završni rad gubici u niskotlaČnom sustavu za · kod čestica fluida viskozna sila djeluje na...

1

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

GRAĐEVINSKI FAKULTET

Završni rad

GUBICI U NISKOTLAČNOM SUSTAVU ZA

NAVODNJAVANJE

Mentor: doc. dr. sc. Duška Kunštek Izradio: Luka Antolović

Zagreb 2015.

2

Sadržaj

1. Fizikalna svojstva i dinamika realne tekudine ...................................................................................... 3

1.1. Trenje u tekudinama ..................................................................................................................... 3

1.2. Bernoulli-jeva jednadžba za realne tekudine................................................................................ 4

1.3. Određivanje gubitaka tlačnih sustava .......................................................................................... 6

1.4. Tečenje kroz cjevovode ................................................................................................................ 7

1.5. Opis lokalnih gubitaka ................................................................................................................ 10

2. Tehnike tlačnih sustava za navodnjavanje ........................................................................................ 14

2.1. Tlačni sustavi za navodnjavanje ................................................................................................. 14

2.2. Shema i dijelovi mreže................................................................................................................ 14

2.3. Klasifikacija sustava .................................................................................................................... 17

2.3.1. Klasifikacija sustava prema tlaku ......................................................................................... 17

2.3.2. Klasifikacija sustava prema metodi isporuke vode ............................................................. 18

2.3.3. Klasifikacija sustava prema vrsti instalacija ......................................................................... 18

2.4. Cijevne (tlačne) tehnike navodnjavanja u usporedbi s tradicionalnim metodama navodnjavanja

........................................................................................................................................................... 19

3. Vrste i karakteristike niskotlačnih sustava za navodnjavanje ........................................................... 21

3.1. Navodnjavanje kišenjem ............................................................................................................ 21

3.1.1. Samohodni automatizirani uređaji za linijsko navodnjavanje ............................................. 22

3.1.2. Navodnjavanje mikroprskalicama ....................................................................................... 25

3.1.3. Navodnjavanje miniprskalicama ......................................................................................... 26

3.2. Lokalizirano navodnjavanje ........................................................................................................ 29

3.2.1. Lokalizirano navodnjavanje „fontanama“ ........................................................................... 29

3.2.2. Navodnjavanje kapanjem .................................................................................................... 31

4. Zaključak ............................................................................................................................................ 33

5. Reference .............................................................................................. Error! Bookmark not defined.

3

1. Fizikalna svojstva i dinamika realne tekućine

1.1. Trenje u tekućinama

Iskustvo i eksperimentalna djelatnost pokazali su da se u nekim slučajevima tečenja

utjecaj trenja moţe zanemariti i ispustiti iz jednadţbi koje opisuju ponašanje toka tekućine. U

tim slučajevima govori se o tečenju idealne odnosno bezviskozne tekućine. Isto tako iz

iskustva dobivenog na temelju eksperimenata poznato je da, primjerice u slučaju

opstrujavanja tekućine oko nekog tijela ili kretanja tijela kroz tekućinu, postoji sila tekućine

na tijelo i obratno. Ta sila je posljedica viskoznosti odnosno unutarnjeg trenja kao temeljnog

svojstva realne tekućine. Isto tako, pri bilo kojem vidu tečenja, uslijed meĎusobnog djelovanja

susjednih djelića tekućine pojavljuje se i njihova deformacija, a što takoĎer ukazuje na

prisustvo naprezanja uzrokovanih trenjem. [4]

Obzirom da trenje pokazuje različite vidove pojavnosti, realne tekućine se dijele na

Newton-ove tekućine i anomalno viskozne tekućine (ne Newton-ove tekućine). Primjer

Newton-ovih tekućina su voda, vodena para, zrak, alkohol, ulje i dr. Tekućine koje imaju

linearnu ovisnost izmeĎu posmičnih naprezanja i brzine deformacije nazivaju se Newton-ove

tekućine. Za Newton-ove tekućine vrijedi:

gdje su: μ dinamički koeficijent viskoznosti [ ], posmična naprezanja, a

promjena

brzine po normali. Ukoliko se dinamički koeficijent viskoznosti podijeli s gustoćom, dobiva

se novi koeficijent viskoznosti, a naziva se kinematski koeficijent viskoznosti υ sa pripadnom

jedinicom [ ]:

gdje su: υ – kinematski koeficijent viskoznosti (m/s2); μ dinamički koeficijent viskoznosti

[ ]; ρ – gustoća tekućine (kg/m3). [4]

4

Znanost koja proučava promjenu oblika (deformacija) elastičnih, plastičnih i tekućih tijela

zbog promjene naprezanja u tom tijelu zove se reologija. Na temelju istraţivanja načinjen je

opći dijagram veze izmeĎu tangencijalnog naprezanja i brzine deformacije čestica materije.

Reološki dijagram tekućina dan je na slici 1.1. u kojoj su prikazane ovisnosti izmeĎu

tangencijalnih naprezanja i promjene brzine po normali za Newtonove tekućine,

pesudoplastične tekućine, dilatacijske tekućine. [4]

Slika 1.1. Ovisnosti između tangencijalnih naprezanja i promjene brzine po normali za

Newtonove tekućine, pesudoplastične tekućine, dilatacijske tekućine. [3]

Proučavanje svojstva viskoznosti odnosno trenja u tekućinama je vrlo vaţno, jer u tehničkom

smislu trenje predstavlja vrlo vaţan segment u analizi tečenja tekućina, budući da je ono i

uzročnik nastalih gubitaka mehaničke energije.

1.2. Bernoulli-jeva jednadžba za realne tekućine

Kao što je rečeno u uvodu potrebno je razlikovati idealne od realnih tekućine. Idealne

tekućine ne opisuju dobro realne situacije. Sve realne tekućine imaju neku viskoznost i nju

moramo uzeti u obzir.

