Tarımsal Mekanizasyon 15.Ulusal Kongresi, Eylül 1994, ANTALYA DAMLA SULAMA SİSTEMLERİNDE KULLANILAN FİLTRELER ÜZERİNDE BİR ARAŞTIRMA

Transkript

1 Tarımsal Mekanizasyon 15.Ulusal Kongresi, Eylül 1994, ANTALYA DAMLA SULAMA SİSTEMLERİNDE KULLANILAN FİLTRELER ÜZERİNDE BİR ARAŞTIRMA A Research on The Filters Used in The Drip Irrigation Systems Erdoğan UZ * Vedat DEMİR ** Mustafa EREN *** ABSTRAKT Bu çalışmada, ülkemizde uygulanmakta olan damla sulama sistemlerinde geniş bir kullanım alanı bulunan yerli ve yabancı yapım filtrelerin, yük kaybı özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla yerli ve yabancı yapım dört değişik filtre ele alınarak denemeleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ele alınan filtrelerin, değişik oranda çökelti içeriğine sahip iki farklı suda (A ve B suyu) yük kaybı geçen su miktarı ilişkileri ve temiz suda (C suyu) yük kaybıdebi ilişkileri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre bu filtrelerin yük kayıpları karşılaştırılmıştır. ABSTRACT This study has been carried out; to determine the head loss-passed water relationships of filters, manufactured in Türkiye and foreign countries that are extensively used in drip irrigation systems in our country. For this reason, four filters consisting of foreign and homemade production were analysed. In this study, head loss-flow rates relationships of these filters at clean water (C) and two different suspended matter (A and B) were determined. Then, head losses of these filters were compared. * Prof.Dr., E.Ü.Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Bornova-İzmir **Arş.Gör.,E.Ü.Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Bornova-İzmir ***Ziraat Mühendisi -572-

2 1. GİRİŞ Damla sulama sistemlerinden beklenen yararlar, olanaklar ölçüsünde yeknesak su dağılımını sağlayan sistemin karşılaşılan koşullara uygun biçimde tasarnanıp işletilmesine bağlıdır. Bu da özellikle damla sulama sistemlerinde lateral ve damlatıcı özelliklerinin dikkate alınarak, yeknesak su dağılımını sağlayacak lateral uzunluklarının kullanılması ile gerçekleşebilir (5). Ancak damla sulama sistemlerinin en önemli elemanı sayılan damlatıcıların oldukça küçük kesitli su çıkışlarına sahip olmaları nedeniyle, bu su çıkışları yabancı materyalle kolaylıkla tıkanabilmektedir. Damlatıcılarda görülen bu tıkanıklılık, sistemde düzensiz su dağılımına neden olmakta ve sistemin uzun süre başarılı olarak çalışmasını engelleyerek performansını düşürmektedir. Damla sulama sistemlerinin avantajlarından en üst düzeyde yararlanmak için damlatıcıların tıkanmasına neden olan ve suda bulunan biyolojik canlıların, fiziksel ve kimyasal yabancı maddelerin temizlenmesi gerekmektedir (4,6,8). Damla sulama sistemlerinde tıkanmaya neden olan organik ve inorganik maddelerin yani fiziksel faktörlerin, sulama suyundan arındırılmasında mekanik filtrasyon yöntemleri uygulanmaktadır. Damla sulama sistemlerinde damlatıcıların veya mikro sulama sistemlerinde su dağıtma organlarının tıkanmasını önlemek açısından sulama sisteminin kontrol ünitesinde yer alan en önemli eleman filtrelerdir (Şekil 1). Sulama suyunun özelliklerine göre çok değişik tip ve yapıda filtreler geliştirilmiş olup bunlar damla sulama sistemlerinde kullanılmaktadır. English ve ark.(7), bir mikro sulama sisteminin uzun süre başarılı olarak çalışabilmesi için kullanılan su kaynağının temizleyici bazı uygulamalardan geçmesi gerektiğini ve hemen hemen çoğu suyun fiziksel ve kimyasal uygulamalar yardımıyla sulamaya elverişli hale getirilebileceğini belirtmiştir. Adin (2,3) yaptığı araştırmalarda, üç değişik süzme özelliğine sahip filtreyi, üç değişik oranda konsantrasyon ve üç değişik su giriş hızında üç parametreden ikisini sabit tutup birini değişken alarak denemelerini gerçekleştirmiştir. Süzme işlemi esnasında oluşan yük kayıplarını ölçerek, elde ettiği verilerden yük kaybı-geçen su miktarı ilişkilerini belirlemiştir. Bu ilişkilerde, geçen su miktarına karşılık yük kaybının arttığını şekillerle ifade etmiştir. Ancak artış büyüklükleri filtrelere, su giriş hızlarına ve su içinde bulunan partikül oranına göre farklılıklar göstermiştir

