[I] Universidad Católica Sedes Sapientiae (UCSS), Facultad de Ingeniería, Lima, Perú.
[II] Universidad de Ciego de Ávila, Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba,
[III] Universidad
Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de
Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[*] Author for correspondence: Dayma Carmenates Hernández, e-mail: daymasadami@yahoo.com
ABSTRACT
This
work was carried out at “Ceballos” Citrus Company with the objective of
evaluating the phenomenon of hydraulic hysteresis in emitters and
self-compensating irrigation tapes. The emitter models Vip Line with a
nominal flow of 3.9 L/h and Naan PC with a nominal flow of 4 L/h were
evaluated as well as the Aqua Traxx Irrigation Tape. The determination
of the flow-pressure curve was performed by measuring the hysteresis
phenomenon in the backward direction. These self-compensating emitters
are affected by the phenomenon of hysteresis of the material, an aspect
that is observed in the difference of the curves q = f (h) registered
with ascending and descending pressures and whose equations are of the
polynomial type obtained in experimental conditions with coefficients of
relation higher than 90%.
In
localized irrigation, the uniformity of water application along the
lateral line is closely related to the variation of pressure in the
emitters. This variation is caused by the loss of load along the pipe
and the insertions of the emitters, the losses of position energy, the
quality of the water in the pipe, the seals and the effects of water
temperature on the exit regime and orifice of the emitter Gomes et al. (2013).
In
the sizing of microirrigation systems, the variability between emitters
due to the manufacturing process must be considered. Another important
point is that the system may present disturbances of variation over time
depending on the quality of the water and the management of the
irrigation system used (Coelho, 2007).
Pizarro (1990) states that, for any
type of emitter, between the emitted flow rate and the service pressure,
there is the relationship called the emitter equation q = Kd (h) x which describes the hydraulic behavior of the emitters.
The
self-compensating emitters have an elastic membrane with and without a
hole that contracts or expands according to the pressure that acts, to
allow a constant flow rate to pass through a range of inlet pressures
and that is why they present the hysteresis phenomenon in their
operation (Vélez et al., 2013). In
addition, they state that the self-compensating emitters present the
phenomenon of hysteresis in their operation, which is characteristic of
any mechanism that uses elastic elements.
Physically,
hysteresis is the tendency of a material to retain one of its
properties with respect to the stimulus that has generated it (Pizarro, 1987 and Hernández, 1987).
This concept applied to a self-compensating emitter with the presence
of an elastomer, allows understanding that, under the variations of
pressures that occur in these emitters in the microirrigation system in
operating conditions, the flow - pressure curve will behave differently
upwards and downward pressure, because the emitter responds differently
when the pressure increases and when it drops.
On
emitters, there are not enough reports of scientific papers that
explain this type of phenomenon, although it is supposed that,
physically it is a phenomenon that has a different behavior, though
close, in both directions. Therefore, the objective of this work is to
evaluate the phenomenon of hydraulic hysteresis in emitters and
self-compensating irrigation tapes.
The
research was carried out at the University of Ciego de Ávila and in
areas of “Ceballos” Agroindustrial Company. For the evaluation of the
models of self-compensating emitters Vip Line and the Naan PC, the
methodology of Pizarro (1996) was used and
for the case of the compensating Aqua Traxx irrigation tape the
methodology used was based mainly on the recommendations specified in
the Mexican standard (IMTA. MX, 2003).
Determination of the hydraulic hysteresis and flow-pressure curves (q = f (h))
For the determination of the curve q = f (h), the aspects indicated in the Standard ISO.9260: 91 (1991)
were taken into account. Irrigation equipment for Agriculture Drippers
Specifications and test methods. Then, 4 flow measurements were taken
for each dropper in this series (numbers 3, 12, 13, 23) randomly
selected according to Pizarro (1990) and
the variation of the emission rate was determined based on the inlet
pressure. Each emitter was tested in stages and with pressures not
exceeding 50 kPa from zero pressure to 1.2 times the maximum pressure
(Pmax). Regulated emitters were tested at different pressures within the
regulation range. The reading of the results was taken during 3 minutes
after reaching the test pressure.
In the case of
self-compensated emitters, in addition to taking the flow rates
corresponding to rising pressure points, once the maximum pressure
within its working range was reached, the test was carried out in a
downward direction of pressures, in order to assess the phenomenon of
hysteresis due to the elastomer.
