NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TƯỚI PHUN SƯƠNG CỦA NHÀ GIÂM HOM CÂY GIỐNG LÂM NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG TƢỚI PHUN SƢƠNG CỦA NHÀ GIÂM HOM CÂY GIỐNG LÂM NGHIỆP Lê Xuân Phúc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam TÓM TẮT Nhu cầu giống chất lượng cao cho trồng rừng nước ta ngày lớn Phương pháp giâm hom phù hợp với điều kiện Việt Nam để đáp ứng yêu cầu đảm bảo hiệu cao Nghiên cứu có chưa đầy đủ đồng cho thiết kế nên chất lượng tưới nước phun sương nhà giâm hom (NGH) nước chưa đảm bảo yêu cầu công nghệ, làm giảm nhiều tỷ lệ hom rễ chất lượng hom, tăng chi phí sản xuất, Bằng thực nghiệm kết hợp lý thuyết, chọn được: loại vòi phun thích hợp cho công nghệ giâm hom (Coolnet C20 với đầu phun), xác định thông số hệ thống phun sương (áp suất phun 3,5- 3,6 kG/cm2, khoảng cách vòi phun 65 cm, chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm 30 cm), phương pháp xác định số vòi phun tối đa nhánh phun lựa chọn máy bơm để đạt chất lượng tưới tốt với chi phí hợp lý Kết sở khoa học cho tính toán thiết kế, lắp đặt hệ thống tưới phun sương NGH lâm nghiệp nhằm khắc phục tồn Từ khoá: Hệ thống tưới nước phun sương, Vòi phun, Máy bơm, Môi trường giâm hom MỞ ĐẦU Chất lượng giống định lớn đến suất, chất lượng rừng Phương pháp nhân giống hom cành (giâm hom) đảm bảo tính di truyền đầy đủ từ mẹ, hệ số nhân cao, không cần thiết bị đại đầu tư lớn nên phổ biến giới áp dụng rộng rãi nước ta Khả rễ phát triển hom phụ thuộc nhiều vào độ ẩm không khí giá thể môi trường giâm hom (MTGH) Hệ thống tưới phun nước dạng sương mù đặc biệt quan trọng việc tạo độ ẩm MTGH phù hợp để cung cấp nước cho hom, giảm nhiệt độ MTGH nắng nóng, chống khô héo cho hom giâm Nhiều loại nhà kính thử nghiệm giâm hom lâm nghiệp song hiệu thấp tỷ lệ hom rễ không cao, chi phí thiết bị chi phí sản xuất lớn song không tạo môi trường phù hợp theo yêu cầu công nghệ Ở Việt Nam, nhiều NGH nghiên cứu, xây dựng song việc thiết kế, lắp đặt hệ thống tưới với thông số kết cấu chế độ sử dụng, khác nhau, chưa theo tiêu chuẩn thống nhất, chất lượng tưới phun thấp, chưa tạo MTGH thuận lợi cho trình rễ sinh trưởng hom Các nhược điểm hệ thống phun sương: độ tơi mịn hạt nước (độ phun tơi) thấp, chênh lệch lớn lượng nước tưới mặt luống giâm hom, thừa nước làm úng giá thể, lượng nước phun luống nhiều, loại bơm không phù hợp với hệ thống phun gây lãng phí lớn chi phí thiết bị máy, điện năng, Một số thiết bị phun sương chất lượng cao (Đài Loan, Ixraen, ) thử nghiệm cho hệ thống tưới nông nghiệp đạt kết tốt song chưa kiểm nghiệm, đánh giá phù hợp với công nghệ giâm hom lâm nghiệp Việt Nam Bởi vậy, việc nghiên cứu bổ sung sở khoa học cho tính toán thiết kế, ứng dụng công nghệ, thiết bị mới, lắp đặt hệ thống tưới phun sương NGH để nâng cao chất lượng tưới nước, giảm chi phí