3 -574-

4 Bu çalışmada, ülkemizde uygulanmakta olan damla sulama sistemlerinde geniş bir kullanım alanı bulunan yerli ve yabancı yapım filtrelerin, yük kaybı özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla yerli ve yabancı yapım dört değişik filtre ele alınarak denemeleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada ele alınan filtrelerin, değişik oranda çökelti içeriğine sahip iki farklı suda (A ve B suyu) yük kaybı geçen su miktarı ilişkileri ve temiz suda (C suyu) yük kaybı-debi ilişkileri belirlenmiştir. 2. MATERYAL VE YÖNTEM Araştırmada, damla sulama sistemlerinde geniş kullanım alanı bulunan, farklı süzme özelliklerine sahip yerli ve yabancı yapım olmak üzere dört değişik filtre (I,II,III,IV) kullanılmıştır. Denemelerde kullanılan filtreler ve genel özellikleri Çizelge 1'de verilmiştir. Çizelge 1. Denemelerde kullanılan filtreler ve genel özellikleri Filtre Filtre Tavsiye Edilen İmalat Giriş ve No Adı Çalışma Debisi (m 3 /h) Yeri Çıkış Çapı I Elek filtre Yerli 2" ( mesh) II Disk filtre Yerli 2" (100 mesh) III Disk filtre Yabancı 2" (120 mesh) IV Hidrosiklon Yerli 2" (Merkezkaç Kum Ayırıcı) Denemelerde kullanılan dört değişik filtrenin yük kaybı-debi ve yük kaybı-geçen su miktarı ilişkilerinin belirlenmesinde, Gediz nehri suyunun çökelti içeriği sınır değerleri arasında kalan ve laboratuvar şartlarında hazırlanan, iki değişik çökelti içeriğine sahip sular (A ve B) ile temiz su (C) kullanılmıştır. Çökelti içeriğine sahip sular hazırlanırken, bölgede genel olarak damla sulama sistemlerinde filtrelerin Gediz nehri civarındaki bağlarda ve narenciye bahçelerinde sıklıkla kullanılması nedeniyle, Gediz nehrinin yaz aylarında bulundurduğu çökelti içeriği dikkate alınmıştır. Buna göre, 250 g/m 3 çökelti içeriğine sahip su (A) ve g/m 3 çökelti içeriğine sahip su (B) denemeler için laboratuvarda hazırlanarak denemelerde bir büyük tank içine konularak kullanılmıştır. Ayrıca temiz su (C) ile de denemeler gerçekleştirilmiştir. Denemeye alınan filtrelerin yük kaybı-debi ve yük kaybı-geçen su miktarı ilişkilerini belirleyebilmek amacıyla laboratuvarda amaca uygun olarak bir deneme düzeni hazırlanmıştır

