Universitatea TRANSILVANIA din Braşov Facultatea de Inginerie Mecanică. Ing. Mihail NEDELCU TEZA DE DOCTORAT

Transcription

1 Universitatea TRANSILVANIA din Braşov Facultatea de Inginerie Mecanică Ing. Mihail NEDELCU TEZA DE DOCTORAT CONTRIBUŢII PRIVIND OPTIMIZAREA REGIMULUI DE EXPLOATARE AL INSTALAŢIILOR DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN / CONTRIBUTIONS ON OPTIMIZING THE OPERATION OF SPRINKLER IRRIGATION INSTALLATIONS WITH DRUM AND HOSE - REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT / - SUMMARY OF PhD THESIS - Conducător ştiinţific, Prof.univ.dr.ing. Ioan CÂNDEA Membru corespondent al Academiei deştiinţe Agricole şi Silvice GheorgheIonescu-Şişeşti Braşov 2010

2 MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII ŞI INOVĂRII UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV, Braşov, B-dul Eroilor nr. 29, Tel./ Fax: RECTORAT D-lui (D-nei) Vă transmitem alăturat rezumatul tezei de doctorat CONTRIBUŢII PRIVIND OPTIMIZAREA REGIMULUI DE EXPLOATARE AL INSTALAŢIILOR DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN elaborată de domnul inginer Mihail NEDELCU Comisia de specialişti şi susţinere a tezei de doctorat numită prin ordinul Rectorului Universităţii TRANSILVANIA din Braşov, Nr din PREŞEDINTE: CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: REFERENŢI: 1. Prof.univ.dr.ing. Anghel CHIRU DECAN - Facultatea de Inginerie Mecanică Universitatea TRANSILVANIA din Braşov 2. Prof.univ.dr.ing. Ioan CÂNDEA Universitatea TRANSILVANIA din Braşov 3. Cercet. şt. pr I, dr.ing. Vergil GÂNGU Academia de Ştiinţe Agricole şi Silvice Gh. Ionescu Şişeşti 4. Cercet. şt. pr. I, dr. ing. Victor NEAGU Academia de Ştiinţe Agricole şi Silvice Gh. Ionescu Şişeşti 5. Prof.univ.dr.ing. Simion POPESCU Universitatea TRANSILVANIA din Braşov Vă invităm să participaţi la susţinerea publică ce va avea loc în ziua de , ora..., Sala..., corp..., la Facultatea de Inginerie Mecanică a Universităţii TRANSILVANIA din Braşov. În cazul în care doriţi să faceţi aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării, vă rugăm să le transmiteţi pe adresa Departamentului de Doctorat al Universităţii sau prin mihnd@yahoo.com

3 Ing. Mihail NEDELCU TEZA DE DOCTORAT CONTRIBUŢII PRIVIND OPTIMIZAREA REGIMULUI DE EXPLOATARE AL INSTALAŢIILOR DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN / CONTRIBUTIONS ON OPTIMIZING THE OPERATION OF SPRINKLER IRRIGATION INSTALLATIONS WITH DRUM AND HOSE - REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT - Conducător ştiinţific, Prof.univ.dr.ing. Ioan CÂNDEA Membru corespondent al Academiei deştiinţe Agricole şi Silvice GheorgheIonescu-Şişeşti Braşov 2010

4

5 CUPRINS pag. pag. Rez. Teza NOTAŢII SPECIFICE 9 9 PREFAŢĂ INTRODUCERE 17 CAPITOLUL 1. GENERALITĂŢI Stadiul actual al agriculturii din România Importanţa irigaţiilor în agricultură şi stadiul actual al irigaţiilor în România Necesitatea irigaţiei Funcţiile irigaţiei Sistemul de irigaţie Tipuri de amenajări pentru irigaţii Concluzii 33 CAPITOLUL 2. METODE DE UDARE Clasificarea metodelor de udare Criterii care stau la baza alegerii metodelor de udare Udarea prin submersiune Udarea prin scurgere la suprafaţă Udarea prin aspersiune. Caracteristicile udării prin aspersiune Indicii de calitate ai udării prin aspersiunie Corelarea caracteristicilor aspersiunii cu factorii de teren Eficienţa udării prin aspersiune Udarea subterană Concluzii 43 CAPITOLUL 3 - REGIMUL DE IRIGARE Relaţiile dintre sol, apă şi plantă Bilanţul apelor de irigaţie Consideraţii teoretice Tipurile de bilanţ al apei în solul irigat Cantitatea de apă necesară irigaţiei Norme şi termene de udare Concluzii 53 CAPITOLUL 4. PREZENTAREA GENERALĂ A INSTALAŢIILOR DE IRIGAT CU TAMBUR ŞI FURTUN Instalaţia de irigat cu tambur şi furtun IATF Modul de funcţionare al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun IATF 300 acţionată cu turbină Instalaţii de irigat cu tambur şi furtun fabricate de IRIDEX GROUP şi CERITEX Braşov

6 4.4. Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma IRRIFRANCE (Franţa) Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma BAUER Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firmele FERBORAIN şi TURBOCAR (Italia) Concluzii 80 CAPITOLUL 5. OPORTUNITATEA ABORDĂRII CERCETĂRILOR PRIVIND PERFECŢIONAREA INSTALAŢIILOR DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN CAPITOLUL 6. CERCETĂRI TEORETICE CU PRIVIRE LA INSTALAŢIILE DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN Cercetări teoretice cu privire la instalaţia hidraulică Cercetări teoretice cu privire la căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei Cercetări privind stabilitatea în deplasare a căruciorului de susţinere şi transport al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun Introducere Studiul asupra modelului mecanic al căruciorului port aspersoare Cercetări teoretice cu privire Ia furtunul din polietilenă Cercetări teoretice privind parametrii economici ai instalaţiilor de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun Aspersoare Generalităţi Procesul de lucru al aspersoarelor rotative Indicii de lucru ai aspersoarelor Tipuri constructive de aspersoare rotative Calculul forţelor pentru aspersoarele cu mişcare orizontală Studii asupra cinematicii unei particule din curentul de apă ce parcurge tubul de pulverizare al aspersorului de udare Introducere Analiza cinematică a ansamblului de pulverizare Studiul dinamic al mişcării particulei de apă pentru varianta oblică a tubului de refulare Studiul dinamic al mişcării particulei de apă pentru varianta orizontală a tubului de refulare Studiul traiectoriei jetului de apă ieşit din aspersor Concluzii 145 CAPITOLUL 7 METODICA, APARATURA ŞI TIPURILE DE INSTALAŢII FOLOSITE LA EXPERIMENTĂRI Metodica şi aparatura folosită la experimentări Cercetări experimentale privind tehnologiile şi instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun

7 7.3 Concluzii 178 CAPITOLUL 8. CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI RECOMANDĂRI Concluzii generale Contribuţii personale Recomandări BIBLIOGRAFIE (selectivă) ANEXE: Lucrări elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat 64 CURRICULUM VITAE (RO) 65 CURRICULUM VITAE (ENG) 66 REZUMAT 67 ABSTRACT

8 CONTENT page abstr. page thesis SPECIFIC NOTATIONS 7 9 PREFACE INTRODUCTION 17 CHAPTER 1. GENERALIZATION Current state of agriculture in Romania The importance of irrigation in agriculture. Current status of irrigation in Romania Irrigation need Functions of irrigation Irrigation system Types of improvements for irrigations Conclusions 33 CHAPTER 2. WATERING METHODS Classification of watering methods Criteria underlying the choice of watering methods Watering by submersion Watering through surface drainage Watering by sprinkling. Features of watering by sprinkling Quality indices of watering by sprinkling Correlation of sprinkling characteristics with land factors Efficiency of sprinkling watering Underground watering Conclusions 43 CHAPTER 3. IRRIGATION REGIME Relations between soil, water and plant Results of irrigation waters Theoretical Considerations Types of water balance in irrigated soil The amount of water required for irrigation Rules and watering deadlines Conclusions 53 CHAPTER 4. GENERAL PRESENTATION OF IRRIGATION INSTALLATIONS WITH DRUM AND HOSE Installation for irrigation with drum and hose IATF The functioning of the irrigation installation with drum and hose IATF 300 driven by turbine Installation for irrigation by sprinkling with drum and hose manufactured by IRIDEX GROUP and CERITEX Braşov Installation for irrigation by sprinkling with drum and hose manufactured by IRRIFRANCE company (France)

9 4.5. Installation for irrigation by sprinkling with drum and hose manufactured by BAUER company Installation for irrigation by sprinkling with drum and hose manufactured by FERBORAIN and TURBOCAR (Italy) Conclusions 80 CHAPTER 5. TIMELINESS APPROACH RESEARCH ON IMPROVING IRRIGATION INSTALLATIONS BY SPRINKLING WITH DRUM AND HOSE CHAPTER 6. THEORETICAL RESEARCH ON IRRIGATION SPRNKLING INSTALLATIONS WITH DRUM AND HOSE Theoretical research on the hydraulic installation Theoretical research on the cart for distribution of water Researches on stability in movement of the mounting support and transportationcarriage of the sprinkling installations with drum and flexible pipe Introduction Study on the mechanical model of the sprinkler carriage Theoretical research on the polyethylene hose Theoretical research on the economic parameters of sprinkling installations with drum and hose Sprinklers Generalities The work of rotary sprinklers Indicii de lucru ai aspersoarelor Constructive types of rotary sprinklers Calculation of forces for sprinklers with horizontal movement Studies about the kynematics of a particle from the water flow running through the spraying tube of the sprinkling device Introduction Kinematics analysis of the spraying assambly Dynamic study of water particle motion for oblique version of rising pipe Dynamic study of water particle motion for horizontal version of rising pipe Study of trajectory of water jet coming out from the sprinkler Conclusions 145 CHAPTER 7. METHOD, APPARATUS AND TYPES OF EQUIPMENT USED TO EXPERIMENTS Methods and apparatus used in experiments Experimental researches on the technologies and installations for irrigation by sprinkling with hose and drum Conclusions

10 CHAPTER 8. GENERAL CONCLUSIONS, PERSONAL CONTRIBUTIONS AND RECOMMENDATIONS General conclusions Personal contributions Recommendations BIBLIOGRAPHY (selective) ANNEXES: WORKS developed by the author in the field of doctoral thesis 64 CURRICULUM VITAE (RO) 65 CURRICULUM VITAE (ENG) 66 ABSTRACT (ro) 67 ABSTRACT (eng)

11 NOTAŢII SPECIFICE A - cheltuieli de amortizare, [lei/ha; a - coeficient ce depinde de panta, natura solului sau cultură ; a - cota anuală de amortizare stabilită prin normativ, [%; a σ - efort unitar datorat greutăţii furtunului cu apă, [MPa; b - braţul forţei motorului, [m ; c - cursa motorului, [mm; C a - cheltuieli directe, [lei/ha; Ci - preţul de cost unitar al intervenţiei, [lei; Co- cheltuieli pentru combustibili şi lubrifianţi, [lei/ha; cr - consumul de apă pe zi, [m 3 /zi; C u - coeficient de uniformitate, [%; c v - coeficient ce ţine seama de viteza vântului; d - diametrul exterior al furtunului, [mm; d - greutatea instalaţiei fără furtun, [N; d j - diametrul interior al furtunului, [mm; D M - diametrul mediu al motorului, [mm; e - grosimea furtunului, [mm, E - lăţimea de lucriu schemă, [m; E m - economia de forţă de muncă, [ore om/ha; E p - modulul de elasticitate al furtunului, [MPa; Fa - forţa în arc, [N; Faf - forţa de aderenţă a furtunului, [N; Fai - forţa de aderenţă a instalaţiei, [N; Fe - forţa elastică membrană, [N; F f - forţa de fecare în lagăre, [N; F fp - forţa de frecare piston - cilindru, [N; F m - forţa de muncă necesară executării unităţii de lucru, [ore om /ha; F p - forţa de presiune dezvoltată de motorul hidrostatic, [N; f pg - coeficient de frecare dintre polietilenă şi sol; F ps - coeficient al pierderilor de sarcină; F r - forţa de rezistenţă necesară înfăşurării furtunului, [N; F t - forţa la tija motorului, [N; F t - forţa necesară tractării furtunului, [dan; g - acceleraţia gravitaţională, g = 9,8 m/s ; Ga - greutatea apei din furtun, [dan; Gf - greutatea furtunului, [N; Gs - gradul de suprapunere în schemă ; G vr - gradul de variaţie al vitezei; H - presiunea apei la sursă (hidrant sau agregat de pompare), [kpa; H a - presiunea la aspersor, [kpa; H am - presiunea în amonte de motor, [kpa; h i - înălţimea apei în cutie, [mm; - 9 -

12 H i - presiunea la instalaţie, [kpa; H M - presiunea hidraulică Ia motor, [kpa; H max - presiunea maximă de lucru a instalaţiei, [kpa; h ra - înălţimea medie a apei în cutie, [mm; H vm - presiunea în aval de motor, [kpa; i - raportul de transmitere total al acţionării hidrostatice; i 0 - consumul de combustibil principal pe unitatea de producţie, [lei/ha; I cd - indice de modificare a cheltuielilor directe, [%; I mh - intensitatea medie orară, [mm/h; I s - investiţia specifică la hectar, [lei/ha; it - raportul de transmitere al acţionării cu turbină ; J - pierderea de presiune pe instalaţie, [kpa; J1 - pierderea de presiune pe motor, [kpa; J 2 - pierderea de presiune pe furtun, [kpa, K - coeficient ce ţine seama de aşezarea spirelor şi ovalitatea furtunului ; K - constanta care depinde de diametrul duzei; k - raportul dintre raza jetului liber şi raza jetului rotativ; Kp, p şi a - coeficienţi de fineţe ai ploii; L - lungimea desfăşurată a furtunului, [m; l 1 - lungimea iniţială a furtunului, [m; l 2 - lungimea de rupere a furtimului, [m; l m - indicele de modificare a necesarului de forţă de muncă, [%; l t - lăţimea minimă a tamburului, [mm; M - momentul motor al turbinei hidraulice, [Nm; m - norma de udare, [m 3 /ha; M - valoarea materialelor principale consumate, [lei/ha; M i - masa instalaţiei, [kg; m i - masa liniară a tubului plin cu apă, [kg/m; mm - norma de udare aplicată cu apa evacuată din motor, [m 3 /ha; M R - momentul rezistent la axul tamburului, [Nm; M s - masa specifică, [kg/ha; n frecvenţa de rotaţie a turbinei, [min -1 ; n c -număr de curse; N d - numărul categoriei de încadrare; N i - numărul de intervenţii de tipul "I" pe durata de serviciu ; N j - numărul de instalaţii deservite de o echipă de lucru; Nm - numărul total de muncitori care lucrează pe instalaţie; Nn - numărul de oameni pentru deservirea instalaţiilor ; Nz - numărul de zile ce compun ciclul; p - pluviometria, [mm; P 1, P 2 - productivitatea muncii, [ha/om şi respectiv [om/inst; P c - preţul unitar al materialului, [lei /kg; P ce - preţul de cost al combustibilului complex, [lei/litru; pf - este accesibilitatea apei în sol; P H - puterea hidraulică absorbită de motorul hidraulic, [W; P i - puterea hidraulică absorbită de instalaţie, [W;

13 P M- puterea mecanică dezvoltată de motorul hidraulic, [W; P r - preţul instalaţiei, [Iei; P s - cotă parte din cheltuielile pentru adăpostirea şi stocarea instalaţiilor, [lei/ha; Q d - debitul aspersat pe distanta (d), [dm 3 /s. Q i - debitul mediu la fiecare dispozitiv de distribuţie, [m 3 /h; Q i - debitul instalaţiei, [dm 3 /s; Q il - cantitatea de material ce se consumă pe unitatea de lucrare, [kg/ha; Q m - debitul de apă al motorului, [dm 3 /s; R - raza de udare a aspersorului care udă cu apa evacuată de la motor, [m; R - raza de udare a aspersorului, [m ; r - raza tamburului, [m; Rc - numărul Reynolds ; Re - cheltuieli pentru întreţineri şi reparaţii, [lei /ha; S - numărul de schimburi; s - spaţiul parcurs de furtun în 6 minute, [m, S i - remunerarea tarifară pe normă şi categorie, [lei /sch; S m - salariul muncitorilor ce lucreză cu instalaţia, [lei /ha; S n - suprafaţa udată zilnic, [ha/zi; T - durata udării, [ore; t - timpul cât s-a măsurat volumul (V), [s; t - timpul de numărare a curselor, [min; T - durata udării cu temporizarea funcţionării, [ore; t 2 - timpul total de lucra pe instalaţie, [ore/sch.; tis - număml de straturi de furtun; tj - durata zilnică de funcţionare, [ore/zi; V - viteza apei în secţiunea dată, [m/h; V - volumul de apă măsurat cu apometrul, [m 3 ; V i - valoarea iniţială a utilajului, [lei; V jr - viteza instantanee, [m/h; v M - viteza motorului, [m/h; v mr - viteza medie, [m/h; Vp - valoarea investiţiilor necesare pentru păstrarea utilajelor şi materialelor consumate,[lei; V p - volumul de apă consumai de motor, [m 3 ; V r - valoarea reziduală a utilajului, [lei; v r - viteza de roluire a furtunului, [m/h; W i - capacitatea de lucru a instalaţiei, [ha /ciclu; W s - capacitatea de lucru pe schimb a instalaţiei, [ha/sch; γ - greutatea specifică a apei, [N/m 3 ; Δ pm - creşterea productivităţii muncii, [%; ΔT - durata staţionării pe poziţie Ia pornirea şi oprirea instalaţiei, [h; ε - alungirea furtunului, [%; η - randamentul motorului, [%; µi - coeficient de frecare dintre instalaţie şi sol, iar dacă instalaţia se sprijină pe roţi, este coeficientul de rezistenţă la rulare; µ f - coeficient de frecare dintre furtun şi sol;

14 ν - frecvenţa motorului, [curse /min; σ - efortul unitar de referinţă al materialului, [MPa; σ 2 - efort unitar ce apare în fibra furtunului datorat înfăşurării sau desfăşurării furtunului, [MPa; σi - efort unitar de întindere datorat presiunii interioare, [MPa; Ø - diametru! duzei, [mm; - este forţa de sucţiune a solului;

