Završni rad GUBICI U NISKOTLAČNOM SUSTAVU ZA NAVODNJAVANJE

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET Završni rad GUBICI U NISKOTLAČNOM SUSTAVU ZA NAVODNJAVANJE Mentor: doc. dr. sc. Duška Kunštek Izradio: Luka Antolović Zagreb 2015. 1

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. 2

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/s 2 ); μ dinamički koeficijent viskoznosti [ ]; ρ gustoća tekućine (kg/m 3 ). [4] 3

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. 4

Prema Newton-ovom pokusu slijedi da je viskozna sila jednaka umnoškom tangencijalnog naprezanja i tangencijalne površine: F vis = gdje su: F vis viskozna sila (N); (mm 2 ). [1] posmično naprezanje (N/mm 2 ); A tangencijalna površina 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/m 2 ); 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] 5

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 h 1,2 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 h p : h p = (z + ) gdje su: hp piezometarska visina (m); z geodetska visina (m); p vrijednost tlaka (N/m 2 ); ρ gustoća tekućine (kg/m 3 ). [2] 2. Pomoću jednadţbe kontinuiteta naďemo brzine A 1 v 1 = A 2 v 2 = Q gdje su: A 1,2 površine protočnog presjeka (m 2 ); v 1,2 brzina protoka (m/s); Q protok (m 3 /s). [2] 6

3. Pomoću Bernoulli-jeve jednadţbe naďemo gubitak: h 1,2 = ( 1) ( 2) gdje su: h 1,2 - visina gubitaka energije (m); v 1,2 2 brzine protoka (m/s); p 1,2 vrijednost tlaka (N/m 2 ); z 1,2 geodetska visina (m). [2] Odnosno, uz upotrebu piezometarske visine: h p1 i h p2 h 1,2 = ( ) ( ) Ako se tečenje odvija kroz cijev konstantnog presjeka, brzina je svugdje ista pa imamo još jednostavniju formulu: h 1,2 = - gdje su: h 1,2 - visina gubitaka energije (m); h p1,2 piezometarske visine (m). [2] Gubitak energije po jedinici duţine toka naziva se energetski gradijent ili energetski pad: I e = gdje su: I e energetski pad (m); h 1,2 - visina gubitaka energije (m); l duljina toka (m). [2] Pad piezometarske linije po jedinici duţine toka naziva se piezometarski gradijent (pad) ili hidraulički gradijent: I p = gdje su: : I p energetski pad (m); h 1,2 - 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 = 7

gdje su: h 1,2 - visina gubitaka energije (m); v 1,2 2 brzine protoka (m/s); p 1,2 vrijednost tlaka (N/m 2 ); z 1,2 geodetska visina (m). [2] U cijevi s konstantnim poprečnim presjekom slijedi da je v 1 = v 2, a gubici su opisani izrazom: ( ) gdje su: h 1,2 - visina gubitaka energije (m); p 1,2 vrijednost tlaka (N/m 2 ); z 1,2 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: R h hidraulički polumjer (m); A površina presjeka (m 2 ); 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: ( ) 8

ili gdje su: dp-promjena (pad) tlaka (m); τ posmično naprezanje (N/m 2 ); R h 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/s 2 ) ; ρ gustoća tekućine (kg/m 3 ); v brzina protoka (m/s); R h hidraulički polumjer (m). Rješavanjem dimenzionalne jednadţbe dobijamo: gdje su: τ posmično naprezanje (N/mm 2 ); k Stricker-ov koeficijent hrapavosti (s -1 m 1/3 ); R e 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/mm 2 ); R h hidraulički radijus (m); R e Reynolds-ov broj (1); k Stricker-ov koeficijent hrapavosti (s -1 m 1/3 ). [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); R h hidraulički radijus (m). [2] 9

