Καταιονισµός Επιβάλλεται: Σε ανάγλυφο ανώµαλο ή µε έντονες κλίσεις Όταν δεν επιτρέπεται ισοπέδωση (µικρό πάχος εδάφους) Όταν η διαθέσιµη παροχή είναι µικρή Έδαφος πολύ διαπερατό ή αδιαπέρατο εν επιτρέπεται: Όταν η ταχύτητα ανέµου > 4-5 m/s Για αέρα ξηρό µε ηλιακή ακτινοβολία (εξάτµιση) Όταν το νερό άρδευσης περιέχει µε άλατα (εµφράξεις εγκαύµατα) Όταν το νερό άρδευσης περιέχει φερτές ύλες
Πλεονεκτήµατα εν χρειάζεται ισοπέδωση του αγρού Άρδευση µε µικρές και επαναλαµβανόµενες δόσεις Μικρές παροχές Απλότητα στην εφαρµογή (γρήγορη εκµάθηση) Ελάττωση απωλειών απορροής και βαθιάς διήθησης Οικονοµία εδάφους (υπόγειοι αγωγοί ενώ οι διώρυγες καταλαµβάνουν 10% της αρδεύσιµης επιφάνειας) εν εµποδίζεται ο αναδασµός και η αναδιοργάνωση Λίγες απώλειες κατά τη µεταφορά του νερού Συντήρηση σωλήνων λιγότερο δαπανηρή από διώρυγες Ελάττωση στα εργατικά χέρια
Μειονεκτήµατα Επηρεάζεται από τον άνεµο απάνες εγκατάστασης (αγορά εξοπλισµού) απάνες λειτουργίας αντλητικών συγκροτηµάτων (κατανάλωση ενέργειας)
Ένα τυπικό σύστηµα καταιονισµού αποτελείται Αντλητικό συγκρότηµα ίκτυο µεταφοράς ίκτυο εφαρµογής Σωλήνες (αλουµινίου ή πλαστικούς) Καταιονιστήρες Σωλήνες ανύψωσης
Καταιονιστήρες Χαµηλής πίεσης (µικροί) 0,8-2 atm 35-400 l/h Μέσης πίεσης (µεσαίοι ) 1,5-3 atm 0,5-5 m3/h Υψηλής πίεσης (µεγάλοι) 3-7 atm 20-150 m 3 /h
Low Energy Precision Application LEPA Είναι ένα σύστηµα διαχείρισης του νερού, του εδάφους και του φυτού, µε το οποίο η εφαρµογή του νερού γίνεται µε ακρίβεια στην επιφάνεια του εδάφους και στο σηµείο που αυτό χρησιµοποιείται. Εξοικονοµούν µέχρι 40% του νερού και της ενέργειας Η εξοικονόµηση της ενέργειας οφείλεται στη χαµηλή πίεση λειτουργίας αποδοτικότητα µέχρι 95% Χρησιµοποιούνται νερά χαµηλής ποιότητας (το νερό δεν έρχεται σε επαφή µε το φύλλωµα της καλλιέργειας)
Low Elevation Spray Application LESA Χρησιµοποιεί ακροφύσια ψεκασµού σε ύψος < 60 cm Mid Elevation Spray Application MESA Χρησιµοποιεί ακροφύσια ψεκασµού σε ύψος <150 cm
ΜΟΝΙΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Τύποι συστηµάτων Οι αγωγοί άρδευσης, οι κύριες γραµµές και οι θέσεις των εκτοξευτήρων είναι µόνιµα. Για καλλιέργειες µεγάλης αξίας και χορτοτάπητες. Μεγάλες δαπάνες εγκατάστασης ΗΜΙΜΟΝΙΜΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Κύριες γραµµές µόνιµες και συνήθως υπόγειες. Γραµµές άρδευσης κινητές. Άρδευση οπωρώνων ΜΕΤΑΦΕΡΟΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Όλα τα τµήµατα είναι µεταφερόµενα. Άρδευση ετήσιων καλλιεργειών και µηδικής
Είδη σωληνωτών αγωγών Είναι από: Χυτοσίδηρο Χυτοχάλυβα Αλουµίνιο Πλαστικοί αγωγοί (P.V.C.) MONIMOI Υπέργειοι ή υπόγειοι Κύριας γραµµής Μεγάλης διαµέτρου Χάλυβα Χυτοσίδηρο Αµιαντοτσιµέντο P.V.C. (εξάµετροι) ΚΙΝΗΤΟΙ Υπέργειοι Ελαφρύ υλικό Ανθεκτικοί Να µετατοπίζονται εύκολα Να συναρµολογούνται εύκολα και γρήγορα (ταχυσύνδετοι) Γαλβανισµένος χάλυβας Αλουµίνιο P.V.C.
