi filtrare cu sită şi sunt destinate reŃinerii substanŃelor organice dar cu o eficienŃă mai mică reŃin şi nisip. Ele nu se pot substitui însă filtrelor cu sită.

Constau dintr-un rezervor metalic sau din material plastic ranforsat, capabil să reziste la presiuni statice şi dinamice din reŃea în care este aşezat materialul filtrant.

Materialul filtrant se aşează în mai multe straturi, fiecare cu o anumită grosime şi granulometrie (fig.4.5).

ProprietăŃile nisipurilor folosite pentru filtrarea apei sunt granulometria (se

determină prin cernere cu site de mai multe dimensiuni ale ochiurilor, după uscarea materialului timp de 4 ore la 1200C), diametrul efectiv (diametrul sitei care permite trecerea a 10% din totalul probei de nisip), coeficientul de uniformitate (raportul d60/d10 din curba granulometrică), forma granulelor şi friabilitatea lor.

Fig. 4.5. Filtre cu materiale granulare: a - filtru cu granule de polistiren expandat; b – filtru cu nisip şi pietriş tip

Netafin; c – filtru combinat cu material granular şi cu sită

30

Diametrul efectiv determină calitatea filtrării deoarece diametrul porilor materialului este aproximativ 1/7 din cel efectiv. Coeficientul de uniformitate pentru nisipuri comerciale este uzual 1,5 şi nu trebuie să depăşească 1,6. Forma granulelor poate fi colŃuroasă sau rotunjită (la nisipul de râu). Primele se apropie mai puŃin unele de altele (faŃă de cele rotunjite), încât, pentru aceiaşi granulometrie, mărimea pierderilor de sarcină este inferioară la nisipurile cu particule colŃuroase. Friabilitatea se determină în funcŃie de cantitatea de material care se mărunŃeşte în urma operaŃiei de centrifugare şi frecare a particulelor între ele şi în contact cu bile de oŃel. Pentru determinarea acestea se iau 35 cm3 de material, care se cântîreşte exact şi se introduc într-un cilindru metalic cu diametrul interior de 40 mm, şi înălŃimea de 100 mm. Cilindrul se aşează radial pe un platou de 34 cm diametru care este rotită în jurul axului său cu viteze de 25 rot/min. În cilindrul se introduc şi 18 bile de oŃel de 12 mm diametru. Pentru evaluarea fiabilităŃii se fac determinări ale curbei granulometrice a materialului respectiv după 15 minute (adică după 375 rotaŃii) şi 30 minute (750 rotaŃii). Dacă se reprezintă curba granulometrică după aceste operaŃii alături de curba iniŃială (fig. 4.6) se determină friabilitatea cu relaŃia:

f = 9

10)10( ⋅−x

x – procentul de material cu diametrul inferior diametrului efectiv iniŃial.

Cu caracter orientativ în tabelul 4.3 sunt prezentate date privind granulometria

şi stratificaŃia la filtre rapide. Tabel 4.3. Granulometria şi stratificarea filtrelor pentru apă industrială.

Tip filtru Diametru eficace (d10)

(mm) Grosime strat (m)

Filtru rapid, strat filtrare, omogen cuarŃos 0,9÷1 0,8÷1,2 Straturi suport 3,5÷10÷25

Degrosisor, strat filtrare, omogen cuarŃos 2,5÷2,5 0,8÷1,2 Strat suport 3,5÷10÷25

Aprecierea friabilităŃii funcŃie de valorile friabilităŃii determinate după

modificările granulometrice suferite de probă după 15 şi respectiv 30 minute de agitare se efectuează potrivit tabelului următor:

31

Tabel 4.4

Friabilitatea (%) Calitatea 15 minute 30 minute

Foarte bună 6÷10 15÷20 Bună 10÷15 20÷25

Mediocră 15÷20 25÷35 Total necorespunzătoare >20 >35

Un material friabil trebuie refuzat în cazul, mai ales, al filtrelor care se spală cu

apă care este tratată. La materialul filtrant se mai determină pierderile în greutate în cazul unui

contact a probei timp de 24 ore cu o soluŃie de acid clorhidric cu concentraŃie de 20%. Ele trebuie să fie sub 2%.

