İÇTEN GEÇİK (IN-LINE) DAMLATICILARDA YAPIM FARKLILIKLARININ EŞ SU DAĞILIMINA ETKİLERİ *

Transkript

1 İÇTEN GEÇİK (IN-LINE) DAMLATICILARDA YAPIM FARKLILIKLARININ EŞ SU DAĞILIMINA ETKİLERİ * The Effect Of Manufacturing Variations Of Different Type Of In-Line Emitters On Emission Uniformity * Sefer BOZKURT Ç.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü Tarımsal Yapılar ve Sulama Anabilim Dalı Bülent ÖZEKİCİ Ç.Ü.Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü ÖZET Damla sulama sistemlerinin performansı, damlatıcı debilerinin türdeşliğine bağlıdır. İdeal olarak, sistemdeki tüm damlatıcılar eşit miktarlarda su dağıtmalıdırlar. Ancak, yapım farklılıkları, basınç değişimleri, damlatıcı tıkanması ve sıcaklık değişimleri nedeniyle, aynı özelliklerde iki damlatıcı arasındaki akış miktarlarında farklılıklar görülür. Farklı tiplerdeki damla sulama damlatıcılarından olan akışlar, altı farklı işletme basıncında belirlenmiştir. Basınç gideren damlatıcılar 50, 100, 150, 200, 250 ve 300 kpa basınçlarda test edilmiştir. Basınç gidermeyen damlatıcılar 75, 100, 125, 150, 175 ve 200 kpa basınçlarda test edilmiştir. Her bir damlatıcı çeşidinin yapım farklılık katsayısı ve su dağılım eşdeşlikleri hesaplanmıştır. Test edilen 12 damlatıcıdan yalnızca 9 tanesi 100 kpa 'lık işletme basıncında 10% 'luk akış değişim sınırları içinde kalmıştır. Basınç gideren damlatıcıların yapım farklılık katsayısı değerleri gidermeyenlere göre daha yüksek çıkmıştır. İdeal olarak, yapım farklılık katsayısı değerleri basınçtan bağımsız olmalıdır. Ancak, bu değerlerin basınçla değiştiği gözlenmiştir. Damlatıcıların yüksek yapım farklılık katsayılarına sahip olması, düşük su dağıtım türdeşliği değerleri vermelerine neden olmaktadır. ABSTRACT The efficiency of drip irrigation systems depends on the uniformity of water discharge from the emitters. Ideally, all emitters in the system should discharge equal amounts of water. However, due to manufacturing variations, pressure differences, plugging of the emitters and the temperature variations, there are differences in the discharge rates between two emitters which have the same characteristics. The discharges for the emitters were determined at six different operating pressures. The pressure compensating emitters were tested at 50, 100, 150, 200, 250 and 300 kpa pressures. Non-pressure compensating emitters were tested at 75, 100, 125, 150, 175 and 200 kpa pressures. The coefficient of the manufacturing variation and emission uniformity were calculated. Nine of the twelve emitters were within the 10% limits of flow variations claimed by the manufacturers. The coefficient of manufacturing variation of pressure compensating emitters were found to be higher than the non-pressure compensating emitters. Ideally,the manufacturing variation coefficients should be independent from the pressure, but, it was observed that these values changed with pressure. Systems which use emitters with high coefficient of manufacturing variations will result in low emission uniformity values. Giriş Damla sulama, bitkilerin su gereksinimlerini küçük akışlarla ve sık aralıklarla karşılayan bir