ίκτυο εφαρµογής Σωλήνες (αλουµινίου ή πλαστικούς) µε ταχυσυνδέσµους Καταιονιστήρες Σωλήνες ανύψωσης µηχανικός υδραυλικός
Χαρακτηριστικά εκτοξευτήρων Ηδιάµετρος του ακροφυσίου (mm) Η πίεση λειτουργίας (Atm ή m) Η παροχή (m 3 /h) Το βεληνεκές (m) Το ύψος βροχής (mm/h) Η διάταξή τους
ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΡΕΣ ιακρίνονται: 1. Εκτοξευτήρες χαµηλής και µέσης πίεσης (q = 0,5~7,5 m3/h, p = 1,5~4 atm) 2. Εκτοξευτήρες υψηλής πιέσεως ή κανόνια άρδευσης (q = 8~100 m3/h, p = 4,5~7,5 atm, Βεληνεκές 60 m, Βροχή: 15-25 mm/h) Μειονέκτηµα Μεγάλο µέγεθος σταγονιδίων Μεγάλο ύψος πτώσεως Μεγάλο βεληνεκές (άνεµος)
ιάταξη περιστροφικών εκτοξευτήρων Σχήµα τετραγώνων (τετραγωνική διάταξη) Σχήµα ορθογωνίων (ορθογωνική διάταξη) Σχήµα τριγώνων (τριγωνική διάταξη) Οι αποστάσεις µεταξύ των εκτοξευτήρων πρέπει να είναι τέτοιες ώστε να υπάρχει µερική επικάλυψη στις επιφάνειες διαβροχής, για να έχουµε καλή οµοιοµορφία.
ορθογωνική διάταξη
α β γ ιατάξεις εκτοξευτήρων: (α) ορθογωνική (β) τετραγωνική και (γ) τριγωνική
Αποστάσεις µεταξύ εκτοξευτήρων και γραµµών άρδευσης
ορθογωνική διάταξη q = S l S m J 3600 σε l/s q S S J l m = σε m 3 /h 1000
Παροχή καταιονιστήρων q = S l S m J 3600 σε l/s q S S 1000 J l m = σε m 3 /h S l απόσταση µεταξύ καταιονιστήρων (m) S m απόσταση µεταξύ αγωγών εφαρµογής (m) J ρυθµός εφαρµογής (mm/h)
ίκτυο εφαρµογής Πρέπει να εξασφαλίζει: Καλή οµοιοµορφία κατανοµής Καλή αποδοτικότητα εφαρµογής Οι απώλειες φορτίου να είναι 20% της λειτουργικής πίεσης των καταιονιστήρων
Οµοιοµορφία κατανοµής Cu i = 1 = i= x n i 100 Τύπος Christiansen 1 nx x x n x i = = = Μέση τιµή του ωριαίου ύψους νερού Ο αριθµός των βροχοµέτρων παρατήρησης τιµή κάθε βροχοµετρικής παρατήρησης Cu 85 οµοιοµορφία καλή Αν δεν υπάρχουν παρατηρήσεις S l =50% της διαµέτρου εκτόξευσης S m =65% 50% για ταχύτητα ανέµου 8-16 km/h
Αριθµητική εφαρµογή (οµοιοµορφία) ιάταξη 12x18, 12 σηµεία παρατήρησης, USM=d n =60 mm x i x i x 1 2 3 78 x i 78 76 10,2 10,2 8,2 x = x n i 814 = = 12 67,8 mm 4 73 5,2 5 6 72 70 4,2 2,2 x i x = 80 mm 7 8 9 67 63 62 0,8 4,8 5,8 Cu i 80 = 100 1 = n xi x = 100 1 i= 1 nx 12x67,8 = 90,5% 10 61 6,8 11 60 7,8 12 54 13,8 814 80,0
Καλή κατανοµή Κακή κατανοµή
απώλειες φορτίου γραµµής εφαρµογής A B Γ B: Γ: Q = nq Q = q a P f = LH f F /100
απώλειες φορτίου γραµµής εφαρµογής Συντελεστής περιορισµού απωλειών F (Cristiansen) F 1 m + 1 1 2n m 1 6n = + + 2 αν απόσταση 1ου καταιον. Από την αρχή S l 2n 1 + 2n 1 m + 1 m 1 6n S l είναι η απόσταση µεταξύ των καταιονιστήρων F = αν απόσταση 1ου καταιον. Από την αρχή S 2 l /2 m=1,852 n=αριθµός καταιονιστήρων H f 1,852 11 Ql = x D 1,13 10 C 4,87