15 PREFAŢĂ Teza de doctorat intitulată Contribuţii privind optimizarea regimului de exploatare al instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun prezintă o sinteză a cercetărilor privind influenţa parametrilor constructivi şi funcţionali ai instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun asupra indicilor calitativi de lucru al acestor instalaţii. Cercetările efectuate de autor s-au desfăşurat în perioada În aceasta teză de doctorat se prezintă trei tipuri de instalaţii cu tambur şi furtun destinate udării suprafeţelor mici, medii sau mari cât şi a culturilor horticole, care au o extindere importantă. Instalaţiile sunt cercetate şi din punct de vedere a eliminării deficienţelor pe care le aveau cele existente, cât şi a adaptării acestora la noua forma de proprietate. Începând din anul 2004 s-a reintrodus în fabricaţia de serie instalaţia IATF-300 acţionată cu turbina Francis, reproiectată şi imbunătăţită, autorul prezentei teze realizând documetatia completa de execuţie în calitate de şef de proiect. Prin cercetările realizate s-a urmărit :reducerea presiunii şi debitului de lucru; îmbunătăţirea indicilor calitativi ai udării, micşorarea consumului energetic, evitarea poluării mediului, realizarea de soluţii tehnice originale, să funcţioneze cu ape uzate sau convenţional curate, să ude suprafeţe de dimensiuni cu texturi şi cu culturi diferite, să fie simple constructiv şi cu fiabilitate mărită. Obiectivul principal al cercetărilor a constat în prezentarea câtorva modele de instalaţii de irigat cu tambur şi furtun, descrierea acestora, a părţilor componente si modul de functionare, precum si stabilirea conditiilor optime de exploatare a acestora prin imbunatatirea indicilor calitativi de lucru. Lucrarea elaborată ca teză de doctorat cuprinde 188 pagini şi este structurată în 8 capitole, în care sunt incluse 107 figuri, 46 tabele, 208 relaţii matematice şi 136 referinţe bibliografice. Capitolul 1, intitulat Generalitaţi prezintă situaţia agriculturii din Romania, a dotării cu mijloace fixe precum şi situatia suprafetelor irigate. Ţinând seama că în România au fost amenajate pentru irigaţii circa 3,0 milioane ha, rezultă că mai există suprafeţe unde este necesară şi eficientă introducerea irigaţiilor, în acelaşi timp fiind însă necesară reabilitarea amenajărilor existente, întrucât în multe sisteme nu s-a executat căptuşirea canalelor, aceasta conducând la pierderi exagerate de apă. Scopul principal al irigaţiei este completarea deficitului de umiditatea din sol, atât pe terenurile situate în zone secetoase, cât şi în regiuni mai puţin secetoase însă cu o distribuţie nefavorabilă a precipitaţiilor în timpul perioadei de vegetaţie, dar pot avea şi alte funcţiuni în agricultură. Capitolul 2, intitulat Metode de udare, prezintă metodele de udare care se folosesc in prezent pentru irigarea suprafeţelor agricole: submersiunea, scurgerea la suprafaţă (pe brazde sau fâşii), aspersiunea şi irigaţia subterană. Domeniul de aplicare al acestor metode este delimitat de factorii naturali (pantă, mezorelief, sol, hidrogeologie, climă). În continuare se prezintă clasificarea metodelor de udare, criterii care stau la baza alegerii metodelor de udare, udarea prin submersiune, udarea prin scurgere la suprafaţă, udarea prin aspersiune şi caracteristicile udării prin aspersiune, Indicii de calitate ai udării prin aspersiunie, Corelarea caracteristicilor aspersiunii cu factorii de teren, Eficienţa udării prin aspersiune şi în final se prezintă udarea subterană. Capitolul 3 intitulat Regimul de irigare, prezintă determinarea mărimii normelor de irigare, udare şi aprovizionare, întervalul dintre udări şi numărul de udări. Aceste elemete sunt necesare la planificarea udărilor şi debitelor, la organizarea şi aplicarea

16 udărilor. Regimul de irigare al unei culturi este o noţiune complexă, ce include caracterizarea momentului udării, a normei de udare şi a normei de irigare. Se diferenţiază după cultură, după zona climatică şi condiţiile climatice anuale, după sol şi condiţiile hidrogeologice, după nivelul agrotehnicii şi condiţiile economice. În cadrul acestui capitol se prezintă relaţiile dintre sol, apă şi plantă, bilanţul apelor de irigaţie, cantitatea de apă necesară irigaţiei precum şi norme şi termene de udare. Capitolul 4 se intitulează Prezentarea generală a instalaţiilor de irigat cu tambur şi furtun. Cercetările efectuate pe aceste instalaţii urmăresc reducerea consumului energetic, extinderea domeniului de utilizare, îmbunătăţirea parametrilor tehnic funcţionali, realizarea condiţiilor ergonomice de lucru, înlăturarea cauzelor care produc poluarea mediului, mărirea gradului de mecanizare şi automatizare, controlul procesului de irigat, reducerea preţului de cost şi reducerea cheltuielilor de exploatare. Se prezintă instalaţia de irigat cu tambur şi furtun IATF 300, modul de funcţionare al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun IATF 300 acţionartă cu turbină, prezentarea generală a Instalaţiilor de irigat realizate la CERITEX Braşov. Se prezită in continuare instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma IRRIFRANCE (Franţa), acţionarea cu turbină Pelton a instalatiilor de irigat cu tambur si furtun şi acţionarea cu turbină Francis a acestor instalaţii. În continuare se prezintă instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma BAUER, Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firmele FERBORAIN şi TURBOCAR (Italia) precum şi construcţia şi descrierea instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun IDROFOGLIA (Model J2 şi G5 TURBOCAR şi FERBORAIN). Capitolul 5 intitulat Oportunitatea abordării cercetărilor privind perfecţionarea instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun prezintă oportunitatea cercetărilor şi obiectivele tezei de doctorat, rezultate ca urmare a cercetărilor efectuate pană în prezent pe plan internaţional. Cercetările în acest domeniu sunt necesare din mai multe considerente: - în primul rând, culturile care trebuie udate sunt foarte diferite, de la culturi cu talia joasă la culturi cu talia înaltă sau de la culturi de câmp la culturi horticole. Acestea sunt semănate în diverse scheme, au nevoie de apă în toate fazele de vegetaţie şi se găsesc pe suprafeţe de dimensiuni diferite. - în al doilea rând, apa cu care lucrează poate fi de calităţi diferite, de la apa convenţional curată la apa uzată (cu concentraţii maxime 1:1 [32, udând şi cu apă în care s-au dizolvat îngrăşăminte chimice fertirigaţie). Capitolul 6, intitulat Cercetări teoretice cu privire la instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun prezintă cercetările teoretice cu privire la subansamblurile instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun. Cetetările s-au efectuat la următoarele subansambluri : instalaţia hidraulică, căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei şi furtunul din polietilenă. În paragrafele 6.2 intitulat Cercetări teoretice cu privire la căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei şi 6.3 intitulat Cercetări privind stabilitatea în deplasare a căruciorului de susţinere şi transport al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun prezintă o descriere amănunţită a căruciorului care echipează instalaţia IATF 300 şi un studiu teoretic asupra modelului mecanic al căruciorului port aspersoare. Acest studiu este necesar pentru a demonstra teoretic stabilitatea pe direcţia de deplasare a căruciorului portaspersoare şi faptul că direcţia de deplasare a căruciorului se menţine după direcţia axei 0x. In paragraful 6.6 intitulat Aspersoare se prezintă o descriere completa a celor mai reprezentative tipuri de aspersoare rotative utilizate în prezent la echiparea tuturor tipurilor de instalaţii fixe sau mobile de irigat prin aspersiune. Studiul cuprinde procesul de lucru al aspersoarelor rotative, relaţiile matematice ale pricipalilor parametri funcţionali ai

17 acestora, descrierea tipurilor constructive de aspersoare rotative, precum şi calculul forţelor pentru aspersoarele cu mişcare orizontală şi descrierea modului lor de funcţionare. În continuare, paragraful 6.7 intitulat Studii asupra cinematicii unei particule din curentul de apă ce parcurge tubul de pulverizare al aspersorului de udare prezintă analiza cinematică a ansamblului de pulverizare. În cadrul acestui studiu se are în vedere faptul că aspersorul este montat pe un cărucior care se deplasează cu viteza de transport t V 1 = constantă şi în consecinţă acceleraţia sa este nulă a t 1 =0. Ansamblul de irigat (de aspersiune sau de aruncare a jetului de apă) execută o mişcare circular-pendulară în plan orizontal imprimându-i particulei de apă o a doua componentă a vitezei de transport V t 2. În continuare se prezintă, studiul dinamic al mişcării particulei de apă pentru varianta oblică a tubului de refulare precum şi studiul traiectoriei jetului de apă ieşit din aspersor. Capitolul 7 intitulat Metodica, aparatura şi tipurile de instalaţii folosite la experimentări prezintă măsurarea presiunilor, metode de încercări în condiţii de laborator şi de laborator-câmp a instalaţiilor de irigat cu tambur şi furtun, metode de încercări specifice furtunurilori, măsurarea uniformităţii distribuţiei apei precum şi experimentale efectuate pe trei tipuri de instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun, denumite simbolic MINI-IATF, IATF-75 şi IATF-300. Capitolul 8 intitulat Concluzii generale, contribuţii personale şi recomandări prezintă concluziile lucrării de doctorat precum şi contribuţiile personale ale autorului la realizarea lucrării de doctorat unele recomandări ce se impun in vederea stabilirii unor noi directii de cercetare in domeniul utilizării la parametrii optimi a instlaţiilor de irigat cu tambur şi furtun. Bibliografia prezentată în finalul lucrării însumează un număr 136 de lucrări care au fost consultate de autor în vederea elaborării prezentei teze. Recunoscător pentru răbdarea, înţelegerea şi tactul cu care am fost îndrumat, mulţumesc distinsului prof.univ.dr.ing Cândea Ioan de la Universitatea Transilvania din Braşov. Mulţumesc colectivului Catedrei de Mecanică a Facultăţii de Inginerie Mecanică a Universităţii Transilvania din Braşov pentru asigurarea cadrului organizatoric de desfăşurare a activităţii de doctorat. Folosesc acest prilej pentru a mulţumi conducerii INMA Bucureşti, domnilor prof.on.dr.ing Gângu Vergil, membru titular ASAS şi prof.on.dr.ing Pirnă Ion, membru corespondent ASAS. Totodată, în mod cu totul special ţin să aduc cuvenitele mulţumiri domnului prof.on.dr.ing. Bria Nicolae, membru titular ASAS, pentru sfaturile acordate pe tot parcursul elaborării tezei. Nu în ultimul rând, mulţumesc soţiei mele pentru ajutorul, sprijinul moral şi înţelegerea de care a dat dovadă pe parcursul întregii activităţii de elaborare a acestei teze. NOTĂ: ***** Bucureşti, martie 2010 În rezumat se menţin numerele figurilor, tabelelor şi relaţiilor matematice din teza de doctorat. Autorul

18 CAPITOLUL 1. GENERALITĂŢI 1.1. Stadiul actual al agriculturii din România În România, agricultura reprezintă una din ramurile importante ale economiei naţionale, caracterizată printr-un potenţial agricol ridicat. La nivel european, România se situează printre primele ţări din punct de vedere al potenţialului agricol: - locul 1 după structura suprafeţei agricole; - locul 5 după suprafaţa arabilă 9,34 mil. Ha; - locul 6 după suprafaţa de teren arabil pe locuitor 0,42 ha; - locul 7 după suprafaţa ocupată cu păşuni şi fâneţe; - fertilitatea solului ridicată 27,4% din suprafaţa agricolă o reprezintă soluri bune şi foarte bune; - climatul este favorabil pentru un număr mare de culturi agricole Problemele cu care se confruntă agricultura românească în prezent sunt următoarele: - producţii agricole scăzute; - productivitate scăzută; - calitate redusă a produselor primare şi secundare; - importurile de alimente şi materii prime mari (peste 60%); - autoconsum ridicat în exploataţii agricole; - venituri reduse în zonele rurale. Cauzele nivelului scăzut al performanţei şi competitivităţii se regăsesc în: - dimensiuni mici ale exploataţiilor agricole; - neefectuarea lucrărilor agricole în perioadele agrotehnice optime datorate nivelului redus de dotare cu tractoare şi maşini agricole; - gradul ridicat de uzură al parcului de tractoare şi maşini agricole (peste 70%); - investiţii insuficiente pentru dotarea cu echipamente tehnice datorită puterii economice scăzute a fermierilor; - pregătirea profesională redusă a micilor fermieri având drept consecinţă directă nerespectarea condiţiilor agrotehnice specifice; - accesul greoi pe piaţă al micilor fermieri. Structura de folosinţă a terenurilor agricole este următoarea: 9325 mii ha terenuri arabile, reprezentând 63% din suprafaţa agricolă; 518 mii ha plantaţii pomi-viticole, adică 4% din total suprafaţă agricolă; 4904 mii ha pajişti naturale, însumând 33% din total. Această structură nu a înregistrat modificări semnificative în perioada , cu excepţia reducerii suprafeţelor ocupate de livezi cu 24%. În prezent terenurile agricole aparţin în majoritate (84%) sectorului privat şi în proporţie de 16% sectorului de stat. Din analiza bazei tehnico-materiale, conform ultimului recensământ efectuat, rezultă următoarea dotare tehnico-materială: tractoare bucăţi, din care cu puteri de până la 54 CP; cu puteri cuprinse între 55 CP şi 80 CP, 2903 cu puteri cuprinse între 81 CP şi 134 CP şi 3570 cu puteri de peste 135 CP; motocultoare 7846 bucăţi; pluguri, cultivatoare, combinatoare, grape, sape rotative ; semănători cu tracţiune mecanică bucăţi; maşini pentru împrăştiat îngrăşăminte bucăţi;

19 maşini pentru erbicidat şi executat tratamente bucăţi; combine bucăţi; motocositori bucăţi; echipamente pentru irigat : - mobile bucăţi; - fixe bucăţi Importanţa irigaţiilor în agricultură şi stadiul actual al irigaţiilor în România Prin irigaţie se urmăreşte aprovizionarea dirijată a solului cu apa, în funcţie de cerinţele plantelor, în scopul obţinerii de recolte mari şi de o calitate superioara, în contextul în care principala cale de satisfacere a necesarului de hrană pentru populaţia globului o constituie sporirea producţiei agricole pe unitatea de suprafaţă. Necesitatea aprovizionării cu alimente a populaţiei în continuă creştere este un factor de importanţă majoră. În ceea ce priveşte dinamica suprafeţelor irigate: 8 milioane ha la finele secolului al XVII-lea, 40 milioane ha la începutul secolului al XX-lea, peste 270 milioane ha la nivelul anilor 80, în jur de 300 milioane ha la sfârşitul secolului al XX-lea. După datele F.A.O., necesarul de cereale pentru populaţia globului în anul 2000 a fost de peste 2500 milioane de tone. Zonele irigate produc 25 40% din totalul producţiei agricole mondiale deşi se irigă numai 15% din suprafaţa cultivată, sau 5% din cea agricolă. Cercetările experimentale şi de producţie au demonstrat că irigaţia nu se justifică economic numai în regiunile aride, ci şi în zonele subumede, unde se obţin însemnate sporuri de producţie, cu cheltuieli relativ reduse, fiind necesară o normă de irigare unică, repartizată în udări. România a investit un capital imens în amenajarea suprafeţei de 3,1 milioane ha pentru irigat, din care 2,9 milioane ha, suprafaţă arabilă. Astfel, suprafaţa amenajată pentru irigat, reprezintă 31% din suprafaţa totală arabilă a ţării. Supradimensionarea sistemelor de îmbunătăţiri funciare a avut drept consecinţă imposibilitatea de exploatare în condiţii de eficienţă economică a suprafeţei amenajate pentru irigat, gradul de utilizare a irigaţiilor înregistrând nivele deosebit de scăzute (8 25%). România dispune de o suprafaţă mare amenajată pentru irigat, ocupând printre cele mai însemnate suprafeţe din Europa, dar datorită gradului scăzut de utilizare şi a degradării instalaţiilor, efectele nu se resimt în recoltele României Necesitatea irigaţiei În agricultura ţării noastre, seceta constituie un factor natural deosebit de dăunător. În regiunile de câmpie şi coline se manifestă la majoritatea culturilor agricole printr-un deficit de umiditatea sau o repartizare nefavorabilă a precipitaţiilor în raport cu cerinţele culturilor. Totodată temperaturile ridicate din cursul verii şi vânturile sporesc transpiraţia. Din punct de vedere climatic se diferenţiază o zonă puternic secetoasă în sudul şi estul ţării (Câmpia Dunării, Dobrogea şi Moldova), zonă în care anii secetoşi au o frecvenţă mai mare de 50%. În cursul perioadei de vegetaţie se întâlnesc intervale complet lipsite de ploi de zile, atingând în anii foarte secetoşi 3 4 luni. Înlăturarea consecinţelor dăunătoare ale secetei în zona secetoasă este posibilă prin aplicarea irigaţiilor. Practica agricolă a arătat şi în cuprinsul zonelor subumede şi umede ale ţării se manifestă periodic un deficit de umiditate pentru majoritatea culturilor agricole, făcând utilă intervenţia irigaţiei mai ales în lunile iulie şi august. Posibilităţile de irigare sub aspectul cadrului natural şi al condiţiilor socialeconomice sunt relativ avantajoase în ţara noastră. Există o reţea hidrografică destul de