yöntemdir. Anılan sistemde filtre edilmiş su, düşük basınç altında, damlatıcılar aracılığıyla, toprak yüzeyine veya yüzeyin altına dağıtılır (Özekici ve Sneed,1995). Damla sulamada, bitkilerin terleme (transpirasyon) kayıplarını yeterli düzeyde karşılayabilecek, sürekli kullanılabilir toprak nemi sağlamak amaçlanır. Damla sulama sisteminin en önemli avantajı yüksek randımana sahip oluşudur. Damla sulama sistemlerinin randımanı, damlatıcılardan çıkan suyun türdeşliğine bağlıdır. Damlatıcı debilerindeki en ufak bir sapma, beklenen türdeşlik değerinden daha düşük değerlerle sonuçlanır. * Yüksek Lisans Tezi-MSc.Thesis

2 İdeal olarak, sistem içindeki tüm damlatıcılar eşit akışa sahip olmalıdır. Ancak, uygulamada yapım farklılıkları, basınç değişimleri, damlatıcı tıkanıklıkları ve sıcaklık değişimleri gibi etmenler nedeniyle, aynı koşullarda üretilen benzer iki damlatıcı arasında bile akış farklılıkları bulunur (Özekici ve Sneed,1995). Bir çok araştırmacı, damlatıcı akış değişimine neden olan tıkanıklık, sıcaklık değişimi, basınç değişimi ve damlatıcı yapım farklılık katsayıları üzerine çalışmalar yapmışlardır (Bucks ve Myers, 1973; Wu ve Gitlin, 1974; Parchomchuk, 1976; Solomon ve Keller, 1978; Bralts ve WU, 1979; Nakayama ve Ark. 1979; Zur ve Tal, 1981). Bununla birlikte, farklı tipteki damlatıcıların yapım farklılıklarının (basınç gideren, gidermeyen vs.) su uygulama türdeşliği üzerine etkilerini belirlemek için az sayıda araştırma yapılmıştır. Damlatıcı akış türdeşliğini etkileyen en önemli etkenlerden birisi damlatıcı yapım farklılıklarıdır (Keller ve Karmeli, 1974; Solomon, 1977). Damla sistemlerinde yüksek düzeyde su dağıtım türdeşliği elde edebilmek için damlatıcıların hatasız yapılması zorunludur. Ancak, damlatıcıların karmaşıklığı ve diğer üretim unsurları nedeniyle hatasız damlatıcı yapımı zorlaşmaktadır. Üretim sırasındaki sıcaklık değişimleri, şekillendirme hataları ve işlenmemiş materyalin tam karışamaması gibi bir çok etken, damlatıcı türdeşliğini etkileyen etmenler olarak sayılabilir (Madramootoo ve Ark., 1988). Anılan nedenlerle, aynı makineden çıkan iki damlatıcı, aynı sıcaklık ve basınçta test edildiğinde, farklı debilere sahip olabilir (Solomon, 1979). Teorik olarak, yapım farklılık katsayısı değerleri tüm damlatıcılar için sabit ve basınçtan bağımsız olmalıdır (Bralts ve Wu, 1979). Yapım farklılık katsayısı, damlatıcıların üretimleri sırasında oluşan kaçınılmaz yapım hatalarını ifade etmede kullanılan bir katsayı olup damlatıcı türdeşliğinin belirlenmesinde kullanılır. Her ne kadar değerlendirme için bir çok standart önerilmişse de bu çalışmada Çizelge 1 de verilen ASAE standartları kullanılmıştır (ASAE,1994). Yapım farklılık katsayısı değerleri, genellikle ya üretici firmalar tarafından verilir ya da, en az 50 damlatıcı normal işletme basıncında ve sabit sıcaklıkta test edilerek ortalama debi değerleri elde edilerek aşağıdaki eşitlik yardımı ile hesaplanır. CVm=Sq/q ort (Eşitlik 1) Burada: CVm Sq q ort ;Yapım farklılık katsayısı, ;Standart sapma, L/h ;ortalama damlatıcı debisi, L/h tır. Çizelge 1:Damlatıcı Yapım Farklılık ve Damlama Türdeşliği Katsayılarının Sınıflaması (ASAE, 