απώλειες φορτίου γραµµής εφαρµογής P f = LH f F /100 H f απώλειες σε m/100m
απώλειες φορτίου γραµµής εφαρµογής Οι µέγιστες επιτρεπόµενες απώλειες στον αγωγό εφαρµογής πρέπει να είναι του 20% της πίεσης λειτουργίας του καταιονιστήρα (P a ) δηλαδή Pmax = 0, 2P a A B Γ P a πίεση λειτουργίας καταιονιστήρων οι µέγιστες επιτρεπόµενες απώλειες σε m/100m Υπολογίζονται µε τη σχέση: Pa H = 100 0,2 max LF Αν υπάρχει κλίση τότε H max 0,2Pa ± z = 100 LF z υψοµετρική διαφορά -Αρνητική κλίση + θετική κλίση
απώλειες φορτίου γραµµής εφαρµογής Υπολογισµός διαµέτρου γραµµής εφαρµογής H f 1,852 11 Ql 4,87 = 1,13x10 D C Χωρίς να λαµβάνονται υπόψη οι καταιονιστήρες Υπολογισµός του F από Πίνακα Υπολογισµός του H max Pa H = 100 0,2 max LF Αν H max H f η επιλεγείσα διάµετρος είναι η κατάλληλη Ολικές απώλειες στη γραµµή εφαρµογής P f = LH f F /100
Αυτοκινούµενοι εκτοξευτήρες Σωλήνες Εύκαµπτοι από PVC και πολυαιθυλένιο D-> 50 mm, 70 mm Τύµπανα διαµέτρου 1,5 ~ 1 m Επί ειδικού οχήµατος που έλκεται από τρακτέρ Ο σωλήνας χρησιµεύει και σαν γραµµή άρδευσης όπου τοποθετούνται εκτοξευτήρες Μειονέκτηµα Καταστροφή στο περιτύλιγµα
Αυτοκινούµενοι εκτοξευτήρες Γωνία εκτόξευσης 18 ο -32 ο Κατάλληλες 23 ο 25 ο J = 1000Q π (0,9R) 360 Q = 393 = 2 o 2 o φ R 360 φ 1572 Q D 2 360 o φ Φ ο = γωνία λειτουργίας εκτοξευτήρα J= ρυθµός εφαρµογής (mm/h) R=ακτίνα εκτόξευσης (m) Ολικό βάθος άρδευσης 1000Q d t = W. S d t βάθος άρδευσης mm Q m 3 /h W πλάτος λωρίδας m S ταχύτητα κίνησης m/h
Συντελεστής Οµοιοµορφίας Αθροιστική βροχόπτωση Καλή κατανοµή Κακή κατανοµή
1. Μηχανικοί Στεγανότητα: µε ελαστικό δακτύλιο Ασφάλιση: µε γάντζο Μικρό µήκος εισχωρήσεως Συναρµολόγηση επί τόπου Χρόνος τοποθέτησης 8 Για αµµώδη εδάφη Σύνδεσµοι 2. Υδραυλικοί Απλούστεροι Λιγότερο στεγανοί Μεγάλο µήκος εισχωρήσεως Μικρός χρόνος τοποθέτησης 3,5 Για λεπτόκοκκα εδάφη
ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΡΕΣ 2. Με ωρολογιακό µηχανισµό 3. Με κενό αέρα Από το Γερµανικό οίκο Holtz επινοήθηκε εκτοξευτήρας του οποίου ο µηχανισµός περιστροφής λειτουργεί µε κενό αέρα. Προς το σκοπό αυτό το ακροφύσιο είναι συγχρόνως και αεραντλία. Το νερό καθώς διέρχεται από το ακροφύσιο µε µεγάλη ταχύτητα συµπαρασύρει τα µόρια του αέρα από το σώµα του εκτοξευτήρα και δηµιουργεί υποπίεση η οποία έλκει µια µεµβράνη που είναι συνδεδεµένη µε το µηχανισµό περιστροφής.