cần thiết có ý nghĩa thực tiễn cao NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢU Nội dung nghiên cứu - Xác định thông số kỹ thuật xây dựng đặc tính thực nghiệm số loại vòi phun sương làm sở chọn loại vòi phun thông số kỹ thuật phù hợp cho hệ thống tưới - Xác định thông số kỹ thuật nhánh phun sương luống giâm hom - Xác định thông số chính, chế độ làm việc máy bơm hệ thống tưới Phƣơng pháp nghiên cứu Xác định thông số kỹ thuật xây dựng đặc tính thực nghiệm số loại vòi phun sương Loại vòi phun áp suất phun thích hợp cho hệ thống tưới NGH lựa chọn đảm bảo yêu cầu: độ tơi mịn cao, chênh lệch lượng tưới thấp, tiết kiệm nước; bán kính phun phù hợp với bề rộng luống giâm hom (BL) phổ biến sản xuất Căn lựa chọn dựa đặc tính sau vòi phun theo trình tự sau: - Quan hệ độ tơi mịn hạt nước - áp suất phun, bán kính phun - áp suất phun Rf = f(p), lưu lượng phun – áp suất phun q = f (p) → chọn loại vòi phun, áp suất phun tối thiểu (pmin) cho thí nghiệm - Quan hệ chênh lệch lượng nước tưới ∂q1 diện tích phun vòi phun áp suất phun: ∂q1 = f (p) → chọn áp suất phun thích hợp (p0) cho loại vòi phun đảm bảo ∂q1 đủ nhỏ áp suất phun không lớn để tiết kiệm chi phí công suất máy bơm điện Các đặc tính thông số nêu thường không cung cấp Nhà sản xuất, phải xác định thực nghiệm Xác định thông số kỹ thuật vòi phun thực nghiệm: Sơ đồ thí nghiệm xác định thông số để xây dựng đặc tính vòi phun hình 1, khu vực thí nghiệm che kín để tránh sai số ảnh hưởng gió, điều chỉnh van để tạo áp suất phun theo yêu cầu từ thấp lên cao trình thí nghiệm - Xác định áp suất phun tối thiểu (pmin) cho trình thí nghiệm cách tăng dần áp suất phun quan sát trình phun, so sánh mức độ phun tơi thành sương mù chùm tia phun với hệ thống phun sương thông thường có sản xuất để chọn pmin - Xác định độ phun tơi phương pháp phân tích ảnh chụp, kết hợp xác định cỡ hạt nước phun kính, so sánh với cỡ hạt nước phun khoảng áp suất phun 3,5 ÷ 4,0 kG/cm2 vòi phun Coolnet (kích thước hạt nước khoảng từ 30 – 90 μm [10] ) 10 40 cm Hình Sơ đồ thí nghiệm xác định thông số kỹ thuật vòi phun Y 31 a = 10 cm R10 = 10 cm R20 = 20 cm Rn = Rn-1 + 10 cm 32 30 29 28 27 7 R70 26 25 24 10 12 22 13 21 20 14 19 18 16 17 15 R60 X R50 R40 11 23 R80 R30 R20 1- Bể nước chìm 2- Ống hút bơm, 3- Đường xả nước bể chứa 4,7- Van điều chỉnh áp suất, 5- Máy bơm 6- Ống trục PVC D34 8- Cốc thu nước rơi 9- Trụ phun vòi phun sương 10- Đồng hồ đo áp suất thủy lực R10 Y - Xác định bán kính phun lớn ( Rf ) áp suất phun p > pmin dựa vệt nước rơi mặt phẳng thí nghiệm - Xác định lưu lượng phun (q) áp suất phun (p): thu toàn lượng nước phun đơn vị thời gian - Xác định chênh lệch lượng tưới ∂q1 cách sử dụng cốc nhựa hình côn đồng kích thước để thu nước rơi Các cốc xếp mặt phẳng giao điểm vòng tròn đồng tâm có bán kính cách 10 cm với tâm chân trụ phun tia bán