1994). CVm Tanımlama Eud Tanımlama <0.05 Mükemmel 0.94 Mükemmel Orta İyi Sınırda Orta çok kötü Çok kötü >0.15 Kabul edilemez 0.50 Kabul edilemez Keller ve Karmeli (1974), su uygulama türdeşliğini açıklamak için damlatıcı akış türdeşliğinin kullanılmasını önermişlerdir. Bu kavram, matematiksel olarak aşağıdaki şekilde verilmektedir. EUd Burada: EUd CVm n q min q ort Materyal ve Metod = CVm q m in n q ort ; Sistem damlama türdeşliği,% ; Yapım farklılık katsayısı, ; Bitki başına düşen damlatıcı sayısı, ; Minimum basınçtaki minimum debi, L/h ; Ortalama damlatıcı debisi, L/h tır. (Eşitlik 2) Değişik özelliklere sahip içten geçik (In-line) damlatıcıların yapım farklılıklarının, damlatıcı eş su dağıtımı üzerine etkilerini araştırmak için deneysel bir yol izlenmiştir. Deneyde, altı değişik basınçta

3 damlatıcı debileri ölçülmüş ve bu verilerden yararlanılarak yapım farklılık katsayısı (CVm), damlatıcı debi üssü (x) ve debi katsayısı (k) değerleri her bir damlatıcı çeşidi için hesaplanmıştır. Daha sonra elde edilen veriler yardımıyla, damlatıcı su dağıtım türdeşliği (EUd) değerleri belirlenmiştir. Araştırma, Ç.Ü. Ziraat Fakültesi Tarımsal Yapılar ve Sulama Bölümü Sulama ve Drenaj laboratuarında kurulan damla sulama test düzeneğinde yürütülmüştür. Denemede, damlatıcıların tıkanma riskini ortadan kaldırmak için şehir içme suyu kullanılmıştır. Test düzeneği; su deposu, pompa, ana boru hattı, yan boru hattı ve laterallerin yerleştirildiği masadan oluşmaktadır. Test masası, lateral hatlarında her hangi bir kot farkı olmayacak şekilde sıfır eğime ayarlanmıştır. Denetim birimi, filtreler, vanalar ve basınç ölçerlerden oluşmaktadır. Denemede kullanılan damlatıcıların yapımcıları tarafından verilen tüm özellikleri Çizelge 2 'de belirtilmiştir. Çizelge 2: Testte Kullanılan Damlatıcılara İlişkin Yapımcı Verileri.* NO (#) Damlatıcı ismi Debi (L/h) Lat. çapı (mm) Damla. Aralığı (cm) Akış cinsi X k CVm (%) 1a A BG b A BG c A BG a BD TA b BD TA c BD TA d BD TA e BD TA f BD TA a AEOLOS TA a TYPHOON TA <4.0-5a DRIPLINE TA <3.0 - *Kısaltmalar Çizelge 3 nin altında açıklanmıştır. Düzenekte kot farkına izin verilmemesi ve lateral hatlarının çok kısa olması (5m) nedeniyle sistemde basınç değişimi ortadan kaldırılmıştır. Bu durum, hat sonlarındaki basınç ölçerler yardımıyla doğrulanmıştır. Veriler, sistem bir saat çalıştırıldıktan ve basınç sabitleştikten sonra alınmaya başlanmıştır. Damlatıcı debileri, bir saatte kovalarda toplanan su hacmi olarak belirlenmiştir. Su deposuna yerleştirilen bir termometre yardımıyla su sıcaklıkları test boyunca kaydedilmiştir. Denemeler boyunca ölçülen en düşük su sıcaklığı 17 C iken, en yüksek sıcaklık ise 20 C olmuştur. Testlerde, genelde işletmelerde kullanılan ve yapımcılar tarafından önerilen basınç değerleri kullanılmıştır. Tüm damlatıcılar, altı farkı işletme basıncında test edilmiştir. Basınç gideren damlatıcılar, 50, 100, 150, 200, 250 ve 300 kpa basınçlarda; basınç gidermeyen damlatıcılar ise, 75, 100, 125, 150, 175 ve 200 kpa basınçlarda test edilmiştir. Basınç gideren damlatıcıların işletme basınç aralıkları, gidermeyenlere göre daha büyük olduğu için test basınçları da daha büyük