In the case of
the self-compensating Aqua Traxx irrigation tape, 25% of the emitters of
the sample obtained were randomly taken, identifying each of them. As
in the evaluation of dropper type emitters, those selected on the belt
were tested at different pressures within a range from 0 to 1.2 times
the maximum pressure (Pmax).The self-compensating emitters were operated
within the amplitude of regulation, increasing or decreasing the inlet
pressure and the curve was constructed (q = f (h)).
Figure 1 shows the behavior of the
hydraulic hysteresis (qh) and pressure flow (q) curves. As it can be
seen, the behavior for both cases seems similar; however, it is very
different, obtaining a second-degree polynomial with coefficients of
ratio above 90% for both cases. In this case, the hysteresis or recoil
curve is a characteristic process of the self-compensating emitters, due
to an elastic membrane of silicone material that is inside this type of
emitter called elastomer. Hysteresis is the tendency of a material to
retain one of its properties with respect to the stimulus that has
generated it (Hernández, 1987).
In
addition, the pressure flow ratio of the Vip Line transmitter with
self-compensating flow, nominal flow of 3.9 L/h and a compensation range
between (68-413 kPa), which responds to two equations obtained in
experimental conditions of polynomial type, an ascending and another
descending one. The latter equation, as the emitter is
self-compensating, is affected by the phenomenon of the hysteresis of
the material, an aspect that can be observed in the difference of the
flow-pressure curves, registered with ascending and descending
pressures.
It is necessary to emphasize that the
relationship between the flow rate and the pressure was typical of the
condition of self-compensation of this type of emitters. The parallel
tendency of the curve q = f (h) with respect to the axis of the
pressures can be observed specifically in the interval between 75 kPa
and 375 kPa, indicating that the self-compensation behavior of the flow
with respect to the applied pressure manifested a relationship
satisfactory with a coefficient of determination of 94% (R2 = 0.9482).
These results coincide with those obtained by Bliesner (1990, 2006), Boman (2002), Gil et al. (2002) and Armonis (2006)
with other emitter models, where they evaluate compensating and
non-compensating drippers and determine the flow rate for each model
evaluated, only for the pressure flow curve. These authors did not
evaluate the hysteresis phenomenon in these emitters.
FIGURE 1.
Hydraulic hysteresis and flow ratio - pressure of the self-compensating Vip Line dropper nominal flow of 3.9 L/h.
Figure 2 shows the results obtained in
the hydraulic hysteresis and pressure flow ratio (q = f (h)) of the Naan
PC dripper, with a nominal flow of 4 L / h and a compensation range of
68-475 kPa.
In a self-compensating emitter, the
presence of the elastomer allows understanding that under the variations
of pressures that occur in a microirrigation system in operating
conditions, the flow-pressure curve will have a different behavior in an
upward and downward direction of the pressures, because the emitter
responds differently by increasing the pressure with respect to when it
drops. As it can be seen in the figure, the hydraulic hysteresis and
pressure flow curves are different in the ascending and descending state
of the flow. In addition, the correlation coefficients obtained were
qh: 0.91% and q: 0.92%, which evidences a good adjustment in the
equations of second grade and that coincides with that obtained by Talamini et al. (2018), but in other models of self-compensating emitters.
Due
to the behavior of the curve q = f (q) obtained, it is inferred that
the flow responds to the service pressures following a certain
compensation trend according to the value obtained of 91% determination
coefficient. R2 = 0.910.
However, it is evident
that the flow increases in a very low proportion with respect to the
increase in pressure. That demonstrates the high compensation of this
dripper, which is evidenced by the fact that at 100 kPa the flow reached
4.2 L / h and at 275 kPa the flow rate was 4.0 L/h, with a high
compensation capacity in this model.
As this
emitter is self-compensating is also affected by the phenomenon of
hysteresis of the material, an aspect that is observed in the difference
of the curves q = f (h) registered with ascending and descending
pressures and whose equations are of the polynomial type obtained under
experimental conditions. These results coincide with those obtained by Ribeiro et al. (2014).
FIGURE 2.
Hydraulic hysteresis and flow-pressure ratio of the Naan PC dropper model with a nominal flow rate of 4 L/h.