kính qua tâm cách góc (hình 1) So sánh lượng nước thu cốc toàn ô thí nghiệm Chênh lệch lượng tưới lớn ∂q1 toàn vòng tròn phun bán kính Rf vòi phun áp suất p ≥ pmin theo công thức: n ∂q1 = 100 (qi - qTB) max /qTB (%), với: qTB = (  qi )/n (ml) (1) qi (ml): lượng nước thu cốc, n: tổng số cốc thu nước vòng tròn phun qTB (ml): lượng nước trung bình cốc tính tổng cốc vòng tròn Rf Vòi phun sương sử dụng thí nghiệm gồm loại (hình 2) hbau 280 hhom hp 130 600 Hình 2: Các loại vòi phun sương 1.Vòi phun sương kiểu tán đập (VP1): thông dụng lâm nghiệp sở tư nhân Việt Nam sản xuất 2.Vòi phun sương kiểu dòng xoáy PS.97 (VP2): thông dụng nông nghiệp - sản phẩm đề tài KHCN cấp Nhà nước – Viện KH Thủy lợi 3.Vòi phun sương kiểu tán đập (VP3): Đài Loan 4.Vòi phun Coolnet C20 (VP4): hãng Netafim (Ixraen) sản xuất Vòi phun Coolnet C30 (VP5): hãng Netafim (Ixraen) sản xuất Xác định thông số kỹ thuật nhánh phun sương luống giâm hom Kết cấu luống giâm hom thông dụng mô tả hình Hình Kết cấu luống giâm hom thông dụng cải tiến nhánh tưới phun sương [5] 1- Rãnh thoát nước, 2– Ống thoát nước, 10 3- Thành luống giâm hom (xây gạch); 4- Khung thép vòm che (thép D8), mặt phủ nilon suốt 5- Cáp nilon, 6- Thanh định vị khung vòm 7- Vòi phun sương, 8- Trụ phun sương, 3-4% 9- Trục nhánh phun sương, 10- Ống phân phối khí (thông gió nóng lạnh) – có NGH quy mô sản xuất công nghiệp 110 với thông số MTGH điều khiển 1300 tự động Hom giâm trực tiếp bầu đất có vỏ mềm túi nilon Loại bầu ươm chủ yếu có đường kính ÷ cm, chiều cao 10 ÷ 11 cm [4], [7] Một số thông số kỹ thuật luống giâm hom tiêu chuẩn áp dụng sản xuất: bề rộng luống 1,1 ÷ 1,3 m, chiều dài luống ÷ 20 m Hệ thống tưới phun sương máy bơm điện vòi phun sương VP1, khoảng cách vòi phun 9,0 ÷ 1,2 m, chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm 20 ÷ 30 cm Các thông số gồm: - Khoảng cách vòi phun liên tiếp nhánh tưới (Lp) - Chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm (hp) - Số vòi phun tối đa cho phép nhánh phun (nmax) tương ứng với loại ống dẫn Tiêu chí lựa chọn: - Lựa chọn Lp, hp đảm bảo chênh lệch lượng tưới phun ∂q2 mặt luống giâm hom áp suất phun p0 nhỏ cho phép - Lựa chọn nmax tương ứng với Lp, hp, p0 đảm bảo chênh lệch lưu lượng phun q vòi phun toàn nhánh tưới phạm vi cho phép Tính toán xác định thông số nhánh phun: - Xác định khoảng cách vòi phun lý thuyết nhánh tưới (Lmax) tương ứng với áp suất phun p0, bán kính phun Rf, bề rộng luống BL nhằm đảm bảo toàn diện tích lòng luống giâm hom tưới phun [4] (hình 4) l3 T©m vßi phun b O a m K c Hình 4: Phương pháp xác định khoảng cách vòi phun lý thuyết nhánh tưới O1 N D DiÖn tÝch tuíi lÆp Luèng gi©m hom Lmax = OO1 = (OM2 - MK2)1/2 = (Rf2 - BL2/4)1/2 = (4Rf2 - BL2) ½ (m) (2) - Xác định số vòi phun tối đa cho phép nhánh tưới (nmax) dựa lý thuyết tính toán tổn thất áp suất thủy