20 bogată, cu posibilităţi relativ uşoare de aducere a apei, întinse suprafeţe agricole cu soluri fertile şi relief potrivit, precum şi o serie de alţi factori importanţi care acţionează favorabil asupra dezvoltării irigaţiilor Funcţiile irigaţiei Scopul principal al irigaţiei este completarea deficitului de umiditatea din sol, atât pe terenurile situate în zone secetoase, cât şi în regiuni mai puţin secetoase însă cu o distribuţie nefavorabilă a precipitaţiilor în timpul perioadei de vegetaţie, dar pot avea şi alte funcţiuni în agricultură. După scopul urmărit, irigaţiile pot fi: - de umectare, care completează deficitul de umiditate al solului în timpul perioadei de vegetaţie; - de aprovizionare, care asigură o parte din cantitatea de apă necesară culturilor agricole, prin înmagazinare în sol, înainte de perioada de vegetaţie ; - de spălare, care urmăresc înlăturarea din sol a sărurilor dăunătoare dezvoltării plantelor ; - de fertilizare, cu ajutorul cărora se încorporează în sol îngrăşămintele necesare culturilor agricole ; - termoregulatoare, care au drept scop apărarea plantelor de temperaturile coborâte şi chiar de îngheţ iar în alte cazuri încălzirea solului când acesta este prea rece ; - de maturare a fructelor, care asigură accelerarea procesului de maturare sau irigaţia de pigmentare care dă posibilitatea de a colora fructele, dându-le un aspect atrăgător Sistemul de irigaţie Sistemul de irigaţie este complexul de lucrări şi amenajări cu ajutorul cărora se captează debitele din sursa de apă, se transportă şi se distribuie apa pe teren ; totodată se asigură colectarea şi evacuarea excesului de apă din terenurile amenajate. Elementele componente ale sistemului de irigaţie sunt în principiu următoarele : nodul de captare(priza), care are rolul de a capta apa şi a o conduce în canalul principal de aducţiune. În funcţie de situaţia terenurilor de irigat faţă de sursa de apă, captarea poate fi gravitaţională sau prin pompare. În anumite situaţii, lucrările de captare sunt completate cu lucrări de regularizare a debitului sau de îmbunătăţire a calităţii apei ; reţeaua de transport a apei, care se compune din canale, jgeaburi sau conducte cu caracter permanent şi anume : canalul sau conducta principală de aducţiune (canalul sau conducta magistrală în cazul sistemelor mari), care are rolul de a conduce apa de la nodul de captare în elementele distribuitoare principale ; reţeaua de distribuţie formată din canale sau conducte distribuitoare principale, distribuitoare secundare şi distribuitoare de sector, care au rolul de a conduce apa în cadrul fiecărui sector irigat ; poate fi compusă din canale de pământ deschise, parţial sau total impermeabilizate, din jgeaburi de beton, sau din conducte îngropate (beton, azbociment, P.V.C., metalice). În cazul unor terenuri denivelate pentru conducerea apei se prevăd staţii de repompare, iar în situaţia irigaţiilor prin conducte îngropate se folosesc staţii de pompare de punere sub presiune ; lucrările de amenajare interioară, care sunt diferenţiate în funcţie de metoda de udare, putând consta din conducte sub presiune, fixe sau transportabile, elemente de pământ (canale provizorii, rigole, brazde sau fâşii) sau parcele submersibile în cazul orezăriilor ;

21 reţeaua de colectare şi evacuare a apei în surplus, care se compune din canale colectoare de sector, canale colectoare secundare, canale colectoare principale. Densitatea acestei reţele este diferită de la un sistem de irigaţii la altul, în funcţie de mărimea surplusului de apă ce trebuie evacuat ; construcţii şi instalaţii anexe ca : stăvilare, poduri şi podeţe, sifoane, apeducte şi căderi, amplasate pe reţeaua de aducţiune şi de evacuare, instalaţii pentru măsurarea debitelor şi lucrări pentru întreţinerea şi exploatarea sistemelor de irigaţie, ca de exemplu drumurile de acces, instalaţii pentru telecomunicaţie, sedii şi cantoane pentru supraveghere, etc Tipuri de amenajări pentru irigaţii Vehicularea controlată a apei de la sursă la plante este asigurată prin amenajarea unui ansamblu de lucrări hidroameliorative cu funcţionare corelată şi interdependentă, care constituie sistemul de irigaţii. Lucrările din cadrul sistemului de irigaţii sunt concepute astfel încât să asigure captarea, transportul şi distribuţia apei până la ultimul element permanent al reţelei, din care, prin intermediul unor dispozitive şi instalaţii fixe şi mobile, apa este preluată şi distribuită la plante. După Cazacu [50, tipurile de amenajare se pot clasifica în funcţie de: caracteristicile reţelei de alimentare şi de distribuţie; metodele de irigaţie folosite; evoluţia tehnicii de amenajare; poziţia suprafeţei în raport cu sursa de apă principală. În funcţie de metoda de udare, suprafaţa terenului se modelează şi se nivelează pentru a permite aplicarea udărilor cu pierderi de apă minime. În funcţie de caracteristicile reţelei, principalele tipuri de amenajare sunt: amenajări cu reţele deschise, constituite din canale şi jgheaburi; amenajări cu reţele închise, constituite din conducte îngropate; amenajări mixte, ce folosesc de regulă reţele deschise pentru alimentare şi închise pentru distribuţie, acest tip de amenajare fiind cel mai des folosit pe plan mondial, reducând substanţial pierderile de apă pe traseul reţelei de distribuţie. Referitor la evoluţia tehnicii de amenajare, tipurile de amenajare se impart în clasice şi modeme. CAPITOLUL 2. - METODE DE UDARE Metodele de udare diferă după modul de introducere a apei în sol ; toate trebuie să îndeplinescă condiţia repartiţiei uniforme a apei pe teren, la norma de udare necesară. În prezent se folosesc patru metode de udare : submersiunea, scurgerea la suprafaţă (pe brazde sau fâşii), aspersiunea şi irigaţia subterană. Dacă irigaţia prin submersiune este specific legată de biologia orezului şi este metoda exclusiv indicată pentru irigarea acestei culturi, celelate trei metode pot fi folosite la irigarea oricărei alte culturi. Domeniul de aplicare al acestor trei metode este delimitat de factorii naturali (pantă, mezorelief, sol, hidrogeologie, climă). La alegerea lor intră în considerare cu precădere şi următoarele trei criterii tehnice şi de productivitate : economia de apă (faţă de pierderile prin evaporare şi infiltrare) ; economia de teren (faţă de terenul acoperit cu lucrările de amenajare) ; consumul de forţă de muncă, consumul de energie mecanică şi posibilităţile de mecanizare a lucrărilor agricole

22 2.1. Clasificarea metodelor de udare Ţinând seama de scopul lor principal, irigaţiile se împart în următoarele categorii: a) Irigaţia de umezire (arozantă), care are scopul direct de a completa umiditatea solului pentru a-i crea un regim de apă şi aer corespunzător regimului optim de hrană al plantelor. Acesta este scopul majorităţii absolute a irigaţiilor. b) Irigaţia fertilizantă, având scopul principal de a procura solului îngrăşămintele necesare prin intermediul apei, printr-o distribuţie mai uşoară şi mai uniformă. Pentru fertilizarea solului pot servi apele mâloase ale viiturilor cursurilor de apă, apele uzate ale canalizării oraşelor, apelor centrelor zootehnice conţinând must de bălegar, apele conţinând îngrăşăminte minerale artificiale sau apele bogate în oxigen. c) Irigaţia de spălare, având scopul de a spăla la suprafaţa solului sau de a introduce în orizonturile inferioare ale solului, prin procesul de levigare, sărurile în exces nocive. Acest fel de irigaţie se întrebuinţează şi pentru distrugerea dăunătorilor cum ar fi şoarecii de câmp, larvele de cărăbuş, filoxfera etc. d) Irigaţia de încălzire cu apă mai caldă decât solul, utilizând apa caldă evacuată de fabrici şi uzine sau ape termale subterane. Are scopul de a combate gerurile slabe de scurtă durată din timpul primăverii sau de a prelungi perioada de vegetaţie din timpul toamnei. După modul în care se introduce apa în sol, deosebim următorele metode de irigaţie: I. Irigaţia de suprafaţă sau gravitaţională este cea mai răspândită metodă. Se aplică în următoarele variante de udare: a) Irigaţia prin inundare sau submersiune, prin care parcelele se acoperă cu un strat de apă care se infiltrează treptat în adâncime. Se utilizează atât prin fertilizarea solului prin colmatare, în perioada stagnării vegetaţiei, cât şi pentru umezirea solului în timpul perioadei de vegetaţie. Este metoda specifică a orezului. b) Udarea prin revărsare sau circulaţie, constând din circulaţia pe suprafaţa în pantă a terenului a unui strat subţire de apă, care în timpul scurgerii se infiltrează pe verticală. Se aplică mai ales culturilor de ierburi şi cereale. c) Udarea pe brazde. Apa curge în brazde înclinate sau stagnează în brazde orizontale, între şirurile de plante, îmbibă solul în profunzime şi lateral, prin gravitaţie şi capilaritate. Această metodă se utilizează mai ales pentru irigarea prăşitoarelor. II. Irigarea subterană, la care apa este introdusă în sol prin tuburi, jgeaburi sau galerii cârtiţă subterane, umezind solul în toate sensurile, prin gravitaţie şi capilaritate. III. Irigaţia prin aspersiune, ploaie artificială sau stropire. Dispersarea apei în picături, imitând ploaia naturală, se face utilizând instalaţii de energie şi aparate de ploie (aspersoare). Este metoda cu cea mai mare răspândire, alicată la orice culturi Criterii care stau la baza alegerii metodelor de udare Pe baza criteriului pedoclimatic, în zona subumedă din România unde, în anii normali, irigarea este necesară numai în lunile iulie şi august având un caracter net de suplimentare cu norme mici de udare, este indicată mai ales aspersiunea. În zona semiaridă, unde este nevoie de irigare la toate culturile, în general de la finele lunei mai la începutul lunei septembrie, cu norme de udare mari şi udări de aprovizionare, metoda de udare cea mai indicată este scurgerea la suprafaţă pe brazde sau fâşii. Vântul limitează folosirea aspersiunii, prin reducerea uniformităţii distribuţiei apei şi prin sporirea pierderilor prin evaporaţie, în timpul udării

23 Deşi există măsuri tehnice de atenuare a acţiunii vântului (utilizarea presiunilor joase şi a unghiurilor mici la aspersor), totuşi aspersiunea se exclude la viteze ale vântului de peste 3,50 m/s (contându-se pe o eficienţă a aspersiunii de numai % la viteza vântului de 2,80 m/s şi de % la viteza de 4,40 m/s). Solul, prin proprietăţile sale hidrofizice diferite cu textura, contribuie la alegerea metodei de udare, indirect prin mărimea normei de udare din perioada de vegetaţie şi direct prin permeabilitate. Asfel, în linii mari, aspersiunea se consideră o metodă de udare specifică pentru norme de udare mai mici, corespunzând de regulă solurilor grele din zonele subumede şi umede Udarea prin aspersiune. Caracteristicile udării prin aspersiune Prin această metodă de udare, apa de irigaţie este pulverizată mai întâi în aer, de unde picăturile cad sub formă de ploaie pe plante şi sol. Caracteristicile acestei udări sunt : - uniformitatea distribuirii apei pe teren prin aspersiune depinde de gradul de perfecţionare tehnică a instalaţiei şi este influenţată de intensitatea vântului ; - infiltrarea normală în sol se realizează atunci când intensitatea aspersinuii este mai mică decât coeficientul de filtraţie (k), dar nu atât de mică încât să nu se folosească la maximum capacitatea solulului de a primi în timpul cel mai scurt norma de udare necesară ; la valori ale lui k (coeficientul de filtraţie) sub cm/s (3,60 mm/h) irigarea prin aspersiune devine practic inaplicabilă ; - Aspersiunea are un domeniu de aplicaţie mai larg decât udarea prin scurgere la suprafaţă : pe terenuri cu pantă de peste 0,04, cu mezorelief frământat şi pe soluri forte permeabile sau foarete subţiri ; reduce costul nivelării ; este în general mai comodă şi mai uşor de condus şi poate fi folosită în anumite condiţii şi pentru combaterea îngheţului ; - Principalele dezavantaje se referă la neuniformitatea prin vânt şi la unii indici economici mai puţin favorabili ca la irigarea prin scurgere, cu privire la consumul de metal şi de energie, care se traduc prin costul apei mai ridicat ; de aceea, în ţari cu experienţă în irigaţie, anumite culturi ce nu suportă un preţ de cost ridicat se udă numai prin scurgere la suprafaţă Indicii de calitate ai udării prin aspersiunie Aceşti indici se referă la intensitatea şi uniformitatea udării, precum şi la mărimea picăturilor. Intensitatea aspersiunii. Se ia în considerare intensitatea orară i h şi intensitatea instantanee i s, adică înălţimea apei ce cade la fiecare rotaţie completă a aspersorului : q t is [mm, (2.1) S în care q este debitul aspersorului, în l/s ; t - timpul de rotaţie al aspersorului, în s ; S - suprafaţa udată, în m 2. Intensitatea instantanee se deduce din cea orară, astfel : i s ih 3600 q n n S [mm, (2.2) în care n este numul de rotaţii pe oră. Uniformitatea aspersiunii. Cel mai utilizat indice este coeficientul de uniformitate Cristiansen C u, ce trebuie să nu scadă sub 70-80% ;

24 C u h - m mn [%, (2.3) în care : h este înălţimea apei în fiecare cutia pluviometrică de control; m - media înălţimilor apei, în n cutii pluviometrice; n - numărul cutiilor pluviometrice. Mărimea picăturilor. Prin controlul asupra mărimii se limitează efectul de rupere a plantelor tinere precum şi de stricare a structurii şi compactare a solului. Se cere ca diametrul picăturilor să fie cuprins între 0,50 1,00 mm, în nici un caz peste 2 mm; pe de altă parte, picăturile prea fine duc la pierderi mari prin evaporarea în atmosferă Corelarea caracteristicilor aspersiunii cu factorii de teren Corelarea intensităţii cu solul şi panta. În raport cu tipul de sol, un aspersor poate fi considerat convenabil dacă raportul între viteza de infiltraţie şi intensitatea instantanee are o valoare cuprinsă între 0,42 0,20 (valoare adimensională); aspersorul nu este convenabil dacă raportul este sub 0,20 (criteriul Pagliuca). Tabelul.2.2 Textura solului Capacitate de absorţie, mm/h Nisip 20 Nisip lutos 15 Lut nisipos 12 Lut 10 Argilă 8 Pentru terenuri în pantă, aceste date se micşorează conform procentelor din tabelul.2.3. Tabelul 2.3 Panta terenului Reducerea, % 5% 8% (2º 52' 4º 34') 20 9% 12% (5º 8' 6º 50') 40 13% 20% (7º 24' 11º 18') 60 >20% (11º 18') 75 O dată cu creşterea pantei, descreşte intensitatea admisibilă, raza jetului şi aria aspersată (conform tabelului 2.4) Influenţa pantei asupra caracteristicilor aspersiunii se prezintă în tabelul 2.4. Descreşterea intensităţii admisibile % Tabelul 2.4 Descreşterea spre amonte Panta terenului a razei jetului, % 0 5% (0 2º 52') % (3º26' 4º34 ) 9 12% (5º 8' 6º ') 13 20% (7º ' 11º 18') >20% (11º 18') a ariei aspersate, %

25 Pentru condiţiile din România se ia intensitatea aspersiunii, în funcţie de elementele de sol şi pantă, conform tabelului.2.5. Corelaţiile admisibile între intensitatea aspersiunii şi factorii sol şi pantă sunt arătate în tabelul 2.5. Tabelul 2.5 Grupa Intensitatea mm/h Condiţiile de sol şi pantă Soluri grele cu pante sub şi peste 3-4% şi terasate Soluri medii cu pante peste 3-4% şi terasate Soluri uşoare cu pante sub 3-4 % Corelarea uniformităţii de udare cu vântul. S-a constatat că vântul reduce uniformitatea şi măreşte evaporaţia apei în timpul udării, într-o măsură considerabilă. Pentru remediere se acţionează în mod eficient pe linia reducerii presiunii la aspersor şi dirijând jetul la unghiuri mai joase decât unghiul optim hidrodinamic. În general, aspersiunea se limitează la viteze ale vântului sub 3,50 m/s. Corelarea mărimii picăturilor cu solul şi cultura. Se foloseşte coeficientul de pulverizare k p : k p d, (2.4) H în care : d este diametrul duzei aspersorului, în mm ; H - presiunea la aspersor, în mca (metri coloană de apă). k p > 0,50 - ploaie grosieră, pentru păşuni şi fâneţe şi soluri nisipoase şi uşoare ; k p = 0,30 0,50 - ploaie medie, pentru pomi fructiferi şi culturi ierboase, pe soluri medii ; k p = 0,10 0,30 : ploaie fină, pentru flori, seminceri, tutun, şi alte culturi delicate, pe soluri grele Eficienţa udării prin aspersiune Pierderile de apă prin evaporare în timpul aspersiunii depind îndeosebi de condiţiile climatice, acoperirea solului şi fineţea aspersiunii. În tabelul 2.6 sunt prezentate pierderile totale medii la aspersiune în 24 h, în %. Tabelul 2.6 Condiţii climatice Pierderile în % din totalul aspersat Pe sol neacoperit Pe sol cultivat Aspersiune fină Rece: - vânt slab 0-2,20 m/s Neglijabile Neglijabile - vânt puternic 4,40-6,70 m/s ,50-5,00 Cald: - vânt slab 4-5 2,00-2,50 - vânt puternic ,50-5,50 Fierbinte şi umed: - vânt slab 6-7 3,00-3,50 - vânt puternic ,00-6,00 Fierbinte şi uscat: - vânt slab ,00-5,00 - vânt puternic ,00-8,00 Aspersiune grosieră Rece:

