O experimento foi realizado no Laboratório de Irrigação do Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Universidade Federal de Pelotas (CDTec/UFPel). Os três modelos de emissores estudados são integrados a tubulação, do tipo pastilha. Os modelos, e as características, informadas pelo fabricante, estão descritas na Tabela 1.
Tabela 1 - Modelos de tubos emissores estudados e características técnicas segundo o fabricante
Marca AZUD Naan Dan Jain Rain Bird
Modelo Premier Line PC Amnon Drip AS XF-SDI
Autocompensante Sim Sim Sim
Antidrenante Não Sim Não
Vazão (l h-1) 2,30 1,60 2,27
Diâmetro nominal (mm) 16 16 16
Espessura da parede (mm) 0,90 1,00 1,24
Espaçamento entre emissores (m) 0,50 0,33 0,30
Para condução do estudo foi utilizada uma bancada experimental, a qual dispunha dos equipamentos necessários para controle do sistema e aquisição dos dados, de acordo com o observado na Figura 4.
A bancada experimental está conectada a um reservatório de 372 litros e um sistema motobomba, marca KSB, modelo Hidrobloc P1000T, de 1 cv. Para verificação da temperatura, utilizou-se um termômetro, com escala de 0 a 50ºC e precisão de 1°C, preso no interior do reservatório. A água para realização do estudo é advinda do sistema público de abastecimento. Para evitar impurezas, utilizou-se um filtro de discos de 1½”, de 120 mesh, fabricado pela Plasnova.
Os valores de vazão foram obtidos utilizando-se um medidor de vazão
eletromagnético, marca Krhone-Conaut, com faixa de operação certificada de 0 a 3,5 m3 h-1, e precisão de 0,5% vm (valor medido), sendo transformados, por meio
da equação da continuidade, em velocidades de escoamento. Para verificar a pressão no início da linha de gotejadores utilizou-se um manômetro digital Lámon, com faixa
de serviço de 0 a 200 mca, e precisão de 0,1% FS (faixa de serviço). A obtenção da diferença de pressão, entre o início e o final da linha de gotejadores, foi realizada através de um manômetro diferencial em “U”, com mercúrio, que possui peso especifico (γHg) 13600 kgf m-3.
A pressão foi mantida constante durante os ensaios, em 20 mca, variando-se somente a velocidade de escoamento no interior da tubulação, utilizando-se de dois registros, um no final da linha ensaiada, e um no retorno ao reservatório. Com isso se evitou a alteração no diâmetro da tubulação, o que ocasionaria erros na correta estimativa dos valores de perda de carga (RETTORE NETO et al., 2013; RETTORE NETO et al., 2014; RETTORE NETO et al., 2016).
Para cada valor de velocidade de escoamento obteve-se o respectivo valor de perda de carga para a linha de gotejadores ensaiada. Realizou-se quatro repetições, obtendo-se então quatro grupos de dados para cada modelo de tubo emissor. Para fins de padronização dos ensaios, coletou-se os valores dos pares de dados de maneira descendente de velocidade, ou seja, iniciou-se o ensaio com valores mais altos de velocidade. Para que não houvesse alteração na vazão ao longo do tubo emissor, vedaram-se todos os emissores, e, para classificação do regime de escoamento, utilizou-se o número de Reynolds.
As características geométricas da tubulação e dos emissores foram obtidas através de projetor ótico de perfil, Starret HB 400, e softwares de desenho, com auxílio do Laboratório de Irrigação da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP), obtendo-se os valores apresentados na Tabela 2. Para determinação do comprimento da tubulação, e, espaçamento entre emissores, utilizou-se trena. O número de emissores na tubulação ensaiada variou de acordo com o espaçamento entre eles, porém se optou por manter o comprimento próximo ao comprimento máximo da bancada (10 metros).
Para as conexões de tomadas de pressão foi utilizada a metodologia descrita por Rettore Neto et al. (2009b), onde os orifícios nas tubulações foram realizados com uma barra de inox com diâmetro de 2,4 mm, com uma extremidade pontiaguda. Primeiramente, foi realizado um furo marcador, e, após, inserido o furador aquecido. No momento de retirar o furador do orifício, foram realizados movimentos giratórios, evitando possíveis acúmulos de material proveniente do orifício no interior da tubulação.
Tabela 2 - Valores médios (µ) e desvio padrão (σ) das características geométricas dos tubos emissores
estudados
AZUD Naan Dan Jain Rain Bird
Premier Line PC Amnon Drip AS XF-SDI
µ σ µ σ µ σ As (mm2) 142,73 2,2829 143,06 6,5619 146,33 1,8399 PMs (mm) 42,35 0,3388 42,39 0,9768 42,88 0,2699 Ar (mm2) 88,65 3,4316 97,74 4,6966 95,72 4,194 PMr (mm) 52,99 0,6548 60,05 1,1943 64,39 0,9143 Ds (mm) 13,48 - 13,5 - 13,65 - Dr (mm) 6,69 - 6,51 - 5,95 - IO 0,37 - 0,22 - 0,28 - L (m) 10 - 10,23 - 10,2 - ne 20 - 31 - 34 - no 197 - 178 - 197 -
As – Área da seção transversal onde não há obstrução, mm2; PMs – Perímetro molhado da seção transversal onde não há obstrução, mm; Ar – Área da seção transversal onde há obstrução, mm2; PMr – Perímetro molhado da seção transversal onde há obstrução, mm; Ds – Diâmetro da seção transversal onde não há obstrução, mm; Dr – Diâmetro da tubulação na seção transversal onde há obstrução, mm;
IO – Índice de obstrução, adimensional; ne – Número de emissores na tubulação, adimensional; L – Comprimento da tubulação, m; no – Número de observações, adimensional.
Para conexão do manômetro na tomada de pressão foram utilizadas braçadeiras de PVC com diâmetro interno igual ao diâmetro externo da tubulação. Para que não houvesse estrangulamento da seção, dividiu-se a braçadeira em duas partes de igual tamanho, e foram dispostas sobre a tubulação. Para fixá-las no tubo emissor, foramutilizadas duas braçadeiras metálicas, envolvendo-as sem pressioná- la.
A primeira tomada de pressão foi instalada após o primeiro emissor, a uma distância de meio espaçamento entre emissores, já a segunda tomada de pressão, foi instalada a meio espaçamento antes do último emissor, mantendo-se assim, as tomadas de pressão, entre dois emissores.
Considerando a tubulação em nível, e com emissores vedados, ou seja, sem alteração na carga de posição e na carga cinética, a perda de carga total no tubo emissor pode ser considerada como a diferença de pressão entre o início e o final da tubulação. Para mensurar a diferença de pressão, utilizou-se o manômetro diferencial em “U”.
A perda de carga total no tubo emissor foi quantificada em função da vazão, utilizando-se um modelo do tipo potencial, Equação 34, conforme proposto por Gomes et al. (2010).
B
t A Q
hf = ⋅ ( 34 )
em que,
hft é a perda de carga total no tubo emissor, mca;
Q é a vazão de escoamento, m3 s-1; e
A e B são coeficientes de ajuste, adimensionais.
Para a obtenção da perda de carga localizada no emissor, faz-se necessário estimar a perda de carga continua na tubulação, e para isso utilizou-se a equação universal, com o coeficiente f determinado pela equação de Blasius (Equação 35), com coeficientes propostos por Rettore Neto et al. (2009b), para tubulações de polietileno.
m Re c
f = ⋅ − ( 35 )
em que:
f é o fator de atrito, adimensional;
Re é o número de Reynolds, adimensional; e
c e m são coeficientes de ajuste, c = 0,296 e m = 0,25.
A partir da perda de carga total no tubo emissor, perda de carga continua na tubulação, e do número de emissores, obteve-se a perda de carga localizada no emissor (Equação 36). e c t e n hf hf hf = − ( 36 ) em que:
hfe é a perda de carga localizada no emissor, m;
hft é a perda de carga total no tubo emissor, m;
hfc é a perda de carga continua na tubulação, m; e
ne é o número de emissores na tubulação, adimensional.
De posse dos pares de dados de vazão e perda de carga localizada no emissor, ajustou-se um modelo exponencial, como demonstrado na Equação 37, de acordo com estudos preliminares de Gomes et al. (2010).
b
e a Q
hf = ⋅ ( 37 )
em que:
hfe é a perda de carga localizada no emissor, m;
Q é a vazão de escoamento, m3 s-1; e
Na Tabela 3 estão os valores máximos e mínimos, para cada modelo de tubo emissor estudado, das variáveis observadas no estudo, vazão, temperatura, perda de carga total na tubulação, e as variáveis calculadas, velocidade, viscosidade, número de Reynolds, fator de atrito e perda de carga continua na tubulação.
Para determinar o coeficiente “k”, da equação geral da perda de carga (Equação 30), realizou-se uma regressão linear a partir dos pares de dados de perda de carga localizada e carga cinética (V2/2g). Já no ajuste do modelo proposto por
Bagarello et al. (1997) (Equação 31), utilizou-se do grupo de dados de Provenzano; Pumo (2004), Provenzano et al. (2005), Rettore Neto et al. (2009b), que dispunham de dados de emissores integrados do tipo pastilha, além dos dados obtidos neste estudo. Após isto, ajustou-se uma equação potencial, determinando-se os coeficientes α e β.
Tabela 3 - Valores máximo e mínimo das variáveis observadas e calculadas nos ensaios
AZUD Naan Dan Jain Rain Bird
Premier Line PC Amnon Drip AS XF-SDI
Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Q (m3 s-1) 28,8 x 10-5 4,5 x 10-5 30,8 x 10-5 4,0 x 10-5 30,2 x 10-5 4,5 x 10-5 hft (mca) 8,9838 0,2016 10,6470 0,3402 9,9288 0,3024 T (ºC) 23,7 17,5 23,0 17,0 22,0 18,0 V (m s-1) 2,15 0,28 2,01 0,32 2,06 0,31 V2/2g (m) 23,65 x 10-2 0,41 x 10-2 20,62 x 10-2 0,51 x 10-2 21,70 x 10-2 0,48 x 10-2 ν (m2 s-1) 1,07 x 10-6 9,27 x 10-7 1,09 x 10-6 9,41 x 10-7 1,06 x 10-6 9,63 x 10-7 Re 28757 4105 27518 4113 27836 4283 f 0,0370 0,0227 0,0370 0,0230 0,0366 0,0229 hfc (mca) 3,9800 0,1113 3,6427 0,1410 3,7370 0,1312 hfe (mca) 0,2498 0,0045 0,2331 0,0063 0,1831 0,005 Q – Vazão de escoamento, m3 s-1; hf
t – Perda de carga total no tubo emissor, mca; T – Temperatura no interior do
reservatório, °C; V – Velocidade de escoamento, m s-1; V2/2g – Carga cinética, m; ν - Viscosidade cinemática do
fluido, m2 s-1; Re – Número de Reynolds, adimensional; f – Fator de atrito, adimensional; hf
c – Perda de carga
continua na tubulação, mca; hfe - Perda de carga localizada no emissor, mca.