4. Με υδροστρόβιλο ΕΚΤΟΞΕΥΤΗΡΕΣ
ιάταξη περιστροφικών εκτοξευτήρων Σχήµα τετραγώνων Σχήµα ορθογωνίων Σχήµα τριγώνων Οι αποστάσεις µεταξύ των εκτοξευτήρων πρέπει να είναι τέτοιες ώστε να υπάρχει µερική επικάλυψη στις επιφάνειες διαβροχής, για να έχουµε καλή οµοιοµορφία.
1. Από Νοµογραφήµατα 2. Από τον τύπο του Bresse: Εύρεση διαµέτρου αγωγών d =15,5 Q d Q = = Εσωτερική διάµετρος (mm) Παροχή (m 3 /h) V < 2 m/s Κριτήριο Christiansen Η διαφορά πιέσεων µεταξύ πρώτου και τελευταίου εκτοξευτήρα να µην ξεπερνάει το 20% της πίεσης του εκτοξευτήρα.
Χρόνος παραµονής του εκτοξευτήρα στην ίδια θέση ιάρκεια άρδευσης (Τ) T = d J t d t = Νερό εφαρµογής σε mm ύψους νερού J = Ρυθµός εφαρµογής (mm/h)
Παράδειγµα Έκταση 40 στρεµµάτων πρόκειται να αρδευτεί µε σύστηµα τεχνητής βροχής που εφαρµόζει το νερό µε ρυθµό 3000 l/min. Η υγρασία του βάθους 75 cm εδάφους στην έναρξη της άρδευσης είναι 15% κ.ο. και η υδατοϊκανότητα 23% κ.ο. Προσδιορίστε: Α. Το βάθος του νερού που µπορεί να εφαρµοστεί χωρίς να υπάρξει βαθιά διήθηση. Β. Την ένταση βροχής του συστήµατος Γ. Τον χρόνο λειτουργίας του αρδευτικού συστήµατος, Να υποθέσετε ότι η έκταση αρδεύεται συγχρόνως και ότι δεν υπάρχει απορροή, ούτε επίδραση ανέµου ούτε απώλεια από τους εκτοξευτήρες.
Ηδιάταξη των καταιονιστήρων είναι ορθογωνική 12x18m (Sl x Sm), η παροχή τους είναι q=3,5 m 3 /h, Πια είναι η ένταση βροχής J. Η ένταση βροχής που θα δηµιουργεί σε διάταξη (Sl x Sm) 12 x18 θα είναι: J = q S xs l m J = q S xs l m 3, 5 = 12x18 3 m / h 2 m = 0, 0162 m / h = 16, 2 mm/h J = qx1000 S xs l m = 3,5x1000 12x18 = 16,2 mm / h
Να υπολογιστούν οι απώλειες πίεσης κύριας γραµµής άρδευσης από σωλήνες µε ταχυσυνδέσµους µήκους 180m και διαµέτρου 89mm (Πίνακας 3.6) που µεταφέρει παροχή 40m3/ώρα. (Να συνυπολογιστούν και οι ελάσσονες (τοπικές) απώλειες) Λύση : Από τον Πίνακα 3.6 για διάµετρο σωλήνα 89 mm και παροχή 40m3/ώρα οι απώλειες ανά 100m αγωγού είναι j=6.30m/100m. Aν λάβουµε υπόψη για ασφάλεια και τις όποιες τοπικές απώλειες σε ποσοστό 10% των γραµµικών απωλειών τότε οι απώλειες πίεσης στην κύρια γραµµή θα είναι : hολ = 110. 180 630 = 12474 125m 100...