Caracteristicile materialelor filtrante utilizate mai frecvent sunt redate în tabelul 4.5.

Fig.4.6. Curba granulometrică. Friabilitatea

32

Tabel 4.5. Caracteristicile materialelor filtrante frecvent utilizate.

Materialul Clasa Diametrul efectiv

(mm) Diametrul porilor

(mm) Echivalentul în

Mesh Granit concasat Nr. 8 1,50 0,254 70 Granit concasat Nr. 11 0,78 0,111 140 Nisip cuarŃos Nr. 16 0,66 0,094 170 Nisip cuarŃos Nr. 20 0,46 0,066 230 Nisip cuarŃos Nr. 30 0,27 0,039 400

4.1.1.3.Dimensionarea filtrelor cu materiale granulare.

Diametrul granulelor şi stratifica Ńia. Considerând că cerinŃele de filtrare prin picurare sunt comparabile cu cel pentru apă industrială, folosind filtre rapide sau ultra rapide, în tabelul ce urmează sunt prezentate (după Pîslăraşu, 1981) diametrul efectiv şi grosimea stratului filtrant.

Tabel 4.6. Granulometria şi grosimea straturilor filtrelor pentru apa

industrială Stratul Diametrul efectiv (mm) Grosimea (m)

Strat filtrare, omogen, cuarŃos 0,9÷1 0,8÷1,2 Strat suport 3,5÷10÷25 Degrosisor 2÷2,5

Filtrele cu nisip-pietriş ale unor firme producătoare de echipamente de irigaŃie

prin picurare au granulometriile şi grosimile din tabelul 4.7. Tabel 4.7

Granulometrie (diametrul efectiv - mm) Grosimea stratului (cm) Suport Suport Producător

Filtrare Superior Inferior

Filtrare Superior Inferior

Netafim (Israel) 1÷2

3 6 9

3 6 9

30 10 5 5

5 5 10

Pluidor (FranŃa) 3÷8 6÷10

6÷10 12÷25

50 15 15 15

Plastro Gvat

(Israel) 1÷8 - 3÷5 40 - 55

SuprafaŃa de filtrare se determină funcŃie de viteza de filtraŃie recomandată şi

de debitul de filtrat: S = Qf/V f (m

2)

33

Se recomandă viteza de filtrare de 10÷12 m/oră pentru filtre cu granulometrie

de 0,8÷1,5 mm. Debitul pe metru pătrat de suprafaŃă filtrantă variază între 50÷70 m3/h, după Regadios Center – Spania, deci viteza de filtrare între aceste limite. În cazul filtrelor cu granule plutitoare din polistiren expandat, au fost considerate viteze mult mai reduse, de 0,6-1 m/h.

Diametrul particulelor cele mai mici care sunt reŃinute în filtru sunt funcŃie de debitul filtrat şi de granulometria materialului. Dacă filtrul lucrează cu debitul specific de 60 m3/h⋅m2, el poate reŃine particule de 1/7 mai mici decât diametrul efectiv al nisipului din el. Mărind debitul, scade eficienŃa filtrării, încât nu se recomandă a se depăşi în nici un caz 70 m3/h⋅m2 de suprafaŃă filtrantă.

Stabilirea înălŃimii filtrului . ÎnălŃimea filtrului este suma înălŃimilor stratului de filtrare, stratului(lor) suport şi a înălŃimii spaŃiului suplimentar pentru înfoierea la spălare a materialului filtrant.

FuncŃie de natura materialului filtrant şi granulometria lui se recomandă următoarele înălŃimi de înfoiere:

Tabel 4.8 Nisip cuarŃos

Debit de spălare (l/s⋅m2) 10 12,5 18 27 Granulometrii filtru (mm) 0,3÷0,4 0,5÷0,6 0,7÷0,8 0,9÷1,0

Înfoiere 18÷25 %

Pierderi de sarcină prin stratul filtrant poate fi calculată cu relaŃiile

recomandate de Mintz şi anume: - pierderea de sarcină iniŃială

h0 = s0 ⋅ L ⋅ vf (m.c.a.) în care:

s0 = 0,188 – rezistenŃa specifică; L – vâscozitatea dinamică (102,2 × 10-6 kg⋅s/m2 la t = 200C); vf – coeficient de formă al granulelor. - pierderea de sarcină după un interval de funcŃionare t:

ht = h0 +s0 ⋅ k ⋅ vf2 . t

k – coeficient care se determină experimental funcŃie de turbiditatea apei.