Ako se ograničimo na okrugle cijevi, 4R h =d, slijedi: ili izraţeno u energetskim visinama: gdje su: h 1,2 ukupni gubici po duljini cijevi (m); λ bezdimenzionalni koeficijent trenja u ravnoj cijevi (1); v 2 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] 10

gdje su: Δh 1 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: Δh 1 lokalni gubitak (m); Δv = (v 1 v 2 ) promjena brzine zbog prolaska kroz proširenje (m/s). [2] Koeficijenti lokalnog gubitka sa definiranim površinama A 1,2 (m 2 ), mogu se izračunati: ( ) ( ) 11

Dijafragma (prigušnica) Slika 1.5. Dijafragma (prigušnica) s eksperimentalnim vrijednostima koeficijenta lokalnog Naglo suženje gubitka ζ [2] Slika 1.6. Naglo suženje i prikaz vrijednosti koeficijenta lokalnog gubtka ζ [2] 12

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] 13

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 m 3 / 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 14

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] 15

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] 16

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). 17

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] 18

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 19

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] 20

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] 21

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 (m 3 /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 22

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] 23

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] 24

Radni tlak opskrbljivača i gubici 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 bar 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] 25

Slika 3.4. Navodnjavanje mikroprskalice [5] PREDNOSTI Visoka učinkovitost primjene navodnjavanja do 75 %. 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] Radni tlak opskrbljivača i gubici Radni tlak prskalice Gubici trenja u laterali Gubici trenja u glavnom cjevovodu Gubici trenja u kontrolnoj jedinici Manji lokalni gubici Ukupni zahtijevani tlak sustava bar 2.00 0.20 0.35 0.50 0.20 3.25 Tablica 3.2. Primjer rada mikroprskalica [5] 26

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] 27

Slika 3.5. Postav miniprskalica [5] Slika 3.6. Navodnjavanje miniprskalicama [5] Radni tlak opskrbljivača i gubici bar 28

Radni tlak prskalice Gubici trenja u laterali Gubici trenja u glavnom cjevovodu Gubici trenja u kontrolnoj jedinici Manji lokalni gubici Razlika u nadmorskoj visini Ukupni zahtijevani tlak sustava 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] 29

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] 30

Radni tlak opskrbljivača i gubici Radni tlak opskrbljivača Gubici trenja u laterali Gubici trenja u glavnom cjevovodu Gubici trenja u kontrolnoj jedinici Manji lokalni gubici Razlika u nadmorskoj visini Ukupni zahtijevani tlak sustava bar 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] 31

Slika 3.8. Sustav navodnjavanja kapanjem [7] PREDNOST: Visoka učinkovitost primjene navodnjavanja do 90 %. 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] 32

Radni tlak opskrbljivača i gubici Radni tlak opskrbljivača (kapaljki) Gubici trenja u laterali Gubici trenja u glavnom cjevovodu Gubici trenja u kontrolnoj jedinici Manji lokalni gubici Ukupni zahtijevani tlak sustava bar 1,00 0,10 0,43 0,90 0,22 2,65 Tablica 3.5. Primjer rada navodnjavanja kapanjem [5] 33

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 Samohodni ureďaji za linijsko navodnjavanje Navodnjavanje kišenjam Navodnjavanje mikro - prskalicama Navodnjavanje mini - prskalicama Lokalizirano navodnjavanje Lokalizirano Navodnjavanje kapanjem navodnjavanje fontanama 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 0,15 0,35 0,25 0,30 0,43 [bar] Gubici trenja u laterali/razdjelnici 0,47 0,20 0,35 0,20 0,10 [bar] Gubici trenja u kontrolnoj jedinici 0,33 0,50 0,50 0,20 0,90 [bar] Lokalni gubici [bar] 0,25 0,20 0,20 0,20 0,22 Gubici razlike nadmorske visine 0,15 0,10 [bar] 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 34

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 Samohodni ureďaji za linijsko navodnjavanje Navodnjavanje kišenjam Navodnjavanje mikro - prskalicama Navodnjavanje mini - prskalicama Lokalizirano navodnjavanje Lokalizirano Lokalizirano navodnjavanje navodnjavanje fontanama 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. 35

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 36