5

Prema Newton-ovom pokusu slijedi da je viskozna sila jednaka umnoškom tangencijalnog

naprezanja i tangencijalne površine:

Fvis =

gdje su: Fvis viskozna sila (N); posmično naprezanje (N/mm2); A tangencijalna površina

(mm2). [1]

Kod čestica fluida viskozna sila djeluje na njezino bočno oplošje i zbog toga Bernoulli-jevoj

jednadţbi moramo dodati član koji opisuje energiju potrošenu viskoznim trenjem. Da bi se

gubitak energije zbog ove viskozne sile pretvorio u gubitak energetske visine, mora se rad

koji ta sila učini na putu ds podijeliti s teţinom čestice ρgdV:

Viskozno trenje kao i svako drugo trenje troši mehaničku energiju pretvarajući je u toplinu, a

posljedica toga je da ukupna energija realne tekućine nije sačuvana, već se gubi u smjeru

tečenja. [1]

Bernoullijeva jednadţba realne tekućine ima oblik:

1 =

gdje su:

- kinetičku energiju tekućine (brzinska visina); v

2 – brzina protoka (m/s)

- je doprinos tlaka potencijalnoj energiji tekućine (tlačna visina); p – tlak

(N/m2); ρ – gustoća tekućine u (kg/m

3)

z (m) - je dio potencijalne energije tekućine zbog njenog poloţaja (geodetska

visina). Pijezometarska visina jendaka je zbroju tlačne visine i geodetske

visine

(m) – visina gubitaka energije, opisuje gubitak energije viskozne

tekućine izmeĎu točaka 1 i 2. [2]

6

Za uvrštavanje u B.J. jednadţbu uzimamo vrijednosti sa centralne strujnice strujne cijevi za

koju B.J. rješavamo. Ravninu z=0 provlačimo kroz najniţu točku sistema. B.J. rješavamo za

dvije točke (1 i 2) na strujnici.

Slika 1.2. Visina gubitaka h1,2 opisuje gubitak energije viskozne tekućine između točaka 1 i 2.

[2]

1.3. OdreĎivanje gubitaka tlačnih sustava

1. Uz konstantni protok (stacionarno strujanje) na mjestima 1 i 2 izmjerimo pijezometarsku

visinu hp:

hp = (z +

)

gdje su: hp – piezometarska visina (m); z – geodetska visina (m); p – vrijednost tlaka (N/m2);

ρ – gustoća tekućine (kg/m3). [2]

2. Pomoću jednadţbe kontinuiteta naĎemo brzine

A1v1 = A2v2 = Q

gdje su: A1,2 – površine protočnog presjeka (m2); v1,2 – brzina protoka (m/s); Q – protok

(m3/s). [2]

7

3. Pomoću Bernoulli-jeve jednadţbe naĎemo gubitak:

h1,2 = (

1) – (

2)

gdje su: h1,2 - visina gubitaka energije (m); v1,22 – brzine protoka (m/s); p1,2 – vrijednost tlaka

(N/m2); z1,2 – geodetska visina (m). [2]

Odnosno, uz upotrebu piezometarske visine: hp1 i hp2

h1,2 = (

) – (

)

Ako se tečenje odvija kroz cijev konstantnog presjeka, brzina je svugdje ista pa imamo još

jednostavniju formulu:

h1,2 = -

gdje su: h1,2 - visina gubitaka energije (m); hp1,2 – piezometarske visine (m). [2]

Gubitak energije po jedinici duţine toka naziva se energetski gradijent ili energetski pad:

Ie =

gdje su: Ie – energetski pad (m); h1,2 - visina gubitaka energije (m); l – duljina toka (m). [2]

Pad piezometarske linije po jedinici duţine toka naziva se piezometarski gradijent (pad) ili

hidraulički gradijent:

Ip =

gdje su: : Ip – energetski pad (m); h1,2 - visina gubitaka energije (m); l – duljina toka (m). [2]

1.4. Tečenje kroz cjevovode

Ako promatramo tečenje nestlačivog fluida u cjevovodu sa stacionarnim tokom,

Bernoulli-jeva jednadţba ima oblik:

1 =

8

gdje su: h1,2 - visina gubitaka energije (m); v1,22 – brzine protoka (m/s); p1,2 – vrijednost tlaka

(N/m2); z1,2 – geodetska visina (m). [2]

U cijevi s konstantnim poprečnim presjekom slijedi da je v1 = v2, a gubici su opisani izrazom:

( )

gdje su: h1,2 - visina gubitaka energije (m); p1,2 – vrijednost tlaka (N/m2); z1,2 – geodetska

visina (m). [2]

Ako cijev nije okrugla, umjesto promjera cijevi koristi se tzv. hidraulički polumjer koji se

definira kao omjer površine presjeka i opsega cijevi:

gdje su: Rh – hidraulički polumjer (m); A – površina presjeka (m2); O – opseg cijevi (m). [2]

Slika 1.3. Odabir čestice fluida za analizu viskoznih gubitaka u cijevi i sile koje na tu česticu

djeluju [2]

Za česticu fluida odaberemo volumen omeĎen poprečnim presjecima cijevi razmaknutima za

razmak dl. Ravnoteţa sila je:

( )

9

ili

gdje su: dp-promjena (pad) tlaka (m); τ – posmično naprezanje (N/m2); Rh – hidraulički

polumjer (m). [2]

U prethodnoj jednadţbi nepoznato je posmično naprezanje na stijenki cijevi, pa ćemo se

posluţiti dimenzionalnom analizom. Pretpostavimo da je:

( )

gdje su: υ – kinematski koeficijent viskoznosti (m/s2) ; ρ – gustoća tekućine (kg/m

3); v –

brzina protoka (m/s); Rh – hidraulički polumjer (m).

Rješavanjem dimenzionalne jednadţbe dobijamo:

gdje su: τ – posmično naprezanje (N/mm2); k – Stricker-ov koeficijent hrapavosti (s

-1 m

1/3); Re

– Reynolds-ov broj (1). [2]

Izraz uvrstimo u jednadţbu za pad tlaka kojoj se promijeni predznak, pa slijedi:

gdje su: dp – promjena (pad) tlaka (m); τ – posmična naprezanja (N/mm2); Rh – hidraulički

radijus (m); Re – Reynolds-ov broj (1); k – Stricker-ov koeficijent hrapavosti (s-1

m1/3

). [2]

Integracijom po duljini cijevi dolazi se do izraza za ukupni pad tlaka na toj duljini:

gdje su: – ukupni pad tlaka na duljini l (m); λ – bezdimenzionalni koeficijent trenja u

ravnoj cijevi (1); Rh – hidraulički radijus (m). [2]

10

Ako se ograničimo na okrugle cijevi, 4Rh=d, slijedi:

ili izraţeno u energetskim visinama:

gdje su: h1,2 – ukupni gubici po duljini cijevi (m); λ – bezdimenzionalni koeficijent trenja u

ravnoj cijevi (1); v2 – brzina protoka (m/s); d – fizički promjer cijevi (m). [2]

Ovo je Darcy-Wiessbach-ova formula za gubitke u cijevima.