Dacă în relaŃia de mai sus se înlocuieşte h0 cu expresia dată anterior se deduce durata ciclului de funcŃionare al filtrului:

tc = 2

0

0

f

fs

vsk

Lvsh

−−

34

hs – pierderea de sarcină maximă admisă (m), care nu trebuie să depăşească 6

m.c.a.

Se observă că durata ciclului de funcŃionare între 2 spălări succesive ale filtrului creşte proporŃional cu dimensiunea granulelor filtrelor şi scade cu creşterea vitezei şi mărirea concentraŃiei apei la intrare.

Caracterizarea stratului filtrant în procesul de filtrare se face funcŃie de valoarea indicelui de penetrabilitate, calculat cu relaŃia lui Hudson:

B = vf ⋅ d3 ⋅ h/L

în care:

B – indicele de penetrabilitate; vf – viteza de filtrare (m/oră); d – diametrul echivalent al particulelor stratului filtrant, calculat cu relaŃia:

i

i

ec d

a

d

l =

ai – cantitatea de material filtrant în % din greutatea pentru fracŃiunea cuprinsă

între 2 diametre ale curbei granulometrice; di – media aritmetică a acestor diametre; L – grosimea stratului filtrant (m); h – pierderea de sarcină în stratul filtrant (m).

ConstrucŃia filtrelor şi amplasarea lor. Stratul filtrant poate fi conceput în

mai multe variante: � strat filtrant unic şi eterogen. În urma operaŃiilor de spălare particulele de

nisip mai fin de la suprafaŃă se amestecă cu cele mai mari din partea inferioară şi se transformă într-un material care se colmatează repede în primii cm de la suprafaŃă.

� strat filtrant unic omogen. Este tipul cel mai frecvent datorită eficacităŃii lui. Materialul are aceiaşi granulometrie pe toată înălŃimea stratului filtrant.

� staturi filtrante suprapuse, cu granulometrie descrescătoare de sus în jos. Are avantajul colmatării mai lente deoarece impurităŃile pătrund mai în profunzime, în comparaŃie cu situaŃia când stratul filtrant este omogen. Normal se utilizează două straturi: unul superior fiind dintr-un material mai uşor (antarcit, granule de material plastic, etc.) cu diametrul efectiv de 2÷3 ori mai mare decât al stratului inferior.

Spălarea acestor filtre se face prin inversarea sensului de curgere al fluidului, folosind debite care sunt în funcŃie de diametrul efectiv al nisipului (tabel 4.9).

35

Tabel 4.9. Debitul necesar pentru spălarea filtrelor cu nisip. Diametrul efectiv (mm) 0,35 0,55 0,75 0,95

Debitul (m3/h) pe m2 de suprafaŃa de filtrare 25÷35 40÷50 55÷70 70÷90

Amplasarea filtrelor se poate face în linie (serie) sau în derivaŃie (fig.4.7). În

fiecare caz sunt prevăzute conexiuni între racordul de intrare şi cel de ieşire, ca şi robineŃi care permit, prin manevrare adecvată, să se inverseze sensul de curgere şi sa se execute spălarea impurităŃilor.

4.1.1.4. Filtre cu sită.

Constau dintr-un rezervor metalic sau din material plastic în care este aşezat

elementul filtrant din sită pe suport din tablă sau plastic perforat. Sita poate fi din nylon sau oŃel inoxidabil.