5 Bu düzen yardımıyla değişik vana açıklığında biri temiz suda (C suyu), diğer ikisi de farklı oranda çökelti içeren su (A ve B suyu) olmak üzere üç değişik suda yük kayıpları ve geçen su miktarları ölçülmüştür. Denemelerden elde edilen yük kaybı, belirli zamanda geçen su ve debi değerlerinden yararlanılarak hesaplamalar yapılmış ve bilgisayar yardımıyla yük kaybı-geçen su ve yük kaybı-debi ilişkilerine ait grafikler elde edilmiştir. Bu değerlendirme Adin ve Alon (2), Adin (3) 'in yaptığı araştırmalarda uyguladıkları değerlendirme şekli ile uyum sağlamaktadır. Sonuç olarak değişik çökelti içeren iki çeşit su için üç farklı vana açıklığında ölçülen yük kaybı-geçen su miktarı değerleri filtrelere göre karşılaştırma yapabilmek için aynı grafik altında toplanmıştır. Ayrıca temiz suda yapılan denemeler sonucu ortaya çıkan yük kaybı-debi değerlerinin filtrelere göre karşılaştırılmasının yapılabilmesi için de her bir filtreye ait eğri de tek bir grafik altında toplanmıştır. 3. ARAŞTIRMA SONUÇLARI Denemeye alınan dört değişik filtrenin (I,II,III,IV), Gediz nehri suyundaki çökelti içeriği sınır değerleri arasında kalan ve laboratuvar şartlarında hazırlanan iki değişik çökelti içeriğine sahip A ve B sularında (250.0 g/m 3 ve g/m 3 ) vananın tam açık olduğu konumda, geçen su miktarına (L) bağlı olarak ölçülen yük kaybı (kpa) değerleri düzenlenerek Çizelge 2'de verilmiştir. Ayrıca filtrelerin temiz su (C suyu) ile yapılan denemelerinde filtreden geçen debiye (L/dak) bağlı olarak ölçülen yük kaybı (kpa) değerleri de düzenlenerek Çizelge 3'te verilmiştir. Ayrıca ölçülen değerlere bağlı olarak her bir filtre için regresyon analizi yapılmıştır. Burada tam vana açıklığındaki regresyon eşitlikleri her bir deneme suyu ve filtre için Çizelge 4'te ve bu eşitliklere ait eğriler de A suyu için Şekil 2'de, B suyu için Şekil 3'te ve C suyu için de Şekil 4'te verilmiştir. Çizelge 2. Tam vana açıklığında filtrelerden (I,II,III,IV) geçen A ve B sularının oluşturduğu yük kaybı değerleri Geçen Su Y ü k K a y b ı H (kpa) Miktarı A Suyu B Suyu Q L (L) I II III IV I II III IV

6 Çizelge 3. Değişik debilerde filtrelerden (I,II,III,IV) geçen C suyunun (temiz su) oluşturduğu yük kaybı değerleri D e b i Y ü k K a y b ı H (kpa) C Suyu Q(L/dak) I II III IV Çizelge 2 ile Şekil 2 ve 3'ün incelenmesinden de görüleceği gibi denemeye alınan filtrelerde (I,II,III,IV) yük kaybı, filtrelerden geçen su miktarının artışına bağlı olarak artmıştır. Ayrıca filtrelerdeki yük kaybı, kullanılan suyun partikül içeriğinin artışına bağlı olarak ta bir artış göstermiştir. Partikül içeriğine bağlı olarak filtrelerdeki yük kaybı değerleri incelendiğinde, A suyunda (250 g/m 3 ) I,II ve III nolu filtrelerden geçen su miktarına bağlı olarak bir yük kaybı artışı olmuştur (Şekil 2). Partikül içeriği daha fazla olan B suyunda ( g/m 3 ) ise I,II ve III nolu filtrelerden geçen su miktarına bağlı olarak yük kaybı artışı, A suyuna göre daha fazla olmuştur (Şekil 3). Çizelge 4. Tam vana açıklığında deneme suları ile filtreler arasındaki regresyon eşitlikleri Deneme Filtre Regresyon Katsayıları R 2 Regresyon Suyu No a b Eşitliği I A II b H= a.q L III IV * I B II b H= a.q L III IV * I C II H= a.q b III IV

7 Şekil 2. Denemeye alınan filtrelerin (I,II,III,IV) A suyunda geçen su miktarı (Q L ) - yük kaybı ( H) ilişkileri Şekil 3. Denemeye alınan filtrelerin (I,II,III,IV) B suyunda geçen su miktarı (Q L ) - yük kaybı ( H) ilişkileri -578-

8 Şekil 4. Denemeye alınan filtrelerin (I,II,III,IV) C suyunda debi (Q) - yük kaybı ( H) ilişkileri Özellikle II ve III nolu filtrelerin (disk filtre) özelliği nedeniyle bu artış daha da belirgin olarak ortaya çıkmıştır. Söz konusu filtrelerde süzme işini gerçekleştiren diskler arasından suyun geçişi esnasında, su içinde bulunan partiküller diskler tarafından büyük oranda tutulmakta, bunun sonucunda da süzme elemanları üzerinde bir partikül tabakası olmaktadır. Bu da filtreden geçen su miktarının artışına bağlı olarak, filtredeki yük kaybının da artmasına neden olmaktadır. IV nolu filtrede, filtreden geçen su miktarına bağlı olarak yük kaybı değişimi incelendiğinde, suyun içinde bulunan partikül miktarına göre her bir deneme koşulu için yük kaybı değerleri kendi içerisinde değişmemiş yani aynı kalmıştır (Şekil 2,3). Bu filtrede, filtreden geçen su miktarı artmasına rağmen, A suyunda 29.8 kpa, B suyunda ise 30.1 kpa sabit yük kaybı değerleri elde edilmiştir. Söz konusu filtrede çalışma prensibi nedeniyle, süzme işlemi için herhangi bir filtre elemanı bulunmamaktadır. Bu nedenle filtreden geçen su miktarı artmasına rağmen herhangi bir tıkanıklılık, dolayısıyla da yük kaybı artışı olmamaktadır. Filtreler arasında yük kaybı-debi değişimi incelendiğinde en az yük kaybı artışı I nolu -579-