26 Condiţii climatice Pierderile în % din totalul aspersat Pe sol neacoperit Pe sol cultivat - vânt slab Neglijabile Neglijabile - vânt puternic 5-6 2,50-3,00 Cald: - vânt slab 3-4 Neglijabile - vânt puternic 8-9 4,00-4,50 Fierbinte şi umed: - vânt slab 4-5 2,00-2,50 - vânt puternic ,00-5,00 Fierbinte şi uscat: - vânt slab ,50-5,50 - vânt puternic ,00-7,00 Coeficientul de eficienţă C e este un indice general, aproximativ dar simplu, care se calculează din relaţia : C C 0,50 u e, (2.5) 2 în care C u este coeficientul de uniformitate Cristiansen, exprimat fracţionar Udarea subterană Caracteristici. Udarea subternaă constă în introducerea apei în sol, sub suprafaţa acestuia, fie cu ajutorul unei reţele de conducte subterane, fie prin infiltrare laterală dintr-o reţea de canale în debleu ; de la nivelul de pătrundere a apei în sol, umiditatea se ridică apoi capilar. Subirigarea. Subirigarea din canale de desecare cu funcţie reversibilă necesită o serie de condiţii naturale favorabile. În natură, în general, condiţiile pentru efectuarea corectă a subirigaţiei sunt rare : apă de bună calitate ; teren plan şi uniform ; existenţa la mică adâncime a unui strat foarte permeabil, aşezat la rândul lui pe un strat impermeabil ; o proiectare şi exploatare foarte îngrijite. În condiţiile ţării noastre se poate aplica numai în zona umedă sau subumedă, pentru prevenirea pericolului sărăturării secundare prezent în zona secetoasă. CAPITOLUL 3. REGIMUL DE IRIGARE Regimul de irigare permite dirijarea relaţiilor polifactoriale dintre sol-apă-plantăclimă în aşa fel încât să se creeze condiţii optime pentru dezvoltarea plantelor. Regimul de irigare al unei culturi este o noţiune complexă, ce include caracterizarea momentului udării, a normei de udare şi a normei de irigare. Se diferenţiază după cultură, după zona climatică şi condiţiile climatice anuale, după sol şi condiţiile hidrogeologice, după nivelul agrotehnicii şi condiţiile economice Relaţiile dintre sol, apă şi plantă Relaţiile dintre sol şi apă se exprimă prin modificările în conţinutul de umiditate al solului (regimul de umiditate al solului). Proprietăţile solului în raport cu apa sunt determinate de relaţia dintre forţele de adsorbţie, capilaritate şi gravitaţie, intervenind uneori şi presiunea osmotică sau presiunea hidrostatică

27 Pentru transformarea proviziei momentane de apă a solului (x) exprimată în procente raportate la suta de grame de sol uscat într-o valoare care să exprime apa în m 3 /ha (X) conţinută în prisma de sol cu suprafaţa de 1 ha şi înălţimea H (adâncimea orizontului de sol considerat, în m), se foloseşte relaţia următoare : x X H Gv 100 H G x,[m 3 /ha 3.1) 100 în care X este cantitatea de apă m3/ha ; H - înălţimea prismei de sol cu suprafaţa de 1 ha în m; G v - greutatea volumetrică în kg/m3; x este provizia momentană de apă a solului în % raportate la 100 g. de sol uscat. Accesibilitatea apei din sol pentru plante. Intervalul de conţinut de umiditate dintre coeficientul de ofilire c 0 şi capacitatea de câmp pentru apă C, ce reprezintă capacitatea de înmagazinare în sol a apei accesibilă plantelor, se mai numeşte intervalul umidităţii active C - c 0. Această valoare diferă cu solul şi mai ales diferă cu conţinutul de argilă fizică. Raportul procentual k c numit coeficientul capacităţii active se calculează cu relaţia următoare : C c0 kc ) C Consumul apei din sol de către culturile irigigate. Prin consumul total al apei din sol echivalând în condiţii de irigaţie cu evapotranspiraţia potenţială, se înţelege totalul apei ieşite din sol, atât prin pierderi neproductive datorate evaporaţiei e de la suprafaţa solului, cât şi prin transpiraţia productivă prin plante t, într-un anumit interval de timp s C e t 3.4) 3.2 Bilanţul apelor de irigaţie Consideraţii teoretice Cantitatea de apă pătrunsă în sol A este determinată în cea mai mare măsură de cantitatea precipitaţiilor P, din care însă numai o parte pătrunde în sol, adică: A r P 3.5) în care: r reprezintă pierderile de apă prin scurgeri din interiorul şi de la suprafaţa solului. Mărimea acestor pierderi variază foarte mult, mai ales în funcţie de panta terenului şi de structura solului. Astfel, în aceleaşi condiţii, de pantă, r = 25% 0,30% anual, în soluri fără structură şi atinge 85% în soluri cu structură glomerulară, care permit pătrunderea în adâncime a apelor în măsură cu mult mai mare decât solurile grele. Evaporarea apei de la suprafaţa solului este exprimată prin relaţia: e T(1 ) 100 [mm/24 ore (3.6) în care α este un coeficient în funcţie de natura solului şi starea lui de prelucrare, de vegetaţie şi de intensitatea vânturilor dominante din zonă, mărimea lui variind între 0,6 şi 1,1; T o - temperatura medie anuală în 0 C; u a

28 u a - umiditatea medie anuală a aerului. Rezumatul tezei de doctorat Pierederea de apă prin evaporaţie este în oarecare dependenţă şi de producţia agricolă; evaporaţia specifică se micşorează cu creşterea producţiei. Scăzând din cantitatea precipitaţiilor aceste două feluri de pierderi, rezultă rezerva de apă la dispoziţia plantelor: W s r P e P 3.7) în care r este pierderile de apă prin scurgeri din interiorul şi de la suprafaţa solului; P - cantitatea anuală a precipitaţiilor; ε - mărimea pierderilor totale. Consumul de apă al plantelor M p este determinat de coeficientul de transpiraţie k tr şi de cantitatea recoltei programate Y, exprimată în cantitatea substanţei uscate: M k Y 3.8) p Bilanţul apei exprimă raportul dintre rezerva apei din sol şi consumul de apă necesar plantelor: Ws B 3.9) M p După cum valoarea lui B este mai mică, mai mare sau egală cu 1, deosebim zone cu deficit de umiditate, necesitând irigaţii, zone cu surplus de umiditate, având nevoie de desecare, respectiv zone cu bilanţ de apă echilibrat. Acest bilanţ este instabil în aceeaşi zonă; el poate fi echilibrat în bună măsură prin măsurile cu caracter hidroameliorativ şi prin sistemele de irigaţii. Raportul dintre rezerva de apă a solului şi cantitatea recoltei exprimă consumul specific de apă al plantelor notat cu λ şi care scade cu creşterea producţiei: tr W s (3.10) Y 3.3 Cantitatea de apă necesară irigaţiei În înţelesul larg al cuvântului irigaţia implică punerea în aplicare a următoarelor măsuri: - captarea apei necesară irigaţiei; - transportul apei pe terenul irigabil; - repartiţia uniformă a apei pe terenul irigabil; - evacuarea apei ce prisoseşte, numită apă reziduală (şi care poate fi utilizată pentru irigaţii). Datorită deosebirlor între consumul specific de apă, plantele au fost împărţite, după necesarul lor de apă, în următoarele grupe: 1) Plante cu cerinţe mici de apă: prăşitoarele; 2) Plante cu cerinţe medii de apă: furajerele; 3) Plante cu cerinţe mari de apă: leguminoasele; 4) Orezul cu cel mai mare consum de apă. În general, necesarul apei de irigaţie rezultă din următorul bilanţ: i p o p e W M W W M, [m 3 /ha (3.16)

29 în care M p este volumul de apă necesar producerii recoltei programate, calculat conform relaţiei 3.7; Wo - rezerva de apă din stratul activ al solului, existentă în momentul însămânţării; W p - cantitatea probabilă de precipitaţii din timpul perioadei de vegetaţie. Se consideră, pe baza observaţiilor pluviometrice dintr-o perioadă de cel puţin de ani, precipitaţiile cu asigurarea de 80%. Se neglijează ploile mai mici de 5 mm; M e - pierderile de apă prin evaporaţie în timpul perioadei de vegetaţie. Se consideră egală cu 0,5 M p. 3.4 Norme şi termene de udare Expresia 3.15 reprezintă cantitatea de apă ce trebuie dată efectiv solului în decursul întregii perioade de vegetaţie, pentru a obţine recolta dorită, precum şi pentru a menţine şi spori fertilitatea solului. Nu se consideră cazurile frevente când irigaţiile se continuă şi în afara perioade de vegetaţie, în vederea însămânţărilor de toamnă şi pentru asgurarea rezervei de apă în perioada de vegetaţie următoare. Raportul dintre norma de irigare netă M n şi norma de irigare brută M br este: M n (3.17) M br şi se numeşte coeficient de acţiune utilă a apei de irigaţie care exprimă mărimea pierderilor de apă în sistemul de irigaţie raportate la suprafaţa de un hectar. Interesul este de a majora acest coeficient la o valoare cât mai apropiată de 1. Bilanţul apei se calculează succesiv pentru fiecare decadă a perioadei de vegetaţie, astfel încât la sfârşitul perioadei să rezulte totalul datelor de intrare (apa provenită din ploi şi din adâncimea stratului activ) şi al celor de ieşire (apa consumată prin transpiraţie şi pierdută prin evaporaţie). Rezultatele se introduc într-un tabel. Pentru a stabili normele şi termenele de udare, se întocmeşte graficul udărilor. Schema de irigaţie se întocmeşte, pentru fiecare cultură, în 3 variante: pentru un an cu secetă mijlocie, pentru un an cu umiditate mijlocie şi pentru un an secetos. Se aplică varinata indicată de prognoza meteorologică, se adaptează după cerinţele reale şi se îmbunătăţeşte an de an pe baza rezultatelor din producţie. CAPITOLUL 4. PREZENTAREA GENERALĂ A INSTALAŢIILOR DE IRIGAT CU TAMBUR ŞI FURTUN Aceste instalaţii sunt cunoscute în literatura de specialitate sub denumirea de roller sau enrouleur şi au o extindere foarte mare în special în Europa. Instalaţiile sunt de mai multe tipuri, diferenţiate în special prin diametrul furtunului de la 40 la 140 mm, lungimea acestuia de la 100 la 600 m, tipul acţionării şi presiunea de lucru. Varietatea mare de tipuri de instalaţii se datorează în special schemelor de irigat folosite, a regimului hidraulic existent şi a texturii solurilor ce se irigă. În funcţie de grupul de acţionare hidraulică a instalaţiei, acestea pot fi acţionate cu: turbină (Francis sau Pelton); motor hidrostatic liniar (piston sau burduf). De asemenea, în funcţie de presiunea de lucru, instalaţiile pot lucra la: presiune joasă (mai mică de 0,3 MP); presiune medie şi înaltă. Aceste instalaţii au o pondere de % din totalul instalaţiilor de irigat în Franţa, iar majoritatea firmelor producătoare sunt în Europa

30 Cercetările efectuate pe aceste instalaţii urmăresc reducerea consumului energetic, extinderea domeniului de utilizare, îmbunătăţirea parametrilor tehnic funcţionali, realizarea condiţiilor ergonomice de lucru, înlăturarea cauzelor care produc poluarea mediului, mărirea gradului de mecanizare şi automatizare, controlul procesului de irigat, reducerea preţului de cost şi reducerea cheltuielii de exploatare. Instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun sunt destinate udării cu apă convenţional curată sau uzată a tuturor culturilor de câmp, indiferent de talie, cultivate în sistemele de irigaţii cu conducte sub presiune sau surse de apă şi agregate de pompare. Instalaţiile sunt prevăzute să lucreze pe terenuri plane, cu pante locale mici pe direcţia transversală sau longitudinală celei de deplasare a aspersoarelor. În timpul funcţionării instalaţiilor planul roţilor saşiului trebuie să fie deasupra planului căruciorului sau cel puţin la acelaşi nivel, pentru a evita pierderile de presiune Instalaţia de irigat cu tambur şi furtun IATF 300. Sistemele de irigaţii realizate din ţara noastră în ultimii 30 de ani, au distanţa între antene de 432 m, 612 m şi 800 m. Instalaţia de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun IATF-300 (proiectant: INMA Bucureşti; fabricant: S.C. Legmas S.A. Năvodari) a fost concepută şi realizată pentru a lucra în sistemele de irigaţii cu distanţe între antene de 612 m, acestea ocupând majoritatea suprafeţelor amenajate. Aceste instalaţii pot fi utilizate atât la administrarea apelor convenţional curate cât şi a celor uzate (industriale, orăşeneşti sau din zootehnie). Instalaţia IATF-300 este destinată să lucreze pe terenuri plane, având pante locale pe direcţia transversală celei de deplasare de maxim 5% şi fără obstacole (şanţuri, pomi, linii de iualta tensiune, etc.). În figura 4.1 este reprezentată instalaţia de irigat cu tambur şi furtun acţionată cu turbină hidraulică de tip Francis, în poziţia de lucru, cu tamburul rotit. În figura 4.3 se prezintă desenul de ansamblu al instalatiei IATF-300, iar în figura 4.2 se prezintă căruciorul portaspersoare în timpul lucrului, cu care este echipată instalaţia IATF 300. Fig.4.1 Instalaţia IATF 300 pe o poziţie de lucru cu tamburul rotit Instalaţia este alcătuită din următoarele subansambluri principale (fig. 4.3): şasiul (1), turela (2), tamburul (3), instalaţia hidraulică (4), căruciorul portaspersoare (5) şi mecanismul de înfăşurare rapidă (6) Modul de funcţionare al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun IATF 300 acţionată cu turbină Instalaţia se transportă în agregat cu un tractor de 65 CP pe drumul amenajat pe linia antenei la unul din hidranţi, unde urmează să ocupe două poziţii de lucru

31 Ajunsă în dreptul hidrantului se fixează picioarele de sprijin şi cricul în poziţie de lucru şi se decuplează de la tractor. Se pivotează turela, se frânează tamburul prin acţionare manuală şi se întinde furtunul cu ajutorul tractorului. Fig Schema cinematică a instalaţiei IATF 300 acţionată cu turbină În figura 4.11 este prezentată schema cinematică a instalaţiei IATF 300. Pe axul turbinei hidraulice Francis se află montat un variator de curea (D p = ) care transmite mişcarea de rotaţie prin intermediul unui demultiplicator cu roţi dinţate în 4 trepte la pinionul dinţat al transmisiei de acţionare cu lanţ Gall al tamburului (fig.4.11). Apa destinată udării, aflată sub presiune, trece prin robinetul sferic Dn 100, pătrunde în axul tamburului, apoi în conducta verticală metalică şi mai departe în furtunul flexibil din polietilenă. De aici apa ajunge la aspersoarele situate pe cărucior şi este împrăştiată pe teren (circuitul de irigat). Înainte de a intra în axul tubular al tamburului care face legătura cu tubul flexibil din polietilenă, apa sub presiune trece printr-o ramificaţie (baipas) şi intră în turbină care antrenează variatorul de turaţie şi transmite mai departe mişcarea la reductorul cu roţi dinţate. Reductorul pune în mişcare pinionul de lanţ pentru transmiterea mişcării către tambur (fig.4.11). Datorită rotirii tamburului furtunul se înfăşoară pe acesta şi căruciorul portaspersoare se retrage către instalaţie, aspersoarele irigând terenul pe care se deplasează. Mişcarea de rotaţie a tamburului este transmisă dispozitivului de stabilire a pasului de înfăşurare a furtunului prin intermediul unei transmisii cu lanţ. Pe axul dispozitivului de oprire automată se află palpatorul pentru uniformizarea vitezei de deplasare a căruciorului (fig.8 poziţia 8) care, în funcţie de numărul de straturi de furtun înfăşurate pe tambur reglează printr-un sistem de pârghii robinetul (fig.8 poziţia 7) situat pe conducta de evacuare a apei din cilindrul hidraulic de comandă automată a variatorului (fig.8 poziţia 6). Odată cu creşterea numărului de spire (de furtun) înfăşurate pe tambur are loc şi o creştere implicită a diametrului de înfăşurare a furtunului. Ca urmare a acestui fapt se produce mărirea vitezei unghiulare de înfăşurare a furtunului pe tambur având drept rezultat creşterea vitezei tangenţiale de transport a căruciorului. Acest fapt nu este admisibil deoarece s-ar produce modificarea normei de udare prestabilite (care

32 trebuie să rămână constantă) în sensul micşorării ei. Pentru evitarea acestui fenomen şi pentru păstrarea constantă a vitezei de deplasare a căruciorului în timpul lucrului a fost conceput mecanismul pentru uniformizarea vitezei de deplasare a căruciorului. Ajuns în apropierea tamburului, căruciorul acţionează asupra mecanismului de închidere automată care comandă prin intermediul unui sistem de pârghii închiderea vanei sferice Dn 100 de pe conducta principală de alimentare cu apă a instalaţiei. Aceasta va întrerupe alimentarea cu apă a întregului sistem hidraulic (se întrerupe circuitul de irigat). Acesta este circuitul de comandă. În această poziţie instalaţia este găsită de către echipa de deservire formată din tractorist şi udător, care suspendă pe picioarele de sprijin căruciorul şi pivotează apoi turela cu 180º. Căruciorul portaspersoare va ajunge în dreptul celuilalt culoar, opus celui unde s-a efectuat irigaţia precedentă conform schemei de lucru din figura Căruciorul se coboară pe picioarele de sprijin cu ajutorul tiranţilor. Fig Mecanism pentru reglarea vitezei al Instalaţiei IATF 300 acţionată cu turbină 4.3. Instalaţiile de irigat cu tambur şi furtun fabricate de CERITEX BRAŞOV şi IRIDEX GROUP Prezentarea generală a Instalaţiilor de irigat CERITEX S.C. CERITEX S.A. Braşov produce o gamă largă de instalaţii de irigat cu tambur şi furtun, cuprinzând instalaţiile cele mai mici destinate cultivatorilor de legume - instalaţii având diametrul furtunului de 40 mm şi lungimea de 125 m precum şi instalaţii destinate exploataţiilor agricole medii şi mari - având diametrul furtunului de 110 mm şi lungimi cuprinse între de 300 şi 500 m