Sitele trebuie să aibă ochiuri cu dimensiuni egale cu 1/10 din dimensiunea minimă a canalului de trecerea apei prin tipul de picurător al amenajării şi 1/5 în

În linie Filtare: - robineŃi 1 şi 2 deschişi iar 3 şi 4 închişi. Spălare: - robineŃi 3 şi 4 deschişi iar 1 şi 2 închişi

În paralel Filtare: - robineŃi 1şi2 deschişi iar 3 şi 4 închişi. Spălare: - robineŃi 3 şi 4 deschişi iar 1 şi 2 închişi

Baterie de două filtre Filtrare: - robineŃi 1, 2 şi 3 deschişi; - robineŃi 4 şi 5 închişi. Spălare Primul filtru: - robineŃii 2 şi 4 deschişi: - robineŃii 1,3 şi 5 închişi. Al doilea filtru: - robineŃii 1şi 5 deschişi; - robineŃii 1 şi 2 închişi

Baterie cu trei sau mai multe filtre Filtrare: - robineŃii 1şi 2 deschişi; - robineŃii 3,2 şi 4 închişi. Spălare: - robineŃii 3şi 4 deschişi; - robineŃii 1şi 2 închişi.

Fig. 4.7. Montarea filtrelor

36

cazul microaspersoarelor. Mărimea orificiilor sitei, impune calitatea filtrării şi se exprimă în mm, microni sau mesh.

Aria efectivă a unei site (Ae) se calculează înmulŃind aria totală cu procentul de goluri. La sitele metalice, acest procent este practic constant, între 50 şi 200 mesh, având valoarea de 58% din dimensiunea lineară şi 34% din suprafaŃă. La sitele de nylon, suprafaŃa netă reprezintă tot 34% din suprafaŃa totală, dacă au dimensiuni de 120 mesh, pe când la cele de 155 mesh, suprafaŃa utilă scade la 26%.

Pentru irigaŃia localizată se utilizează mai frecvent site între 50÷200 mesh. Elementul filtrant are un suport de formă cilindrică, peste care este aşezată

sita. Considerând procentul de goluri ale suportului (p), aria efectivă netă a filtrului va fi:

Anf = Ae ⋅ p = 0,34 ⋅ A ⋅ p În general, între sită şi suport se aşează o sită complimentară de material

plastic, un element care măreşte distanŃa între sită şi suport, astfel că aria de filtrare se măreşte.

Debitul care este tratat de un filtru depinde de calitatea apei, aria netă a cilindrului filtrant şi de pierderile de sarcină admisibile. Viteza de trecere a apei prin orificiile sitei (viteza de filtrare) se recomandă să fie între 0,4÷0,9 m/s (pentru ape din surse de suprafaŃă mai încărcate cu alge, să nu se depăşească 0,6 m/s). Aceiaşi recomandare se face pentru site mai fine (120÷200 mesh) pentru evitarea colmatării rapide a filtrului. Se poate ajunge la 0,9 m/s în cazul apei mai limpede.

Pierderile de sarcină. Creşterea în timp – în urma colmatării – a pierderilor de sarcină pentru o calitate determinată de apă este o exponenŃială ce poate fi exprimată prin ecuaŃia (Anver Adin , 1978):

H = H0 ⋅ eIV H – pierderea de sarcină după trecerea prin filtru a unui volum V de material; H0 – pierderea de sarcină iniŃială. I – indice de filtrare, depinzând de caracteristicile filtrului (geometria, tipul de

sită şi de suport). La filtrele cu sită, pierderile cresc mai repede decât la cele cu nisip şi de aceea

trebuie spălate mai des. Ca mărime, pierderile de sarcină sunt de 1÷3 m, în funcŃie de debit şi timpul de

sită. Pierderea maximă admisă la un filtru cu sită, după Institutul de standartizare di Israel, este din condiŃii de limpezire de 2 m.c.a. la debitul nominal. Pierderea maximă admisă în de spălare a filtrului este de 4,5÷7 m.c.a.