Figure 3 shows the hydraulic hysteresis
and flow-pressure relationship of the self-compensating Aqua Traxx belt,
which has a nominal flow of 1,021L / h and a compensation range of
68,966 - 172,416 kPa. In the figure, there is a strong relationship
between flow and pressure, which is evidenced by the coefficient of
determination obtained, which reached a value of 0.9969 for the case of
(qh). It can be pointed out that the variations obtained in the flow
rates when the pressure varies, vary from the parameters given by the
manufacturer according to the nominal flow of this model. These results
coincide with those obtained by Cunha et al. (2008),
but in this case, the author obtained R2 lower than those described in
this work for other types of self-compensating emitters. In addition,
the behavior of the Aqua Traxx irrigation tape can be seen, in which the
best fit of the second-degree polynomial equation was achieved,
reaching a ratio coefficient of qh: 0.99%. This coincides with that
obtained by Carmenates et al. (2019).
FIGURE 3.
Hydraulic hysteresis ratio and flow-pressure of the belt or drip pipe Aqua Traxx Self-compensating, nominal flow of 1,021 L/h.
Coinciding with Casado & Sirgado (2015)
the phenomenon of hydraulic hysteresis has been little studied,
however, the manifestation of the phenomenon in the ascent and descent
phases can be affirmed. Ascent phase: for the water with surface tension
(σ) to start to flow out of the hole of an emitter of diameter
(d) in contact with the atmosphere. It is necessary that the pressure
(P) in the pipe is greater than (4 σ / d) in order to overcome the overpressure exerted by the surface tension (σ) due to the formation of a convex meniscus of diameter at the outlet of the hole as it is shown in Equation 1.
(1)
This expression indicates that in an emitter
of diameter d, water begins to flow out of the hole when the pressure P
is greater than four times the surface tension (σ) of the water
divided by 4, because a convex meniscus is formed that exerts an
overpressure on the emitter. With a pressure P, only emitters having a
diameter larger than the minimum required diameter (dmin), that is calculated as shown in Equation 2, can be discharged.
(2)
After the value of this overpressure is
exceeded, a film of water forms around the pipe that eliminates the
meniscus and the emitters work normally.
Descent
phase: the descent phase is different since it is not necessary to
overcome the meniscus overpressure. This behavior is related to the
reduction of the curvature of the drops when leaving the emitter,
because the pipe is totally surrounded by a film of water that
considerably diminishes the effects of the meniscus overpressure (Casado & Sirgado, 2015).
In
the relationship of the hydraulic and flow hysteresis - pressure curves
in the models of self-compensating emitters evaluated, correlation
coefficients greater than 90% were obtained, obtaining polynomial
equations under experimental conditions of the form y = ax2 + bx + c.
The
curve that represents the discharge of the emitter in the ascent and
descent phases is physically different in the three models of emitters
evaluated, because the meniscus overpressure is different in both
phases.
The elastomer in the
self-compensating emitters influences the presence of the phenomenon of
hydraulic hysteresis, obtaining the best equation adjustment of qh: 99%
in the Aqua Traxx irrigation tape.
REFERENCES
ARMONIS, S.: Micro-Speinkler Irrigation Text Book, Ed. Dan Sprinkler Kibbutz Dan, vol. Text Book, Israel, 2006.
BLIESNER, R.D.: Designing, operating and maintaining piping systems using PVC fittings, Inst. Irrigation Association, Arlington, Va, 1990.
BLIESNER, R.D.: Designing, operating and maintaining piping systems using PVC fittings, Ed. AVI-Van Nostran Reinhold, New York, USA, 652 p., 2006.
BOMAN, J.B.: Water and Florida Citrus: Use Regulation, Irrigation, Systems and Management, Ed. University of Florida, Institute of Food and gricultural Sciences, Florida, USA, 2002, ISBN: 0-916287-38-6.
CARMENATES,
H.D.; LÓPEZ, S.M.; MUJICA, C.A.; PANEQUE, R.P.: “Comparative study of
Aqua Traxx watering belts, self-compensating and non-compensating
models”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(2): 48-54, 2019, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.
CASADO, F.E.; SIRGADO, L.J.: “Ensayos y caracterización hidráulica de tuberías porosas para riego”, [en línea], En: XXXIIICONGRESO NACIONAL DE RIEGOS. Valencia16-18junio de 2015, Ed. Editorial Universitat Politècnica de València, Valencia, España, 2015, ISBN: 84-9048-374-4, Disponible en:http://dx.doi.org/10.4995/CNRiegos.2015.1519.