33 Fig Instalaţia de irigat prin aspersiune, cu tambur şi furtun IUA CERITEX Braşov produce două familii constructive de instalaţii: 1.- instalaţii prevăzute cu cărucior port-aspersoare 2.- instalaţii prevăzute cu rampe de irigat echipate cu duze de joasă presiune 4.4 Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma IRRIFRANCE (Franţa) Firma IRRIFRANCE fabrică 138 de modele (tipuri) de instalaţii şi 18 tipodimensiuni de furtunuri din polietilenă. Instalaţiile IRRIFRANCE au dimensiuni ale furtunurilor de la Ø44 mm până la Ø125 mm şi pot fi acţionate cu turbine Francis şi turbine Pelton. Specific acestor instalaţii sunt tipurile de acţionări şi furtunul din polietilenă care este rezultatul unor cercetări profunde. Instalaţia prezentată în fig prezintă următoarele caracteristici : acţionare cu turbină confecţionată în întregime din fontă, cu pierderi de sarcină reduse, plajă mare de debite şi cuplu foarte ridicat ; bypass-ul turbinei este monobloc, din fontă, având încorporate vane pentru reglaje şi oprire automată ; transmisia este realizată printr-o cutie de viteze cu două trepte ; pe tambur este montată o frână automată pentru derulare ; rotaţia turelei se realizează fără efort, cu demultiplicator mecanic sau acţionat hidraulic (opţional), cu blocare automată la orice unghi ; înfăşurarea tubului pe tambur este controlată cu un palpator mecanic cu control electronic ; palpatorul este montat în poziţie avansată pentru o mai bună protecţie a tubului din PE ; sape de ancoraj galvanizate la cald cu comandă mecanică prin cremalieră sau (opţional) hidraulică; repartiţia maselor bine studiată în vederea obţinerii unei stabilităţi maxime ; centru de greutate coborăt ; decuplare automată prin comandă mecanică ;

34 dispozitiv de remorcare reglabil în înălţime ; comandă electronică a ansamblului monobloc al vanelor şi presostatului. Fig Instalaţia de irigat cu tambur şi furtun IRRIFRANCE - OPTIMA 4.5. Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firma BAUER Firma Bauer din Austria realizează instalaţii de irigat prin aspersiune cu furtun şi tambur şi le comercializează în România prin Export Consult. Specific acestor instalaţii este funcţionarea la presiuni reduse datorită grupului de acţionare hidraulică şi a dispozitivelor de împrăştiere a apei (aspersoare sau microaspersoare) care pot lucra în aceste condiţii cât şi la irigaţia cu ape uzate. Astfel, pentru acţionarea hidraulică firma a conceput mai multe tipuri care se vor prezenta în continuare. Acţionarea cu turbină montată pe by-pass. Faţă de circuitul principal, firma Bauer a construit o turbină pentru înfăşurarea furtunului instalaţiilor de irigat. Cea mai mare parte a apei de irigat traversează nestingherită turbina şi doar o mică parte trece pe circuitul principal determinând modificarea turaţiei turbinei şi implicit viteza de înfăşurare (norma de irigat). Un turometru va permite alegerea turaţiei dorite şi implicit a normei de irigat. Acţionarea cu turbină Bauer pentru curent. Bauer a fost un deschizător de drumuri în dezvoltarea turbinelor speciale, pentru instalaţiile de irigat. O turbină de concepţie complet nouă, fără By-Pass şi sistem Varia care se apropie de motorul hidraulic cu piston Bauer şi care echipează instalaţiile Bauer simbol TI, a crescut randamentul turbinei cu până la 80% iar pierderea de presiune s-a micşorat până la 60%. Pentru utilizare este necesar doar un organ de reglare cu care se poate alege viteza de înfăşurare dorită. Turbina lucrează automat în regim de eficienţă ideal. Firma BAUER a dezvoltat şi realizat o instalaţie de irigat care înglobează experienţa a peste 20 de ani de studii şi cercetări în domeniu (fig 4.20). Tipul instalaţiei cu tambur şi furtun Acţionare cu turbină

35 Diametrul furtunului Ø50 mm Lungimea furtunului 110; 125; 160 m Diametrul duzei aspersorului Ø9; Ø10; Ø12; Ø14; Ø17 mm Presiunea la duză bar Presiunea apei la intrare 3,2...7,3 bar Viteza de retragere a căruciorului m/h Lăţimea fâşiei udate m Greutatea goală 300; 315; 330 kg Greutatea cu apă 470; 490; 550 kg Ecartament 1175 mm Pneuri 145 R 15 Dimensiuni: L l h Fig Instalaţia de irigat BAUER RAINBOY echipată cu turbina Pelton pentru curent tip TI 4.6. Instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun fabricate de firmele FERBORAIN şi TURBOCAR (Italia) Domeniul de utilizare. Instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun IDROFOGLIA (Model J2 şi G5 TURBOCAR şi FERBORAIN), sunt destinate udării cu apă convenţional curată a tuturor culturilor de câmp, indiferent de talie, cultivate în sistemele de irigaţii cu distanţa între antene de 612 m până la 1000m. Instalaţia este prevăzută să lucreze pe terenuri plane sau cu pante locale de maximum 5 % şi fără obstacole (şanţuri, linii de înaltă tensiune, etc), pe direcţia transversală sau longitudinală celei de deplasare a aspersoarelor. Instalaţia de irigat cu tambur model G5 (fig.4.24). La această instalaţie dispozitivul de irigat este format dintr-un aspersor cu jet reactiv tip CENTURY,cu zona de irigat în sector de cerc şi duze de Ø 26, Ø 28, Ø 30, Ø 32, Ø

36 Fig Instalaţia de irigat cu tambur IDROFOGLIA mod. G5 FERBORAIN Instalaţiile de irigat FERBORAIN - Model GH Aceste instalaţii se remarcă în mod deosebit prin echiparea cu următoarele agregate şi dispozitive: Acţionarea hidraulică a tuturor părţilor mobile ale maşinii; Compresor pentru golire în vederea stocării pe timp de iarnă; Calculator de urmărire, comandă şi control al procesuluide lucru; Pot fi dotate cu aripă de ploaie rabatabilă Fig 4.25 Instalaţiile de irigat FERBORAIN model GH sunt dotate cu compresor pentru golire şi calculator CAPITOLUL 5. OPORTUNITATEA ABORDĂRII CERCETĂRILOR PRIVIND PERFECŢIONAREA INSTALAŢIILOR DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN Cercetările în acest domeniu sunt necesare din mai multe considerente. I) În primul rând, culturile care trebuie udate sunt foarte diferite, de la culturi cu talia joasă la culturi cu talia înaltă sau de la culturi de câmp la culturi horticole. Acestea sunt semănate în diverse scheme, au nevoie de apă în toate fazele de vegetaţie şi se găsesc pe suprafeţe de dimensiuni diferite

37 II) În al doilea rând, apa cu care lucrează poate fi de calităţi diferite. De la apa convenţional curată la apa uzată (cu concentraţii maxime 1:1 [32, udând şi cu apă în care s-au dizolvat îngrăşăminte chimice - fertirigaţie). Regimul hidraulic de lucru al instalaţiilor este foarte extins. De la debite şi presiuni mici la debite şi presiuni mari sau de la surse de apă din sisteme fixe (hidranţi) Ia surse de apă mobile (agregate de pompare). III) În al treilea rând, orografia 1 terenurilor, textura solurilor şi mărimea parcelelor sunt variate. Udarea trebuie să se efectueze de la norme mici la norme mari de udare sau de la intensităţi mici de udare (pe soluri cu textură grea) la intensităţi mari. IV) În al patrulea rând, modificările climei din ultimul deceniu au făcut ca perioadele secetoase şi variaţiile mari ale temperaturii să se repete la intervale mici de timp. De aceea se impune aplicarea udărilor cu norme mai mici de udare şi în faze de vegetaţie diferite. Tendinţa actuală în construcţia de instalaţii de irigat cu tambur şi furtun este de generalizare a acţionarii acestora cu turbină şi de înlocuire a acţionărilor cu brduf sau cu piston, datorită problemelor de ordin tehnic pe care acestea din urmă le-au avut în timpul funcţionării, precum şi a fiabilităţii scăzute a acestui tip de acţionări. În cadrul tezei s-au făcut următoarele studii teoretice, cu titlu de noutate (nu au fost abordate în alte lucrări): - Studiul teoretic cu privire la cinematica unei particule din curentul de apă ce parcurge tubul de pulverizare. Cercetarea teoretică cu privire la aceşti parametri, în scopul optimizării procesului este complexă, mai ales că aceasta trebuie justificată prin cercetări experimentale în condiţii de câmp folosit pentru culturi irigate. Se înţelege că aceste cercetări ar putea fi continuate de specialişti în domeniul agrotehnicii culturilor irigate. - Studiul teoretic asupra căruciorului port aspersor. Studiul teoretic efectuat este util pentru optimizarea stabilitatăţii de deplasare pe direcţia de deplasare a căruciorului port aspersor în procesul de irigare a instalaţiei de irigat cu tambur. - Cercetări teoretice cu privire la instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun IATF 300. Prin studiile teoretice efectuate de autorul prezentei teze de doctorat s-au îmbunătăţit parametrii constructivi şi funcţinali şi pe baza acestora, indicii calitativi de lucru ai instalatiilor de irigat cu tambur şi furtun. CAPITOLUL 6. CERCETĂRI TEORETICE CU PRIVIRE LA INSTALAŢIILE DE IRIGAT PRIN ASPERSIUNE CU TAMBUR ŞI FURTUN În acest capitol se prezintă cercetările teoretice cu privire la subansamblurile instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun. Cetetările s-au efectuat la următoarele subansambluri : instalaţia hidraulică, căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei şi furtunul din polietilenă Cercetări teoretice cu privire la instalaţia hidraulică Instalaţia hidraulică realizează circulaţia apei sub presiune de la sursă la furtunul din polietilenă. Aceasta se compune (fig. 7.1.) dintr-un grup de acţionare 1 Orografie: ramură a geografiei fizice care se ocupă cu studiul formelor de relief (după altitudine) sursa: NODEX Copyright 2007 Litera International (Noul Dicţionar Explicativ al limbii române)

38 hidraulică, un mecanism pentru uniformizare a vitezei de înfăşurare şi un mecamsm pentru oprirea automată a alimentării cu apă. Grupul de acţionare hidraulică [82 are rolul transformării energiei hidraulice a apei în energie mecanică necesară înfăşurării furtunului şi se compune dintr-un motor hidraulic şi o transmisie. Motoarele hidraulice folosite pentru acţionarea instalaţiilor pot fi cu piston (sau burduf) cu simplu efect (fig. 7.1.a), piston cu dublu efect (fig 7.2 şi 7.3) sau cu turbină (fig. 7.1.b; 7.4 şi 7.5). Acţionarea hidraulică cu piston cu simplu sau dublu efect este simplă constructiv şi mai puţin costisitoare, dar necesită apă filtrată, iar apa evacuată din motor se distribuie lângă instalaţie. Mecanismul pentru uniformizarea vitezei de rotaţie este necesar pentru menţinerea unei viteze de deplasare constante a căruciorului în timpul funcţionării instalaţiei. Mărirea vitezei căruciorului se datorează măririi diametrului de înfăşurare pe tambur a furtunului şi micşorării forţei rezistente necesară tractării furtunului. Gradul de variaţie a vitezei datorită măririi diametrului de înfăşurare a furtunului poate fi de circa 13% [16 iar datorită micşorării lungimii desfăşurate a furtunului de circa 30% [16. Astfel, în unele situaţii, gradul de variaţie a vitezei poate depăşi 50% (la instalaţiile cu 5-6 straturi de furtun şi lungimi de m). Mecanismul pentru uniformizarea vitezei (fig.7.1) se compune dintr-un palpator care urmăreşte nivelele de înfăşurare ale furtunului pe tambur, o vana cu debit variabil şi un sistem de pârghii. În momentul când furtunul se înfăşoară pe alt strat, palpatorul cu sistemul de pârghii acţionează vana care, la rândul ei, variază debitul de alimentare al motorului. Prin modificarea frecvenţei (sau turaţiei) motorului hidraulic, se modifică şi viteza de înfăşurare a furtunului pe tambur. Fig Schema instalaţiei hidraulice 1-motor hidraulic, 2-palpator, 3-opritor, 4-distribuitor, 5-transmisie, 6-filtru, 7-vană; 8-vană cu debit variabil; 9-variator de turaţie Cercetări teoretice cu privire la căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei. Căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei sau căruciorul port aspersoare efectuează udarea prin distribuţia uniformă a ploii sub formă de picături, cu ajutorul dispozitivelor existente pe cărucior şi prin tractarea acestuia de către furtunul de polietilenă care se înfăşoară pe tambur

39 Principalele părţi componente sunt : mecanismul de rulare (4), cadrul (2), conducta de alimentare (1) şi dispozitive de distribuţie (6). Fig Căruciorul portaspersoare 1 conducta de alimentare; 2.-.cadrul căruciorului; 3 bara de tractiune; 4 trenul de rulare al căruciorului; 5 dispozitivul de cuplare al furtunului; 6 - aspersor Principalii parametri ai cărucioarelor cu dispozitive de distribuţie a apei sunt: Durata udării pe poziţie T' cu temporizarea funcţionării este: sau: T'=T+AT,[h (6.32) 1 T ' L 2R,[h (6.33) r în care L este lungime desfăşurată a furtunului, în [m; R - raza de udare a aspersorului, în [m; A - durata staţionării pe poziţie la începerea şi terminarea udării, în [h; T - durata înfăşurării furtunului, în [h. Norma de udare administrată de apa evacuată din motor (m M ) este : m M 4 10 Vp 2 R1,[m 3 /h (6.34) în care R 1 este raza de udare a aspersorului de la motor, [m; m M - norma de udare administrată de apa evacuată din motor, [m 3 /ha. Debitul instalaţiei (Q I ), este în funcţie de norma de udare, numărul duzelor, diametrul lor şi presiunea la aspersor:

40 Q I Q m E 10 I n Qi i1 r 3,[m /h 4 (6.35),[m 3 /h (6.36) în care Q i este debitul mediu Ia fiecare dispozitiv de distribuţie a apei, în [m 3 /h. Q k H, [m 3 /h (6.37) I a în care k este o constantă care depinde de diametrul duzei; H a - presiunea la aspersor, [kpa. Experimental, debitul instalaţiei se determină cu un apometru care contorizează volumul de apă (V) într-un timp (t 1 ) măsurat cu un cronometru: Q I V 3,6, [m 3 /h (6.38) t 1 în care V este volumul de apă contorizat cu apometru, [m 3 ; t 1 - timpul cât s-a măsurat volumul (V), [s Presiunea la instalaţie (H I ) (fig. 6.9), este : H I =H a +J 1 +J 2, [kpa (6.39 în care H a este presiunea la aspersor, în [kpa; J 1 - pierderea de sarcină pe instalaţia hidraulică, în [kpa. J 2 - pierderea de sarcină pe furtun, în [kpa; Conform lucrării [24, presiunea la aspersor este : H 0,935 Q, [kpa (6.40) a 2 4 a în care Q a este debitul aspersorului sau duzei, [m 3 /h; - diametrul duzei aspersorului, [mm. Presiunea la aspersor este în funcţie de diametrul duzei şi debitul aspersorului, conform relaţiei Pierderea de sarcină pe furtun J 2 este în funcţie de diametrul interior al tubului şi viteza apei în secţiunea dată. Rezultă deci că pierderea de sarcină pe furtun este invers proporţională cu diametrul furtunului. Intensitatea medie orară (I h ), este : I h m VR 10 R [mm/h (6.45) în care R este raza de udare a aspersorului, [m

41 Intensitatea medie orară este mai mare la instalaţiile care udă cu duze mai multe (doua sau mai multe aspersoare) şi mai mică la instalaţiile cu o duză (aspersor). Conform relaţiei (6.45), intensitatea medie orară este dependentă de norma de udare (m), viteza de înfăşurare a furtunului (V r ) şi raza de udare (R). Pluviometria (p) [63, are expresia ; p 3 10 QI E V r, [mm (6.46) Pluviometria variază invers proporţional cu viteza de înfăşurare (V r ) şi lăţimea de lucru în schemă (E) şi direct proporţional cu debitul instalaţiei (Q i ). Raza de udare (R), se calculează cu relaţia : R k H (6.47) 0,6 3 a în care k = 1,0 pentru debite şi intensităţi mici; k = 0,85...0,95 pentru debite şi intensităţi normale ; Ø = diametrul duzei, în [mm ; H a = presiunea la aspersor, în [mca. Lăţimea benzii udate în schemă (E), (fig. 6.12) este : E = CR,[m (6.48) în care E este lăţimea benzii udate în schema, în [m ; C este coeficient ce ţine seama de viteza vântului şi poate avea valorile [82 : C = 1,6 pentru viteza vântului cuprinsă între km/h ; C = 1,5 pentru viteza vântului cuprinsă între km/h ; C = 1,4 pentru viteza vântului cuprinsă între km/h Cercetări privind stabilitatea în deplasare a căruciorului de susţinere şi transport al instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun [ Introducere Căruciorul portaspersoare (fig.6.13) are rolul de deplasare şi susţinere a aspersoarelor în timpul înfăşurării / desfăşurării furtunului pe/de pe tambur. Fig Căruciorul portaspersoare al instalaţiei de irigat IATF