Pierderile de sarcină pot fi determinate în proiectare şi cu relaŃia:

H = .)a.c.m(g)k1(a2

mv2

−⋅

37

v – viteza de filtrare (m/s); a – coeficientul suprafeŃei urile sau nete a elementului filtrant (0,34÷0,5); k – indice hidraulic de colmatare a sitei (pentru apă curată k=1); densitatea apei

(1 000 kg/m3). Producătorul filtrului trebuie să stabilească caracteristicile acestuia şi anume: - debitul nominal; - diametrele secŃiunii de intrare şi ieşire; - diametrul carcasei filtrului; - numărul, diametrul şi lungimea cilindrului sitei şi deci suprafaŃa filtrantă; - tipul de sită şi materialul din care este confecŃionată. Amplasarea filtrelor cu sită. La instalare este necesar să avem în vedere ca

apa să traverseze sita în sensul sită-suport. Se amplasează în paralel, dacă este nevoie de mai multe unităŃi pentru ca să

asigurăm capacitatea de filtrare dorită. Dacă distribuŃia îngrăşămintelor se face cu instalaŃii situate în interiorul

amenajării, se va instala câte un filtru cu sită imediat în aval de fiecare punct de injecŃie a îngrăşămintelor. De multe ori, la intrarea în subunităŃile de udare şi chiar în conducte terŃiare (portrampe) se asamblează mici filtre cu sită, ca măsură suplimentară pentru prevenirea înfundării picurătoarelor. Ele se curăŃă uşor prin scoaterea elementului filtrant şi scuturarea sau perierea lui.

4.1.1.5. Alte tipuri de filtre.

Filtrele cu discuri au ca element filtrant o serie de inele cu goluri între ele,

aşezate pe un suport central cilindric perforat. DistanŃa între inele este echivalentă cu a unei site de 200 mesh, sunt mai compacte şi mai rezistente la presiuni peste 10 bari în reŃea.

Spălarea se face manual prin scoaterea carcasei, separarea inelelor şi curăŃarea cu jet de apă, sau automat, prin inversarea sensului de curgere a apei.

Fig. 4.8. Filtru cu discuri

38

BIBLIOGRAFIE

1. Bartha I., “Hidraulica”, Editura UniversităŃii Tehnice Iaşi, 1995. 2. Berar U., “Metode matematice pentru rezolvarea problemelor de irigaŃie”,

Ed. Ceres, 1980. 3. Berger B., “Hidraulic side of electrically controlled automatic Systems”,

En II Int. Coinference on Irrigation, Tel Aviv, Israel, 1981. 4. Blidaru V., “IrigaŃii şi desecări”, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,

1969. 5. Blidaru V., “Sisteme de irigaŃii şi drenaje”, Ed. Didactică şi Pedagogică,

Bucureşti, 1976. 6. Blidaru V., Bartha I., Leibu H., “Irigarea bivalentă din reŃelele de conducte

prin decalarea diurnă a metodelor de udare”, Hidrotehnica, nr. 10, 1985. 7. Blidaru V., Dobre V., “RaŃionalizări în irigaŃii şi drenaje în cadrul

amenajărilor hidrotehnice complexe”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1990. 8. Blidaru V., Pricop Gh., Wehry A., “IrigaŃii şi drenaje”, Ed. Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1972 9. Cazacu E., Dobre V., “IrigaŃii” Ed. Ceres, Bucureşti, 1989. 10. Cazacu E., Nicolaescu I., “SoluŃii pentru reducerea consumului de apă şi

energie în amenajările de irigaŃie”, Hidrotehnică, nr.8, 1989. 11. Chiselev P.G., “Îndreptar pentru calcule hidraulice”, Ed. Tehnică,

Bucureşti, 1988. 12. Cismaru C., ş.a., “Metodă de prognoză a udărilor şi optimizarea

distribuŃiei apei de irigaŃie”. Al II-lea Simpozion Francofon al apei, vol. II, Iaşi, 1993. 14. Cismaru C. “Metode avansate de irigaŃii” Curs masterat, 1999. 15. Dobre V., Mihăiescu O., “Irigarea prin brazde în sistemele existente cu

conducte îngropate” Rev. Hidrotehnica, nr.1, Bucureşti, 1986. 16. Drăgănesu O., Ariciu V., “Tehnici şi tehnologii de irigare prin picurare”,

Centrul de Propagandă Tehnică ICITID Băneasa, Giurgiu, 1986. 17. Dumitrescu D., “Manualul inginerului hidrotehnician”, vol.I, Ed. Tehnică,