Po analogiji sa Darcy-Wiessbach formulom se i svi drugi gubici u cjevovodima prikazuju kao:

gdje je e ζ bezdimenzionalni koeficijent otpora (koeficijent gubitka energije) za odgovarajući

dio cjevovoda. [2]

1.5. Opis lokalnih gubitaka

Lokalni gubici su svi gubici koji nastaju na razmjerno maloj udaljenosti zbog

promjena presjeka ili smjera toka u cijevima. Njih izazivaju elementi cijevne armature,

primjerice koljena, ventili, suţenja i proširenja, itd. S obzirom na malu udaljenost na kojoj se

ti gubici dogaĎaju, za potrebe proračunavanja ukupnih gubitaka tretira ih se kao da nastaju

točno na mjestu gdje se dani element armature nalazi. Drugim riječima, u takvom računu

zanemaruje se duljina lokalnoga elementa. Analogno formuli za gubitke u cijevima, lokalne

gubitke opisuje se produktom koeficijenta lokalnoga otpora ζ i kvadrata brzine: [1] [2]

11

gdje su: Δh1 – lokalni gubitak (m); ζ – koeficijent lokalnog gubitka (1); v – brzina protoka iza

mjesta na kojem nastaje lokalni gubitak (m/s). [1] [2]

Koeficijente lokalnih gubitaka teorijski je uglavnom vrlo teško odrediti, pa se koriste

eksperimentalno izmjereni koeficijenti koji su obično tabelirani u različitim tehničkim

priručnicima, a često puta ih navode i proizvodaĎi elemenata armature za svoje elemente. [1]

Naglo proširenje

Slika 1.4. Naglo proširenje presjeka cijevi izaziva jako vrtloženje na mjestu proširenja [2]

Kod naglog proširenja hidraulički gubici, računaju se prema Bourda – Carntonovoj formuli:

gdje su: Δh1 – lokalni gubitak (m); Δv = (v1 – v2) – promjena brzine zbog prolaska kroz

proširenje (m/s). [2]

Koeficijenti lokalnog gubitka sa definiranim površinama A1,2 (m2), mogu se izračunati:

( )

( )

12

Dijafragma (prigušnica)

Slika 1.5. Dijafragma (prigušnica) s eksperimentalnim vrijednostima koeficijenta lokalnog

gubitka ζ [2]

Naglo suženje

Slika 1.6. Naglo suženje i prikaz vrijednosti koeficijenta lokalnog gubtka ζ [2]

13

Postepeni prijelaz (difuzor)

Difuzora ima najrazličitijih kuteva i duţina. Koriste se za smanjenje gubitaka na mjestima

promjene presjeka cijevi.

Slika 1.18. Difuzor i prikaz vrijdnosti za koef. lokalnih gubitaka ζ [2]

Ako je kut difuzora veći od ca 30°, gubici su vrlo veliki zbog odvajnja toka od stijenke! Kod

malog kuta su gubici zbog duţine difuzora veliki!

Ukupni otpor cjevovoda jednak je zbroju svih otpora njegovih dijelova, a suma se razdvaja na

sumu gubitaka u cijevima i sumu svih lokalnih gubitaka. [1] [2]

∑

∑

Slika 1.20. Otpori pojedinih dijelova cjevovoda [2]

14

2. Tehnike tlačnih sustava za navodnjavanje

2.1. Tlačni sustavi za navodnjavanje

Tlačni sustav za navodnjavanje je mreţna instalacija koja se sastoji od cijevi, spojnica

i ostalih ureĎaja projektiranih i instaliranih za opskrbu vodom pod pritiskom od izvora do

područja navodnjavanja. [5]

Osnovne razlike izmeĎu tradicionalnog površinskog navodnjavanja i tlačnih (cijevnih) tehnika

za navodnjavanje su:

Reţim protoka vode: S tradicionalnim površinskim metodama protok bi trebao biti

velik, dok sa tlačnim sustavima za navodnjavanje moţemo koristiti vrlo male protoke,

čak 1 m3 / h.

Reţim toka vode: S tradicionalnim površinskim metodama, voda za navodnjavanje se

prenosi od izvorišta i distribuira poljem pomoću gravitacije, putem otvorenih kanala i

jaraka slijedeći konture područja. Cijevni sustav prenosi i distribuira vodu za

navodnjavanje tlakom u zatvorenim cijevima slijedeći najpovoljniju (najkraću) rutu,

bez obzira na nagib i topografiju područja.

Odnos područja navodnjavanja i količine vode za navodnjavanje: Tradicionalnim

površinskim metodama navodnjava se u velikim količinama vode po jedinici površine,

dok cijevni sustavi za navodnjavanje distribuiraju vodu u malim količinama na vrlo

velikom području.

Potrebna vanjska energija (tlak): Tradicionalne površinske metode gravitacije ne

zahtijevaju vanjsku energiju za rad, dok cijevni sustavi za navodnjavanje zahtijevaju

odreĎeni pritisak, koji je osiguran iz crpne jedinice ili iz opskrbnog spremnika

smještenog na visokoj točki. [5]

2.2. Shema i dijelovi mreže

Cjevovodi koji prenose i distribuiraju vodu za navodnjavanje na pojedinačne čestice

obično su zakopani, i tako zaštićeni od poljoprivrednih operacija i opasnosti u prometu.

Hidranti, uzdignuti na površinu, nalaze se na raznim mjestima u skladu s planiranim

15

rasporedom. S površinskim metodama voda za navodnjavanje moţe biti isporučena izravno u

otvorene jarke, zemljane brazde ili bazene.