COELHO, R.D.: Contribuições para a irrigação pressurizada no Brasil.,
Inst. Universidade de São Paulo, Livre-Docência-Escola Superior de
Agricultura “Luiz de Queiroz”, Piracicaba, São Paulo, Brasil, 192 p.,
2007.
CUNHA,
F.N.; DA SILVA, N.F.; FERREIRA, A.C.; DE OLIVEIRA, R.C.; TEIXEIRA,
M.B.; SOARES, A.L.: “Caracterização de dois modelos de gotejadores
quanto a ocorrência de histerese”, En: Inovagri International Meeting. 28 al 31 de maio, Fortañeza, Ceará, Brasil, 2008.
GIL,
M.J.A.; ALEMÁN, L.; HERNÁNDEZ, R.: “Evaluación del comportamiento
hidráulico de varios emisores importados para riego por goteo”, Revista Científica UDO Agrícola, 2(1): 64-72, 2002, ISSN: 1317-9152.
GOMES,
L.; GOMES, A.; OLIVEIRA, R. de; TEIXEIRA, M.; BARROS, A.; COELHO, R.:
“Desempenho de gotejadores em função da aplicação de turfa gel na água
de irrigação”, Revista Brasileira de Agricultura Irrigada, 7(1): 27-41, 2013.
HERNÁNDEZ, J.M.: El riego localizado. Componentes de la instalación,
Inst. Instituto de Hidroeconomía. Gobierno de Canarias. Consejería de
Agricultura y Pesca. Centro Nacional de Investigación Agraria de
Canarias, España, 146 p., 1987.
IMTA. MX: Comité Técnico de Normalización Nacional de Sistemas y Equipos de riego, [en línea], Inst. Comité Técnico de Normalización Nacional de Sistemas y Equipos de riego, México, Vig de 2003, Disponible en:http://www.imta.mx/otros/cursos/cotenns/e-225.htm
, [Consulta:14 de mayo de 2018].
ISO.9260: 91: Equipos de riego para la Agricultura- goteros - especificaciones y métodos de prueba, International Standar Organitation ISO, Vig de 1991.
PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF) goteo, microaspersión, exudación, España, 1987.
PIZARRO, C.F.: Riego Localizado de Alta Frecuencia (RLAF), Ed. Ediciones Mundi Prensa, 2da Edición ed., España, 1990.
PIZARRO, F.: Riegos localizados de alta frecuencia-goteo-microaspersion-exudacion, Ed. Editorial Mundi y Prensa, España, 1996.
RIBEIRO,
P.H.P.; TEIXEIRA, M.B.; COELHO, R.D.; UYEDA, C.A.; NETO, J.D.:
“Caracterização hidráulica e histerese em tubos gotejadores utilizados
na irrigação subsuperficial”, Irriga, 19(3): 430-440, 2014, ISSN: 1808-8546.
TALAMINI,
M.V.; DE ARAUJO, A.C.S.; DE CAMARGO, A.P.; SARETTA, E.; FEIZZONE, J.A.:
“Operational Characterization of Pressure Regulating Valves”, Hindawi Scientific World Journal, : 9, 2018, DOI: https://doi.org/10.1155/2018/1213638.
VÉLEZ, S.J.E.; CAMACHO, T.J.H.; ÁLVAREZ, H.J.G.: “Evaluación de goteros utilizados en microirrigación en Colombia”, Revista Colombiana de Ciencias Hortícolas, 7(2): 186-200, 2013, ISSN: 2011-2173.
NOTES
[6]
The mention of trademarks of specific equipment, instruments or
materials is for identification purposes, there being no promotional
commitment in relation to them, neither by the authors nor by the
publisher.
ARTÍCULO ORIGINAL
Histéresis hidráulica en emisores autocompensantes
[I] Universidad Católica Sedes Sapientiae (UCSS), Facultad de Ingeniería, Lima, Perú.
[II] Universidad de Ciego de Ávila, Centro de Estudios Hidrotécnicos, Ciego de Ávila, Cuba,
[III] Universidad
Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de
Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
[*] Autor para correspondencia: Dayma Carmenates Hernández, e-mail: daymasadami@yahoo.com
RESUMEN
El
presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar el fenómeno de
histéresis hidráulica en emisores y cintas de riego autocompensantes.