lực Sơ đồ tính toán hình phương pháp tính toán sau: po qo F l3 E l3 L4 D nqo Q (n-1)qo 2qo qo (n-1) n L Hình 5: Sơ đồ phân bố lưu lượng nhánh phun luống giâm hom Các thông số chọn tính toán: - Áp suất phun vòi phun cuối nhánh (thứ n): p0 - Chênh lệch áp suất phun cho phép vòi phun đầu cuối nhánh [∆p] - Khoảng cách vòi phun không đổi l - Trục nhánh phun đồng loại ống dẫn đường kính ống (d) Loại ống dẫn phổ biến hiệu thuận tiện cho hệ thống tưới nông lâm nghiệp ống uPVC với cỡ ống tiêu chuẩn tối thiểu có đường kính x độ dày = d x b = 21 x 1,5 mm Trong hệ thống phun sương (hình 7) sử dụng ống uPVC, lưu lượng phun vòi phun nhỏ, tốc độ dòng chảy ma sát đoạn ống dẫn không lớn nên xem dòng chảy đoạn ống chảy tầng, bỏ qua tổn thất cục dòng chảy phân nhánh vòi phun có lưu lượng phun q0 Áp suất thủy lực (ASTL) đầu nhánh phun (mặt cắt D) phải thỏa mãn: p1 = pD = ΔpDE + ΔpEF + p0 = Δp4 ΔpEF: Tổn hao ASTL đoạn trụ phun vòi phun thứ n (có đường kính d, chiều dài l 4): ΔpEF = Δp5 ΔpDE: Tổn hao ASTL đoạn trục nhánh tưới DE Tổn thất ASTL dọc đường đoạn ống l: hd = λ.l.v2/ (2.d.g) = λ l q2/ [ (3,14)2g.d5 ] (mH2O) Với: v : Vận tốc dòng chảy trung bình ống: v = 4.q/ (3,14 d2) (m/s) l : Chiều dài đoạn ống (m) d : Đường kính ống (m) Re: Trị số Raynon Re = v.d /√ = 4.q/ ( 3,14.d.√ ) √ : Hệ số nhớt động học nước (phụ thuộc nhiệt độ nước) Với nhiệt độ nước tưới trung bình 250C → √ = 0,9* 10-6 (m2 /s) λ : hệ số ma sát thủy lực, dòng chảy tầng: λ = 64/ Re = 50,24 d.√ / q Trên đoạn ống dẫn nhánh phun có lưu lượng nước chảy qua (qi) hệ số ma sát dòng chảy (λiqo) khác nên chênh lệch áp suất điểm D E tính: n Δp4 = ΔpDE = / [ 3, 14  {8.λ iqo l qiqo g.d ]} i 1 Căn giản đồ phân bố lưu lượng nước đoạn ống (hình 5) xác định được: Δp4 = 8.l3 q02 [(λq0 + λ2q0 + λ3q0 + … + n2 λ nq0] / [(3,14)2.g.d35] (3) Số vòi phun tối đa nhánh tưới thỏa mãn điều kiện: Δp4 = ΔpDE ≤ [Δp] (mH2O) (4) - Xác định khoảng cách vòi phun thích hợp (Lp) thực nghiệm: Để lựa chọn Lp, xác định mức chênh lệch lớn ∂q2 lượng nước thu cốc lượng nước trung bình toàn cốc ô thí nghiệm (hình 6) với chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm mức trung bình phổ biến sản xuất, áp suất phun p0 số mức khoảng cách vòi phun L ≤ L max m ∂q2 = 100 (qi - qTB) max / qTB (%), với: qTB = (  qi ) / m (ml) (5) hp 3 10 1112 13 R 60+ R 50+ R 40+ R 30+ R 20+ R 10+ R0 R 10- R 20- R 30- R 40- R 50R 60- Hình Sơ đồ thí nghiệm xác định khoảng cách vòi phun nhánh tưới 1- Bể nước chìm, 2- Ống hút bơm, 3- Máy bơm (Hmax > 50 mH2O) với: kG/cm2 = 10 mH2O 4- Van điều chỉnh áp suất, 5- Cốc thu nước 6- Vòi phun Coolnet C20 7- Đồng hồ đo ASTL 8- Thành luống giâm hom b b b b b b b b b b b b Lp Lp qi (ml): lượng nước thu cốc, m: tổng số cốc ô thí nghiệm (2 Lp x BL ) qTB (ml): lượng nước trung bình cốc - Để lựa chọn hp: xác định mức chênh lệch lớn ∂q3 