Kod mikro navodnjavanja i drugih cjelovitih sustava, npr. prskalica, hidranti su spojeni s

manjim cijevima razdjelnika smještenim zajedno na rubove parcela. Oni opskrbljuju lateralne

cjevovode za navodnjavanje koji su postavljeni uz redove biljaka okomito na razdjelnik.

Lateralne cijevi su opremljene vodenim opskrbljivačima na malim razmacima i distribuiraju

vodu ujednačeno za navodnjavanje biljaka, pod odreĎenim tlakom.

Postoje mnoge vrste sustava za navodnjavanje. MeĎutim, temeljito ispitivanje različitih

sustava, opreme i principa rada pokazuje da je primijenjen uvijek isti pristup od postupka

planiranja do njihove primjene te da svi sustavi imaju zajedničku većinu svojih mogućnosti i

komponenti. [5]

U svim cijevnim sustavima glavni sastavni dijelovi (Sl. 2.1.) su:

Kontrolna stanica (upravljačka jedinica);

Glavni i sporedni cjevovodi;

Hidranti;

Razdjelnici;

Laterali (cjevovodi za navodnjavanje) s opskrbljivačima. [5]

Slika 2.1. Shema postave mreže [5]

16

Glavna kontrolna jedinica: Sastoji se od dovodne cijevi (kruti PVC, ili vlaknasti pocinčani

čelik) postavljene horizontalno na minimalnoj visini od 60 cm iznad zemlje. Opremljena je s

ventilom za puštanje zraka, kontrolnim ventilom, dva priključka u ispustu crijeva za

povezivanje s ubrizgivačem gnojiva, zapornim ventilom izmeĎu dva ispusta, ubrizgivačem

gnojiva i filterom. Ukoliko je potreban šljunčani filter, instalira se na početku kompleksa.

Glavni cjevovod: To je najveći promjer cjevovoda u mreţi. U stanju je prenijeti protok

sustava pod povoljnim hidrauličkim uvjetima brzine protoka i trenja. Korištene cijevi su

uglavnom zakopani stalni postav tvrdog PVC-a, crnog polietilena visoke gustoće (HDPE),

ravno poloţenog crijeva, i brzo spajajućih pocinčanih laganih čeličnih cijevi u veličinama

raspona od 63 do 160 mm, ovisno o području farme.

Sporedne cijevi: Ovo su cjevovodi manjeg promjera koji se proteţu od glavne linije i na koje

se preusmjerava protok sustava za raspodjelu na razne parcele. Cijevi su iste vrste kao i

glavne.

Hidranti: Oni su postavljeni na razdjelne ili glavne cijevi i opremljeni 50-76 milimetarskim

zapornim ventilom. Oni isporučuju cijeli tok ili dio toka razdjelnicima.

Razdjelnici: To su cjevovodi manjeg promjera od sporednih cjevovoda, povezani su s

hidranatima i poloţeni, obično na površinu, uz rubove zemljišta gdje opskrbljuju lateralne

cijevi. Oni mogu biti od bilo koje vrste dostupnih cijevi (obično crnog polietilena visoke

gustoće HDPE) u veličinama od 50-76 mm.

Lateralni cjevovodi (linije za navodnjavanje): To su cjevovodi najmanjeg promjera u sustavu.

Mogu biti postavljeni okomito na razdjelnike ili sporedni cjevovod, poloţeni uz redove

biljaka i opremljeni s opskrbljivačima na čestim fiksnim razmacima.

Opskrbljivači: Opskrbljivač za navodnjavanje je ureĎaj bilo koje vrste, tipa i veličine koji je

postavljen na cijev. Radi pod pritiskom ispuštajući vodu u bilo kojem obliku: od puštanja

mlaza vode u zrak (prskalice), malog raspršavanja ili vodene maglice (mikroklime),

kontinuiranog kapanja, pomoću malog toka ili fontane itd.

Ove komponente zamjenjuju one u tradicionalnim površinskim sustavima, npr. glavna vrata,

glavne i sporedne kanale, vrata kanala terenske jarke i brazde ili bazene. [5]

17

Slika 2.2. Poboljšana metoda modernog navodnjavanja s cijevima [7]

2.3. Klasifikacija sustava

Tlačni (cijevni) sustavi za navodnjavanje su klasificirani prema pritisku potrebnom za

rad, metodi isporuke vode za biljke i tipu instalacije. [5]

2.3.1. Klasifikacija sustava prema tlaku

Tlak sustava je maksimalni tlak vode potreban za normalan rad sustava i obuhvaća:

A. Gubitke trenja u mreţi cjevovoda iz kontrolne stanice na distalnom kraju sustava;

B. Tlak potreban na opskrbljivaču;

C. Razliku u visini (plus ili minus).

18

Sustavi se mogu svrstati kao:

Sustavi niskog tlaka, gdje je potreban tlak: 2.0-3.5 bara;

Srednjeg tlaka, gdje je potreban tlak: 3.5-5.0 bara;

Visokog tlaka, gdje potreban tlak prelazi 5,0 bara. [5]

2.3.2. Klasifikacija sustava prema metodi isporuke vode

Metoda isporuke vode je način na koji se voda distribuira biljkama i prema tome sustavi

se mogu svrstati kao:

Prskalice. Voda se isporučuje u obliku kišnih kapi rasutih po cijelom području. Postoje

mnoge varijacije ove metode u odnosu na praţnjenje i promjer pokrivenosti, visinu

mlaza vode iznad tla, vrstu mehanizma prskalice, itd.

Površinsko navodnjavanje brazdama, prelijevanjem, potapanjem. Voda se isporučuje

na terenske parcele izravno iz glavnih ili sporednih cjevovoda i preko hidrantata se širi

po cijelom području.

Mikro navodnjavanje (lokalizirano navodnjavanje) koje se ostvaruje pomoću

kontinuiranog kapanja opskrbljivača, malog rasprišivanja ili vodene maglice

(mikroklime), malog toka ili fontana itd. Voda nije dostavljena biljkama

navodnjavanjem po cijeloj površini, već se dostavlja u malim količinama na

ograničene površine tla oko biljaka. [5]

Način isporuke vode i vrsta opskrbljivača su glavne karakteristike cijevnog sustava za

navodnjavanje. U mnogim slučajevima oni utječu i odreĎuju druge osobine (tlak i vrstu

instalacije) i performanse, kao što je kapacitet protoka sustava i trajanje primjene.

