ABSTRACT: The objective of this study was to determine the variability of the head loss as a function of the emitter geometry as well as to develop a relation between local head loss caused by the emitter insertion and geometric characteristics of the emitter pipe, using index of obstruction for dripper pipes with non-coaxial emitters. For this, an experimental bench was developed to control the system and obtain the variables pertinent to the study. From the value of the total head loss in the emitter pipe and the value obtained with calculation of the distributed head loss in the pipe, the difference of these values was local head loss caused by the insertion of the emitter. Total head loss in the emitter pipe and local head loss on the emitter presented a potential relation with flow rate. The kinetic head coefficient (k), for each emitter studied, was obtained from the local head loss on the emitter and the kinetic head. A model for estimating the k coefficient based on the obstruction index was then generated.

RESUMO: Estudos demonstram que o vento é o fator que causa maior influência negativa na aplicação de água de sistemas de irrigação por aspersão. Sendo assim, este estudo tem por objetivo avaliar, em condições de campo, a influência do vento sobre a uniformidade de distribuição de água de um sistema mecanizado do tipo lateral móvel, utilizado na irrigação de arroz no sul do Rio Grande do Sul. O equipamento, localizado no Campo Experimental de Terras Baixas (ETB) da EMBRAPA/CPACT, opera com emissores de água modelo I-Wob instalados em tubos pendurais a uma distância de 2,8m da superfície do solo, espaçados uniformemente entre si em 2,3m, com reguladores de pressão de 68,9kPa. As 16 avaliações de campo realizadas permitiram inferir que quanto maior a velocidade do vento menor os valores dos coeficientes de uniformidade de Christiansen (CU) e de distribuição (UD). Além disso, pode-se afirmar que, mesmo em condições adversas de vento, o equipamento de irrigação mecanizada do tipo lateral móvel apresentou índices desejáveis de uniformidade de aplicação de água.

ABSTRACT: Investigations demonstrate that the wind is the factor that causes the biggest negative influence on water application of sprinkler irrigation systems. Therefore, this paper aims to evaluate, in in-field conditions, the influence of wind on the water distribution uniformity of a mechanical lateral move sprinkler system used for irrigation in rice crop in the South of Rio Grande do Sul State, Brazil. The equipment is located at the Campo Experimental de Terras Baixas (ETB) of EMBRAPA/CPACT and operates with water emitters model I-Wob installed in drop tubes in a distance of 2.8m above the soil surface, having a uniform space of 2.3m between each other and pressure regulators of 68.9kPa. Sixteen in-field evaluations were done and they permitted to infer that the higher is the wind speed, the lower are the values of Christiansen Uniformity (CU) and of Distribution Uniformity (DU) coefficients. Besides, it can be affirmed that even in unfavorable wind conditions, the mechanical lateral move irrigation equipment presented desirable indexes of water application uniformity.

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.

Even considering the ecological appeal to reuse wastes, the technical feasibility of irrigation products, such as porous pipes made of recycled automobile tires, must be assessed. Besides the hydraulic characterization is one of these technical requirements, it also provides essential data for designing subsurface irrigation systems. The objective of the research was to study the following characteristics of porous pipes: head loss, pressure-flow rate relationship, and variation of flow rate. Five samples of pipe were employed for determining head loss; eigth samples were used for determining pressure-flow rate curves and coefficient of variation evaluating seven pressures. Head loss experiments required pipes externally sealed (waterproofed) as well as pipes operating normally under several flow rates. The coefficient of variation of flow was around 5%, which represents a satisfactory result. The power function did not fit to the experimental data of pressure-flow rate. The head loss coefficient and the friction correction factor due to outflow of emitters presented values which did not match with those found in literature. Effects related to pipe diameter changes due to operating pressure must be taken into account in further studies.