lượng nước cốc lượng nước trung bình toàn cốc ô thí nghiệm (theo hình 6) với khoảng cách vòi phun Lp , áp suất phun p0 số mức chiều cao vòi phun h ≥ h = (hhom + 10) cm hmin: chiều cao vói phun tối thiểu theo phương thẳng đứng so với mặt bầu ươm hhom : chiều cao hom so với mặt bầu ươm (phổ biến 10 cm) Xác định thông số chính, chế độ làm việc máy bơm hệ thống tưới * Lựa chọn máy bơm dựa thông số kỹ thuật - Áp suất bơm (cột áp) Pb (mH2O, kG/cm2) đảm bảo áp suất phun p0 vòi phun xa nhất: Pb ≥ ( p0 + ∆p max ) (6) ∆p max : tổn hao áp suất thủy lực đường ống dẫn tính từ bơm đến vòi phun xa nhất, - Lưu lượng cấp bơm Qb (lit/giờ, m3/giờ) tương ứng với cột áp Pp: Qb ≥ Nvp q0 (7) Nvp : tổng số vòi phun hoạt động đồng thời hệ thống: Nvp = m.n q0 m : số nhánh phun, n : số vòi phun/ nhánh * Xác định chế độ làm việc máy bơm có qua số vòi phun tối đa cho phép hoạt động đồng thời hệ thống tưới phun xác định: Nvp = ≤ Qb / q0 (8) ∆pmax xác định thực nghiệm Trong hệ thống tưới phun sương sử dụng ống dẫn nhựa uPVC lắp ghép yêu cầu kỹ thuật: ∆pmax ≈ 0,3 ÷ 0,4 kG/cm2 ∆pmax xác định theo lý thuyết thủy lực học dựa sơ đồ tính toán hình F D C l3 E D l2 C D A l2 i1 B L1 D i2 Hình Sơ đồ nguyên tắc kết cấu tính toán áp suất thủy lực hệ thống tưới phun sương nhà giâm hom AB- Trục (ống uPVC D34), BC- Trục phân phối (ống uPVC D34) CD- Cụm van khóa điều chỉnh áp suất DE- Trục nhánh tưới (ống uPVC D21) EF- Trụ phun (ống thép mạ kẽm D15) ∆pmax= ΔpAB + ΔpBC + ΔpCD+ ΔpDE + Δp EF = Δp1 + Δp2 + Δp3 + Δp4 + Δp5 (mH2O) (9) Δp1, Δp2, Δp3, Δp4, Δp5 : Tổn thất áp suất thủy lực (ASTL) đoạn AB, BC, CD, DE, EF Căn lựa chọn bơm xác định chế độ làm việc bơm: dựa đường đặc tính lưu lượng – áp suất: Qb = f (Pb) bơm nhà sản xuất cung cấp xác định thực nghiệm theo sơ đồ thí nghiệm hình 5 Hình Sơ đồ thí nghiệm xác định đặc tính máy bơm thực nghiệm 1- Bể nước chìm, 2- Ống hút bơm, 3- Van điều chỉnh áp suất, 4- Máy bơm thí nghiệm, 5- Đồng hồ đo áp suất thủy lực –Thùng chứa (kèm cốc đo lưu lượng) (hoặc bể chứa kèm thước đo thể tích) Máy bơm nước nghiên cứu thí nghiệm gồm loại sử dụng điện áp pha, công suất (1,5 Hp), khác cấp cột áp cực đại (Hmax) theo tiêu chuẩn (hình 9) Hình 9: Các loại máy bơm nghiên cứu thí nghiệm 1- Bơm B1: 220V, 1,5 Hp, Hmax = 52 mH2O 2- Bơm B2: 220V, 1,5 Hp, Hmax = 33 mH2O 3- Bơm B3: 220V, 1,5 Hp, Hmax = 22 mH2O Ghi chú: kG/cm2 = 10 mH2O KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU & THẢO LUẬN Xác định thông số kỹ thuật xây dựng đặc tính thực nghiệm số loại vòi phun sương Kết nghiên cứu xác định đặc tính làm việc loại vòi phun hình 10, 11 số thông số kỹ thuật sau: Quan hệ lưu lượng áp suất phun loại vòi phun 160 VP2 VP1 VP5 VP3 VP4 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 Áp suất phun (kG/cm2) VP1 : Vòi phun sương tán đập VN VP3 : Vòi phun dòng xoáy PS97 VP5 : Vòi