Πίνακας 3.6. Απώλειες τριβών (j) σε φορητές σωληνώσεις µε ταχυσυνδέσµους (απώλειες σε m ανά 100m σωλήνα) Παροχή Eξωτερική διάµετρος σωλήνα (mm) m 3 /ώρα 60 70 76 89 108 120 133 150 5 1.17 0.52 0.34 10 3.38 1.62 1.10 0.52 15 6.90 3.25 2.08 1.04 0.39 20 11.60 5.33 3.77 1.75 0.71 25 17.30 8.70 5.85 2.67 0.91 0.39 30 12.80 8.20 3.70 1.43 0.55 0.46 35 17.50 10.90 4.95 1.95 0.73 0.65 40 14.30 6.30 2.53 0.93 0.84 0.42 45 17.80 7.80 3.18 1.20 1.10 0.51 50 9.40 3.90 1.48 1.36 0.60 55 11.20 4.60 1.80 1.69 0.71 60 13.25 5.40 2.13 2.01 0.84 65 15.60 6.25 2.50 2.34 0.99 70 18.20 7.15 2.93 2.73 1.14 80 9.25 3.80 3.32 1.48 90 11.15 4.84 4.35 1.83 100 14.20 5.85 5.40 2.21 110 17.30 6.95 6.42 2.67 120 8.45 7.60 3.12 130 10.40 8.82 3.65 140 11.70 10.20 4.21 150 11.20 4.80
Να επιλεγεί η κατάλληλη διάµετρος ταχυσύνδετου αγωγού γραµµής άρδευσης µε βάση τα εξής δεδοµένα : παροχή εκτοξευτήρα 3.0 m3/ώρα πίεση λειτουργίας εκτοξευτήρα Hε = 3.0 atm ( =30 m), ισαποχή εκτοξευτήρων 12 m, ταχυσύνδετοι σωλήνες από ταινιοχάλυβα Φ76, Φ89 και Φ108. απόσταση του πρώτου εκτοξευτήρα από την αρχή είναι 1/2 ισαποχή, µήκος γραµµής άρδευσης L=180 m, ύψος του ανοδικού σωλήνα (σωλήνας υπερίψωσης) Pα = 0.70m κατά µήκος κλίση της γραµµής άρδευσης +2% Ποια διάµετρο σωλήνα πρέπει να επιλέξουµε αν η πίεση στην αρχή της γραµµής άρδευσης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 38m. Λύση : Ο αριθµός των εκτοξευτήρων είναι : 180/12=15, F=0.3635 (Πίνακας 5.2) Παροχή αγωγού στην αρχή της γραµµής : 15x3.0 = 45 m3/ώρα Aπό τον Πίνακα 3.6 για παροχή 45 m3/ώρα λαµβάνω απώλειες ανά 100m αγωγού ίσες µε 17.80, 7.80 και 3.16m για τις τρεις διαµέτρους αντίστοιχα. Υψοµετρική διαφορά µεταξύ αρχής και τέλους της γραµµής άρδευσης z=2% 180=3.6m. Με βάση τα παραπάνω συντάσσεται ο ακόλουθος πίνακας : Μέγιστες επιτρεπόµενες απώλειες=20%*30=6 m
ιάµετρος Απώλειες / 100m, j Απώλειες Γ.Α. (m) Η L =H ε +0.75(h γα + z)+h α mm m/100m h γα =1.10 j L F/100 (m) Φ76 17.80/100 12.93>6 43.01 > 38 Φ89 7.80/100 5.67<6 37.65 < 38 Φ108 3.18/100 2.31<6 33.10 < 38 Από τις τρεις διαµέτρους ικανοποιούν τις απαιτήσεις του προβλήµατος οι διάµετροι Φ89 και Φ108. Τελικά επιλέγεται η Φ89 που είναι µικρότερη (µικρότερο κόστος αγοράς).
Πρόκειται να αρδευτεί µε σύστηµα καταιονισµού επίπεδος αγρός µε διαστάσεις 192 x 108 m. Η υδροδότηση του αρδευτικού συστήµατος γίνεται από υδροληψία τοποθετηµένη στην µία κορυφή του αγρού (Σηµείο Γ στο σχήµα). Η διάταξη των καταιονιστήρων είναι ορθογωνική 12x18m (Sl x Sm), ο πρώτος είναι τοποθετηµένος σε απόσταση S-l/2 από το όριο του αγρού, η παροχή τους είναι q=3,5 m3/h, η πίεση λειτουργίας τους είναι Pa=35 m, είναι δε τοποθετηµένοι σε σωλήνες υπερύψωσης ύψους Pr=0,7 m. Ο αγωγός εφαρµογής (ΑΒ) είναι από αλουµίνιο µε υδραυλικούς ταχυσυνδέσµους, εξωτερικής διαµέτρου Φ=88,9 mm οι δε απώλειες του δίνονται στον προσαρτηµένο πίνακα. Ο αγωγός µεταφοράς (ΒΓ) είναι από ταινιοχάλυβα εξωτερικής διαµέτρου Φ=88,9 mm, πάχους τοιχώµατος 1,27 mm και παρουσιάζει τραχύτητα k ίση µε 0,0001525 m. Ποια είναι η ένταση βροχής των καταιονιστήρων και ποια πρέπει να είναι η πίεση στην είσοδο του αγωγού εφαρµογής (Σηµείο Β) και ποια στην υδροληψία (Σηµείο Γ), ώστε να εξασφαλίζεται η οµαλή λειτουργία του συστήµατος; (Συντελεστής περιορισµού απωλειών F=0,363, γραµµικές απώλειες αγωγού,. το κινηµατικό ιξώδες του νερού σε θερµοκρασία 20 oc είναι v=1,01x10-6 m2/s.)
B Γ S l 192 m S m A 108 m
Αγωγός από PVC, διαµέτρου 133 mm και µήκους 600 m, µεταφέρει νερό, το οποίο διανέµει ταυτόχρονα σε 3 ισοδύναµες γραµµές άρδευσης. Σε κάθε γραµµή υπάρχουν 20 εκτοξευτήρες παροχής q=2,5 m3/h, η δε απαιτούµενη πίεση στην είσοδο της γραµµής είναι 3,5 atm. Οι γραµµές απέχουν µεταξύ τους 200 m και µετακινούνται κατά µήκος του αγωγού τροφοδοσίας, µε τρόπο που η απόστασή τους είναι σταθερή και ίση µε 200 m. Κατά µήκος του αγωγού υπάρχει θετική κλίση 3,33%. Προσδιορίστε την πίεση που πρέπει να εξασφαλίζει µία αντλία τοποθετηµένη στην αρχή του αγωγού, ώστε να καλύπτει τις ανάγκες των τριών γραµµών. (Παραβλέψτε τις ελάσσονες απώλειες). Α Β Γ L (ΑΒ) =200 m Q (ΑΒ) =150 m 3 /h j (ΑΒ) =11,2 m/100m L (ΒΓ) =200 m Q (ΒΓ) =100 m 3 /h j (ΒΓ) =5,34 m/100m L (Γ ) =200 m Q (Γ ) =50 m 3 /h j (Γ ) =1,36 m/100m z =3,33xL/100 z =3,33x200/100 z =19,98 m
Σηµείο Τµήµα Q m 3 /h Φ mm L m J m/100m h f m Z m Z m P i+1 =P i + h f + Z 19,98 35 Γ 50 133 200 1,36 2,72 6,66 Γ 13,32 44,38 ΒΓ 100 133 200 5,4 10,8 6,66 Β 6,66 61,84 ΑΒ 150 133 200 11,2 22,4 6,66 Α 0 90,9 Η Πίεση που πρέπει να εξασφαλίζει η αντλία είναι η πίεση του σηµείου PΑ=90,9 m. Ο υπολογισµός του αντλητικού συγκροτήµατος Μανοµετρικό ύψος H=P A + βάθος αντλήσεως + απώλειες σωλήνα αναρροφήσεως + απώλειες ειδικών τεµαχίων H=90,9+30+10% x 30 + 10% x (2,72+10,8+22,4)= 68,1 m Ισχύς της αντλίας (στην είσοδο) Ισχύς ηλεκτροκινητήρα Wκινητηρα=100,1*1,2=120,1 Hp ή 120,1 x 0,736=88,4 KW Ισχύς πετρελαιοκινητήρα Wκινητηρα=100,1*1,4=140,1 Hp ή 140,1 x 0,736=103,1 KW