Kapacitet protoka sustava je protok vode (u kubičnim metrima na sat ili u litrama u sekundi)

dizajniran kako bi zadovoljio zahtjeve za navodnjavanje područja na vrhuncu potraţnje. On je

obrnuto proporcionalan trajanju primjene. Gdje je dizajniran, obično je na najmanjoj

dopuštenoj razini kako bi se uštedjelo na veličini cijevi i drugoj opremi. Trajanje primjene je

vrijeme potrebno za završetak jednog ciklusa navodnjavanja. [5]

19

2.3.3. Klasifikacija sustava prema vrsti instalacija

Sustavi se mogu svrstati kao:

Čvrste instalacije (fiksni sustavi), gdje su sve komponente poloţene ili instalirane na

fiksne ili sezonske pozicije.

Polu-trajne instalacije, gdje su glavni i sporedni cjevovodi stalni a laterali su

prijenosni, ručnim ili mehaničkim putem.

Prijenosne instalacije, gdje su svi dijelovi prenosivi. [5]

2.4. Cijevne (tlačne) tehnike navodnjavanja u usporedbi s tradicionalnim metodama

navodnjavanja

Učinkovitost navodnjavanja: U mreţama otvorenih distribucijskih kanala, gubici vode se

procjenjuju na do 40 posto u neobloţenim jarcima i do 25 posto u obloţenim kanalima. To su

gubici zbog procjeĎivanja, biljaka s dubokim korjenjem i propuštanja u vratima, preljevima

itd. U cijevnim sustavima nema takvih gubitaka. Tijekom primjene na biljke, gubici vode su u

rasponu od 10 posto u lokaliziranom mikro navodnjavanju do 30 posto kod konvencionalnih

prskalica i površinskih metoda. Kao rezultat toga, gubitak vode moţe se smanjiti i postići

učinkovitost navodnjavanja od 75-95 posto. U otvorenim kanalima, učinkovitost aplikacija za

navodnjavanje u rasponu od 45 posto do najviše 60 posto. [5]

Ekonomski povrat po jedinici vode. Cijevni sustavi omogućavaju manipulaciju vode za

navodnjavanje pod povoljnijim uvjetima nego otvoreni kanali. To moţe dovesti do povećanja

prinosa od 10-45 posto i poboljšanja kvalitete.

Rad i odrţavanje. Radni sati potrebni u cijevnim sustavima su u rasponu od jedne desetine do

jedne četvrtine onih koji su potrebni za otvorene kanale. Svaka osoba moţe lako upravljati

cijevnim sustavima, dok otvoreni kanali mogu zahtijevati kvalificiranu radnu snagu. U

otvorenim kanalima, provode se skupe operacije kako bi se spriječilo oštećenje uzrokovano

korijenjem; propuštanjem nasipa; širenjem korova; siltacijom i sedimentacijom; začepljenjem

ispusta i vrata; itd. U cijevnim sustavima, odrţavanje ili kontinuirani popravak konstrukcija

nije potreban. Osnovni dijelovi cijevnog sustava zahtijevaju minimalno odrţavanje tijekom

20

prvih sedam godina. Kompletan cijevni sustav zahtijeva godišnje odrţavanje koje iznosi oko 5

posto početne investicije. [5]

Cijena: Korištenje termoplastičnih cijevi i spojnih elemenata, izraĎenih od neomekšanog

polivinil klorida (kruti PVC), polietilena male gustoće (LDPE), polietilena visoke gustoće

(HDPE), i polipropilena (PP), koji su proizvedeni u gotovo svakoj zemlji u raznim veličinama

i klasama, smanjilo je troškove postrojenja za navodnjavanje na relativno nisku razinu u

vrijeme kada otvorene kanalske mreţe postaju sve skuplje.

Sloţenost sustava i mnoštvo skupe opreme je očigledno. Tehnologija cijevnog sustava za

navodnjavanje je jednostavna i fleksibilna, a investicija osigurava dobar povrat. Neke

mehaničke poteškoće su očekivane u ranim fazama. Nakon toga, poljoprivrednici postaju

upoznati sa značajkama i komponenatama sustava i postaju ga sposobni bolje iskoristiti.

Primjena cijevnih tehnika navodnjavanja stvara drastičnu promjenu u praksi upravljanja

navodnjavanjem na farmi. [5]

Slika 2.3. Moderne tehnike lokaliziranog navodnjavanja – kapanjem [5]

21

Slika 2.4. Moderne tehnike navodnjavanja prskalicama [5]

3. Vrste i karakteristike niskotlačnih sustava za navodnjavanje

3.1. Navodnjavanje kišenjem

Navodnjavanje kišenjem ili umjetno kišenje je takav način dodavanja vode nekoj kulturi

da se ona raspodjeljuje po površini terena u obliku kišnih kapljica, oponašanjem prirodne kiše.

Ovaj je način navodnjavanja vrlo povoljan za kulturnu biljku i njeno stanište jer se

navodnjavanje pribliţava prirodnim prilikama tj. oborinama. Danas se unutar navodnjavanja

kišenjem najviše radi na mehaniziranju i automatizaciji, uključujući kompjutersko praćenje i

kontrolu cijelog sustava. Postoji velik broj načina i sustava kišenja, ali svima su zajednički

sljedeći osnovni dijelovi:

Crpka (nije potrebna ukoliko je voda u izvorištu pod tlakom);

Usisni i glavni (dovodni) cjevovod (dovode vodu od izvorišta do mjesta korištenja);

Razvodne cijevi – lateralni i razdjelni cjevovod (razvode vodu po parceli);

Opskrbljivači – prskalice. [6] [7]

22

Prskalicama se omogućava tzv. navodnjavanje kišenjem gdje se voda ispuštena kroz prskalice

iz zraka, pada na zemlju u kruţnom uzorku oko prskalice.