Los modelos de emisores evaluados fueron el Vip Line con caudal nominal
de 3.9 L/h, el Naan PC con caudal nominal de 4 L/h y la Cinta de riego
Aqua Traxx. Se realizó la determinación de la curva caudal - presión
midiendo el fenómeno de histéresis en sentido retroverso. El elastómero
en los emisores autocompensante influye en la presencia del fenómeno de
la histéresis hidráulica, además resultan afectados por el fenómeno de
la histéresis del material, aspecto este que se observa en la diferencia
de las curvas q= f(h) registradas con presiones ascendentes y
descendentes y cuyas ecuaciones son del tipo polinómicas obtenidas en
condiciones experimentales con coeficientes de relación superiores al
90%.
En
el riego localizado, la uniformidad de aplicación de agua a lo largo de
la línea lateral está íntimamente relacionada a la variación de presión
en los emisores, esta variación es originada por las pérdidas de carga a
lo largo de la tubería y de las inserciones de los emisores, las
pérdidas de energía de posición, la calidad del agua en la tubería, las
obturaciones y los efectos de temperatura del agua sobre el régimen de
salida y orificio del emisor Gomes et al. (2013).
En
el dimesionamiento de sistemas de microirrigación se debe considerar la
variabilidad existente entre emisores como consecuencia del proceso de
fabricación. Otro punto importante es que el sistema puede presentar
disturbios de variación a lo largo del tiempo en función de la calidad
del agua y del manejo del sistema de riego utilizado (Coelho, 2007).
Pizarro (1990), plantea que, para
cualquier tipo de emisor, entre el caudal emitido y la presión de
servicio, existe la relación denominada ecuación del emisor: q=Kd (h)x la cual describe el comportamiento hidráulico de los emisores.
Los emisores autocompensantes disponen de una membrana elástica con y
sin orificio que se contrae o se dilata de acuerdo con la presión que
actúa, para dejar pasar un caudal constante dentro de un rango de
presiones de entrada y es por ello que presentan en su funcionamiento el
fenómeno de la histéresis (Vélez et al., 2013).
Además, plantean que los emisores autocompensante presentan en su
funcionamiento el fenómeno de la histéresis que lleva consigo cualquier
mecanismo que utilice elementos elásticos.
Físicamente,
la histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus
propiedades respecto al estímulo que lo ha generado Pizarro (1987) y (Hernández, 1987).
Este concepto aplicado a un emisor atocompensante con presencia de
(elastómero), permite entender que bajo las variaciones de presiones que
se producen en estos emisores en el sistema de microirrigación en
condiciones de explotación, la curva caudal - presión tendrá un
comportamiento diferente en sentido ascendente y descendente de las
presiones, porque el emisor responde de manera diferente al incrementar
la presión respecto a cuando la misma desciende.
En
los emisores no se reportan suficientes trabajos científicos que
expliquen este tipo de fenómeno, aunque se supone que físicamente se
trata de un fenómeno que tiene un comportamiento diferente, aunque
cercano en ambas direcciones, por lo que el objetivo de este trabajo es
evaluar el fenómeno de histéresis hidráulica en emisores y cintas de
riego autocompensante.
La
investigación se realizó en la Universidad de Ciego de Ávila y en áreas
de la Empresa Agroindustrial de Ceballos. Para la evaluación de los
modelos de emisores autocompensante Vip Line y el Naan PC se utilizó la
metodología de Pizarro (1996) y para el
caso de la cinta de riego Aqua Traxx compensante la metodología
utilizada se basó fundamentalmente en las recomendaciones especificadas
en la norma mexicana (IMTA. MX, 2003).
Determinación de las curvas histéresis hidráulica y caudal-presión (q=f (h))
Para la determinación de la curva q=f (h) se tuvo en cuenta los aspectos señalados en la por la Norma ISO.9260: 91 (1991).
Equipos de riego para la Agricultura Goteros Especificaciones y métodos
de prueba. Luego se tomaron 4 mediciones de caudal para cada gotero de
esta serie (los números 3, 12, 13, 23) seleccionados al azar según Pizarro (1990)
y se les determinó la variación del caudal de emisión en función de la
presión de entrada. Se probó cada emisor por etapas y con presiones no
mayores a 50 kPa desde la presión cero hasta 1,2 veces la presión máxima
(Pmax). Los emisores regulados fueron probados a distintas presiones
dentro del rango de regulación. La lectura de los resultados se tomó
durante 3 minutos después de alcanzar la presión de prueba.