oranlarda seçilmiştir. Testlerdeki uygulayıcının hata payını ortaya çıkarmak için, rasgele seçilen bir damlatıcı çeşidi (#1a nolu damlatıcı) ideal işletme basıncında (100 kpa) beş kez test edilmiş ve verilerdeki tutarlılık belirlenmiştir. Ölçülerek belirlenen damlatıcı debileri yardımıyla, yapım farklılık katsayıları (CVm), damlatıcı debi üssü (x), debi katsayısı (k) değerleri ve su dağıtım türdeşliği (EUd) değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, damlatıcı debilerinin, yapım farklılık katsayılarının ve su dağıtım türdeşliği değerlerinin basınçla değişimleri, tüm damlatıcılar için ayrı ayrı belirlenmiş ve değerlendirilmiştir. Araştırma Bulguları Önerilen işletme basıncında (100kPa) test edilen damlatıcılara ilişkin sonuçlar, yapılan doğrusal regrasyon analizi sonuçları da göz önüne alınarak, Çizelge 3 'te sunulmuştur. Damlatıcı Yapım Farklılık Katsayıları EUd (%)

4 Test edilen damlatıcılar için yapım farklılık katsayıları (CVm), uygulanan basınçlarda belirlenmiş ve sonuçlar, basınç gideren ve gidermeyen damlatıcılar için ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Teorik olarak, basıncın yapım farklılık katsayısına hiç bir etkisi yoktur. Ancak, bu olayın test sonuçlarına bakıldığında böyle olmadığı, basınç değiştikçe "CVm" değerlerinin de değiştiği gözlenmiştir. Basınç Gideren Damlatıcılar Basınç gideren damlatıcıların yapım farklılık katsayısı değerlerinin, gidermeyenlere göre daha yüksek olabileceği yapımcılar ve araştırmacılar tarafından belirtilmektedir. Test sonuçları da bu olayı doğrulamaktadır. Test edilen basınç gideren üç tür damlatıcının, farklı basınçlarda gösterdikleri yapım farklılık katsayısı değerleri Çizelge 4 'de sunulmuştur. Ayrıca, yapım farklılık katsayısı değerlerinin basınçla değişimi grafiksel olarak Şekil 1 'de gösterilmiştir. Çizelge 3: Test Sonuçlarından Elde Edilen Damlatıcı Verileri (*) NO (#) H (m) Debi (ml/h) Akış cinsi X k r CVm (%) EUd (%) 1a KBG b KBG c KBG a TA b TA c TA d TA e TA f TA a TA a TA a TA KBG- Kısmi basınç gideren damlatıcı. CVm- Yapım farklılık katsayısı. TA- Türbülent akışlı damlatıcı. x- Damlatıcı debi üssü. EUd- Damlatıcı su dağıtım eşdeşliği k- Damlatıcı debi katsayısı. r - Bağdaşım katsayısı. H- Basınç Çizelge 4: Damlatıcılarda Farklı Basınçlarda Hesaplanan "CVm" (%) Değerleri. Damla. Basınç (kpa) No #1a #1b #1c Damla. Basınç (kpa) No #2a #3a #4a #5a #2b #2c #2d #2e #2f

5 Her üç damlatıcı da dikkate alındığında, basınç gideren damlatıcıların 150 kpa basınca kadar düzensiz "CVm" değerlerine sahip olduğu, buna karşılık 150 kpa basınçtan sonra genelde azalma eğiliminde oldukları söylenebilir(şekil 1). Bu damlatıcıların 100 kpa işletme basıncındaki yapım farklılık katsayısı değerleri, ASAE standartlarına göre değerlendirilmiş ve yapımcı verileri ile karşılaştırılmıştır. Buna göre #1c nolu damlatıcı dışında kalanlar tutarsız çıkmıştır. Basınç Gidermeyen Damlatıcılar Basınç gidermeyen damlatıcıların yapımı, basınç giderenlere göre daha kolay olduğu için test edilen bu tip damlatıcıların "CVm" değerleri de, basınç gideren damlatıcılara göre daha düşük olmaktadır. Değişim aralığı ±1.0% değerinden daha düşük bulunmuştur. Test