Local head loss for uncoaxial drippers inserted in polyethylene pipes

Este trabalho apresenta os resultados de experimento conduzido para avaliar as perdas de carga localizadas em gotejados não coaxiais integrados a tubos de polietileno. As perdas de carga para diferentes vazões foram determinadas em quatro modelos de tubos-gotejadores, com dez repetições. Para cada vazão, a perda de carga localizada foi calculada pela diferença entre a perda de carga no tubo com emissor e a perda de carga contínua no tubo uniforme estimada pela equação de Darcy-Weisbach com o fator de atrito (f) previamente determinado. Aproximações matemáticas foram sugeridas para calcular hfe com base no coeficiente de carga cinética (K) e em um valor constante de comprimento equivalente (Le). Para os modelos de tubos-gotejadores estudados, a perda de carga localizada, expressa como percentagem da perda de carga total, aumentou com o aumento da razão de obstrução, variando de 24,5% a 50,8% para Ag/At = 0,221 e 0,429, respectivamente. A maior diferença percentual encontrada entre a perda de carga total calculada pelo método iterativo passo a passo e pelo uso de Le constante, calculado com a vazão de entrada na lateral, foi 5,5% para o gotejador não autocompensante. Para os gotejadores autocompensantes, as diferenças foram inferiores a 1,7%.In this paper, the results of an experimental investigation on local head losses from uncoaxial in-line emitters inserted into the pipe line are reported. Local losses corresponding to four different pipe-emitter combinations, with ten replications, were measured for a range of discharge values. For each discharge, the amount of local losses was calculated as the difference between the total measured head losses and the corresponding friction losses evaluated by the Darcy-Weisbach equation. Mathematical approaches were tested to calculate hfe based on the kinetic head coefficient (K) and constant equivalent length (Le). For the drip-line models examined, the amount of local losses, expressed as a percentage of the total losses, was found to grow with an increase in the obstruction degree. The percentage increased to 24.5% and 50.8%, respectively, for Ag/At = 0.221 and 0.429. The results of this experimental investigation indicated the practical validity of using a constant equivalent length (Le) to estimate the local head losses in a drip lateral line. The percentage variation between total head loss calculated by a step-by-step procedure and the Le approximation method was 5.5% for non-compensating pressure emitters and less than 1.7% for the pressure compensating emitters.Ministério da Ciência e TecnologiaConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Engenharia da Irrigação (INCT-EI

Local Head Loss of Non-Coaxial Emitters Inserted in Polyethylene Pipe

The design of a lateral line for drip irrigation requires accurate evaluation of head losses in not only the pipe but in the emitters as well. A procedure was developed to determine localized head losses within the emitters by the formulation of a mathematical model that accounts for the obstruction caused by the insertion point. These localized losses can be significant when compared with the total head losses within the system due to the large number of emitters typically installed along the lateral line. An experiment was carried out by altering flow characteristics to create Reynolds numbers (R) from 7,480 to 32,597 to provide turbulent flow and a maximum velocity of 2.0 m s-1. The geometry of the emitter was determined by an optical projector and sensor. An equation was formulated to facilitate the localized head loss calculation using the geometric characteristics of the emitter (emitter length, obstruction ratio, and contraction coefficient). The mathematical model was tested using laboratory measurements on four emitters. The local head loss was accurately estimated for the Uniram (difference of +13.6%) and Drip Net (difference of +7.7%) emitters, while appreciable deviations were found for the Twin Plus (-21.8%) and Tiran (+50%) emitters. The head loss estimated by the model was sensitive to the variations in the obstruction area of the emitter. However, the variations in the local head loss did not result in significant variations in the maximum length of the lateral lines. In general, for all the analyzed emitters, a 50% increase in the local head loss for the emitters resulted in less than an 8% reduction in the maximum lateral length

Model for determining the continuous head losses in elastic pipe

Nos projetos hidráulicos de irrigação são contabilizadas as perdas de carga totais, que seriam as perdas contínuas ou principais e as localizadas, objetivando maximizar a uniformidade de distribuição de água, caracterizando um conjunto motobomba adequado ao sistema de irrigação e com isso, minimizando os custos anuais e de implantação do projeto. Com o uso da informática, problemas de cálculos complexos são resolvidos com muita facilidade; desta forma pode-se aplicar modelos mais complexo para calculo da perda de carga nos sistemas de irrigação, resultando em valores mais próximos da realidade, com maiores riquezas de detalhes. A perda de carga representa a dissipação de energia da água em forma de calor, ao longo da tubulação, decorrente da resistência ao escoamento oferecida pela viscosidade do fluido e pela inércia das partículas. É variável de acordo com o tamanho das rugosidades da parede do tubo, diâmetro da tubulação e com a velocidade da água. A indústria de plásticos e seus derivados, com o auxilio da engenharia, tem aprimorado a qualidade dos materiais destinados à fabricação dos tubos, principalmente de polietileno. A utilização de tubos fabricados de matérias plásticos, de menor custo, destinados à irrigação tem aumentado nos últimos anos. A flexibilidade desses tubos traz como consequência o aumento do diâmetro interno com o aumento da pressão, fato este já observado em pesquisa e que não são levados em consideração pelos equacionamentos matemáticos utilizados para determinação da perda de carga. O presente trabalho propõe um modelo onde leva em consideração o módulo de elasticidade (E) do tubo para determinar a alteração do diâmetro em tubos elásticos provocada pela pressão, afetando assim a determinação da perda de carga contínua. Conhecer detalhadamente a causa da perda de energia, com intuito de cada vez mais otimizar a energia gasta por área irrigada no cenário brasileiro, passa a ser de fundamental importância. O Modelo Elástico proposto associado à Equação Universal, apresentou índice de desempenho médio de 0,9 sendo considerado com uma estimativa muito boa da realidade.Total head losses are accounted in the irrigation hydraulic projects, that would be the continuous losses and the local head losses, aiming to maximize the uniformity of water distribution, characterizing an adequate pump set to the irrigation system e thus, minimizing the project implantation and annual costs. With informatics support, complex calculation problems are solved with ease, therefore it is possible to apply more complex models for head loss calculation in the irrigation system, resulting in values closer to the reality, with greater details. The head loss represents the water energy dissipation as heat, along the piping, due to the resistance to the flow offered by the fluid viscosity and by the particles inertia. It is variable according to the size of the rugosities of the pipe wall, piping diameter and the water velocity. plastic industry and its derivates, with engineering support, have improved the quality of the materials for the pipe manufacturing, mainly polyethylene. The usage of plastic material pipes for irrigation, of lowest cost, has risen in the latest years. The flexibility of these pipes leads to the internal diameter increase with pressure increase, fact already observed in research and that are not taken into account by mathematics equating used to determine the head loss. This paper proposes a model where it takes into account the elastic module (E) of the pipe to determine the diameter alteration in elastic pipes due to the pressure, affecting the determination of continuous head loss. Elastic Module proposed associated to Universal Equation, showed average performance rate of 0,9% being considered a extremely good estimative of reality

Methodology for Localized head loss determination of non coaxial emitters inserted in polyethylene pipe

O procedimento de dimensionamento de uma linha lateral de irrigação localizada necessita ser avaliado com precisão, devido às perdas de carga tanto distribuídas na tubulação como nas inserções dos emissores com os tubos. Devido a isso, desenvolveu-se uma metodologia para a determinação da perda de carga localizada mediante a formulação de um modelo matemático a partir do índice de obstrução. Estas perdas localizadas podem ser significativas quando comparadas com as perdas de carga totais, devido ao grande número de emissores instalados ao longo da linha lateral. O experimento foi junto ao Departamento de Engenharia Rural (ESALQ-USP) e ajustado para valores número de Reynolds (R), no intervalo de 7.480 a 32.597 para proporcionar fluxo turbulento e velocidade máxima de 2,0 m s-1. A pesquisa foi conduzida em duas etapas: 1) ajuste do fator f para um seguimento de 0,5 m de tubo,sendo realizada 10 repetições, com o intuito de validação da metodologia empregada comparando-se o ajuste dos dados encontrados com os trabalhos existentes na literatura, 2) determinação da perda de carga (hf) em um seguimento de tubo de 1 m de comprimento com emissor devidamente vedado, portanto, pela diferença entre a hf do tubo mais o emissor e a hf do tubo obtido na primeira etapa, obteve-se a perda de carga localizada do emissor (hfe). Além disso, com a determinação da geometria do emissor, pelo projetor ótico HB 400, formulou-se uma equação que permitiu o cálculo da perda de carga localizada utilizando-se as características geométricas do emissor (comprimento do emissor, índice de obstrução e coeficiente de contração). Pelos resultados obtidos para 4 modelos utilizados, o modelo estimou satisfatoriamente para 2 modelos, e também verificou-se que o modelo apresentou um desempenho classificado como \'ótimo\', portanto, podendo ser empregado para estimativa de perda de carga localizada provocada por emissores integrados não coaxiais com geometria semelhante ao emissor Uniram e Drip Net.The design of a lateral line of trickle irrigation requires an accurate evaluation of head losses in not only the pipe but the emitters as well. A procedure was developed to determine localized head losses within the emitters by the formulation of a mathematical model accounting for the obstruction caused by the insertion point. These localized losses can be significant when compared with the total head losses within the system, due to the large number of emitters typically installed along the lateral line. An experiment was carried out by altering flow characteristics to create Reynolds Number (R) in the interval from 7480 to 32597 to provide turbulent flow and a maximum velocity of 2.0 m s-1. The geometry of the emitter point was determined by an optical projector and sensor. An equation was formulated that allows the localized head loss calculation using the geometric characteristics of the emitter (emitter length, obstruction index and the contraction coefficient). The obtained results for 4 used models, the model esteemed satisfactorily for 2 models, and was also verified that the model presents an acting classified as \'great\', therefore, could be used to estimate localized head loss provoked by non coaxial emitters inserted in polyethylene pipe with similar geometry as the Uniram and Drip Net emitters

Caracterização hidráulica de tubos porosos oriundos de pneus reciclados utilizados em irrigação subsuperficial

Mesmo diante do apelo ecológico pelo reaproveitamento de resíduos, os produtos de irrigação, como é caso de tubos porosos oriundos de pneus reciclados, devem ser avaliados quanto à sua viabilidade técnica. A caracterização hidráulica é um dos requisitos necessários para tal finalidade além de fornecer dados essenciais ao dimensionamento de sistemas de irrigação. Diante do exposto objetivou-se caracterizar tubos porosos quanto aos fatores perda de carga, vazão em função da pressão e variação de vazão. Foram utilizadas cinco amostras de tubo para determinação da perda de carga e oito para a determinação da curva vazão-pressão e do coeficiente de variação, sendo ensaiados sete níveis de pressão. A perda de carga foi determinada com tubo impermeabilizado e com distribuição de vazão para diferentes vazões. O tubo poroso apresentou coeficiente de variação de vazão em torno de 5%, considerado resultado satisfatório. O modelo potencial não se ajustou aos dados da curva característica vazão-pressão. Os fatores de atrito e de redução de perda de carga apresentaram comportamento divergente da literatura em que outros fatores, como a variação do diâmetro, devem ser estudados com maiores detalhes

Local head losses for integrated drippers in polyethylene pipes

Este trabalho foi desenvolvido para analisar as perdas de carga localizadas em gotejadores coaxiais integrados em tubos de polietileno. A perda de carga para diferentes vazões foi determinada em quatro modelos de tubos gotejadores, com sete repetições. Para cada vazão, a perda de carga localizada foi calculada pela diferença entre a perda de carga no tubo com emissor e a perda de carga contínua no tubo uniforme, estimada pela equação de Darcy-Weisbach. Aproximações matemáticas foram sugeridas para calcular a perda de carga com base no coeficiente de carga cinética (K) e em um valor constante de comprimento equivalente (Le). A desconsideração da perda de carga localizada levou à superestimativa do comprimento máximo da linha lateral de até 25,7%, para os gotejadores autocompensados, e de 9,5%, para os não autocompensados. O cálculo da perda de carga localizada, utilizando o modelo potencial para estimar o valor de K em função do índice de obstrução, mostrou bons resultados, comparáveis àqueles obtidos com o valor de K ajustado pelos dados observados em laboratório, o que resultou em pequenas variações na estimativa do comprimento máximo da linha lateral por esses dois procedimentos.This work was developed to determine localized head losses in coaxial emitter integrated in polyethylene pipes. The localized head losses, for different flows, were obtained in four emitters' model, with seven replications. The amount of local losses caused by the emitter was calculated by the difference between the total measured head losses of the segment and the corresponding friction losses evaluated by the Darcy-Weisbach equation. Mathematical approaches were suggested to calculate the head loss using the kinetic load coefficient (K) and a constant value of equivalent length (Le). Not considering the localized head losses overestimated the maximum lateral lengths of 25.7%, for the pressure compensating emitters, and of 9.5%, for the not pressure compensating emitters. The calculation of localized head loss using the potential model to estimate the K value in function of obstruction index, showed good results, comparable to those obtained with the fitted K value by the data observed at the laboratory, resulting in small variations in the estimate of maximum lateral lengths for those two procedures