Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 13 - phun ma cho các vùng chuyên canh rau ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà lạt, các vùng trồng cây công nghiệp nh cà phê, chè, cao su, ở Tây Nguyên, Lâm Đồng đã mang lại hiệu quả kinh tế đáng khích lệ. e. Tới nhỏ giọt Tới nhỏ giọt là một phơng pháp mới đang đợc ứng dụng nhiều ở Itsaren, Mỹ, úc và một số nớc khác có khí hậu khô cằn, nguồn nớc ít, dùng để tới cho các loại cây ăn quả, rau. Nguyên tắc của tới nhỏ giọt là dùng một hệ thống ống dẫn bằng cao su hoặc chất dẻo có đờng kính từ 1,5 - 2cm, để dẫn nớc từ đờng ống có áp, do trạm bơm cung cấp chạy dọc theo các hàng cây. ở các gốc cây có lắp các vòi có thể điều chỉnh đợc lợng nớc chảy ra. Nớc do cấu tạo của vòi sẽ nhỏ giọt xuống gốc cây làm ẩm đất. Ưu điểm của phơng pháp này là tiết kiệm đợc nhiều nớc tới so với tới rãnh vì ít tiêu hao lợng nớc do bốc hơi và thấm xuống sâu. Hiệu suất sử dụng nớc tới đợc tăng lên và đảm bảo đúng chế độ nớc của đất theo nhu cầu của từng cây trồng. Phạm vi tới nớc trên mặt đất nhỏ nên trên mặt đất phần lớn vẫn giữ đợc khô, các loại cỏ dại không đủ độ ẩm để phát triển và vẫn giữ đợc thoáng khí. f. Tới ngầm Ph ơng pháp tới này đợc nghiên cứu ứng dụng ở Liên Xô cũ từ năm 1935. Nguyên tắc là dùng hệ thống đờng ống dẫn nớc trong đất và nớc sẽ thấm làm ẩm đất. -u điểm của phơng pháp này là đảm bảo độ ẩm cần thiết trong suốt thời gian sinh trởng của cây trồng, làm tăng năng suất cây trồng so với các phơng pháp tới khác. Lớp đất trên mặt vẫn giữ đợc khô hoặc ẩm ít do đó giữ đợc thoáng làm cho vi sinh vật hoạt động tốt, làm tăng độ phì của đất. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 14 - Cho phép sử dụng phân hóa học hòa lẫn với nớc tới, trực tiếp bón vào hệ thống rễ cây trồng, làm tăng thêm hiệu quả của phân bón. Hệ thống tới không làm trở ngại các khâu sản xuất bằng cơ khí trên đồng ruộng, thuận tiện cho việc tự động hóa việc tới nớc và tăng năng suất tới. Tuy nhiên, việc mở rộng tới ngầm trong sản xuất còn hạn chế, cha phát triển rộng rãi vì xây dựng hệ thống tới phức tạp, giá thành đầu t trang thiết bị và xây dựng cơ bản cao. 1.2.2. Lựa chọn phơng pháp tới Phơng pháp tới đợc lựa chọn dựa trên nhiều yếu tố khác nhau (Theo Bùi Hiếu (1985) [5]): a) Điều kiện địa hình: Độ dốc mặt đất ảnh hởng lớn đến sự chảy của nớc trên mặt đất và có quan hệ chặt chẽ với phơng pháp tới và kỹ thuật tới. - Với độ dốc m = 0 ữ 1,5% có thể áp dụng tất cả các phơng pháp tới. - Với độ dốc m = 1,5% nên sử dụng loại nớc tới rãnh kèm đờng ống lu động hoặc tới phun ma. - Với độ dốc m > 4% (Địa hình dốc cao, mặt đất gồ ghề phức tạp) ta nên áp dụng phơng pháp tới phun ma. Bảng 1-1. Quan hệ giữa độ dốc và mức tới Độ dốc mặt đất 1/400- 1/500 1/500-1/600 1/600-1/700 Mức tới(m 3 /ha) 100 600 800 Khi độ dốc mặt đất lớn mà tới với mức tới nhiều sẽ gây ra hiện tợng xói mòn và phân bố độ ẩm trên dải đất không đều. b) Điều kiện thổ nhỡng: Tính chất vật lý đất có ảnh hởng lớn đến việc lựa chọn phơng pháp tới. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 15 - * Căn cứ vào loại đất - Loại đất thịt nhẹ (đất cát): Dùng phơng pháp tới phun ma. - Loại đất trung bình : áp dụng cho mọi phơng pháp tới. - Loại đất thịt nặng : Dùng phơng pháp tới dải. * Căn cứ vào vận tốc thấm nớc của đất Vận tốc thấm hay hệ số thấm của đất biểu thị tính thấm nớc. Hệ số thấm bao gồm thấm hút và thấm bão hoà. - Với hệ số thấm nhỏ (1.10 -4 cm/s) sử dụng phơng pháp tới rãnh. - Với hệ số thấm trung bình(1.10 -4 ữ5.10 -3 cm/s) thì áp dụng đợc với mọi phơng pháp tới. - Với hệ số thấm lớn(5.10 -3 cm/s) áp dụng phơng pháp tới phun ma. * Độ dày tầng đất canh tác - Độ dày bình thờng: áp dụng đợc tất cả các phơng pháp tới. - Độ dày mỏng: Sử dụng phơng pháp tới phun ma là phù hợp. * Căn cứ vào mức tới Mức tới là cơ sở xác định các yếu tố của kỹ thuật tới. Mức tới thờng xác định từ chế độ tới theo các số liệu thử nghiệm hoặc tính toán lý thuyết. Khi thiết kế tài liệu thực nghiệm có thể tính toán mức tới cho cây trồng theo công thức: M TK = 10 .Z.K.G V .( max - min ). 1 (1-1) Trong đó: M TK .Mức tới thiết kế(m 3 /ha) Z .Độ sâu lớp đất tới.(mm) G V .Dung trọng đất khô (T/m 3 ) .Hệ số hiệu ích tới phun ma: = 0,8-0,95 max . Độ ẩm tối đa đồng ruộng. min . Độ ẩm giới hạn dới cho phép. min = 70 ữ 80% max Z - Độ sâu của lớp đất canh tác phụ thuộc từng loại cây trồng . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 16 - Z = 0,5m với cây rễ mỏng nh rau, đậu. Z = 0,5 ữ 0,75m với cây có rễ sâu hơn, nh sắn, đay Z = 0,75 ữ 1m đối với cây ăn quả và cây công nghiệp. K- Hệ số nhu cầu của cây trồng theo từng thời kỳ sinh trởng. Theo Viện rau và cây lơng thực ta có hệ số K cho trong bảng sau: Loại rau Thời kỳ cây giống Thời kỳ sinh trởng Thời kỳ rau thành phẩm Cải bắp 0.4 0,6 0,5 Cà chua 0,3 0,35 0,2 Da chuột 0,3 0,4 0,45 c) Điều kiện địa chất thuỷ văn Độ sâu và thành phần hoá học của nớc ngầm cũng ảnh hởng đến lựa chọn phơng pháp tới. Nếu nớc ngầm ở độ sâu không lớn và có khả năng dâng cao thì nên chọn phơng pháp tới phun ma còn nếu vùng đất trũng ở ven sông lớn có thể tháo nớc phù xa vào thì ta nên dùng phơng pháp tới rải hoặc tới rãnh. d) Cơ cấu cây trồng Tuỳ thuộc vào từng loại giống cây trồng, thời kỳ sinh trởng mà ta có các phơng pháp tới khác nhau. Nếu cây có thân lá to bộ rễ chùm ăn nông trên bề mặt đất thì ta nên sử dụng phơng pháp tới phun ma còn nếu lá nhỏ rễ cọc ăn sâu trong lòng đất thì ta nên dùng phơng pháp tới dải hoặc tới rãnh. e) Điều kiện kinh tế kỹ thuật Vấn đề quan trọng nhất để giúp ta lựa chọn ra phơng pháp tới phù hợp và hiệu quả là điều kiện kinh tế kỹ thuật. Xem phơng pháp tới truyền thống . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 17 - là gì, có hiệu quả kinh tế không và điều kiện kỹ thuật có cho phép khi chuyển sang phơng pháp tới mới không. Căn cứ vào điều kiện phát triển trong tơng lai không xa và tính hiệu quả kinh tế của phơng pháp tới phun ma mang lại. Tôi thấy phơng pháp tới phun ma là phơng pháp hiệu quả và sẽ sớm đợc áp dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp nớc nhà và hoàn toàn phù hợp khi sử dụng phơng pháp tới này trong hệ thống sản xuất rau sạch. 1.3. Vai trò của tự động hoá trong quá trình sản xuất Mặc dù các nguyên lý và máy móc điều khiển tự động xuất hiện trớc máy tính điện tử rất lâu nhng sự ra đời của máy tính điện tử nhất là sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý đã đa tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự động hoá trong mọi mặt của xã hội loài ngời. Các hệ thống tự động hoá đã đợc chế tạo trên nhiều công nghệ khác nhau. Ta có thể thấy các thiết bị máy móc tự động bằng các cam chốt cơ khí, các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý khí nén, thuỷ lực, rơle cơ điện, mạch điện tử tơng tự, mạch điện tử số. Các thiết bị hệ thống này có chức năng xử lý và mức tự động thấp so với các hệ thống tự động hiện đại đợc xây dựng trên nền tảng của công nghệ thông tin ngày nay. Trớc kia đầu đo gồm phần tử biến đổi từ tham số đo sang tín hiệu điện, mạch khuyếch đại, mạch lọc và mạch biến đổi sang chuẩn 4 - 20mA để truyền tín hiệu đo về trung tâm xử lý. Hiện nay đầu đo đã tích hợp cả chip vi xử lý, biến đổi ADC, bộ truyền dữ liệu số với phần mềm đo đạc, lọc số, tính toán và truyền kết quả trên mạng số về thẳng máy tính trung tâm. Nh vậy đầu đo đã đợc số hoá và ngày càng thông minh do các chức năng xử lý từ máy tính trung tâm trớc kia nay đã chuyển xuống xử lý tại chỗ bằng chơng trình nhúng trong đầu đo. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 18 - Tơng tự nh vậy với cơ cấu chấp hành nh mô-tơ đã đợc chế tạo gắn kết hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh PID tại chỗ và khả năng nối mạng số tới máy tính chủ. 1.4. ứng dụng của tự động hoá trong nông nghiệp Lịch sử hoàn thiện của công cụ và phơng tiện sản xuất trong xã hội văn minh phát triển trên cơ sở cơ giới hoá, điện khí hoá. Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn vàn lợi ích thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt của năng suất, chất lợng và giá thành. Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hoá vào sản xuất sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ. Cho phép giảm giá thành sản phẩm và nâng cao năng suất lao động, cải thiện điều kiện sản xuất nh ổn định về giờ giấc, chất lợng gia công Đáp ứng cờng độ cao của sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng cao khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất, tăng thị phần và khả năng bán hàng cho nhà sản xuất. Trong nông nghiệp việc ứng dụng tự động hoá sẽ giúp cho quá trình sản xuất ít phải phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên, nâng cao sản lợng, chất lợng sản phẩm. Thậm chí nhờ áp dụng khoa học kỹ thuật tiến bộ nh kỹ thuật đột biến gen đã cho ra những loại rau quả trái mùa so với điều kiện tự nhiên phục vụ nhu cầu của ngời sử dụng. 1.5. Mục đích và ý nghĩa việc thiết kế mô hình tới phun ma Trong quá trình sản xuất lơng thực nói chung và trong sản xuất rau nói riêng thì tới nớc cho cây phát triển là một việc làm hết sức cần thiết và nó càng trở nên quan trọng trong việc sản xuất rau sạch. Bởi trong quá trình tới ta cần đảm bảo kỹ thuật tới để đảm bảo rau nhận đợc một lợng nớc phù hợp với từng loại cây, từng thời kỳ sinh tr ởng mà không bị dập nát, chất lợng nớc đảm bảo độ sạch. Tới phun ma là một kỹ thuật tới đáp ứng đợc ở mọi điều kiện địa . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 19 - hình, với hạt nớc tới nhỏ cho nên rất phù hợp trong việc kết hợp giữa tới nớc với việc phòng trừ sâu bệnh. Đặc biệt đây là một trong những phơng pháp tới tiết kiệm nớc và đợc ứng dụng rộng rãi trong thời gian gần đây. Do vậy trớc nhu cầu sản xuất và yêu cầu cần tiết kiệm tài nguyên và năng lợng cho nên chúng tôi tiến hành nghiên cứu, thiết kế điều khiển quá trình tới phun ma phục vụ sản xuất rau sạch. 1.6. Kết luận chơng I Qua chơng I ta đã đa ra thực trạng nông nghiệp của nớc ta cũng nh trong khu vực và trên toàn thế giới. Từ đó đa ra tính bức thiết phải áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại vào sản xuất nông nghiệp nói chung và trong sản xuất rau an toàn nói riêng. Lựa chọn ra phơng pháp tới hiện đại phù hợp với điều kiện tự nhiên, nhu cầu sản xuất nhng vẫn đảm bảo điều kiện kinh tế mang lại lợi nhuận lớn nhất về cho nông dân. Phục vụ lợng rau sạch cho thị trờng trong nớc cũng nh trên thế giới. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 20 - Chơng 2 Nghên cứu tính toán các thông số kỹ thuật của hệ thống t-ới phun m-a trồng rau sạch 2.1. Chế độ tới nớc cho rau sạch 2.1.1. Đất, nớc và cây trồng Trong những điều kiện để cây trồng sinh trởng và phát triển nh khí hậu, thời tiết, độ ẩm thì đất là một trong những yếu tố quan trọng của cây trồng. Tuỳ thuộc vào từng loại cây với từng thời kỳ sinh trởng mà độ sâu của rễ khác nhau cho nên độ xốp, độ sâu lớp đất canh tác cũng khác nhau. Bên cạnh đó nớc cũng là một yếu tố vô cùng quan trọng. Nếu thiếu nớc (hạn) hoặc thừa nớc (úng) trong một khoảng thời gian ngắn cũng có thể làm cây trồng bị hại có thể giảm năng suất hoặc bị chết hoàn toàn không thể thu hoạch đợc. Nớc giúp cho quá trình quang hợp của cây tạo thành các chất hữu cơ, vận chuyển các muối hoà tan và cần thiết cho sự điều hoà nhiệt của cây trồng, qua hiện tợng bay hơi mặt lá. 2.1.2. Tính toán mức tới Nhu cầu tới nớc của rau sạch đợc xác định bởi giá trị tiêu thụ của cây rau và hiệu quả tới nớc. Một phần của giá trị tiêu thụ là nớc lắng đọng do sơng, ma hoặc phun mù và sau đó bốc hơi mà không thâm nhập vào hệ thống cây trồng. Giá trị tiêu thụ có thể áp dụng cho yêu cầu nớc của một cây trồng, một cánh đồng, một trang trại hoặc một số trang trại ở trong vùng. Khi biết đợc giá trị tiêu thụ của cây trồng, có thể tính toán sử dụng nớc ở đơn vị lớn. Giá trị tiêu thụ bị ảnh hởng bởi điều kiện thời tiết, kỹ thuật tới nớc, thời gian gieo trồng, thời kỳ phát triển cây rau. Do đó nhu cầu nớc tới của cây rau sạch đợc xác định bởi công thức sau: . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 21 - WR = K cr . PET (2-1). Trong đó: WR(Water requirement) Nhu cầu nớc tới cho cây rau. [mm] K cr Hệ số hoa màu. Theo tác giả Doorenbos vá Kassam, (FAO, 1979) hệ số hoa màu của một số hoa màu có giá trị trong bảng sau: Bảng 2-1: Hệ số nhu cầu nớc (Kcr) của các loại cây trồng ở các giai đoạn phát triển khác nhau Các giai đoạn sinh trởng và phát triển Số TT Cây trồng Hình thành Phát triển cây Giữa vụ Cuối vụ Lúc thu hoạch Cả vụ 1 Bắp cải 0,40 -0,50 0,70-0,80 0,95 -1,10 0,90 -1,00 0,80 -0,95 0,70 -0,80 2 Cà chua 0,40 -0,50 0,70-0,80 1,05 -1,20 0,85 -0,95 0,70 -0,75 0,75 -0,9 3 Da chuột 0,40 -0,50 0,70-0,80 0,95 -1,05 0,85 -0,90 0,65 -0,75 0,75 -0,85 PET( Potential Evapotration Spration) Tốc độ bốc hơi tiềm năng Theo Jensen Haise ở Thái Lan thì PET đợc xác định bởi công thức: PET = 59 )08.0.025.0( + aS TQ [mm] (2-2). Trong đó: Qs: Bức xạ mặt trời tổng cộng trong giờ, ngày tuần hoặc tháng. Ta: Nhiệt độ trung bình trong giờ, ngày ,tuần hoặc tháng. 59: Lợng nhiệt cần thiết để bốc hơi 1mm nớc. Khi đó lợng nớc cần tới là: LNCT = WR. S .10 -3 - LNM (2-3). Trong đó: LNCT : Lợng nớc cần tới (m 3 ). S : Diện tích khu vờn cần tới (m 2 ). LNM : Lợng nớc ma trên diện tích S trong thời gian Ta. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thái Học - Lớp TĐH 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNN I - H Nội - 22 - Từ công thức 2-1, 2-2, 2-3 có: LNCT = WR. S .10 -3 - LNM = K cr . PET. S. 10 -3 - LNM = K cr . 59 )08.0.025.0( + aS TQ . S. 10 -3 - LNM Từ việc tính toán thiết kế động cơ bơm ta chọn bơm có công suất Q do vậy tuỳ thuộc vào nhiệt độ Ta, năng lợng bức xạ Qs ta có thời gian cho mỗi lần tới là: t = LNCT/Q = LNCT/ Q (h) (2-4). 2.2. Bố trí sơ đồ hệ thống tới phun ma và các thông số kỹ thuật 2.2.1. Cờng độ phun ma Cờng độ phun ma () là lợng ma rơi xuống một trong đơn vị thời gian (phút) trên một đơn vị diện tích mm 2 và đợc xác định theo công thức: = t h (mm/ph hay mm/h) (2-5). Trong đó: h- Bề dày lớp nớc tới phun đợc trong một đơn vị thời gian (phút hay giờ) trên một đơn vị diện tích (mm 2 ); t- Thời gian tới(ph, h); Theo sổ tay thuỷ khí của tác giả Hoàng Ngọc Bình, NXB Khoa học kỹ thuật (2000)[45] ta có thể tính toán cờng độ phun ma trung bình của máy hay vòi theo công thức: tron = F q 1000 ( mm/giờ) (2-6). Trong đó: tron - Cờng độ phun trung bình trong diện tích phun hình tròn (mm/giờ). q - Lu lợng trung bình của vòi phun hay máy phun ma(m 3 /giờ). - Hệ số phun ma hữu ích (0,8 - 0.95). F - Diện tích đợc hứng ma dới vòi hay máy phun ma. F = . R 2 (2-7). R: Bán kính phun(m) . . . hiệu quả và sẽ sớm đợc áp dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp nớc nhà và hoàn toàn phù hợp khi sử dụng phơng pháp tới này trong hệ thống sản xuất rau sạch. 1 .3. Vai trò của tự động hoá trong. đã đa tự động hoá công nghiệp đến việc áp dụng tự động hoá trong mọi mặt của xã hội loài ngời. Các hệ thống tự động hoá đã đợc chế tạo trên nhiều công nghệ khác nhau. Ta có thể thấy các thiết. hữu cơ với cả bộ servo với các thuật toán điều chỉnh PID tại chỗ và khả năng nối mạng số tới máy tính chủ. 1.4. ứng dụng của tự động hoá trong nông nghiệp Lịch sử hoàn thiện của công cụ và