edilen bu damlatıcılar, yapımcıların belirttiği gibi ASAE standartlarına göre "mükemmel" sınıfına girmiştir. Ancak, test sonucu bulunan değerler yapımcı verilerinden daha düşük çıkmıştır. Bu damlatıcıların farklı basınçlardaki "CVm" değerleri Çizelge 4 'de sunulmuştur. Ayrıca damlatıcıların "CVm" değerlerinin basınçla değişimi Şekil 1 'de gösterilmiştir. Şekil 1: Damlatıcılardaki Basınç-CVm Eğrileri. Damlatıcı Değerlendirmeleri Test edilen damlatıcıların değerlendirmeleri metod bölümünde belirtilen yöntemler yardımıyla yapılmıştır. Ölçülen damlatıcı debilerinden yararlanarak, 1 nolu eşitlik kullanılarak yapım farklılık katsayısı (CVm) değerleri ve 2 nolu eşitlik yardımıyla da damlatıcıların su dağıtım eşdeşlikleri (EUd) hesaplanmıştır. Basınç Gideren Damlatıcılar Basınç gideren üç tür damlatıcının su dağıtım eşdeşlikleri (EUd), tüm basınçlarda ayrı ayrı hesaplanmıştır. Bulunan değerler Çizelge 5 'de sunulmuştur. Test edilen bu damlatıcıların hesaplanan "EUd" değerleri Çizelge 2'de görülen yapımcı verileri ile karşılaştırıldığında, bunların yapımcı verilerinden daha düşük olduğu görülmektedir. Çizelge 5: Damlatıcıların Farklı Basınçlarda Bulunan "EUd" (%) Değerleri. Damla. Basınç (kpa) No

6 #1a #1b #1c Damla. Basınç (kpa) No #2a #3a #4a #5a #2b #2c #2d #2e #2f Bulunan "EUd" değerlerini daha kolay analiz edebilmek için, basınçla değişimleri Şekil 2 'de gösterilmiştir. Basınca bağlı olarak "EUd" değerleri de değişmiştir. Bu damlatıcının böyle düzensiz ve düşük "EUd" değerleri vermesinin nedeni, "CVm" değerlerinin yüksek olmasıdır. Basınç Gidermeyen Damlatıcılar Basınç gidermeyen damlatıcıların bulunan "EUd" değerleri, çok az da olsa yapımcı verilerinden düşük çıkmıştır. Bu tip damlatıcıların yapım farklılık katsayılarının düşük olması nedeniyle, su dağıtım eşdeşliği değerleri oldukça yüksek çıkmaktadır. Şekil 2: Test Edilen Damlatıcıların Basınç(kPa)-Eud Eğrileri.

7 Bu damlatıcıların farklı basınçlarda hesaplanan "EUd" değerleri Çizelge 5'de verilmiştir. Bu damlatıcıların "EUd" değerleri ASAE standartlarına göre "mükemmel" sınıfına girmektedir. Yapımcı verileri de bu doğrultudadır. Bu damlatıcıların "EUd" değerlerinin, basınç değişimi karşısında izledikleri yol Şekil 2'de grafiksel olarak gösterilmiştir. Bu damlatıcıların "EUd" değerlerinin basınçtan etkilenme dereceleri, basınç gideren damlatıcılardan daha düşük olmuştur. Değişim aralığı ±0.7% civarında gerçekleşmiştir. Elde edilen sonuçların genel bir değerlendirmesi yapıldığında, yapım farklılık katsayısı arttıkça su dağıtım eşdeşliği azalmıştır. Denemede, basınç ve sürtünme kayıplarının önemsenmeyecek derecede küçük olduğu varsayıldığından, ortaya çıkan su dağıtım eşdeşliği tümüyle damlatıcıların yapım farklılık katsayılarının bir sonucudur. Tartışma ve Sonuç Damla sulama sistemlerinin performansının, damlatıcı debilerinin türdeşliğine bağlı olduğu test sonuçlarıyla yeniden kanıtlanmıştır. İdeal olarak sistemdeki tüm damlatıcıların eşit miktarlarda su vermesi gerektiği, daha önceden yapılmış olan bir çok benzer araştırmalara dayanılarak belirtildiği halde yapılan denemede de damlatıcıların birbirlerinden farklı debiler verdiği