مطالعه فرآیندهای عملیاتی سیستم‌های لوله‌کشی آلومینیوم در مقایسه با لوله های آبیاری PVC

مقدمه:

در چند سال گذشته ، استفاده از لوله‌کشی پلاستیک با استفاده از پلاستیک های set-Certa به شدت افزایش‌یافته است و کشاورزان بیشتری از این فنآوری استفاده می‌کنند که به بسیاری از نکات مثبت از جمله صرفه‌جویی در نیروی کار کمک می‌کند.

گریک استفورد مدیر منطقه آبیاری نلسون در مورد جایگزینی لوله های آبیاری پلاستیکی certa-set به جای لوله های آبیاری آلومینیومی صحبت کرد. مجموعه certa-set توسط گروه تخصصی آمریکای شمالی تاسیس گردید و توسط فروشندگان مختلف توزیع گردید. به گفته وی استفاده از این تاسیسات از 5% تا 40-50% در طی ده سال گذشته افزایش یافته است. همچنین این جدیدترین نوآوری و فن‌آوری برای پرورش دهندگان در حال استفاده از سیستم آب‌پاش با لوله در مزارع است . برای بسیاری از سال‌ها ، لوله آلومینیومی ، محصول انتخابی بود ، اما هم اکنون بسیاری از پرورش دهندگان به فواید این لوله ها از جمله قیمت کم پی برده اند. یکی دیگر از مزایای لوله های پلاستیکی تغییر نکردن و انعطاف پذیری لوله ها در حین استفاده از تراکتور در زمین کشاورزی می باشد و در نتیجه نیازی به جابجایی مجدد لوله های پلاستیکی برخلاف لوله های آلومینیومی نمی باشد.

در سیستم certa-set که یک سیستم بسته است موجب صرفه جویی در مصرف آب می شود. در سیستم آلومینیومی با هر بار استفاده و خاموش کردن، سیستم باید به طور کامل از آب تخلیه شده و وارد یک مخزن شود. ولی در سیستم certa-set با وجود دریچه های تنظیمی نیازی به تخلیه نبوده و موجب صرفه جویی در مصرف آب می گردد.

یکی دیگر از مزیت ها کمتر بودن هزینه های سیستم certa-set می باشد. همچنین در گذشته از لوله های آلومینیومی فقط برای عبور آب استفاده می شد. امروزه با توجه به مصرف لوله ها برای عبور مواد شیمیایی استفاده از لوله های آلومینیومی به دلیل آسیب مواد شیمیایی به این لوله ها مورد تایید نمی باشد ولی استفاده ازسیستم های certa-set هیچگونه ممانعتی ندارد.

مطالعه فرایندهای عملیاتی بر روی دو نوع لوله پی وی سی و آلومینیومی

در طراحی همه سیستم‌های آبیاری، توجه به کارایی سیستم امر مهمی می باشد. بازده به صورت نسبت آب پمپاژ شده به آبی که به طور موثر در محصول اعمال می گردد، تعریف می‌شود. برای دست یافتن به بهترین بازده به تلفات زیر باید توجه شود:

1-     حوزه آب زهکشی

2-     تبخیر و جریان های هوایی

3-     زیان های الگوی کاربردی در ناحیه ریشه

4-     نشت از اجزای سیستم در حین اجرا

-         یاتاقان های آبپاش

-         اتصالات لوله

-         نقص های خط لوله

5-     تخلیه از اجزای سیستم زمانیکه سیستم عمل نمی کند و بنابراین نیاز به دوباره پر شدن در هر راه اندازی دارد.

6-     کاربرد دیفرانسیلی آبپاش ها ناشی از تغییر در فشار عملیاتی در امتداد خط اصلی و جانبی.

برای راحتی، این مقاله موارد 1، 2، و 3 را به عنوان «تلفات برنامه ای» و موارد 4، 5 و 6 را بعنوان « تلفات عملیاتی» دسته بندی نمود.

در طی سالها، تلفات برنامه ای، به ویژه تلفات الگو، موضوع مطالعه اصلی بوده و به محاسبات طراحی شده پرداخته است. در مقابل، در مطالعات صورت گرفته در مورد تلفات عملیاتی، اطلاعات بسیار کمی وجود دارد. این مسئله تا حدودی بیانگر این واقعیت است که لوله های آلومینیومی قابل حمل، سیستم غالب بوده و ممکن است عملکرد بهتری داشته باشد. علاوه براین تاثیر فشار عملیاتی سیستم های مختلف تا حد زیادی نادیده گرفته شده است و به عنوان یک پیامد و مولفه محدودکننده سیستم پذیرفته شده است.