Bucureşti, 1969. 18. Dumitrescu D., “Manualul inginerului hidrotehnician”, vol.II, Ed. Tehnică,

Bucureşti, 1970. 19. Grumeza N., Dăscălescu N., “Planificarea udărilor şi măsurarea apei în

sistemele de irigaŃii”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1976. 20. Grumeza N., Dăscălescu O., “IrigaŃii prin picurare”, Ed. Ceres, Bucureşti,

1983. 21. Grumeza N., Klepş C., “Metode pentru creşterea randamentului de

utilizare a apei în sistemele de irigaŃii”, Ed. Ceres, 1985. 22. Gavrilita A.O. “Maşini cu consum redus de energie şi apă pentru irigarea

culturilor pomicole, MDS – 30/275”, Chişinău, 1993. 23. Gavrilita A.O. “Recomandări şi îndrumări privind combaterea secetei”,

Chişinău, 1995.

39

24. Hâncu S., şi colab., “Hidraulica sistemelor de irigaŃii cu funcŃionarea automată”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1985.

25. Keller J., Karmeli D., “Trickle irrigation design for optimal soil wetting”. En 2nd Intern. Drip Irrigation Congress Proceedings, California, USA, 1984.

26. Ionescu-Siseşti V., ş. c., “Irigarea culturilor”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1982. 27. Leibu H., Hogea V., Bartha I., “Cu privire la calculul diametrelor

conductelor din reŃele de irigaŃie”, Hidrotehnica, nr.1, Bucureşti, 1987. 28. Luca M., NiŃescu E., “Studii şi cercetări pentru realizarea unui echipament

de microirigaŃie pentru sere şi solarii.” Lucr. Sesiunea Jubiliară a FacultăŃii de Hidrotehnică, vol.II, Iaşi, 1988.

29. Man T., Klepş C., Barod Gh., “Probleme privind exploatarea optimă a unui plot de irigaŃii prin aspersiune”, Hidrotehnică, nr.2, 1990.

30. Nicolaescu I., “Metode şi tehnici de udare cu pierderi reduse de apă. Surse suplimentare şi posibilităŃi de economisire a apei în sistemele de irigaŃie.” Ed. MAIA-DGEIFCA, Bucureşti, 1980.

31. Nicolau C., Marinovici D., Măgdălina I., “Hidrometria în exploatarea sistemelor de irigaŃii.” Ed. Ceres, Bucureşti, 1983.

32. NiŃescu E., Leu D., Popescu Şt., Pricop A., Toma S., Vrabie C., “Tehnologii şi echipamente noi pentru lucrările de îmbunătăŃiri funciare”. Lucr. Sesiunea Jubiliară a FacultăŃii de Hidrotehnică, vol.II, Iaşi, 1988.

33. Pârvulescu C., “Economisirea şi valorificarea intensivă a apelor”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1978.

34. Peri G., “Automated computerized irigation”. Handbook of Irrigation Technology, 77-89, vol.II, CRC Press. Inc. Florida, 1983.

35. PrepeliŃă D., “ContribuŃii la studiul automatizării hidraulice a unui sistem zonal complex de irigaŃii cu adaptare pentru sistemul gravitaŃional Iaşi (Teză de doctorat)”, 1988.

36. Popescu Şt., “AplicaŃii informatice în hidraulica sistemelor hidrotehnice”, Ed. Cermi, Iaşi, 1999.

37. Stăncesu L., şi colab., “Îndrumător tehnic pentru lucrările de îmbunătăŃiri funciare”, Ed. Ceres, Bucureşti, 1984.

38. Vermeiren I., “Localized Irrigation. Design, installation, operation, evaluation”. FAO Irrigation and Drainage, Roma, Italia, 1980.

39. * * * “Guide Pratique Irrigation”. Grupe France Agricole, 1990. 40. * * * “La maitrise de l’urrigation sous pression. Aspersion et goutte-a-

goutte”, Encyclopedie Agricole Pratique, 1990. 41. * * * InternaŃional institute for land reclamation and improvement , “The

auger hole method a field measurement of the hydraulic conductivity of soil below the watertable”, Wageningen - the Netherlands – 1970.