Sve prskalice karakterizira:

Radni tlak (kPa);

Protok (m3/h);

Domet (m);

Glavni dijelovi su im glava i mlaznice;

Promjer mlaznice i tlak vode odreĎuje intenzitet kišenja. [6] [7]

S obzirom na pojedine radne karakteristike, prskalice se dijele: prema intenzitetu kišenja,

prema dometu mlaza i prema radnom tlaku. Većina poljoprivrednih prskalica ima sporo

rotirajući čekić-pogon ili okretni mehanizam. Jako je vaţno da se uskladi intenzitet kišenja

prskalica sa infiltracijskom sposobnosti tla, kako ne bi došlo do zamočvarenja. Prema načinu

izgradnje i korištenja elemenata te organizacije rada, sustavi za navodnjavanje kišenjem mogu

biti:

Nepokretni ili stabilni;

Polupokretni ili polustabilni;

Pokretni ili prijenosni;

Samopokretni ili samohodni. [5] [6] [7]

3.1.1. Samohodni automatizirani ureĎaji za linijsko navodnjavanje

Samohodni automatizirani ureĎaji za linijsko navodnjavanje su jedinice velikih radnih

zahvata, a pogodne su za navodnjavanje velikih proizvodnih površina. Sastoje se od kišnog

krila podignutoga na posebnim pokretnim tornjevima. Na krilu su postavljeni brojne prskalice

različitih intenziteta kišenja, koji s visine od 2 m do 3 m iznad zemlje navodnjavaju

poljoprivredne kulture. Širina zahvata ureĎaja je različita, a kreće se od 300 m do 500 m s

jedne, a isto toliko s druge strane ureĎaja. Ovi strojevi obavljaju navodnjavanje tijekom

kretanja koje moţe biti linijsko u smjeru naprijed-nazad. Pomoću njih se mogu navodnjavati

gotovo sve poljoprivredne kulture, niske ili visoke, ali preteţito na ravnim terenima. Linijski

strojevi za automatizirano navodnjavanje kreću se pravolinijski uzduţ table koju kiše, a kao

izvorište vode sluţi im otvoreni natapni kanal koji se na različite načine dopunjuje vodom.

Mogu zahvatiti tablu širine 2 x 500 m i duţine do 2.000 m, što znači da jedan ureĎaj

23

navodnjava površinu od oko 200 ha. UreĎaj se sastoji od više tornjeva koji su na

meĎusobnom razmaku izmeĎu 32 m do 56 m. Tornjevi (ili „kule“) se kontrolirano i zasebno

pokreću pomoću elektromotora, što je automatikom sinkronizirano sa svim ostalim susjednim

tornjevima, čime su isključeni lomovi i kvarovi. Na osnovnom se podvozju koje se kreće uz

otvoreni kanal nalazi pogonska, crpna i upravljačka jedinica. Radni pritisci su relativno mali

(do 2 bara), te se primjenom ovih ureĎaja postiţu velike energetske uštede na distribuciji

vode. Intenziteti kišenja su takoĎer mali (5 mm/h do 15 mm/h), te se njima mogu zadovoljiti

potrebe biljaka za vodom, a da se ne naruši vodo-zračni reţim zemljišta. Obroci i intenziteti

kišenja se odreĎuju na programatoru ureĎaja. [6] [7]

Slika 3.1. Navodnjavanje kišenjem sa samohodnim linijskim prskalicama [5]

24

Slika 3.2. Linijsko kretanje samohodnih prskalica za navodnjavanje [7]

PREDNOSTI

Visoka učinkovitost primjene navodnjavanja do 75 %.

Velike energetske uštede na distribuciji vode.

Tlo je manje izloţeno pogoršanju fizikalnih svojstava.

Prilagodljivost za sve vrste tla i mnoge vrste ratarskih kultura.

NEDOSTACI

Cijene ureĎaja i suvremene opreme su vrlo visoke.

Znatni pogonski troškovi.

Javljaju se gubici vode isparavanjem.

Neravnomjerna raspodjela vode pri jakom vjetru. [6]

25

Radni tlak opskrbljivača i gubici

bar

Radni tlak prskalice

Gubici trenja u crijevu prskalice

Gubici trenja u razdjelnim cjevovodima

Gubici trenja u glavnom cjevovodu

Manji lokalne i drugi gubici

Ukupni zahtijevani tlak sustava

2.50

0.33

0.47

0.15

0.25

3.70

Tablica 3.1. Primjer rada samohodnih prskalica [5]

3.1.2. Navodnjavanje mikroprskalicama

Mikro-prskalice su opskrbljivači niskog kapaciteta (do 2 bara). Po tipu su prskalice, ali

su manji od konvencionalnih prskalica i s protocima do 250 litara/h. Nalaze se na relativno

uskom pravokutnom ili trokutastom razmaku za maksimalna preklapanja pri navodnjavanju

gusto zasaĎenih ratarskih kultura. Ova metoda je pouzdana, vrlo učinkovita i jednostavna za

primjenu, upravljanje i rukovanje. Sustav je sezonski, niskog tlaka, čvrste instalacije koje se

moţe lako postaviti u polju i brzo ukloniti na kraju sezone. [5]

Slika 3.3. Mikroprskalice niskog kapaciteta za navodnjavanje gusto zasađenog bilja [5]

26

Slika 3.4. Navodnjavanje mikroprskalice [5]

PREDNOSTI


Mala potreba za upravljanjem i odrţavanjem.

Fleksibilnost i prilagodljivost: tehnologija je jednostavna i s njom se lako upravlja.

Siguran prijelaz s tradicionalne površinske metode na napredno mikro navodnjavanje

moţe biti uspješno postignut kroz instalaciju ove vrste sustava.

Visoka učinkovitost primjene navodnjavanja.

NEDOSTACI

Visoki početni troškovi nabave. [5]


bar


Gubici trenja u laterali


Gubici trenja u kontrolnoj jedinici

Manji lokalni gubici


2.00

0.20

0.35

0.50

0.20

3.25

Tablica 3.2. Primjer rada mikroprskalica [5]

27

3.1.3. Navodnjavanje miniprskalicama

Ova metoda podrazumijeva jedan opskrbljivač mini prskalice postavljen uz svako

stablo. Opskrbljivač raspršuje vodu u kruţnom uzorku ispod lišća u ograničenom području

oko stabla. Ovaj pristup kombinira načela i prednosti prskalice i lokaliziranog navodnjavanja

kapanjem. Navodnjavanje mini prskalicama je lokaliziran pristup mikro navodnjavanja koji

koristi sustav niskog tlaka u čvrstoj stalnoj ili sezonskoj instalaciji.