برای خشکی سیستم آب را با فشار بیشتری به میزان یکسان در تمام آبپاش های مورداستفاده اعمال می کنند، که این افزایش فشار علاوه بر هدر رفتن آب، می تواند تاثیر منفی بر محصولات زراعی داشته باشد. در پی صرفه جویی در مصرف آب و انرژی به بررسی دو سیستم آبیاری لوله پی وی سی و آلومینیومی پرداخته شد. این مطالعه فقط تعیین میزان خسارت های عملیاتی را انجام می دهد و هیچ فاکتور دیگری را در تصمیم گیری در مورد هزینه اولیه، احتمالات، تلفات برنامه، تعمیر و نگهداری سیستم، خوردگی و غیره را در نظر نمیگیرد. این مطالعه توسط شرکت corpCertainteed در طول دوره ژانویه تا مارس ۲۰۰۳ انجام شد .

نتایج: بررسی سیستم لوله آلومینیومی قابل حمل

در جدول شماره 1 نتایج شش آزمایش با سیستم لوله آلومینیوم نشان داده شده است. آبپاش ها به فاصله 30 فوت در 50 فوت از هم قرار گرفتند. حجم خالص نشان داده شده در جدول شماره 1، با در نظر گرفتن فشار در انتهای لبه ها، تعداد سنسورها و زمان اجرای خالص و زمانی که آبپاش ها به فشار عملیاتی صحیح رسیده باشند، محاسبه گردید

راندمان عملیاتی نسبت خالص به حجم ناخالص است. در نتیجه متوسط راندمان عملیاتی 86.3% محاسبه گردید. این نتایج نشان می دهد که تلفات به میزان 13.7٪ ناشی از کارکرد سیستم در حین آبیاری، تخلیه سیستم زمان خاموش کردن آن و تغییرات در فشار عملیاتی سیستم می باشد.

نتایج: لوله های آبیاری CERTA-SETپی وی سی

جدول 2 نتایج شش آزمون انجام شده در سیستم لوله آبیاری پی وی سی CERTA-SETرا نشان می دهد. آبپاش ها به فاصله 40 فوت در 40 فوت از هم قرار گرفتند. در این حالت متوسط بازده عملیاتی برابر با 94.8 درصد است. همانطور که از نتایج پیداست بازده عملیاتی در لوله های پی وی سی 8.5% نسبت به لوله های آلومینیومی افزایش نشان داد. این افزایش ناشی از وجود دریچه های تنظیمی در لوله پی وی سی و تخلیه نکردن لوله ها از آب با هر بار شروع آبیاری و در نتیجه کمتر شدن میزان هدر رفت آب می باشد. ولی در مقابل در سیستم لوله های آلومینیومی با هر بار راه اندازی و خاموش کردن، سیستم باید به طور کامل از آب تخلیه شده و و ارد یک مخزن دیگر شود که این عمل موجب افزایش اتلاف آب و انرژی می شود.

در نتیجه می توان اتلاف آب در لوله پی وی سی را به تغییرات در فشار عملکرد آبپاش محدود کرد. در ادامه این مقدار را می توان با کاهش هدر رفت در لبه ها یا استفاده از آبپاشهای جبران کننده فشار کمتر کرد. برای شرایط تعریف‌شده توسط این مطالعه، مقایسه مستقیم یک سیستم لوله آلومینیوم در مقابل سیستم لوله‌کشی آبیاری certa- set پی وی سی, زیان‌های عملیاتی به طور متوسط از 13.7% درصد به 5.2 % یا به میزان 62 % کاهش‌یافت.

جدول # 1: سیستم لوله های آلومینیومی قابل حمل

(1) سیستم یک شبه تخلیه شده است.

(2) سیستم شروع به آزمایش کرد.

(3) تخلیه سیستم در یک شب

(4) تخلیه سیستم در یک شب

(5) تخلیه سیستم در یک شب

(6) تخلیه سیستم در یک شب

جدول #2: سیستم لوله های آبیاری certa-set پی وی سی

(1)سیستم ها در شروع هر تست پر از آب می شوند.

حجم خالص نشان داده شده در جداول شماره 1 و 2 با استفاده از عبارت زیر محاسبه می شود:

حجم خالص = ( نرخ جریان آب‌پاش به طور متوسط ) ( زمان اجرا ) (شماره سیستم‌های آبپاش در حال کار )

نکته : تعداد آبپاش های در حال کار برای لوله های آلومینیومی و لوله های پی وی سی به ترتیب 190 و 145 عدد بودند.

حجم ناخالص نشان‌داده‌شده در جداول # ۱ و # ۲ مستقیما از خوانش جریان سنج گرفته شده‌است . بازده عملیاتی با تقسیم حجم خالص به حجم ناخالص محاسبه می‌شود . کاربرد ناخالص با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود :

i (gross application) = [] (run time, hrs.),in.

 و فاصله آبپاش ها هستند. 30*50 فوت برای لوله های آلومینیومی و 40*40 فوت برای لوله های آبیاری pvc می باشد.