Adaptações de modelos matemáticos para dimensionamento hidráulico em sistemas de irrigação pressurizada.

Autor: SOUSA, José Sebastião Costa de.
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2012
Předmět:
Zdroj: Biblioteca de Teses e Dissertações da UFCGUniversidade Federal de Campina GrandeUFCG.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
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Capes
Este trabalho teve como objetivo a elaboração de modelos matemáticos (conjunto de equações) para escolha de emissores e dimensionamento hidráulico de sistemas de irrigação por aspersão convencional e localizada, em subunidades de irrigação de forma geométrica retangular, triangular e trapezoidal. O modelo proposto para escolha do emissor envolve os parâmetros de solo, água, planta, atmosfera, jornada de trabalho e tempo disponível para funcionamento do sistema em uma seleção otimizada de emissores com base em demanda de pressão por área instalada (aspersores) e aproximação de vazão (gotejadores e microaspersores). O modelo para o dimensionamento hidráulico de subunidades de irrigação retangulares propicia a determinação da posição ótima para a tubulação de derivação (menor demanda de pressão, menor comprimento da tubulação e maior aproximação da variação máxima de pressão na subunidade), permitindo nesse processo a utilização das equações de perda de carga unitária de Darcy-Weisbach, Hazen-Williams e Scobey. Nesse modelo também foram obtidos algoritmos para a determinação da situação mais desfavorável em sistema com tubulações móveis e do comprimento máximo de tubulações para diâmetros prefixados, com e sem uso de tratamentos numéricos (uso dos métodos de Newton- Raphson e das Secantes), para a resolução de equações implícitas. Obteve-se ainda, uma expressão matemática adaptada da fórmula de Blasius, de elevada precisão (erros menos que 1,35%), para a determinação do fator de atrito de Darcy-Weisbach para as situações mais comuns em projetos de irrigação pressurizada (escoamento turbulento liso). Para as subunidades triangulares e trapezoidais os modelos foram elaborados utilizando-se do método de dimensionamento trecho a trecho para as tubulações de derivação e do fator de múltiplas saídas para as tubulações laterais. Um último algoritmo foi elaborado para o dimensionamento das demais tubulações que compõem os sistemas de irrigação, bem como as definições necessárias para a montagem do cabeçal de controle e a seleção do conjunto motobomba. Devido as numerosas rotinas de cálculos envolvidas, os modelos propostos são potencialmente aplicados a programas computacionais.
This research aimed at developing mathematic models (set of equations) to choose emitters and hydraulic design of irrigation by sprinkler, in irrigation subunits in a rectangular, triangular and trapezoidal geometric form. The proposed model for the emitter's choice involves soil, water, plants and atmosphere parameters, workday and available time for the system to vvork in an optimized selection of emitters based on the demand of pressure for the area installed (sprinklers) and the approach flow (drip and micro-sprinklers). The model for hydraulic design of rectangular irrigation subunits offers the determination of the best position for the pipe shunt (lower demand pressure, shorter pipe length and higher approximation of maximum pressure variation in the subunit), favoring, in this process, the use of Darcy-Weisbach, Hazen-Williams and Scobey's equations of unit head loss. In this model, algorithms for the determination of the most unfavorable situation in mobile system with pipes and the maximum length of pipe diameters for fixed rate, with and without use of numerical treatments (use of Newton-Raphson's method as well as use Secantes's), to solve the implicit equations) were also obtained. One high precision mathematic expression adapted from Blasius's formula (errors less than 1,35%) was obtained in order to determine Darcy-Weisbach's friction factor for the most common situations in pressurized irrigation projects (smooth turbulent flow). For the triangular and trapezoidal subunits, the models were designed using the dimensioning method per zone for bypass pipes and multiple output factor for pipes shunts. Another algorithm was created to measure the other pipes that make part of the irrigation systems, as well as to define the assembling of the head control and the selection of the pump-motor set. Due to the several numbers of calculations involved, the proposed models are potentially applied to computer programs.
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