RESUMO Informações sobre perda de carga localizada em conexões utilizadas em sistemas de microirrigação são difíceis de serem encontradas na literatura. O objetivo desta pesquisa foi determinar experimentalmente as perdas de carga localizada em conexões comumente empregadas nesses sistemas e propor modelos matemáticos utilizando o teorema de Buckingham. A metodologia dos ensaios foi baseada em recomendações de normas técnicas internacionais. Os ensaios foram realizados sob pressão de entrada controlada em 150 kPa, com cinco a dez unidades testadas para cada modelo de conexão. As curvas relacionando vazão e perda de carga localizada foram plotadas com base em 15 condições de vazão, obtidas sob incremento e decréscimo de vazão. Para cada condição, foram coletados 30 pontos, resultando num conjunto de 900 registros de dados a cada ensaio. Em cada modelo de conexão avaliado, foram obtidas as seguintes informações: curvas de perda de carga localizada em função da vazão e do coeficiente de perda de carga localizada (KL). Os valores de KL variaram de 2,72 a 24,16, o qual tornar-se constante para um número de Reynolds acima de 10000. Verificou-se também a sensibilidade do coeficiente KL relacionado com a proporção das seções internas nas conexões. Os expoentes de vazão apresentaram valores próximos ao que é aplicado pela equação de Darcy-Weisbach (m = 2). Os modelos matemáticos desenvolvidos para as conexões apresentaram desempenho satisfatório.

ABSTRACT Information about local head loss caused by connections employed in micro-irrigation systems is hard to be found in literature. The objective of this research was to experimentally determine the local head losses in connections commonly used in micro-irrigation and propose mathematical models using the theorem of Buckingham. The methodology of tests was based on international standards. The tests were carried out under controlled inlet pressure, at 150 kPa, and five to ten units of each connection model were tested. The curves relating flow and head losses were drawn based on 15 flow conditions, obtained under increase and decrease of flow rate. For each condition, 30 points were collected resulting in a sample size of 900 points in each test. For each connection model evaluated, the following information was obtained: curves of local head loss as a function of flow rate and of local head loss coefficient (KL). The obtained values of KL ranged from 2.72 to 24.16, which become constant for Reynolds number higher than 10,000. The sensitivity of the coefficient related to a ratio of the internal sections in the connections was also verified. The flow exponents presented values close to the one applied by the Darcy-Weisbach equation (m = 2). The models developed for the connections presented a satisfactory performance.

RESUMO Para reduzir custos fixos e operacionais em sistemas de irrigação pressurizados são produzidos tubos de polietileno com pequena espessura de parede, com orifícios de descarga perfurados a laser, que operam a baixas pressões (até 100 kPa). A caracterização hidráulica desses materiais é essencial para o dimensionamento dos sistemas de irrigação. Dada a elasticidade do material de fabricação e a fina espessura de parede (aproximadamente 200 μm) dos tubos, o diâmetro interno pode ser alterado em função da pressão de operação, provocando variações na perda de carga. O objetivo deste trabalho foi analisar a perda de carga em tubos de polietileno flexíveis perfurados a laser e expressar o comprimento máximo dessas tubulações em função de critérios de uniformidade de distribuição de água. Utilizaram-se amostras de tubos não perfurados para determinar as equações de perda de carga. Ajustaram-se equações em função da vazão e da carga de pressão na entrada do tubo e, alternativamente, ajustou-se a equação de Darcy-Weisbach, com o diâmetro expresso em função da carga de pressão por um modelo potencial. A equação de perda de carga em função da vazão e da carga de pressão fornece estimativas adequadas e inclui efeitos de variação do diâmetro dos tubos plásticos devido a variações na carga de pressão. A equação de Darcy-Weisbach pode ser utilizada para o cálculo da perda de carga em tubos flexíveis, cujo diâmetro varia com a pressão, desde que o diâmetro seja expresso por uma função da pressão de entrada da lateral.

ABSTRACT For reducing fixed and operational costs in pressurized irrigation systems, thin-walled polyethylene pipes with laser-perforated orifices are manufactured to operate under low pressure (up to 100 kPa). Hydraulic characterization of these materials is essential for designing irrigation systems. Considering the material elasticity and the thin wall thickness (about 200 μm), the internal diameter of these pipes may vary according to the operating pressure, resulting in changes of head losses. The purpose of this study was to analyze the head loss in flexible pipes with laser-perforated orifices, and to estimate the maximum length of laterals based on criteria of water distribution uniformity. Non-perforated pipe samples were tested to obtain equations of friction loss. Equations were fitted as a function of flow rate and pressure head at the pipe inlet, and, alternatively, the Darcy-Weisbach equation was modified considering the diameter expressed as a power-law function of pressure head. The equation of head loss as a function of flow rate and pressure head provided proper estimations and considered effects related to changes in the diameter of plastic pipes due to variations in the pressure head. The Darcy-Weisbach equation can be employed for estimating head loss in flexible pipes, whose diameter varies due to pressure, but the diameter must be calculated as a function of the pressure head at the lateral inlet.