9 filtrede olmakta ve bunu III nolu ve II nolu filtreler izlemektedir (Şekil 4). En fazla yük kaybı artışı ise IV nolu filtrede olmaktadır. I, II ve III nolu filtrelerde yük kaybı artışına süzücü elemanlar neden olurken, IV nolu filtrede süzücü eleman bulunmadığından yük kaybı artışına, giriş ve çıkış borusu arasındaki kod farkı ve filtreye teğetsel olarak giren suyun sirkülasyon hareketi sebep olmaktadır. IV nolu filtre içinde süzücü eleman bulunmadığından diğer üç filtre ile benzer tutulup kıyaslanması yapılmamalıdır. IV nolu filtre olan hidrosiklon filtre, damla sulama sistemi içinde oluşturduğu yük kaybının belirlenmesi amacıyla denemelere alınmıştır. 4. SONUÇ ve ÖNERİLER Damla sulama sistemlerinde kullanılan filtrelerin yük kaybı değişimine, denemeler de göstermiştir ki sistemde kullanılan suyun çökelti içeriği ile filtreden geçen su miktarının artışı veya azalışının doğrudan etkisi vardır. Kullanılan suyun içeriğindeki çökelti oranının artması, filtredeki yük kaybının artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle damla sulama sistemlerinde tek bir filtre değil, değişik özelliklerdeki filtreler kullanılmalıdır. Sonuç olarak söylemek gerekirse, filtrelerde yük kaybını etkileyen iki ana faktör bulunmaktadır. Bu faktörlerden, birincisi filtrelerden geçen su miktarı, diğeri de suyun içerdiği çökelti oranıdır. Sistemdeki yük kayıplarını en aza indirmek için de, değişik özelliklerdeki amaca uygun olarak imal edilmiş filtreler, doğru olarak seçilerek kullanılmalıdır. LİTERATÜR 1. Anonymous, Filtration and Water Treatment Manual for Low-Volume Irrigation Systems. Plastro Gvat - Plastic Pipes and Accessories. Irrigation Systems, Kibbutz Gvat, Israel. 2. Adin,A. and G.Alon, Mechanisms and Process Parameters of Filters Screens. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol112, No.4, Paper No:21034, Jarussalem, Israel 3. Adin,A.,1987. Clogging in Irrigation Systems Reusing Pond Effluents and its Prevention. Human Environmental Sciences Division, School of Applied Science Technology, The Hebrew University of Jarussalem, Vol.19, No.12, Jarussalem, Israel. 4. Bucks,D.A. and F.S.Nakayama, Guidelines for Maintenance of a Trickle Irrigation System. Proc.Third Inter'l. Drip/Trickle Irrig.Cong., Drip/Trickle Irrigation in Action, ASAE St.Joseph, Michigan, p Demir,V.,1991. Türkiye'de Kullanımı Yaygın Olan Damla Sulama Boruları ve -580-

10 Damlatıcıların İşletme Karakteristikleri Üzeride Bir Araştırma. E.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Bornova-İzmir. 6. Douglas,A and Bruce,P.E., Filtration Analysis and Application. Proc.Third Inter'l. Drip/Trickle Irrig.Cong., Drip/Trickle Irrigation in Action, ASAE St.Joseph, Michigan, p English,H.J., M.Asce and G.J.Nuss, Designing for Deficit Irrigation. Journal of the Irrigation and Drainage Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineering, ASCE, Vol.108, No.IR2, USA. 8. Gilbert,R.G. and H.W.Ford, Operational Principles- Emitter Clogging. In: Nakayama,F.S. and D.A.Bucks (Ed.), Trickle Irrigation for Crop Production. Elsevier Science Publishers B.V., P.O.Box 211, 1000 AE, Amsterdam, Netherland -581-