Para
el caso de los emisores autocompensados además de tomar los caudales
correspondientes a puntos ascendentes de presiones, una vez que alcanzó
la presión máxima dentro de su intervalo de trabajo, se le efectuó el
ensayo en sentido descendente de presiones, con vista a evaluar el
fenómeno de histéresis que se debe al elastómero.
Para
el caso de la cinta de riego aqua traxx autocompensante se tomó al azar
el 25% de los emisores de la muestra obtenida, identificándose cada uno
de ellos. Al igual que en la evaluación de los emisores tipo goteros,
los seleccionados en la cinta, se probaron a diferentes presiones dentro
de un intervalo comprendido de 0 hasta 1,2 veces la presión máxima
(pmáx.), los emisores autocompensante se operaron dentro de la amplitud
de regulación, aumentando o disminuyendo la presión de entrada y se
construyó la curva (q= f (h)).
En la Figura 1
se observa el comportamiento de las curvas histéresis hidráulicas (qh) y
caudal presión (q), podemos ver que el comportamiento para ambos casos
parece similar, sin embargo, es totalmente diferente, obteniéndose un
polinomio de segundo grado con coeficientes de relación por encima del
90% para ambos casos. En este caso la curva de histéresis o de retroceso
es un proceso característico de los emisores autocompensante, debido a
una membrana elástica de material de silicona que tienen en su interior
este tipo de emisor denominada, elastómero. La histéresis es la
tendencia de un material a conservar una de sus propiedades respecto al
estímulo que lo ha generado (Hernández, 1987).
Además
se presenta la relación caudal presión del emisor Vip Line con flujo
autocompensante, caudal nominal de 3.9 L/h y un rango de compensación
entre (68-413 kPa), el cual responde a dos ecuaciones obtenidas en
condiciones experimentales de tipo polinómicas una ascendente y otra
descendente, esta última por ser autocompensado el emisor, resulta
afectado por el fenómeno de la histéresis del material, aspecto que
puede observarse en la diferencia de las curvas caudal-presión,
registradas con presiones ascendentes y descendentes.
Es
necesario destacar, que la relación entre el caudal y la presión
resultó típico de la condición de autocompensación propia de los
emisores de este tipo. Puede observarse la tendencia al paralelismo de
la curva q= f(h) respecto al eje de las presiones específicamente en el
intervalo comprendido entre 75 kPa y 375 kPa, indicando que el
comportamiento de autocompensación del caudal con respecto a la presión
aplicada manifestó una relación satisfactoria con un coeficiente de
determinación del 94% (R2= 0,9482).
Estos resultados coinciden con los obtenidos por Bliesner (1990, 2006); Boman (2002); Gil et al. (2002); Armonis (2006)
con otros modelos de emisores, donde evalúan goteros compensantes y no
compensantes determinando el régimen de flujo para cada modelo evaluado,
solo para la curva caudal presión. Estos autores no evaluaron el
fenómeno de histéresis en estos emisores.
FIGURA 1.
Relación histéresis hidráulica y caudal - presión del gotero Vip Line autocompensante caudal nominal de 3.9 L/h.
En la Figura 2
se muestran los resultados obtenidos en la relación histéresis
hidráulica y caudal presión (q= f (h)) del gotero Naan PC, con un caudal
nominal de 4 L/h y un rango de compensación de 68-475 kPa.
En
un emisor autocompensante la presencia del elastómero permite entender
que bajo las variaciones de presiones que se producen en un sistema de
microirrigación en condiciones de explotación, la curva caudal-presión
tendrá un comportamiento diferente en sentido ascendente y descendente
de las presiones, porque el emisor responde de manera diferente al
incrementar la presión respecto a cuando la misma desciende. Como se
puede observar en la figura las curvas histéresis hidráulicas y caudal
presión son diferentes en estado ascendente y descendente del caudal,
además los coeficientes de correlación obtenidos para qh: 0.91% y q:
0.92%, lo que evidencia un buen ajuste en las ecuaciones de segundo
grado., coincidiendo con lo obtenido por Talamini et al. (2018), pero en otros modelos de emisores autocompensantes.
Por
el comportamiento de la curva q= f(q) obtenida se infiere que el caudal
responde a las presiones de servicio siguiendo determinada tendencia de
compensación de acuerdo al valor obtenido del coeficiente de
determinación del 91%. R2=0,910.
Sin
embargo, se evidencia que el caudal aumenta en una proporción muy baja
respecto al incremento de la presión, demostrando así, la alta
compensación de este gotero, lo cual se evidencia por el hecho de que a
100 kPa el caudal alcanzó los 4,2 L/h y a 275 kPa el caudal resultó de
4,0 L/h existiendo una alta capacidad de compensación en este modelo.
Este
emisor por ser autocompensante resulta también afectado por el fenómeno
de la histéresis del material, aspecto este que se observa en la
diferencia de las curvas q= f(h) registradas con presiones ascendentes y
descendentes y cuyas ecuaciones son del tipo polinómicas obtenidas en
condiciones experimentales. Estos resultados coinciden con los obtenidos
por Ribeiro et al. (2014).
FIGURA 2.
Relación hitéresis hidráulica y caudal-presión del gotero Naan PC modelo autocompensante con caudal nominal de 4 L/h.
En la Figura 3
se presenta la relación histéresis hidráulica y caudal- presión de la
cinta Aqua Traxx modelo autocompensante, la que tiene un caudal nominal
de 1,021 L/h y un rango de compensación de 68,966-172,416 kPa. En la
figura existe una fuerte relación entre el caudal y la presión, lo que
se evidencia con el coeficiente de determinación obtenido, alcanzó un
valor de 0,9969 para el caso de (qh). Podemos señalar que las
variaciones obtenidas en los caudales al variar la presión se alejan de
los parámetros dados por el fabricante según el caudal nominal de este
modelo. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Cunha et al. (2008), pero es este caso al autor obtuvo R2
inferiores a los descritos en este trabajo para otros tipos de emisores
autocompensantes. Además, se puede apreciar el comportamiento de la
cinta de riego aqua traxx, en el cual se alcanzó el mejor ajuste del
polinomio de segundo grado, alcanzando un coeficiente de relación del
qh: 0.99%. Esto coincide con lo obtenido por Carmenates et al. (2019).
FIGURA 3.
Relación histéresis
hidráulica y caudal-presión de la cinta o tubería de goteo Aqua Traxx
Autocompensante, caudal nominal de 1,021L/h.
Coincidiendo con Casado y Sirgado (2015),
el fenómeno de histéresis hidráulica ha sido poco estudiado sin embargo
podemos afirmar la manifestación del fenómeno en las fases de ascenso y
descenso. Fase de ascenso: para que el agua con tensión superficial (σ) empiece a salir por el orificio de un emisor de diámetro (d) en contacto con la atmósfera, es necesario que la presión (P) en la tubería sea mayor de (4σ/d) para poder vencer la sobrepresión que ejerce la tensión superficial (σ) debido a la formación de un menisco convexo de diámetro d a la salida del orificio como se muestra en la ecuación 1.
(1)
Esta expresión indica que en un emisor de
diámetro d, el agua comienza a salir por el orificio cuando la presión P
es mayor que cuatro veces la tensión superficial σ del agua entre 4;
pues se forma un menisco convexo que ejerce una sobrepresión sobre el
emisor. Con la presión de la presión P solo pueden descargar los
emisores que tengan un diámetro superior al diámetro mínimo requerido (dmin) que se calcula como se muestra en la ecuación 2.
(2)
Después que se supera el valor de esta
sobrepresión, se forma una película de agua alrededor de la tubería que
elimina el menisco y los emisores funcionan normalmente.
Fase de descenso:
la fase de descenso es diferente ya que no es necesario vencer la
sobrepresión del menisco. Este comportamiento está relacionado con la
reducción de la curvatura de las gotas al salir del emisor, debido a que
la tubería se encuentra totalmente rodeada de una película de agua que
disminuye considerablemente los efectos de la sobrepresión del menisco (Casado y Sirgado, 2015).
En
la relación de las curvas histéresis hidráulica y caudal - presión en
los modelos de emisores autocompensante evaluados se obtuvieron
coeficientes de correlación superiores al 90 %, obteniéndose ecuaciones
polinómicas en condiciones experimentales de la forma y = ax2 + bx + c.
La
curva que representa la descarga del emisor en la fase de ascenso y
descenso son físicamente diferentes en los tres modelos de emisores
evaluados, debido a que la sobrepresión del menisco es diferente en
ambas fases.
El elastómero en los
emisores autocompensante influye en la presencia del fenómeno de la
histéresis hidráulica, obteniéndose el mejor ajuste de ecuación de
qh:99% en la cinta de riego aqua traxx.