gözlenmiştir. Test edilen 12 damlatıcıdan yalnızca 9'u 100 kpa 'lık işletme basıncında yapımcıların iddia ettiği 10% 'luk akış değişim sınırları içinde kalmıştır. Tüm damlatıcılar içinde yalnızca damlatıcı #1b, negatif "r" değerine sahip olmuştur. anılan sonuç bu damlatıcının debisinin basınç arttıkça azaldığını göstermektedir. Basınç gideren damlatıcıların yapım farklılık katsayısı değerleri gidermeyenlere göre daha yüksek çıkmıştır. #1b nolu damlatıcı dışındaki tüm damlatıcılar "mükemmel" sınıfında çıkmıştır. Basınç gideren damlatıcıların basınç giderme özellikleri 150 kpa basınçtan sonra devreye girmiş ve bu değerlerin basınçla değiştiği gözlenmiştir. Damlatıcı su dağıtım türdeşliği değerleri, basınç gideren damlatıcılarda gidermeyenlere göre daha düşük çıkmıştır. Basınç gideren damlatıcıların yapım farklılık katsayısı değerleri gidermeyenlere göre daha büyük olduğundan su dağılım türdeşlikleri de buna bağlı olarak daha düşük çıkmıştır. Basınç gidermeyen damlatıcıların tümünün su dağılım türdeşliği değerleri "mükemmel" kalite sınıfında çıkmıştır. Yapımcı verileriyle test verileri karşılaştırıldığında, test verileri yapımcı verilerinden çok azda olsa düşük çıkmıştır. Test sonuçlarından da anlaşıldığı gibi, bir damla sulama sistemi kurulmadan ve işletilmeden önce mutlaka damlatıcıların test edilmesi gerekmektedir. Yapımcıların hataları nedeniyle (#1b ve #1c nolu damlatıcılarda olduğu gibi) yapımcı verilerine dayanılarak yapılan dizaynlar, düşük su dağılım türdeşliği değerleri ile sonuçlanabilecektir. Buna bağlı olarak, arazideki kimi bitkilere gereğinden az bazılarına ise gereğinden çok su uygulanmış olacaktır. Kaynaklar ASAE Standards, Design And Installation Of Micro Irrigation Systems. ASAE EP Dec. 93. pp BRALTS, V.F. And WU, I.P., Emitter Flow Variation And Uniformity For Drip Irrigation. ASAE Paper No: ASAE st. Joseph, Mich. BUCKS, D.A. And MYERS, L.E., Trickle Irrigation-Application Uniformity From Simple Emitters. Trans. ASAE. 16(6): KELLER, J. And D. KARMELI, Trickle Irrigation Design Parameters. Trans. ASAE 17(4): MADRAMOOTOO, C.A., KHATRI, K.C., And RIGBY, M., Hydraulic Performances Of Fiand Different Trickle Irrigation Emitters. Canadian Agricultural Engineering 30: 1-4. NAKAYAMA, F.S., BUCKS, D.A. And CLEMMENS, A.J., Assessing Trickle Emitter Application Uniformity. Tran. ASAE. 22(4): ÖZEKİCİ, B. And R.E. SNEED, Manufacturing Variation For Various Trickle Irrigation On-Line Emitters. ASAE Paper No: /95/ PARCHOMCHUK, P., "Water Temperature Effect On Emitter Discharge Rates." Tran. ASAE, Vol.19, 1976, pp SOLOMON, D.L., Evaluation Criteria For Trickle Irrigation Emission Devices. Proc. 4 th. Annu. Int. Drip Irrig. Assoc. Meet. pp SOLOMON, K., KELLER, J. And F. ASCE., Trickle Irrigation Uniformity And Efficiency. J. Irrig. Drain. Div., ASCE 104(IR3): SOLOMON, K., Manufacturing Variation Of Trickle Emitters. Trans. ASAE

8 [N.S.] 22(5), ,1043. WU, I.P. And H.M. GITLIN, Drip Irrigation Design Based On Uniformity. Trans. ASAE 17(3) ZUR, B., And TAL, S., Emitters Discharge Sensitivity To Pressure And Temperature. Jour. Irrig. Drain. Div. ASCE, Vol. 107, No:IR1, Proc.Paper March,1981, pp.1-9.

9