phun Coolnet C30 VP2: Vòi phun sương tán đập Đài Loan VP4 : Vòi phun Coolnet C20 Luu lượng nước phun (lit giờ) Bán kính phun (cm) Quan hệ bán kính phun áp suất phun Rf = f (p) 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 140 120 VP2 VP3 100 80 VP1 60 VP5 40 20 VP4 - 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 Vòi phun VP Vòi phun VP Vòi phun VP Vòi phun VP 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 Vòi phun VP Áp suất phun (kG/cm2) Hình 10: Quan hệ bán kính phun Hình 11: Quan hệ lưu lượng nước phun áp suất phun vòi phun áp suất phun vòi phun - Áp suất phun tối thiểu đảm bảo độ phun tơi vòi phun PS 97 thấp nhất, 1,6 kG/cm2, vòi phun VP1, VP2 1,8 kG/cm2 Vòi phun Coolnet bắt đầu phun áp suất 2,6 kG/cm2 áp suất phun 3,0 kG/cm2 độ phun tơi đạt mức lớn - Mức tăng lưu lượng phun theo áp suất vòi Coolnet C20 C30 ít, song mức tăng vòi phun VP1, VP2 VP3 lớn Lưu lượng phun vòi Coolnet C20 thấp (khoảng 20 lít/giờ), vòi phun Coolnet C30: 30 lít/ giờ, vòi phun VP1 tới 80 lit/giờ (gấp lần vòi phun Coolnet C20), vòi phun Đài Loan (VP2) tới 120 lit/giờ - Bán kính phun loại vòi phun tán đập (VP1, VP2) tăng lên nhanh theo áp suất phun sau lại giảm nhanh đạt lớn khoảng 105 cm Với bề rộng luống giâm tiêu chuẩn (BL = 110 ÷ 130 cm), sử dụng loại vòi phun này, lượng nước phun luống nhiều Chùm tia phun vòi phun VP3 dạng hình nón với đáy phía nên không phù hợp với luống giâm hom có vòm nilon chùm tia bị nilon cản lại ngưng tụ thành dòng chảy Bán kính phun vòi phun Coolnet tăng theo áp suất phun gần không tăng áp suất phun vượt mức 3,5 ÷ 3,6 kG/cm2 bán kính phun tối đa đạt 80 ÷ 82 cm Do cần phải tạo độ ẩm không khí cao MTGH để chống nước cho hom giâm, luống giâm hom có vòm nilon bao phủ để giữ ẩm giá thể tưới đủ độ ẩm cần thiết trước giâm hom nên lượng nước tưới phun định kỳ cần để bù lượng ẩm trình bay qua khe hở vòm nilon chống úng nước giá thể Bởi vậy, loại vòi phun Coolnet C20, C30 phù hợp cho hệ thống tưới phun tạo ẩm giảm nhiệt độ cho MTGH NGH công nghiệp có hệ thống điều tiết tiểu khí hậu điều khiển tự động Loại vòi phun Coolnet C20 tiết kiệm nước nên chọn cho nghiên cứu Kết khảo sát đặc tính vòi phun Coolnet loại đầu phun hình 12, 13, 14: 30 30.0 29 28 27 20.0 26 10.0 25 24 10 23 11 12 22 21 13 20 19 Đường R40 Đường R70 18 16 15 17 Đường R50 Đường R80 14 Đường R60 Lượng tưới / đơn vị diện tích (ml) 31 3240.0 40 35 30 25 20 15 10 Góc Vòng bán kính R40 Vòng bán kinh R80 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Vòng bán kính R50 Vòng bán kính R60 Vòng bán kính R70 Hình 12: Hình 13: Biên dạng phun vòi phun Độ không lượng tưới phun theo phương bán kính phun Coolet C20 C30 (Vòi phun C20, áp suất phun p0 = 3,6 KG/cm2) - Phân bố lượng nước tưới đơn vị diện tích tập trung chủ yếu vùng bán kính R25 ÷ R55 cm xa tâm vòi phun, lượng tưới giảm - Khi