42 Este realizat dintr-o bară de tracţiune (3), fiind prevăzut cu două roţi metalice (2) cu ecartamentul variabil şi o conductă suport (1) pe care este montată roata pivotantă (4). Căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei efectuează udarea prin distribuţia uniformă a ploii sub formă de picături, cu ajutorul dispozitivelor existente pe cărucior şi prin tractarea acestuia de către furtunul de polietilenă care se înfăşoară pe tambur Studiul asupra modelului mecanic al căruciorului port aspersoare Sistemul de rulare al căruciorului port aspersoare poate fi materializat printr-un sistem de roţi libere pe axe în număr de 2, 3 sau 4 care preiau toată greutatea ansamblului. Astfel, modelul mecanic de studiu se prezintă în figura 6.14 în care : F - forţa de propulsare a căruciorului; Q greutatea căruciorului; R reacţiunea solului asupra roţilor care se descompune în: N reacţiunea normală; T forţa de aderenţă; r raza roţii căruciorului; s coeficientul de frecare de rostogolire Fig.6.14 Modelul mecanic pentru studiul căruciorului port aspersor Din studiul analitic mecanic rezultă relaţia: F s N sau R F s Q R sau F Q (6.55) în care φ este coeficientul de rezistenţă la rostogolire al roţilor căruciorului. Modelul mecanic al căruciorului port aspersor se defineşte printr-un cadru cu două roţi acţionat de o forţă lungitudinală constantă (prin furtun) F, aplicată la distanţa e de axa longitudinală a cadrului. Ecuaţiile lui Lagrange, în acest caz sunt: C 21 1; C 22 0 ; C24 r cos q3., (6.66) d dt E E ( ) Qk 1C1k 2C q q k k 2k, ( k 1,2,3,4 ) (6.67) Energia cinetică a unei roţi faţă de centrul său Bi este dată de relaţia acestuia din mişcarea rigidului cu punct fix care este: 1 E ( J J2 2 J 3 3 ). (

43 Înlocuind în ecuaţiile lui Lagrange rezultă sistemul: ( M 2 m ) q 1 F cos q3 1 sin q3 2 ; ( M 2 m ) q 2 F sin q3 1 cos q3 ; ( J 3 ma mr ) q 3 Fe; 2 2 mr q 4 2r cos q3 ; q 1 sin q2 q 2 cos q3 0 ; q 1 rq4 cos q3 0 ; (6.78) din care rezultă cele patru coordonate generalizate q 1, q 2, q 3 q 4 şi multiplicatorii lui Lagrange λ 1 şi λ 2. Ţinând seama de condiţiile iniţiale: t 0, qi 0, q i 0 rezultă: 2 Ft Ft q 4 ; q 4 ; r ( M 3 m) 2 r ( M 3 m) 2 Fet Fet ; ; J 3ma mr 2J 6ma mr J 6 ma q1 mr sin Fet ; (6.79) 2 2 2( M 3 m) e 2J 6ma mr J 6ma mr Fet q2 1 cos ( M 3 m) e 2J 6ma mr Relaţiile 6.79 demonstrează că centrul C al căruciorului în mişcarea de revenire pe direcţia axei 0x (orizontală), descrie un arc de cerc a cărui ecuaţie este : ( R ) R 6.80) şi care are raza R 2J 6ma mr 2( M 3 m) e 2 2 (6.81) Viteza pe cerc are expresia: V c Ft (6.82) M 3m 2 2 care arată că mişcarea centrului de masă al căruciorului pe cerc este uniform accelerată Cercetări teoretice cu privire Ia furtunul din polietilenă Furtunul din polietilenă este partea componentă a instalaţiei hidraulice şi realizează legătura dintre tambur şi căruciorul cu dispozitive de distribuţie a apei. Compoziţia chimică a polietilenei, parametrii constructivi ai instalaţiei, solicitările la care este supus furtunul şi

44 modul de exploatare a instalaţiei contribuie la stabilirea duratei de funcţionare a acestuia (de la câteva luni Ia câţiva zeci de ani). Pentru mărirea fiabilităţii instalaţiei, unele firme (IRRIFRANCE, BAUER, etc.) îşi fabrică şi furtunul din polietilenă iar în instrucţiunile de exploatare ale instalaţiilor se specifică condiţiile ce trebuie respectate în exploatarea instalaţiei. În timpul înfăşurării şi desfăşurării furtunului pe/de pe tambur, fibra acestuia este supusă la întindere şi comprimare. Conform diagramei ciclului dinamic al eforturilor exercitate în peretele tubului din polietilenă din figura 6.14, în timpul folosirii acestuia pe instalaţie, apar următoarela eforturi [55. Efortul unitar maxim ( 1 ) datorat forţei de tracţiune exercitată asupra tubului pentru a-l înfăşura sau desfăşura, este estimat în diagrama din fig la valoarea de 4 Mpa. Forţa corespunzătoare acestui efort [55, este egală cu greutatea cantităţii de apă din furtun înmulţită cu coeficientul de frecare dintre furtun şi sol. F G G f (6.83) a f ps în care F este forţa necesară tractării furtunului pentru a-l înfăşura sau desfăşura, [dan; G a - greutatea apei din furtun, în [dan; G f greutatea furtunului; f ps - coeficient de frecare dintre polietilenă şi sol, f ps = 0,1... 0,15. Efortul unitar datorat presiunii interioare ( 2 ) exercitat de apa sub presiune, are expresia : H1( d e) 2 (6.84) 2e în care 2 este efort unitar datorat presiunii interioare, [MPa; H 1 - tesiunea la instalaţie, [MPaj ; e - grosimea tubului, în [mm; d - diametral exterior al tubului, [mm. Efortul unitar ( 2 )are valoarea de 5 MPa [69. Diametrul minim de înfăşurare a furtunului pe tamburul instalaţiei este în funcţie de diametral tubului (d) şi alungirea relativă () conform relaţiei : d (6.87) 2r Dacă se consideră că >0,05 atunci ; sau : 2r > 20d (6.88) r>10d (6.89) în care r este raza tamburului, [mm ; d - diametrul exterior al tubului, [mm. Lăţimea minimă a tamburului (l t ) în zona de înfăşurare a furtunului este : l t k1 L L > 2 rn s (6.90)

45 în care k 1 este un coeficient care ţine seama de aşezarea spirelor şi ovalitatea tubului, k 1 =1,1...1,2 ; ĺ alungirea relativă, [% Cercetări teoretice privind parametrii economici ai instalaţiilor de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun La introducerea unor tipuri de instalaţii cu tambur şi furtun în agricultură se analizează următorii indicatori economici : consumul specific de metal şi productivitatea muncii.. Determinarea consumului de forţă de muncă la instalaţia cu tambur şi furtun Forţa de muncă (F m ) necesară executării unităţii de lucru, se calculează cu relaţia : F N t m 2 m, [ore om/ha (6.93) Ws în care N m este numărul total de muncitori care lucrează pe instalaţie ; t 2 - timpul total, de lucru pe instalaţie, în [ore/sch ; W s - capacitatea de lucru pe schimb, în [ha/sch. Capacitatea de lucru pe schimb a instalaţiei se exprimă cu relaţia : W W 1 s S N 1 z, [ha/sch (6.94) în care W s este capacitatea de lucru a instalaţiei, [ha/ciclu; S 1 - numărul de schimburi; N s - numărui de zile ce compun ciclul. Capacitatea de lucru a instalaţiei se calculează astfel: W S N i 0 z (6.95) în care S 0 este suprafaţa udată zilnic, în [ha/zi Aspersoare Generalităţi Aspersoarele sunt dispozitive hidromecanice din componenţa echipamentelor de udare prin stropire care asigură transformarea apei aflată sub presiune în picături pe care le repartizează apoi pe suprafaţa de irigat. Pulverizarea se realizează datorită presiunii de lucru, vitezei jetului de apă prin duza aspersorului, dar şi în funcţie de forma şi parametrii geometrici ai ajutajului. Construcţia aspersoarelor este diversă, realizându-se în prezent o gamă foarte mare, de la simple duze sau conducte perforate până la aspersoare cu funcţionare controlată. Criteriile de clasificare a aspersoarelor sunt următoarele: presiunea de lucru; raza de stropire; gradul de mobilitate;

46 numărul jeturilor; unghiul de dispunere a ajutajului faţă de orizontală; destinaţia aspersorului Procesul de lucru al aspersoarelor rotative Aspersoarele care lucrează la presiuni de 0,2...0,8 MPa trebuie să asigure pe de o parte raza maximă de pulverizare, iar pe de altă parte udarea trebuie să fie uniformă pe toată suprafaţa de lucru. Teoretic, raza jetului de apă pulverizată de aspersor poate fi determinată ca fiind proiecţia acestuia pe axa OX şi deci l = x c (fig.6.17). Pentru stabilirea ecuaţiilor de mişcare se are în vedere teoria mişcării centrului de masă aplicată unui segment din jetul pulverizat şi nu se ţine cont de rezistenţa aerului. Fig Schema traiectoriei jetului de apă pulverizat de aspersor Ecuaţia mişcării în aceste condiţii este dată de relaţia: în care: M este masa segmentului de jet; r c - raza segmentului de jet; g - acceleraţia gravitaţională. Mr c Mg (6.111) Prin proiecţia acestei ecuaţii pe axele OX;OY;OZ (având în vedere că jetul are o mişcare spaţială) se obţine: x c = 0 ; y c = g z c = 0 (6.112) la care trebuie avut în vedere condiţiile iniţiale ale sistemului şi anume: - aspersorul are o mişcare circulară şi se deplasează cu viteza unghiulară πn ω = 30 (6.113) pentru t=0 x c = a cosα y c = a sinα z c = 0 iar x c = ν 0 cosα y c = ν0 sinα z c = a ω cosα (6.114)

47 în care: a este unghiul format de axa aspersorului cu planul orizontal. Prin integrarea sistemului de ecuaţii şi impunând condiţiile iniţiale (pt. t =0) se obţin valorile constantelor de integrare, iar ecuaţiile de mişcare vor fi definite de următoarele relaţii: x c = a cosα + (v 0 cosα) t 2 gt y c = asinα + vosinα t - 2 aπn z c = aωcos t = cosα t 30 (6.115) Distanţa r la care centrul de masă al segmentului jetului atinge solul (fig.6.17) este dată de relaţia: Înlocuind x c şi z c cu expresiile din (6.91) se obţine: 2 2 r c = x c + z c (6.120) v0 2 r c = sin2α v 0 + g a π n (6.121) Analizând această relaţie se constată că raza de acţiune a jetului depinde în primul rând de viteza de pulverizare şi de unghiul de înclinare a jetului şi în mai mică măsură de viteza de rotire a aspersorului Indicii de lucru ai aspersoarelor Principalii indici de lucru ai aspersoarelor sunt: presiunea de lucru; debitul; raza de acţiune a jetului de apă;intensitatea ploii; fineţea ploii; uniformitatea de distribuţie; energia picăturilor. Presiunea de lucru H, influenţează atât gradul de pulverizare cât şi raza de acţiune a jetului de apă. Crescând presiunea se îmbunătăţeşte şi fineţea ploii. Raza de acţiune a jetului creşte cu majorarea presiunii, însă numai până la o anumită valoare, după care, datorită pulverizării excesive a jetului, rezistenţa aerului se măreşte şi suprafaţa de udare scade. Debitul q este cantitatea de apă care iese din aspersor în unitatea de timp măsurată, [m 3 /h sau [l/s. Pentru calcule aproximative, în cazul duzelor cu secţiune circulară, se poate folosi 2 πd relaţia [47: q = µ 2gH [l/s (6.122)

48 Fig Curbele de variaţie ale coeficientului de contracţie (1) şi coeficientului de debit (2), în funcţie de unghiul θ Tabelul 6.1 Autorul Relaţia Semnificaţia mărimilor Observaţii Pikalov R = 0,42H d H - presiunea la aspersor, [m.c.a Relaţia poate fi folosită pentru β=32º şi H 1000 d Zuuker 0,95H R = 1,55 H c d 4,9 + H pentru d = mm; c - coef.de corecţie c = 0, Pentru unghiul β = 32º 2 Gavyrine R = 0,415 8 β d H 1000 β = unghiul jetului faţă de orizontală Se poate folosi pentru: d = mm; β = º; H = 0, MPa În construcţia aspersoarelor se întâlnesc toate tipurile de duze prezentate. Cel mai frecvent folosite sunt duzele conice şi conoidale. Raza de lucru r 1 reprezintă distanţa măsurată de la axa de simetrie a aspersorului până la extremitatea maximă a jetului de apă. Din punct de vedere al manipulării aspersoarelor şi conductelor este indicat ca raza să fie cât mai mare

49 Tipuri constructive de aspersoare rotative În funcţie de modul de rotire, aspersoarele pot fi: cu mişcare de rotaţie în plan orizontal şi aspersoare cu mişcare de rotaţie în plan vertical. Aspersoare cu mişcare de rotaţie în plan orizontal. Principiul de funcţionare al acestora constă în pulverizarea apei pe suprafaţa udată prin rotirea jetului în plan orizontal (fig.6.24). Rotirea se face cu o viteză unghiulară ů constantă şi distribuie apa pe sol sub forma unei elipse alungite. Uniformitatea aspersoarelor cu mişcare de rotaţie este condiţionată de forma elipsei şi de modul de aşezare al aspersoaruelor în schema de udare. Fig Schema de funcţionare a aspersoarelor cu mişcare de rotaţie în plan orizontal: 1-partea mobilă; 2- partea fixă; v - viteza jetului de apă; - unghiul de înclinare a jetului faţă de orizontală Aspersoarele cu şoc au mişcarea de rotaţie provocată de şocurile produse de o paletă spărgătoare de jet. Datorită simplităţii construcţiei, majoritatea aspersoarelor care se fabrică în prezent pe plan mondial sunt de acest tip. Din această categorie fac parte şi aspersoarele româneşti ASJ-1M, ASM-1, ASM-2 şi ASM-3 (fig.6.26). Fig Aspersoare cu paletă cu şoc: a) ASJ-1M; b) ASM-1; c) ASM-2; d) ASM-3 1-corp superior; 2-duză; 3-braţ oscilant; 4-resort; 5-inel de reglare; 6-pivot, 7-corp inferior; 8-deflector; 9-duză pentru jet lung; 10-laminator

50 Din categoria aspersoarelor cu paletă oscilantă în plan vertical face parte şi aspersorul ARS-2.0M (fig.6.29). Acest aspersor face parte din clasa medie (cu un singur jet, având mecanism de rotaţie de tipul cu reacţie externă şi mecanism de inversare a sensului de rotaţie. Aspersorul este destinat să lucreze în agregat cu instalaţiile de irigare cu tambur şi furtun şi echipează instalaţia de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun IATF-300 fiind format dintr-o parte fixă (care se montează pe flanşa port-aspersor a căruciorului instalaţiei) şi părţile mobile. Partea fixă cuprinde corpul 1 (fig.6.26 a), flanşa intermediară 2 cu bucşa 3, inelul de fricţiune 4, inelul exterior al rulmentului 5, canalele 6 şi 7 şi fălcile 8. Fig Construcţia aspersorului ARS-2.0 M a-ansamblu aspersor; b-detaliu de montare a părţii mobile Componenta orizontală a forţei jetului imprimă întregului ansamblu mobil o mişcare de rotaţie în plan orizontal, în jurul axului pivotului 9. Cu ajutorul mecanismului de frânare, prin tensionarea arcului, se realizează strângerea inelului de fricţiune 4 de către furca de fricţiune 24 şi placa de fricţiune 23, reglându-se astfel unghiul de rotaţie în plan orizontal al aspersorului

51 Calculul forţelor pentru aspersoarele cu mişcare orizontală La pulverizarea apei iau naştere forţe care au tendinţa pe de o parte să deplaseze pe verticală corpul superior, iar pe de altă parte să răstoarne aspersorul (fig.6.33). Aceste forţe sunt următoarele: forţa determinată de presiunea statică din interiorul aspersorului (F v ) care este orientată pe verticală şi se calculează cu relaţia: F = ps,[n (6.129) v i în care p este presiunea statică existentă în aspersor, [MPa; S i - cţiunea interioară a corpului aspersorului, [m ; R - forţa de reacţie determinată de unghiul de înclinare (β 2) al corpului aspersorului, în condiţiile montării aspersorului cu partea fixă în poziţie verticală (β 1=90º). Fig Forţele care acţionează asupra aspersoarelor în mişcare în plan orizontal Componentele pe verticală şi orizontală ale forţei de reacţie se vor calcula cu relaţiile: Fx qv 2 cos 2, [N (6.130) q F y = q v1 - v2sinβ2, [N (6.131) q în care γ este greutatea specifică a apei de aspersiune; q - debitul apei prin aspersor; v1 - este viteza de curgere a apei prin secţiunea verticală a aspersorului; v 2 - este viteza de curgere a apei prin secţiunea înclinată a aspersorului. Dar cum v1 v 2, rezultă: F = v q 1 - sinβ q y 1 2, [N (6.132)

52 6.7. Studii asupra cinematicii şi dinamicii unei particule din curentul de apă ce parcurge tubul de pulverizare al aspersorului de udare [ Introducere Aspersoarele sunt dispozitive hidromecanice din componenţa echipamentelor de udare prin stropire care asigură transformarea apei aflată sub presiune în picături pe care le repartizează apoi pe suprafaţa de irigat. Pulverizarea se realizează datorită presiunii de lucru, vitezei jetului de apă prin duza aspersorului, dar şi în funcţie de forma şi parametrii geometrici ai ajutajului. Construcţia aspersoarelor este diversă, realizându-se în prezent o gamă foarte mare, de la simple duze sau conducte perforate până la aspersoare cu funcţionare controlată Analiza cinematică a ansamblului de pulverizare Modelul mecanic [99 se prezintă în figura 6.38 asupra căreia se reprezintă analiza cinematică cu privire la distribuţia de viteze şi acceleraţii a unei particule din constituţia unui curent de apă În cadrul acestui studiu se are în vedere faptul că aspersorul este montat pe un cărucior care se deplasează cu viteza de transport V 1 t = constantă şi în consecinţă acceleraţia sa este nulă a 1t =0. Ansamblul de irigat (de aspersiune sau de aruncare a jetului de apă) execută o mişcare circular-pendulară în plan orizontal imprimându-i particulei de apă o a doua componentă a vitezei de transport V 2t. La aceste viteze (V 1 t şi V 2t ) se adună viteza relativă V r a particulei de apă în raport cu tubul de pulverizare, astfel că viteza absolută a unei particule de apă este, V V V V a t t 1 2 Dacă relaţia (7.1) se proiectează pe axele reperului P xyz rezultă : r (6.143) t V V y Vy Vr sin V1 ; V V cos x t 2 ; z (6.144) r Fig a. - Modelul mecanic şi b. - distribuţia vitezelor şi acceleraţiilor Viteza absolută a unei particule de apă din constituţia curentului de apă este :