PREDNOSTI

Visoka učinkovitost primjene navodnjavanja do 75 %. Količina vode je precizno

kontrolirana i samo djelomično područje je namočeno. Nema gubitaka isparavanjem,

dubokog poniranja ili otjecanja.

Kontrola slanosti. Kretanje vode kroz profil tla je vertikalno prema dolje i

akumulirane soli u zoni korijena lako mogu doseći dublje slojeve.

Fleksibilnost i prilagodljivost. To je najfleksibilniji sustava za mikro-navodnjavanje i

poljoprivrednici ga lako usvajaju i prilagoĎavaju mu se. Tehnologija je jednostavna i

raspon opreme je relativno nizak.

Mala potreba za radnom snagom

NEDOSTACI

Visoki početni troškovi nabave. [5]

28

Slika 3.5. Postav miniprskalica [5]

Slika 3.6. Navodnjavanje miniprskalicama [5]


bar

29






Razlika u nadmorskoj visini


2,00

0,35

0,25

0,50

0,20

0,15

3.15

Tablica 3.3. Primjer rada miniprskalice [5]

3.2. Lokalizirano navodnjavanje

Lokalizirano navodnjavanje čini vrlo moderna i sofisticirana oprema kojom se voda

dovodi i raspodjeljuje do svake biljke „lokalno“, vrlo precizno i štedljivo, pomoću posebnih

hidrauličnih naprava. Sustavima lokaliziranog navodnjavanja se vlaţnost tla moţe odrţavati

prema zahtjevima uzgajanih kultura i u granicama optimalne vlaţnosti što pogoduje biljkama.

Prednosti u odnosu na ostale metode navodnjavanja:

Moţe se primijeniti na svim tlima, topografskim prilikama, na parcelama raznih

oblika i dimenzija te za sve kulture u poljskim uvjetima i zaštićenim prostorima.

Sustavi štede vodu i pogonsku energiju, te vrlo precizno doziraju vodu.

Vrlo su pouzdani i tehnički funkcionalni.

Uz mogućnost elektronske regulacije i kompjuterskog upravljanja ostvaruju visok i

kvalitetan prinos poljoprivrednih kultura. [7]

3.2.1. Lokalizirano navodnjavanje „fontanama“

Navodnjavanje „fontanama“ je lokalizirani sustav, niskog tlaka, čvrste trajne

instalacije koji se koristi u šumarcima. Svako stablo ima okrugao ili kvadratni bazen koji je

potopljen vodom tijekom navodnjavanja. Voda se infiltrira u tlo i namače zonu korijena. Voda

se emitira kroz opskrbljivač. [5]

30

PREDNOSTI

Visoka učinkovitost primjene navodnjavanje, do 75 posto, što rezultira značajnim

uštedama vode, s apsolutnom kontrolom navodnjavanja od izvora do bazena.

Sva mreţa cjevovoda je u zemlji, tako da nema terenskih problema.

Tehnologija je jednostavna i nije potrebna visoko sofisticirana oprema. Sustavom

mogu upravljati nekvalificirani poljoprivrednici i radnici. Nisu potrebni filteri ili

ubrizgivači gnojiva.

NEDOSTACI

Visoki početni troškovi nabave.

Mali protoci vode ne mogu se koristiti kao u ostalim sustavima mikro-navodnjavanja.

Na pješčanim tlima s visokim stopama infiltracije, teško je postići ravnomjernu

distribuciju vode preko bazena. [5]

Slika 3.7. Navodnjavanje voćaka „fontanama“ [7]

31


bar

Radni tlak opskrbljivača





Razlika u nadmorskoj visini


2,00

0,30

0,20

0,20

0,20

0,10

3.00

Tablica 3.4. Primjer rada kod navaodnjavanja „fontanama“ [5]

3.2.2. Navodnjavanje kapanjem

Ovaj sustav štedi vodu, te sa minimalnom količinom postiţe maksimalne učinke u

biljnoj proizvodnji. Voda se dovodi cijevima do svake biljke te se vlaţi vrlo mali dio

zemljišta, što smanjuje gubitke vode te se stoga naziva još „lokalizirano navodnjavanje”.

Vrijeme navodnjavanja moţe trajati i do 24 sata, što je uvrijeţilo i izraz „nonstop“ ili

„dnevno“ navodnjavanje. Radni pritisak pri navodnjavanju kapanjem se kreće u rasponu od

0,8 bara do 1,5 bara, a odrţava se pomoću regulatora pritiska.

Kod ovog načina navodnjavanja cjevovod pripada meĎu najveće investicijske troškove u

izgradnji sustava, s obzirom da je za potrebe 1 ha povrtnjaka potrebno od 5000 – 10000 m,

voćnjaka 2000 - 4000 m, a rasadnika 3000 - 6000 m cijevi. Navodnjavanje kapanjem

prikladno je samo za vrlo intenzivne, i dohodovne kulture koje mogu „platiti“ visoke troškove

izgradnje, korištenja i odrţavanja sustava. [6]

Voda se od crpne stanice do parcele doprema tlačnim cjevovodom, promjera od 20 mm do 50

mm, a iz njih se raspodjeljuje u razvodne ili lateralne cjevovode promjera od 15 mm do 20

mm. Sustav navodnjavanja kapanjem sastoji se od:

Pogonskog dijela s filtrom;

Cijevi;

Kapalica. [6]

32

Slika 3.8. Sustav navodnjavanja kapanjem [7]

PREDNOST:


Troše se male količine vode i energije;

Vlaţi se samo mala zona oko biljke i unutar redova, a meĎuredni prostor ostaje suh;

Postiţu se veći prinosi i bolja kvaliteta plodova uzgajanih kultura;

Automatski rad i kontrola ureĎaja pomoću elektronike;

Troškovi eksploatacije i odrţavanja sustava su relativno mali u odnosu na druge.