A indústria de plásticos e derivados, com o auxílio da engenharia, tem aprimorado a qualidade do material destinado à fabricação de tubos, principalmente os de polietileno. A elasticidade desses tubos permite que ocorra aumento do diâmetro interno com o aumento da pressão, o que não é levado em consideração pelos equacionamentos matemáticos utilizados para a determinação da perda de carga. O objetivo deste trabalho foi quantificar os erros na determinação da perda de carga em tubos elásticos, em função da pressão de entrada na linha lateral, comparando valores observados e estimados pelas equações recomendadas na literatura técnica. Avaliaram-se 3 amostras de tubo de polietileno sob 9 pressões de entrada e 3 vazões, sendo estas correspondentes às velocidades de 1,0; 1,5 e 2,0 m s-1. Efetuou-se a medição do diâmetro externo dos tubos nas pressões entre 0 a 588,4 kPa, com incrementos de 49,05 kPa. Para todas as condições avaliadas, foi possível constatar que a pressão afeta a perda contínua de carga em tubos elásticos, sendo esta superestimada pelas equações de Darcy-Weisbach, Hazen-Williams e Flamant.

The plastics industry and its derivatives, with the help of engineering have improved the quality of materials used for manufacturing pipes, mainly polyethylene. The elasticity of polyethylene tubes allows diameter increases as pressure rises, which is not taken into account by the mathematical equations used to determine the head loss. The purpose of this research was to quantify the errors on head loss determining in elastic tubes as a function of inlet pressure on the lateral line, comparing observed and estimated values by equations recommended in the technical literature. Three samples of polyethylene pipe were evaluated under 9 inlet pressures and 3 flow rate conditions, which corresponds to velocities of 1.0, 1.5 and 2.0 m s-1. Measurements for determining the outside diameter of the tubes were carried out under pressures from 0 to 588.4 kPa incrementing 49.05 kPa each step. For all evaluated conditions it was verified that pressure affects the continuous head loss in elastic tubes and the equations of Darcy-Weisbach, Hazen-Williams, and Flamant overestimate the results.

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.

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.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de ajustar equações que estimam a perda distribuída de carga em microtubos utilizados em microaspersão e a perda localizada de carga na passagem lateral do fluxo por meio dos conectores na linha lateral. A perda distribuída de carga foi determinada em quatro diâmetros de microtubos com nove a dez repetições para 15 vazões, por meio da aplicação do teorema de Bernoulli. O fator de atrito (f) foi estimado fixando-se o valor de m = 0,25 e calibrando-se o valor do parâmetro c (0,290). A perda localizada de carga foi determinada por diferença entre perda de carga no microtubo mais conector e perda de carga no microtubo. Dois modelos de conectores foram utilizados e caracterizados quanto ao diâmetro interno e dimensões. Uma aproximação matemática foi proposta para calcular a perda localizada de carga com base em coeficiente de carga cinética do conector (K'), que leva em consideração as dimensões do conector e do microtubo e independência das forças viscosas para Re > 5.000. As variações de vazão e de pressão entre os emissores situados nos extremos da linha lateral mostraram-se sensíveis à perda de carga na passagem lateral pelo conector mais a perda de carga no microtubo.

This work was carried out aimed at presenting equations to estimate the continuous head loss in microtubes and the local head loss in the connector used on microsprinklers lateral lines. The continuous head loss was determined using Bernoulli's theorem for four microtubes diameters, each one with nine to ten replications for 15 flowrates. The Darcy-Weisbach friction factor was estimated by setting m to 0.25 and by calibrating the parameter value c to 0.290. The local head loss was determined by subtracting the head loss on the connector and microtube from the head loss on the microtube. Two types of connectors were used and characterized by its internal diameters and its dimensions. A mathematical approach to compute the local head loss was proposed based on a kinetic head connector coefficient (K'). This coefficient is a function of connector and microtube dimensions and independent of viscous forces up to Re > 5,000. Flowrate and pressure at emitters located at the far end of the lateral line were sensitive the head losses at the connectors and in the microtube.