53 V y ( V sin V ) ( V cos ) 6.145) 2 2 t 2 a r 1 r 2 Analiza distribuţiei de acceleraţii scoate în evidenţă următoarele componente: a t acceleraţia normală din mişcarea de transport cauzată de viteza unghiulară ω, fiind 2 t y; at y - acceleraţia tangenţială din mişcarea de transport, cauzată de acceleraţia unghiulară ; ac 2V r sin ; a r - acceleraţia particulei de apă în raport cu tubul de pulverizare. Astfel, acceleraţia absolută a unei particule de apă este: a a a a a t r c (6.146) Acceleraţia absolută a unei particule de apă din constituţia curentului de apă este : a ( y 2V sin ) ( a sin ) ( a sin ) ( a r r r Acceleraţia absolută a particulei la ieşirea din tubul de pulverizare determină comportarea curentului de apă, cu privire la dispersarea în particule sub formă de ploaie, asemuite cu segmente. Se precizează că, în raport cu studiul distribuţiei de viteze, trebuie să se scoată în evidenţă acceleraţia unghiulară de pendulare ε în plan orizontal a dispozitivului de irigare şi acceleraţia relativă a r a particulei de apă, în parcurgerea fluxului Studiul dinamic al mişcării particulei de apă pentru varianta oblică a tubului de refulare Modelul mecanic de studiu se arată în figura figura Ecuaţia fundamentală a mişcării relative a particulei este: ma F F F z r t c z (6.149) a N a N z a a c x P mg y N y F ma c P a mg F t y x Fig Modelul mecanic de studiu varianta înclinării oblice a aspersorului Proiectând ecuaţia de mişcare pe axele reperului rezultă: mx m y 2m Vr sin ; 2 my Ny m y; mz ( N z mg). (6.153)

54 Studiul dinamic al mişcării particulei de apă pentru varianta orizontală a tubului de refulare Acest studiu are valoare pur teoretică, in practică neexistând aspersoare cu unghiul de înclinare zero, adică orizontale. Modelul mecanic de studiu pentru această variantă se arată în figura z z N z N N z N z y V 0 P y a n P a N x a c F t y a n P F N x a c F t y x a) mg x F c F mg a mg c b) c) x F Fig Modelul mecanic de studiu varianta orizontală a aspersorului Ecuaţia fundamentală a mişcării este: ma F F F r t c în care: F N xi ( N z mg) k ; F N x i ( N z mg) k ; 2 2 b) Ft m yj m yi ; (7.13) c) Ft m yj m yi ; Fc 2 myi ; F 2. c m yi (6.154) (6.155) Ecuaţia traiectoriei particulei în raport cu tubul este: V 2 ( t t V y e e ) sh t (6.160) respectiv ( t t y V e e ) 2VCh t (6.161) Componentele reacţiunii N sunt: 2V N x 2m 2VCh t m sh t (6.162) Deoarece N z mg, se obţine: Dacă 0 rezultă: 2 N m VCh t V sh t g 2 2 (4 ) (6.163)

55 N V Ch t g 2 2 (4 ) (6.164) Studiul traiectoriei jetului de apă ieşit din aspersor Metoda cu carcater de generalitate adecvată acestui studiu, are la bază ecuaţiile canonice ale lui HAMILTON. Energia cinetică a segmentului la un moment dat este: Funcţia de forţă are expresia: E M( q 1 q 2 ) Jq 3 (6.165) 2 2 U Mgq 2 C (6.166) (q 2 ) y q 2 C (q ) 3 V 0 q 1 0 x (q ) 1 Fig Modelul mecanic matematic al traiectoriei jetului de apă ieşit din aspersor Utilizând funcţia lui Lagrange (potenţial cinetic) rezultă impulsurile generalizate: p L Mq ; 1 1 q 1 p L Mq ; 2 2 q 2 p 3 L. q 3 (6.167) Funcţia lui HAMILTON dată de relaţia : h H pk q k L( qk, pk, t) ; k 1, h (6.168), k 1 Condiţiile iniţiale pentru coordonatele q 1, q 2, q 3 la t=0 sunt: q 0; q 0; q (6.175) p Mq MV cos ; p Mq MV sin ; p Jq J (6.176) În baza acestor condiţii se determină constantele de integrare, astfel :

56 1 2 q1 V0t cos ; q 2 gt V0t sin ; q3 0t 30, (6.177) 2 p MV cos ; p M( gt V sin ); p J, (6.178) în care J este momentul de inerţie. Traiectoria centrului de masă al segmentului de jet se obţine prin eliminarea parametrului între coordonatele generalizate : gq q q tg V0 cos (6.179) CAPITOLUL 7 METODICA, APARATURA ŞI TIPURILE DE INSTALAŢII FOLOSITE LA EXPERIMENTĂRI 7.1. Metodica şi aparatura folosită la experimentări Măsurarea presiunilor În cercetările experimentale în domeniul maşinilor agricole, măsurarea presiunilor şi a diferenţelor de presiune este foarte frecventă şi se referă la valori variind de obicei de la câţiva milimetri coloană de apă (la maşinile de recoltat, sortat şi condiţionat, semănători, etc.) până la zeci de megapascali (în instalaţiile hidraulice de acţionare şi comandă a tractoarelor şi maşinilor agricole) Metode de încercări în condiţii de laborator şi de laborator-câmp a instalaţiilor de irigat cu tambur şi furtun Metodele de încercări în condiţii de laborator şi de laborator - câmp se aplică instalaţiilor de irigat cu tambur şi furtun care udă cu următoarele lichide : apă convenţional curată, apă cu soluţii chimice sau apă uzată. Experimentările s-au realizat pe trei tipuri de instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun, denumite simbolic MINI-IATF, IATF-75, IATF-300. Instalaţiile au fost experimentate conform tehnologiilor de exploatare a acestora care specifică următoarele : - lichide folosite, cu indicarea dimensiunilor maxime ale particulelor în suspensie; - plaja de presiuni la intrarea în instalaţie, în kpa; - presiunea maximă admisibilă la intrarea în instalaţie, în kpa; - plaja de debite, în m 3 /h şi caracteristicile aspersorului; - viteza maximă admisibilă de remorcare pe şosea, în km/h; - panta maximă a terenului în timpul funcţionării instalaţiei, în %; - viteza maximă de înfăşurare a furtunului, în m/h; - plaja vitezelor de fruncţionare, în m/h; - viteza maximă de înfăşurare a furtunului cu ajutorul prizei de putere a tractorului, în m/h; - lungimea, diametrul exterior, grosimea peretelui şi materialul furtunului rigid sau flexibil; - lăţimea benzii de trecere a căruciorului sau plaja de reglaj a căruciorului şi a instalaţiei de irigat (ecartament);

57 - garda la sol a instalaţiei şi a căruciorului port-aspersor; - lăţimea fâşiei necultivate necesară trecerii instalaţiei (dacă este cazul); - posibilitatea de aşezare a furtunului flexibil sau a tubului rigid pe solul cultivat; - durata de funcţionare a instalaţiei şi forţa de muncă necesară; - operaţii de întreţinere şi reglaj; - puterea necesară înfăşurării rapide ; - datele tehnice ale tractorului cu care lucrează în agregat; - instrucţiuni de reglaj şi control referitoare la : viteza de avans a căruciorului, modificarea sectorului de udare a aspersorului, schimbarea duzei şi modificarea înălţimii aspersorului, lăţimea fâşiei udate, rotirea tamburului pe saşiu, posibilitatea demontării căruciorului în timpul transportului şi temporizarea udării. Forţa de tracţiune la derulare se măsoară cu ajutorul dinamometrului în timpul desfăşurării tubului rigid sau flexibil pe sol. Orice altă forţă necesară bunei funcţionări a instalaţiei (frecarea) trebuie inclusă în valoarea determinată experimental. Se determină debitul minim de funcţionare a mecanismului hidrodinamic cu ajutorul apometrului sau presiunea mecanismului hidrostatic necesară funcţionării instalaţiei în condiţii de rezistenţă maximă la derulare cu ajutorul manometrelor. La sfârşitul experimentălilor se întocmeşte un proces verbal de încercare şi o fişă de date cu parametrii obţinuţi Metode de încercări specifice furtunurilor Furtunurile flexibile se folosesc la instalaţiile de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun (conform ISO /19101) iar metodele de încercare urmăresc determinarea parametrilor specifici şi durabilitatea acestora. Aparatura de măsură şi control utilizată pentru efectuarea încercărilor este următoarea : manometru sau alt instrument care permite măsurarea presiunii în domeniul kpa cu o precizie de ± 2%; dinamometru sau alt instrument ce permite măsurarea forţei în domeniul kn; pompă care realizează presiuni până la kpa; echipament de încercare (fig. 7.11) care permite efectuarea încercărilor la uzură accelerată; echipament pentru încercarea la tracţiune care realizează o forţă de tracţiune mai mică de 250 kn; echipament pentru măsurarea lungimii furtunului cu o exactitate de citire de ±1 mm. Alungirea sub efectul presiunii hidraulice s-a efectuat conform normelor ISO 1402 pe un furtun cu lungimea minimă de 3 m. Măsurările se efectuează timp de un minut când se consideră că furtunul se stabilizează la presiunea de lucru. Fig Stand de probă la rezistenţă a furtunului din polietilenă 1 - tambur; 2 - acţionare mecano-electrică; 3 - furtun; 4 - tablou de comandă; 5 - sistem de întindere a furtunului

58 Măsurarea uniformităţii de distribuţie a apei Pentru determinarea uniformităţii în profil transversal şi longitudinal se foloseşte următoarea aparatură de măsură: - pluviometre pentru măsurarea înălţimii apei, în [mm; - echipament de măsurarea lungimii de udare cu precizia de citire de ±1 mm; - cronometru, cu precizia de ± 1 ms; - anemometru pentru determinarea vitezei vântului, în [m/s. Pentru determinarea uniformităţii de udare în profil longitudinal se pichetează două aliniamente- Distanţa dintre aliniament şi furtun este de 12 m iar între două vase pluviometrice pe aliniament este de 5,0 m Cercetări experimentale privind tehnologiile şi instalaţiile de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun Cercetările experimentale s-au efectuat pe trei tipuri de instalaţii de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun, denumite simbolic MINI-IATF, IATF-75 şi IATF Instalaţia de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun, modernizată, IATF- 300 M Principalele subansambluri ale instalaţiei IATF-300 M, prin care aceasta se deosebeşte de instalaţia IATF-300 sunt următoarele: grupul de acţionare hidraulică cu motor hidraulic cu burduf (varianta I a) sau turbină Pelton, căruciorul cu rampă care funcţionează la presiune scăzută, uniformizatorul de viteza pentru realizarea unei viteze aproximativ constantă, furtunul de polietilenă de calitate mai bună, dispozitivul de golire a apei din furtun, dispozitivul de feitirigaţie şi dispozitivul de udare a zonei din apropierea instalaţiei. Grupul de acţionare hidraulică este alcătuit dintr-un motor hidraulic şi o transmisie cu pârghii şi clicheţi [12, [14. Motorul hidraulic, varianta I a (fig.7.29), se compune dintr-un corp, un distribuitor şi o comandă a distribuitorului. Fig Schemă de principiu motor hidraulic, varianta I a) cursă activa la dreapta; b) cursă activă la stânga; C-corp; D - distribuitor; CD-comanda distribuitorului;

59 Grupul de acţionare hidraulică cu turbină se compune dintr-o turbină Pelton şi o transmisie. Turbina Pelton (fig. 7.35), primeşte apă sub presiune radial şi o refuleză tot radial, fiind montată de obicei pe circuitul principal. Fig Componentele turbinei Pelton 1-stator; 2-rotor; 3-capac; 4- ax; 5-rulmenţi; 6-presetupa; 7-difuzor. Turbina este alcătuită dintr-un stator prevăzut cu conducte de alimentare - evacuare, rotor cu cupe repartizate echidistant, un ax ce se sprijină pe rulmenţii existenţi în stator şi în capacul lateral, o presetupă pentru etanşare şi un difuzor montat pe circuitul de admisie a apei în turbină. Apa sub presiune trece prin difuzor, loveşte cupele rotorului, care antrenează axul şi transmite mişcarea de rotaţie reductorului printr-o transmisie cu curea. Reductorul acţionează la rându-i tamburul printr-o transmisie cu lanţ, determinând înfăşurarea furtunului şi tractarea căruciorului. În cazul montării turbinei pe circuitul principal (fig. 7.36), reglarea turaţiei turbinei se realizează şi cu o vană montată pe circuitul secundar iar reglarea turaţiei se realizează Ia ambele poziţii de montaj. Fig Turbină Pelton montată pe circuitul principal; 1-turbină; 2-circuit principal; 3-circuit secundar; 4-reductor; 5-vana; 6-transmisie cu curea;

60 Capitolul 8 - CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUŢII PERSONALE ŞI RECOMANDĂRI 8.1. Concluzii generale 1. Introducerea udării prin aspersiune în tehnologia culturii este utilă datorită perioadelor secetoase ce se succed în ultimii ani şi a necesităţii udării tuturor culturilor existente pe soluri neamenajate cu texturi şi dimensiuni diferite. 2. Din studiul documentar rezultă că, instalaţiile de udare prin aspersiune realizate în România au fost destinate udării cu norme mari şi indici calitativi satisfăcători a suprafeţelor existente la unităţile agricole, însămânţate cu culturi de câmp, pe soluri cu textură medie sau grea. 3. Din categoria instalaţiilor de udare prin aspersiune fac parte şi instalaţiile de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun, care au fost realizate în diferite variante constructive (cu acţionări hidraulice cu burduf sau turbină, cu cărucioare diferite şi lungimi ale furtunelor de m), dar cu diametre, grosimi ale furtunelor şi grupuri de acţionare hidraulică aceleaşi (Ø 130x8 mm, burduf sau turbină). 4. Pentru realizarea unei capacităţi de lucru mărite a instalaţiei IATF s-a realizat echiparea acesteia cu două aspersoare, ceea ce a determinat obţinerea în exploatare a unor indici calitativi ai udării ne satisfăcători şi pierderi mărite de presiune pe instalaţie. Aceste instalaţii funcţionează la presiuni mărite (mai mari de 0,45 MPa) şi necesită apă filtrată. 5. Instalaţiile de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun realizate pe plan mondial în mai multe variante constructive, au un grad mărit de automatizare şi control al funcţionării şi realizează indici calitativi superiori ai udării. Aceste instalaţii se livrează pe piaţa românească la preţuri ridicate şi funcţionează la presiuni mărite de lucru şi cu apă de calitate bună (filtrată). 6. Pe plan mondial ponderea instalaţiilor de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun este mare (ex.: Franţa 75 %, [82) iar condiţiile existente în România de după anii 1990 impun aplicarea udărilor cu aceste instalaţii. 7. Cercetările s-au efectuat pe instalaţii reprezentative pentru condiţiile din România, acţionate cu grupuri hidraulice turbină, cu diametre Ø 32, 75 sau 130 mm şi lungimi ale furtunurilor de m iar instalaţiile au fost numite simbolic MINI-IATF, IATF-75 şi IATF Perfecţionarea instalaţiilor de irigat prin aspersiune cu tambur şi furtun s-a realizat prin analiza parametrilor subansamblurilor acestora, realizarea de soluţii constructive originale şi corelarea acestora cu mărimea suprafeţei, cultura ce trebuie udată şi calitatea apei de udare. 9 Prin echiparea instalaţiilor cu un aspersor sau cu duze, acţionate cu motoare hidraulice cu membrană sau burduf, se realizează funcţionarea acestora Ia presiuni de kpa şi respectiv kpa. 10. Rezultatele experimentale arată că, la instalaţiile IATF-75 şi IATF-300 îmbunătăţirea indicior calitativi ai udării se realizează prin udarea cu un singur aspersor sau cu rampă. 11. Coeficientul de uniformitate al udării este mai bun la instalaţia MINI-IATF prin utilizarea de aspersoare cu două duze şi realizarea unei viteze de avans a căruciorului aproximativ constanta (cu o variaţie maximă de 15 %). 12. La instalaţiile IATF-75 şi IATF-300 M gradul de suprapunere în schema de udare, se reduce la udarea cu cărucior cu rampă (0,19 la IATF M ), neinfluenţând uniformitatea udării. De asemenea, zonele udate la începutul şi sfârşitul udării au aplicate norme de udare aproximativ constante la udarea cu cărucioare cu rampă cu

61 duze iar la udarea cu cărucioare cu aspersoare, uniformitatea s-a îmbunătăţit prin folosirea apei evacuată din motorul hidraulic. 13. Prin reducerea presiunii sau debitului la instalaţia de udare şi mărirea randamentului motoarelor hidraulice se micşorează cu 30 % energia consumată la instalaţiile IATF- 75şi IATF Cercetările efectuate au confirmat că, instalaţiile experimentate pot funcţiona şi cu apă nefiltrată sau cu îngrăşăminte chimice dizolvate în apa de udare. 15. Prin folosirea căruciorului cu un singur aspersor s-au a căruciorului cu rampă şi duze şi a aspersorului care distribuie apa evacuată din motorul hidraulic se elimină băltirile datorate neuniformi taţii udării iar apa evacuată din motorul hidraulic a condus la reducerea poluării mediului (legată de posibila sărăturare a solului). 16. Vitezele medii de înfăşurare ale furtunului cuprinse între m/h, cărora le-au corespuns norme de udare de la m3/ha, au satisfăcut cerinţele impuse instalaţiilor IATF- 75 şi IATF Din analiza parametrilor economici a rezultat că instalaţiile experimentate de autor necesită o investiţie la hectar mai mică faţă de instalaţiile de acelaşi tip existente în exploatare (ex.: IATF 300 acţionată cu turbină faţă de IATF 300-B acţionată cu burduf) Contribuţii personale 1. Experimentarea în condiţii de laborator şi de exploatare a mai multor tipuri de instalaţii de irigat prin aspersiune precum şi determinarea experimentală a principalilor indici calitativi de lucru ai acestor instalaţii; 2. Experimentarea în condiţii de laborator şi de exploatare a mai multor tipuri de furtunuri din polietilenă din producţia internă şi externă, pe baza rezultatelor experimentale recomandându - se furtunul din importţ; 3. Realizarea unui studiu teoretic asupra cinematicii unei particule din curentul de apă ce parcurge tubul de pulverizare al aspersorului de udare; 4. Realizarea unui studiu teoretic asupra dinamicii de deplasare a căruciorului portaspersoare şi a factorilor ce influentează stabilitatea traiectoriei acestuia; 5. Prin modelul matematic propus, s-a realizat stabilirea calculului de proiectare în vederea îmbunătăţirii parametrilor calitativi de lucru ai aspersoarelor precum şi a căruciorului portaspersoare. 6. Modernizarea instalaţiei IATF 300 prin proiectarea turbinei Francis si montarea acesteia pe instalaţie. 7. Calculul teoretic, modelul matematic şi algoritmul realizat de autor evidenţiază veridicitatea şi justeţea soluţiilor tehnice adoptate în construcţia instalaţiei IATF 300 echipată cu turbină. 8. Turbina de tip Francis proiectată de autorul acestei teze de doctorat şi fabricată în serie de Uzina de Pompe Aversa pentru a echipa instalatia IATF 300 (aflată în fabricaţia de serie la Uzina Legmas S.A. Năvodari) a corespuns tuturor cerinţelor tehnice, asigurând o bună uniformitate a deplasării căruciorului portaspersoare, precum şi gama continuă proiectată pentru norma de udare a acesteia. 9. Prin studiile teoretice efectuate de autorul prezentei teze de doctorat s-au îmbunătăţit parametrii constructivi şi funcţinali şi pe baza acestora, indicii calitativi de lucru ai instalatiilor de irigat cu tambur şi furtun. 10. Instalaţia de irigat cu tambur şi furtun IATF 300 al cărei şef de proiect am fost, se ridică la nivelul celor mai performante instalaţii fabricate de firme de renume în domeniu (IRRIFRANCE şi BAUER), fiind acţionată cu turbină de tip Francis

62 8.3. Recomandări În urma cercetărilor teoretice şi experimentale efectuate de autor, rezultă următoarele recomandări practice, necesare a se urma de către utilizatorii instalaţiilor de irigat cu tambur şi furtun, in vederea obţinerii de rezultate optime în exploatarea acestora: 1. Udarea culturilor agricole cu talia înaltă,se recomandă să se realizeze cu instalaţii cu diametre mai mari ale furtunelor, de tipul instalaţiilor IATF 75 sau IATF 300, echipate cu cărucioare cu unul sau două aspersoare. 2. Pentru reducerea gradului de vătămare a plantelor, se recomandă realizarea de drumuri de acces a agregatului (tractor + instalaţie) la sursa de apă şi a unor drumuri tehnologice în zona de derulare a furtunului. Aceste căi de acces vor fi realizate din faza de însămânţare a culturilor. 3. Pentru udarea culturilor cu talie mică şi medie, se recomandă utilizarea de instalaţii echipate cu cărucioare cu rampă, cu duze cu deflector de tipul celor prezentate, care reduc cheltuielile de exploatare. 4. Pentru zonele cu pante mici pe direcţia de udare, se recomandă udarea cu instalaţii echipate cu un singur aspersor, în acest caz intensităţile şi normele de udare fiind mai mici. 5. Pentru îmbunătăţirea infiltraţiei apei la culturile prăşitoare, se recomandă bilonarea solurilor cu maşina de deschis brazde iar în zonele cu mici denivelări executarea de brazde compartimentate. 6. Pentru evitarea pierderilor prin evaporaţie, la instalaţiile IATF-75 şi IATF M se recomandă udarea cu cărucioare cu rampă şi cu duze. In condiţii de vânt, duzele rampei se recomandă să fie coborâte cu prelungitoare în apropierea plantelor. 8. În funcţie de mărimea suprafeţei se fac următoarele recomandări: pentru suprafeţe de până la 5 ha să se folosească instalaţii cu tambur şi furtun tip MINI-IATF; pentru suprafeţe de ha să se folosească instalaţii IATF iar pentru suprafeţe de ha să se folosească instalaţii IATF BIBLIOGRAFIE (selectivă) 1. Abbott M.B. et al. - An introduction to the European Hydrological System. History and philosophy of a physicaly-based, distributed modeling system, Journal of Hydrology, vol. 87, 1986; 2. Abernethy C.L. - Indicators of the Performance of Irrigation Water Distribution Systems, IIMI, Colombo, Sri Lanka, 1991; 3. Ahmad S., Heermann D.F. - Management Strategies for Scheduling Irrigation: Wlteat and Corn, IC1D Bulletin, vol. 41, no. 2, 1992; 4. Altendorf C.T., Elliot R.L., Stevens E.W., Stone M.L. - Development and validation of a Neural Network model for soil water prediction with comparison to regression techniques, Tr. ASAE, vol. 42(3), 1999; 5. Albineţ, E., Irigarea culturilor, Editura Junimea 2001; 6. Allen, ş.a., CICR Handbook of Agricultural Engineering, vol 1, Lan and Water Engineering, Edited by CICR, ASAE, USA, 1999; 7. Alfani, A., Irrigazione a pioggia, Bologna, 1967; 8. Altendorf C.T., Elliot R.L., Stevens E.W., Stone M.L. - Development and validation of a Neural Network model for soil water prediction with comparison to regression techniques, Tr. ASAE, vol. 42(3), 1999; 9. Apetroaie Şt. - Evaluarea şi prognoza bilanţului apei în sol, Ed. Ceres, Bucureşti, 1977; 10. Arshad AH, S. M.; Barefoot, A. D. - Sprinkler distribution patterns as affected by pressure and wind. Agricultural Mechanisation in Asia, Africa and Latin America 1984;

63 36. Blidaru V. - Sisteme de irigaţii şi drenaje, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1976; 36. Blidaru V., Arsene D., Bartha I., Luca M. - Contributions a la modernisation des reseaux d'iirigationpour la fonctionnement automatique, în Buletinul Institutului Politehnic Iaşi, tom. 13, 6 sept. 1977; 37. Botzan, M, "Apele în viaţa poporului român" - Ed.Ceres. Bucureşti, 1994; 38. Botzan, M. - " Bilanţul apei în solurile irigate", Edit.Academiei, Bucureşti, 1972; 39. Brandt A., Bresler E., Diner N, Ben-Asher I., Heller J., Goldberg D. - Infiltration from a Trinkle source: I Mathematical Models, Soil Sci. Soc. Amer. Proa, vol. 35, 1971; 40. Bresler E., Heller J., Diner N., Ben-Asher I., Brandt A., Goldberg D. - Infiltration from a Trickle source: II Experimental date and Theoretical Predictions, Soil. Sci. Soc. Amer. Proc. vol. 35, 1971; 41. Broner I., Leibrock F.R. - Water conservation practices in surface irrigation, ICID Bulletin, vol. 42, no. 1, 1993; 42. Brooks R.H., Corey G.L. - Hydrology papers. Colorado State University, Fort Collins, 1970; 43. Browen E. - Probleme globale ale omenirii, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988; 44. Buras N. - A study of water resource constraints on energy-related activities, Technical Report SOL 81-17, Systems Optimization Laboratory, Department of Operations, Research, Stanford University, California, USA, 1981; 45. Burrough P., McDonell R. - Principles of Geographical Information Systems, Oxford University Press, 1998; 46. Cabelguenne M., Debaeke Ph., Pnech J. - Simulation de strategies et de tactiques d'irrigation en conditions de ressources en eau limitées, 17th European Regional Conference on Irrigation and Drainage, ICID, Varna, 1994; 47. Cametti C.-L 'automazione degli impianti di irrigazione nelle medie e piccole aziende agricole, Riv. di Irr. edren.,41,4, 34-41, 1994; 48. Castro, J. - "Geografia foamei" - Editura Politică, Bucureşti, 1975; 49. Cazacu, E. şi colab - Irigaţii, Editura Ceres, 1989; 50. Ceachir O., Ştefan Mihaela - Abordări multicriteriale în procesul de planificare a resurselor de apă, I-a Conferinţă Ştiinţifică Apele Moldovei, Chişinău, 1994; 51. Châtain J.N. - Diagnostic par systčme expert, Ed. Hermes, Paris, 1993; 58. Cruţu, Gh., şi colab. - Tehnologia de udare cu instalaţii cu tambur şi furtun de tip IATF- 300 şi IATF-400 acţionate cu burduf sau turbină, Redacţia de Propagandă Tehnică Agricolă, Bucureşti, 1988; 59. Cruţu, Gh. şi colab. - "Determinarea caracteristicilor tehnico-funcţionale ale aspersorului fără şoc", Producţia vegetală - Cereale şi plante tehnice, Bucureşti, 1992; 60. Cruţu, Gh. şi colab. - "Cercetări asupra stabilirii indicilor tehnico-funcţionali cu aspersorul ASM-3", A-V-a sesiune naţională a tineretului, Bancasa-Giurgiu, 1986; 62. Cândea,I., Constantin, F., Pirnă, I., Cotoros, L.D., Comănescu, I.S. - Mecanica / Statica Teorie şi aplicaţii. Editura Universităţii Transilvania 2001; 61. Cândea,I., Constantinescu, D., Macovici, M., - Mecanica Statica. Universitatea Transilvania din Braşov, 1992; 62. Dalvand, S. - Effect of pressure on hose-reeld raingun performance at various windspeeds. MSc thesis, Silsoe College, Sllsoe, Bedford. 1986; 63. Di Ricco, G.- "L'irrigazionc del terreni - basi tecniche e realizzazioni d'italia" - Edit.agricole, Bologna, 1967; 64. Drăghici, I. şi colab. - Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini, Vol. 2, Editura Tehnică, Bucureşti', 1982; 75. Grumeza, N., Merculiev, O., Tusa C. -"Consumul de apă al plantelor cu aplicaţii în proiectarea şi exploatarea amenajărilor de irigaţii. Rev. de propagandă tehnică agricolă, Bucureşti, 1988;

64 76. Grumeza, N. ş.a., Tehnica irigării culturilor hortiviticole, Editura Ceres, Bucureşti, 1979; 77. Haise R.H., Rayne L.M. - Valve pentru conducte cu închidere automată, 1972; 78. Hauk, I. - "Irrigation Engineering" - Ed. John Wiley & Sons, Inc. New York, Hâncu S. -"Hidraulica". Curs pentru studenţi, Editura didactică, 1980; 80. Hâncu, S. şi colab. - Hidraulica sistemelor de irigaţie cu funcţionare automată, Editura Ceres, Bucureşti, 1982; 81. Hâncu S., Rus E., Dan P., Popescu M., Duma D., Zaharescu E., Danchir A., Constantinescu A. - Hidraulică aplicată - simularea numerică a mişcării permanente a fluidelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1985; 82. Hipperson, K. R. - Development of instrumentation for hose-reel aingun irrigators. MPhil thesis, Silsoe College, Silsoe, Bedford, 1985; 83. Idelcik, I. E. - Îndrumător pentru calculul rezistenţelor hidraulice, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984; 84. Iga, N, Mardare V., Mihaileanu D., Cruţu Gh - "Tehnologia de lucru cu instalaţiile de udare prin aspersiune cu tambur şi furtun, I.A.T.F.-300". Red. Ministerul Agriculturii, 1986; 95. Musa, S. N. - A computer simulation methodology for predicting water distribution, crop yield, and economic return for mobile raingun irrigators (travellers). PhD thesis, Silsoe College, Silsoe, Bedford, 1988; 96. Nedelcu M., Cândea I. - Researches on stability in movement of the mounting support and transportation carriage of the sprinkling installations with drum and flexible pipe - Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC October 2007, Braşov, Romania; 97. Nedelcu M., Cândea I. - Studies about the kynematics of a particle from the water flow running through the spraying tube of the sprinkling device - ADVANCED COMPOSITE MATERIALS ENGINEERING AND ADVANCED IN HUMAN BODY PROTECTION TO VIBRATIONS COMAT 2008, vol 2B ISSN , Braşov, Romania; 98. Nedelcu M. - Stadiul actual privind construcţia instalaţiilor de irigat, Braşov, 2004; 99. Nedelcu M. - Contribuţii teoretice asupra instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun, Braşov, 2005; 100. Nedelcu M. - Cercetări experimentale asupra indicilor calitativi de lucru şi exploatare ai instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun, Braşov, 2005; 101. Nedelcu M., Cândea I. Study of water particles trajectories from the jet of wetting sprinklers, DURABLE AGRICULTURE AGRICULTURE OF THR FUTURE The Fifth Edition Craiova, November 2009; 102. Nica, C., Maşini şi instalaţii pentru lucrări de îmbunătăţiri funciare, Timişoara, 1982; 103. Nicolaescu I., Manole E. - Minimum level of water demand for a profitable operation of an irrigation scheme, Water and the Environment: Innovative Issues in Irrigation and Drainage, Edited by Luis S. Pereira and John W. Gowing, Published in 1998 by E & FN Spon; 104. Nicolaescu, I., ş.a., Automatic cutback furrow irrigation system design. În Journal of the irrigation and drainage divizion. Proceedings of ASCE, 1971; 105. Nicolaescu I. -"Metode şi tehnici de udare cu pierderi reduse de apă. Surse suplimentare şi posibilităţi de economisire a apei in sistemele de irigaţii." Red.de propagandă tehnică agricolă, Bucureşti, 1980; 106. Nicolae, D şi colab. - Măsurarea parametrilor fluidelor, echipamente şi sisteme, Editura Scrisul Românesc, Craiova, 1981; 107. Nicolau, C., ş.a., Editura didactică şi pedagogică, 1970; tomatizarea echipamentelor de irigaţii, Conf. ICID., Budapesta, 1992; 126. Wehry, A., Irigaţii, vol. I + II, 1976, Timişoara;

65 127. Wehry, A., Chivereanu, D., Man, TE, Îndrumător pentru lucrări practice de irigaţii şi drenaje, Timişoara, 1978; 128. Woodward, O.G., L eficienza d irrigazione. În L irrigazione a pioggia, nr.4, 1975, Bologna; 129. * * * - Brevet Austria, , 1983, Fabrica de Ţevi şi Pompe Rudolf Bauer * * * - Machines d'arrosage mobiles, Partie 2, Tuyon flexible et racords, metodes d'essai, ISO /1991 F * * * - Enrouleurs, Turbine, Performance et polyvalence,irifrance, prospect * * * - L'irridoseur, la juste dose d'eau quand il faut, la, ou il faut, IRRIFRANCE, prospect * * * - Test raport on the drives of various hose reel irrigators, Chambre d'agriculture 2, avenue de Fetilly 17074, La Rochelle Cedex 9, L' iitigation Maitrisee, February * * * Normes pour le calcul des rendements de l 'irrigation. ICID. Bull. July * * * - Irrigation, 2 edition, 1992, Collection Guide practique du CEMAGREF * * * - "Valley Magazine",

66 LUCRĂRI elaborate de autor în domeniul tezei de doctorat 1 Nedelcu M., Cândea I. - Researches on stability in movement of the mounting support and transportation carriage of the sprinkling installations with drum and flexible pipe - Computational Mechanics and Virtual Engineering COMEC October 2007, Braşov, Romania; 2. Nedelcu M., Cândea I. - Studies about the kynematics of a particle from the water flow running through the spraying tube of the sprinkling device - ADVANCED COMPOSITE MATERIALS ENGINEERING AND ADVANCED IN HUMAN BODY PROTECTION TO VIBRATIONS COMAT 2008, vol 2B ISSN , Braşov, Romania; 3. Nedelcu M. - Stadiul actual privind construcţia instalaţiilor de irigat, Braşov, 2004; 4. Nedelcu M. - Contribuţii teoretice asupra instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun, Braşov, 2005; 5. Nedelcu M. - Cercetări experimentale asupra indicilor calitativi de lucru şi exploatare ai instalaţiei de irigat cu tambur şi furtun, Braşov, 2005; 6. Nedelcu M., Cândea I. Study of water particles trajectories from the jet of wetting sprinklers, DURABLE AGRICULTURE AGRICULTURE OF THR FUTURE The Fifth Edition Craiova, November 2009;

67 CURRICULUM VITAE (RO) 1. Nume şi prenume: NEDELCU MIHAIL 2. Data şi locul naşterii: 30 ianuarie 1951, Bucureşti 3. Profesia: inginer mecanic 4. Studii: - liceul Dr. Petru Groza, Bucureşti, Facultatea Mecanică Agricolă Institutul Politehnic Bucureşti, doctorand la Universitatea Transilvania din Braşov, Locul de muncă: Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Maşini şi Instalaţii destinate Agriculturii şi Industriei Alimentare, INMA Bucureşti 6. Activitatea profesională: - proiectare instalaţii şi echipamente de irigat; - proiectare maşini si echipamente agricole de recoltat si semanat 7. Titlu ştiinţific: CS III 8. Activităţi de cercetare: - participarea ca director de proiect sau colaborator la programele naţionale de cercetare RELANSIN, AGRAL, CAPACITAŢI, NUCLEU - 12 lucrări ştiinţifice publicate - prezentare la sesiuni ştiinţifice. 9. Adresa: str.someşul Rece nr.2, vila 8, apart.12, sector 1, Bucureşti. 10. Telefon:

68 CURRICULUM VITAE 1. Name and surname: NEDELCU MIHAIL 2. Date and place of birth: 30 -th of january 1951, Bucureşti 3. Profession: mechanical engineer 4. Studies: - Lycee Dr. P. Groza, Bucharest, Agricultural Mechanics Faculty within the Polytechnic Institute of Bucharest, Trainer for a Master s at Transilvania University, Braşov, Working place: National Institute of Research-Development for Machines and Installations Desidned to Agricultural and Food Industry - INMA Bucharest 6. Professional activity: - design for installation and equipments for irrigation - design for agricultural machinery and equipments for harvesting and planting 7. Sciantific title: CS III 8. Researching activity: - participation as project director or collaborator to national research programs RELANSIN, AGRAL, CAPACITIES, NUCLEU - 12 publication of scientific papers - participation at sciantific sessions. 9. Adress: Nr.2 Someşul Rece Str, vila 8, Ap.12, sector 1, Bucharest. 10. Phone: