جلسه هشتم

1. جلسه هشتم فصل چهارم: طراحی سیستم های آبیاری قطره ای مدرس: دکتر خالدیان 23/8/1388

2. یکنواختی قطره چکان: توازن بین دبی و نیاز آبی qmin • EU=100[1.0-(1.27/n)Cv] • EU : ضریب یکنواختی خروج آب • n : تعداد قطره چکانهایی که برای هر گیاه بکار می رود (در مورد قطره چکانهای نقطه ای و گیاهان دائم). برای قطره چکانهای خطی می بایست از دو مقدار زیر هر کدام بزرگتر بود انتخاب شود: • الف: فاصله بین گیاهان تقسیم بر همان طولی از لاترال که توسط کارخانه سازنده بعنوان یک قطره چکان برای محاسبه Cv بکار رفته است. • ب: یک • Cv : ضریب تغییرات دبی (تعیین بوسیله کارخانه) • qmin: حداقل دبی در قطره چکانها (لیتر بر ساعت) • qavg : میانگین دبی در قطره چکانها (لیتر بر ساعت) qavg

3. ضریب یکنواختی کارخانه: • نوع قطره چکان • کنترل کیفیت ساخت • استاندارد انجمن مهندسان امریکا (ASAE)

7. مثال • می خواهیم در یک باغ میوه که شیب زمین در آن 2 درصد و فاصله بین درخت ها 4 متر می باشد، طرح آبیاری قطره ای پیاده کنیم. برای این منظور برای هر اصله درخت از 4 قطره چکان نقطه ای از نوع طولانی مسیر استفاده می کنیم. دبی طراحی شده قطره چکان 8 لیتر در ساعت و ضریب تغییرات که در کارخانه سازنده تعیین شده است، 0.08 می باشد. حساب کنید حداقل دبی قطره چکان و حداقل فشار مربوطه برای قطره چکان؟

8. از جدول 7-4 برای قطره چکانهای نقطه ای با فاصله بیش از 4 متر در زمین های شیبدار حداقل ضریب یکنواختی 85 درصد است: • EU=85% • EU=100[1.0-(1.27/n)Cv]qmin/qavg • 85=100[1.0-(1.27/4)0.08] qmin/8 • qmin=8*0.85/0.9746 • qmin=6.977 l/h=7 l/h • از شکل 7-4 برای قطره چکان طولانی مسیر نوع C: • Hmin=5 m

9. یکنواختی توزیع آب در قطره چکانها • qvar=100(1-qmin/qmax) • qvar : تغییرات دبی در قطره چکانها (درصد) • qmin: حداقل دبی قطره چکان (لیتر در ساعت) • qmax: حداکثر دبی قطره چکان (لیتر در ساعت)

10. طبقه بندی قطره چکانها بر اساس یکنواختی پخش آب • کمتر از 10 درصد = خوب • بین 10 تا 20 درصد = قابل قبول • بیشتر از 20 درصد = غیر قابل قبول

11. تعیین نمای فرمول دبی قطره چکان • q=K(H)x • K : ضریب تجربی • x : توان • تعیین x با اندازه گیری دبی به ازا دو مقدار فشار • x=ln(q1/q2)/ln(H1/H2)

12. یکنواختی پخش آب در مزرعه • EU : یکنواختی پخش اندازه گیری شده در مزرعه • qLQ : متوسط دبی در چارک پایین تعداد اندازه گیریها • q : میانگین دبی در قطره چکانها

13. ضریب تغییرات ساخت در کارخانه • v=s/qavg • v : ضریب تغییرات ساخت قطره چکان در کارخانه • s : انحراف از معیار مقادیر اندازه گیری شده قطره چکانها • q : متوسط مقادیر اندازه گیری شده • اندازه گیری دبی در حداقل 50 قطره چکان

14. اثرات دما بر دبی قطره چکانها • اثر دما بر لزوجت آب • انبساط و انقباض روزنه

15. رابطه بین مقدار دبی و دمای آب • qe=mT+b • q’e(T)=qe(T)/qe(20)*100=mT+b • qe(T) : دبی قطره چکان در دمای T درجه سانتیگراد • qe(20) : دبی قطره چکان در دمای 20 درجه سانتیگراد • T : دمای آب (سانتیگراد) • m,b : ضرایب ثابت

16. ضرایب حساسیت دبی قطره چکان در قطره چکانهای با رژیم جریانی

17. مثال • مقادیر b,m را در قطره چکانهایی که جریان آب در آنها ورقه ای است به دست آورید. • qe=(3.14*9.8*d4*H)/(128*v*L) • v20=1.003 • v70=0.413 • qe(20)=100 • qe(70)=(1.003/0.413)*100 • qe(70)=2.4285*100=242.85 • 100=m(20)+b • 245.85=m(70)+b • m=2.85 b=42.86

18. در طراحی برای محاسبه اثر دما بر دبی معمولا نقش انقباض و انبساط روزنه های قطره چکان در نظر گرفته نمی شود.

19. آرایش قطره چکانها

20. خودکار شدن سیستم • سیستم های غیر خودکار • سیستم های نیمه خودکار • سیستم های خودکار کامل • بر اساس زمانی • بر اساس حجم آب • بر اساس رطوبت خاک

21. فیلترها و سیستم های تصفیه آب • ناخالصی های معدنی • دانه های شن • لای و رس • شاخ و برگ • آشغال • ناخالصی های آلی • باکتری ها • جلبک ها • بذر علف های هرز • لاشه حشرات

22. وجود ناخالصی ها باعث: • گرفتگی قطره چکانها و در نتیجه کم آبیاری و عدم یکنواختی پخش • خراب شدن پره های پمپ و یا شیر آلات سیستم • تامین مواد غذایی لازم برای رشد باکتریها • تجمع در انتهای لوله ها و از کار انداختن شیرهای تخلیه • پخش بذور علف های هرز و یا بیماریهای قارچی و نماتدها

23. چند نکته • فیلتر ها نمی توانند نمکهای محلول را جدا کنند مگر آنکه مجهز به غشاهای اسمز معکوس باشند. • ارجحیت استفاده از آبهای زیر زمینی برای آبیاری قطره ای • بزرگترین اندازه مجاز برای ذرات معلق در آبیاری قطره ای 75 تا 200 میکرون است • عمل تصفیه آب باید با تزریق مواد شیمایی نظیر کلر و اسید تکمیل گردد تا از رشد باکتریها جلوگیری به عمل آید. • ذرات کوچک از قطر روزنه قطره چکان با تجمع در دهانه قطره چکان می توانند باعث گرفتگی آن شوند به این پدیده پل بندی ذرات گویند.

24. چند نکته • تمام ذراتی که اندازه آنها از یک دهم قطر روزنه دهانه خروجی بزرگتر باشند باید از آب خارج شوند. • برای میکروجت، مه پاش ها، میکرواسپری ها این معیار یک هفتم حداقل قطر روزنه خروجی قطره چکان می باشد. که دلیل آن کوتاهتر بودن مسیر عبور آب و بزرگتر بودن دهانه روزنه قطره چکان است.

25. انواع صافی ها • استفاده از مخازن ته نشینی • صافی توری های اولیه برای تصفیه مقدماتی • جدا کننده های شن یا سیکلون ها • تانک های صافی شن • توری های سرریز ثقلی • صافی های لوله ای شکل • صافی های دیسکی

26. استفاده از استخر برای تصفیه مقدماتی • ته نشینی ذرات معلق • متعادل کننده جریان

28. مثال • در صورتیکه آب دارای ذرات سیلت باشد (سرعت ته نشینی 15 میلیمتر در دقیقه) و عمق استخر 2 متر باشد زمان لازم برای ته نشینی را حساب کنید. • برای حالت قبل در صورتیکه آب دارای ذرات رس باشد زمان لازم را حساب کنید (سرعت ته نشینی 0.6 میلیمتر در دقیقه)

29. فواید استفاده از استخر برای تصفیه • هوا دهی به آب و در نتیجه اکسیداسیون ترکیبات آهن و منگنز • خروج هوای موجود در آب و جلوگیری از ضربه قوچ • تجمع روغن روی آب و قابلیت جدا سازی آن

30. صافی های توری برای تصفیه مقدماتی • جلوگیری از ورود آشغال به داخل سیستم • انواع صافی های توری • صفحات مسطح • توری های دوار • صافی توری های ثقلی

31. صافی های جدا کننده شن • برای جدا کردن ذرات معدنی و نه ذرات آلی بکار می رود • ذراتی که وزن مخصوص آنها بیشتر از 1.5 گرم بر سانتیمتر مکعب است توسط سیکلونها خارج می شوند.

32. خروج 70 تا 90 درصد ذرات شن بوسیله سیکلون • جریان ورودی باید متناسب با گنجایش سیکلون باشد. • اکثر سیکلونها باعث افت فشار آب به میزان 5-12 Psi می شوند. • در زمانی که سیستم روشن یا خاموش می شود سیکلون نمی تواند شن را از آب خارج کند. • سیکلونها با پیدایش صافی های دیسکی و شنی کمتر بکار می روند.

33. صافی های شنی • جنس مواد: گرانیت خرد شده یا سیلیس • ذرات مورد استفاده با دارای ضریب یکنواختی 1 تا 1.5 باشند. • ضریب یکنواختی عبارتست از نسبت D60 به D10 در منحنی دانه بندی شن • قرار دادن لایه ای از گراول در قسمت پایین صافی • قرار دادن دیفوزر در قسمت فوقانی صافی بمنظور پخش یکنواخت آب • بکار بردن حداقل دو فیلتر شنی تا یکی از آنها کار کرده و دیگری در حال شستشوی معکوس باشد.

35. نکاتی در مورد استفاده از فیلترهای شنی • حداکثر دبی ورودی به فیلتر 15 تا 20 لیتر در ثانیه • صافی های شنی می توانند مواد معدنی و آلی را از آب جدا کنند اما لازم است آب قبلا مورد تصفیه مقدماتی قرار گرفته باشد. • امکان استفاده از صافی های صنعتی برای آبیاری قطره ای • شستشوی معکوس بصورت دستی یا خودکار انجام می شود • اختلاف فشار در دوسوی فیلتر شنی در حالتی که تمیز باشد 20 تا 35 کیلوپاسکال است.

36. اگر اختلاف فشار به 35 تا 70 کیلوپاسکال رسید باید فیلترها را تمیز کرد. • توصیه می شود که حتی اگر اختلاف فشار افزایش نیابد روزی یکبار صافی ها شستشوی معکوس شوند. • توصیه می شود آب خروجی از لوله شستشوی معکوس قابل رویت باشد تا مشاهده شود که چه موقع آب تمیز از لوله خارج می شود. • اختلاف فشار دو طرف تانک طی شستشو باید 50 تا 70 کیلوپاسکال باشد و اگر بیشتر شود نشان دهنده آنست که دبی جریان بسیار زیاد است.

37. فیلترهای ثانوی • بعنوان فیلتر تکمیلی و قبل از ورود آب به سیستم بکار می روند. • فیلتر های لوله ای • ترکیدن توری • فیلترهای دیسکی • زمان شستشو: اختلاف 6 Psi • حساسیت نسبت به جلبک ها

38. سیستم های تزریق کود و اسید • لزوم اسیدشویی دوره ای • کودآبیاری • اسید یا مواد شیمیایی دیگر برای کنترل اسیدیته آب یا از بین بردن باکتریها • اسید برای شستشوی لوله در قطره چکانها و رفع گرفتگی آنها • علف کش ها برای کنترل یا از بین بردن علف های هرز • آفت کش ها مانند انواع حشره کش ها یا قارچ کش ها برای کنترل آفات و بیماری ها • سایر مواد برای اهداف دیگر

40. عوامل گرفتگی قطره چکانها • ضایعات و لجن حاصله از فعالیت باکتری ها • استفاده از کلر، اوزون و یا اسید • اکسیدهای آهن و منگنز • تزریق کلر یا اسید به آب • تزریق مداوم فسفات و تهویه آب در مخزن • سولفورهای آهن و منگنز • تزریق کلر یا اسید به آب • تهویه آب مخزن • رسوب کربنات کلسیم و منیزیم • نفوذ ریشه ها به داخل منافذ قطره چکانهای زیر سطحی • شستشوی لوله ها با اسید یا علف کش در انتهای فصل

41. رسوب کربنات کلسیم و منیزیم • با تجزیه شیمیایی آب می توان به وجود بی کربنات ها در آن پی برد (SAR). • محاسبه شاخص لانژیلر LSI=pH-pHc LSI>0 : خطر رسوب کربناتها وجود دارد. LSI<0 : کربناتها رسوب نمی کنند مگر اینکه: • دمای هوا بشدت متغییر باشد و یا سایر کاتیونها در طول فصل آبیاری باعث تغییر pHc شوند. • پی بردن به گرفتگی با استفاده از اسید کلریدریک • تزریق دی اکسید کربن (اسید کربنیک)، اسید سولفوریک و اسید فسفریک • نگهداشتن pH آب در حد 7 یا کمی پایین تر از آن

42. نکاتی در مورد استفاده از مواد شیمیایی • کارکردن با مواد شیمیایی همانطور که می تواند مفید باشد در برخی مواقع در صورت اشتباه خطرناک خواهند بود. بعضی مواد شیمیایی خود باعث گرفتگی قطره چکانها می شوند. • تزریق مواد شیمیایی براساس وزن می باشد نه مدت تزریق. زیرا مهم اینست که چقدر مواد تزریق شده • قبل از استفاده از مواد شیمیایی، مخلوط مورد نظر را در ظرف شیشه ای ریخته تا اگر رسوبی تولید شود مشاهده گردد • تزریق مواد شیمیایی باید پس از شروع کار سیستم بوده و قبل از آنکه سیستم خاموش شود قطع گردد تا مواد از سیستم خارج شوند.

43. سرعت حرکت آب در سیستم تقریبا 0.3 متر در ثانیه است و اگر طولانی ترین مسیر را بر 0.3 تقسیم کنیم زمان لازم برای خروج مواد از سیستم بدست می آید. • مثلا اگر طولانی ترین مسیر 400 متر باشد، لازم است 22 دقیقه قبل از پایان آبیاری تزریق مواد شیمیایی قطع شود.

44. حداقل دبی تزریق مواد شیمیایی از معادله زیر محاسبه می شود: • qc=(Fr*A)/(C*tr*Ta) • Fr : وزن مواد شیمیایی که باید ه زمین داده شود (kg/ha) • A : مساحت زمین (هکتار) • C : غلظت مواد شیمیایی (کیلوگرم در لیتر) • tr: ضریب یکنواختی (0.8) • Ta : تعداد ساعاتی که تزریق مواد شیمیایی صورت خواهد گرفت

45. تجهیزات تزریق کود • روشهای تزریق کودهای شیمیایی به داخل سیستم آبیاری قطره ای • پمپ های تزریق کود • ونتوری • تانک های اختلاف فشار

47. غلظت موادی که در داخل تانک می ماند • C=100 exp[-qt(t)/100] • C : غلظت مواد باقی مانده در تانک (درصد) • qt : دبی عبوری از تانک در واحد زمان نسبت به ظرفیت تانک (درصد). دبی جریان بخش بر حجم تانک • t : زمان

48. استفاده از روزنه های کشویی D : قطر روزنه (میلیمتر) Qt : دبی عبوری از تانک (لیتر در دقیقه) C0 : ضریب روزنه که معمولا 0.62 در نظر گرفته می شود p : اختلاف فشار در دو طرف روزنه (کیلوپاسکال)

49. مثال • یک تانک تزریق کود به گنجایش 350 لیتر در قسمت خروجی خود مجهز به یک روزنه کشویی به قطر 2 میلیمتر است. در شرایط کاری اختلاف فشار در دو طرف روزنه 20 کیلوپاسکال است. حساب کنید زمان لازم بر حسب ساعت را برای آنکه غلظت کود در محلول تانک به 50 درصد غلظت اولیه آن برسد.

50. 2 mm=[15.13 Qt / (0.62(20)0.5]0.5 • Qt=0.733 l/min=43.98 l/h • C=100 exp [(-qt(t))/100] • qt=(43.98 l/h)/350 l=12.6% h • 50=100 exp [-qt(t)/100] • Ln(50/100)=-12.6*t / 100 • t=5.5 h