NEDOSTACI:

Visoka cijena izgradnje i opreme sustava;

Navodnjavaju se samo visokodohodovne kulture;

Često začepljenje kapaljki i potreba zamjene;

Troškovi sakupljanja i zbrinjavanja pojedinih elemenata (cijevi) po završetku

vegetacije;

Oteţano kretanje strojeva po proizvodnoj površini;

Laka i učestala mehanička oštećenja tijekom eksploatacije;

Kontinuiran nadzor radnika tijekom rada zbog mogućih navedenih oštećenja. [6]

33


bar

Radni tlak opskrbljivača (kapaljki)






1,00

0,10

0,43

0,90

0,22

2,65

Tablica 3.5. Primjer rada navodnjavanja kapanjem [5]

34

4. Zaključak

U tablici 4.1. dana je rekapitulacija gubitaka analiziranih vrsta niskotlačnih sustava za

navodnjavanje prema zahtijevanom tlaku rada sustava, koji je svojevrsno odreĎen i gubicima

koji se javljaju u procesu navodnjavanja. Vrijednosti u tablici 4.1. obojane zelenom bojom

predstavljaju najučinkovitiju metodu navodnjavanja prema kriteriju gubitaka tlaka, dok su

crvenom bojom obojane vrijednosti metode kod kojih su gubici tlaka najizraţeniji.

Gubici tlaka u niskotlačnim sustavima za navodnjavanje

Navodnjavanje kišenjam Lokalizirano navodnjavanje

Samohodni

ureĎaji za

linijsko

navodnjavanje

Navodnjavanje

mikro -

prskalicama

Navodnjavanje

mini -

prskalicama

Lokalizirano

navodnjavanje

„fontanama“

Navodnjavanj-

e kapanjem

Ukupni zahtijevani

tlak sustava [bar]

3,70

3,05

3,15

3,00

2,65

Radni tlak

opskrbljivača [bar]

2,50

2,00

2,00

2,00

1,00

Gubici trenja u

glavnom cjevovodu

[bar]

0,15

0,35

0,25

0,30

0,43

Gubici trenja u

laterali/razdjelnici

[bar]

0,47

0,20

0,35

0,20

0,10

Gubici trenja u

kontrolnoj jedinici

[bar]

0,33

0,50

0,50

0,20

0,90

Lokalni gubici [bar]

0,25

0,20

0,20

0,20

0,22

Gubici razlike

nadmorske visine

[bar]

0,15

0,10

Ukupni gubici tlaka

sustava [bar]

1,20

1,05

1,15

1,00

1,65

Tablica 4.1. Pregledna tablica gubitaka tlaka niskotlačnih sustava za navodnjavanje

35

U tablici 4.2. dana je rekapitulacija učinkovitsti primjene vode namijenjene za

navodnjavanje, u niskotlačnim sustavima navodnjavanja. Učinkovitost primjene predstavlja

odnos količine vode koja je uspješno pohranjena u odredišnoj zoni navodnjavanja i ukupnoj

vodi isporučenoj za navodnjavanje. Gubici od ukupne isporučene kličine vode nastaju zbog

evapotranspiracije, nedovoljne infiltracije tla, dubokog poniranja itd. Učinkovitost primjene

izraţava se u postocima.Vrijednosti u tablici 4.2. obojane zelenom bojom predstavljaju

najučinkovitiju metodu navodnjavanja prema kriteriju učinkovitosti primjene vode, dok su

crvenom bojom obojane vrijednosti metode kod kojih je učinkovitost primjene vode

najmanja.

Učinkovitost primjene vode niskotlačnih sustava za navodnjavanje

Navodnjavanje kišenjam Lokalizirano navodnjavanje

Samohodni

ureĎaji za linijsko

navodnjavanje

Navodnjavanje

mikro -

prskalicama

Navodnjavanje

mini -

prskalicama

Lokalizirano

navodnjavanje

„fontanama“

Lokalizirano

navodnjavanje

kapanjem

Učinkovitost

primjene vode

[%]

70 - 75

70 - 75

70 - 75

70 - 75

80 - 90

Tablica 4.2. Pregledna tablica učinkovitosti primjene vode niskotlačnih sustava za

navodnjavanje

Analizom pregledne tablice 4.1., pručavajući minimalne i maksimalne vrijdnosti gubitaka

tlaka u sutavu, zaključuje se da su gubici tlaka kod samohodnih ureĎaja za linijsko

navodnjavanje manji u odnosu na lokalizirano navodnjavanje kapanjem. Upotrebom

samohodnih ureĎaja za navodnjavanje metodom kišenja postiţu se velike energetske uštede

na distribuciji vode.

Analizom tablice 4.2., prema kriteriju učinkovitosti primjene vode u sustavu navodnjavanja,

zaključuje se da je lokalizirano navodnjavanje kapanjem, uvjerljivo najučinkovitija metoda.

Takvi sustavi vrlo precizno doziraju vodu, što im omogućuje primjena moderne i sofiticirane

opreme, te sa minimalnom količinom vode postiţe maksimalne učinke u biljnoj proizvodnji.

36

5. Reference

[1] Andreić, Ţ.: Temelji mehanike fluida; Rudarsko – geološki – naftni fakultet Sveučilišta u

Zagrebu; e – izdanje, Zagreb 2014.

[2] Andreić, Ţ.: Mehanika fluida dio 5,6,7; Rudarsko – geološki – naftni fakultet Sveučilišta u

Zagrebu; http://rgn.hr/~zandreic/.

[3] Andročec, V.: Mehanika tekućina; http://www.grad.unizg.hr/predmet/mehtek.

[4] Lončar, G.: Mehanika tekućina;

http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/Mehanika_tekucina.pdf.

[5] Phocaides, A.: Tehnical handbook on pressurized irrigation techniques; Rome 2000.

[6] Josipović, M.; Kovačević, V.; Rastija, D.; Tadić, L.; Šoštarić, J.; Plavšić, H.; Tadić, Z.;

Dugalić, K.: Priručnik o navodnjavanju; Poljoprivredni Institut Osijek; Osijek 2013.

[7] Bekić, D.: Vjeţbe iz hidrotehničkih melioracija 2; GraĎevinski fakultet Sveučilišta u

Zagrebu; http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/Vjezbe_2/Vjezbe_05.pdf

http://rgn.hr/~zandreic/

http://www.grad.unizg.hr/predmet/mehtek

http://www.grad.unizg.hr/_download/repository/Mehanika_tekucina.pdf

završni rad gubici u niskotlaČnom sustavu za · kod čestica fluida viskozna sila djeluje na...

Documents