tăng áp suất phun, chênh lệch lượng tưới vùng bán kính nhỏ - Biên dạng vệt nước rơi mặt phẳng ngang hình hoa thị, lắp đặt cần xoay vòi phun liên tiếp nhánh tưới lệch với góc 450 (hình 15) để làm lượng tưới mặt luống giâm hom 30 25 Hình 14 Quan hệ lượng phun trung bình đơn vị diện tích bán kính phun áp suất phun khác (vòi phun Coolnet C20) 20 15 10 R10 R20 R30 R40 R50 R60 Áp suất phun 3,0 kG/cm2 Áp suất phun 3,2 kG/cm2 Áp suất phun 3,4 kG/cm2 Áp suất p =3,6 kG/cm2 Áp suất phun 3,8 kG/cm2 Áp suất phun 4,0 kG/cm2 2 Bán kính phun R (cm) Hình 15: Sơ đồ bố trí vòi phun Coolnet luống giâm hom Lp R80 3 R70 1,3m Lượng phun đơn vị diện tích q (ml) 35 Lp 1- Vòi phun, 2- Biên dạng tưới phun, 3- Hướng tia phun 4- Thành (bờ) luống GH; 5- Vùng tưới lặp vòi phun Lp - Khoảng cách hai vòi phun Hình 16: cho thấy, sử dụng vòi phun Coolnet C20, không nên tăng áp suất phun 3,5 ÷ 3,6 kG/cm2 đảm bảo độ phun tơi cần thiết, chênh lệch lượng tưới giảm chi phí công suất máy bơm, điện tăng lên nhiều giảm khả tưới phun bơm Chênh lệch lượng tưới vòng tròn phun ∂q1 (%) 130 120 110 Hình 16 Quan hệ chênh lệch lượng tưới đơn vị diện tích toàn diện tích phun áp suất phun (Vòi phun Coolnet C20) 100 90 80 70 60 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 Áp suất phun (kG/cm2) Xác định thông số nhánh phun sương luống giâm hom: Kết xác định sau: Khoảng cách vòi phun (Lp) chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm (hp): Khi sử dụng vòi phun Coolnet C20 áp suất p0 = 3,5 ÷ 3,6 kG/cm2, bán kính phun Rf ≈ 75 cm bề rộng luống giâm BL = 130 cm, theo công thức (2), khoảng cách vòi phun tối đa theo lý thuyết: L max ≈ 75 cm, chênh lệch lượng tưới mặt luống giâm hom tương ứng với mức khoảng cách vòi phun: Lp = 50, 55, 60, 65, 75 cm mức độ cao vòi phun hp = 20, 25, 30, 35, 40 xác định thực nghiệm nêu hình 17 18 Chênh lệch lượng tưới ∂q3 (%) Chênh lệch lượng tưới ∂q2 (%) 85 80 75 70 65 60 55 50 55 60 65 70 75 Khoảng cách vòi phun Lp (cm) 75 70 65 60 55 50 20 25 30 35 40 Độ cao vòi phun hp (cm) Hình 17 Quan hệ chênh lệch lượng tưới Hình 18 Quan hệ chênh lệch lượng tưới mặt luống giâm hom khoảng cách vòi phun mặt luống giâm hom độ cao vòi phun (Vòi Coolnet C20, p = 3,6 kG/cm2, hp = 30 cm) (Vòi Coolnet C20, p = 3,6 kG/cm2, Lp = 65 cm) - Khi giảm khoảng cách vòi phun (Lp) tăng chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm (hp), chênh lệch lượng tưới phun ∂q2, ∂q3 mặt luống giâm hom giảm - Không nên giảm Lp mức 65 cm (vì số lượng vòi phun luống tăng lên, làm tăng chi phí chế tạo lắp đặt chi phí sản xuất chênh lệch lượng tưới phun giảm không đáng kể) - Không nên tăng hp 30 cm (vì thể tích không gian MTGH tăng lên làm tăng chi phí công suất thiết bị chi phí lượng cho việc điều tiết nhiệt độ MTGH mùa lạnh) Số vòi phun tối đa nhánh tưới phun: Kết nghiên cứu, tính toán xác định độ chênh lệch áp suất phun nhánh tưới theo số vòi phun bảng với thông số tính toán sau: - Đường kính ống dẫn trục nhánh phun uPVC D21: d3 = 17 10-3 m - Khoảng cách vòi phun l3 = Lp = 0,65 m - Lưu lượng phun vòi phun Coolnet C20: q0 = 20 lít/giờ - Nhiệt độ nước tưới trung bình 250C: √ = 0,9* 10-6 (m2/s) - Chênh lệch áp suất phun cho phép [Δp] vòi phun thứ vòi phun thứ n (cuối nhánh) chọn tùy theo yêu cầu chênh lệch lưu lượng phun vòi phun dải áp suất phun đảm bảo độ phun tơi (p ≥ p0) hình 11 công thức (3) Δp4 = 8.l3 q02 [(λq0 + λ2q0 + λ3q0 + … + n2 λ nq0] / [(3,14)2.g.d35] ≤ [Δp] Bảng Quan hệ số vòi phun nhánh tưới chênh lệch áp suất phun Số vòi phun 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 nhánh phun (n) Chênh lệch áp suất phun nhánh 0.38 0.49 0.61 0.74 0.89 1.05 1.23 1.41 1.62 1.83 2.06 (mH2O) Chênh lệch áp suất phun nhánh 0.04 0.05 0.06 0.07 0.09 0.11 0.12 0.14 0.16 0.18 0.21 (kG/cm2) Theo kết thực nghiệm quan hệ lưu lượng phun - áp suất phun vòi Coolnet C20, mức áp suất phun 3,4 3,6 kG/cm2 (chênh 0,2 kG/cm2), lưu lượng phun tương ứng: 19,50 20,18 lít/giờ, mức chênh lệch 3,4 % số vòi phun tối đa nhánh phun chọn 15 19 Xác định thông số chính, chế độ làm việc máy bơm hệ thống tưới Đăc tính quan hệ lưu lượng cấp Qb áp suất đẩy Pb Từ đặc tính thực nghiệm loại máy bơm công suất (hình 19) cho thấy: - Khả tạo áp suất loại khác Bơm có thông số Hmax lớn, tạo áp suất cửa đẩy cao Quan hệ lưu lượng cấp Qb áp suát đẩy Pb loại bơm nước Lưu lượng ( lít /giờ ) 12000 11000 10000 Bơm B1: 220 V / 1,5 Hp Hmax = 22 mH2O 9000 8000 Bơm B2: 220 V / 1,5 Hp Hmax = 33 mH2O 7000 6000 A E 5000 Bơm B3: 220 V / 1,5 Hp Hmax = 52 mH2O B 4000 3000 D 2000 1000 C 4.6 4.4 4.2 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 Áp suất (kG/cm2) Hình 19: Quan hệ lưu lượng cấp bơm áp suất đẩy Qb = f (Pb) - Quan hệ Qb = f(Pb) nghịch biến, độ tơi mịn hạt nước chưa đạt áp suất phun thấp, cần khóa bớt nhánh phun để giảm số vòi phun hoạt đồng thời → áp suất phun vòi phun lại tăng lên Cùng mức gia tăng áp suất ∆Pb nhau, lưu lượng cấp bơm B3 giảm lưu lượng bơm B1 giảm nhiều So sánh bơm B2 B3, cần bơm hoạt động vùng Pb > PE → sử dụng bơm B3 hiệu bơm B2 ngược lại Khi sử dụng loại vòi phun kiểu tán đập kiểu dòng xoáy (VP1, VP2, VP3), để đảm bảo độ phun tơi sương mù cần thiết, cần áp suất phun p0 = 1,6 ÷ 1,8 kG/cm2, áp suất đẩy bơm cần 1,9 ÷ 2,0 kG/cm2 Từ đường đặc tính Qb = f(Pb) cho thấy sử dụng bơm B2 cho lưu lượng cấp Qb = QA lớn nghĩa cho phép nhiều vòi phun hoạt động đồng thời tiêu thụ công suất điện bơm B1, B3 Khi sử dụng vòi phun Coolnet C20, áp suất phun p0 = 3,5 ÷ 3,6 kG/cm2 → bơm cần tạo áp suất 3,8 ÷ 3,9 kG/cm2 nên có bơm B3 đáp ứng yêu cầu Lựa chọn máy bơm cho hệ thống phun sương Với hệ thống phun sương cụ thể, thông số kỹ thuật chủ yếu bơm (Pb, Qb) cần đạt tính theo công thức (6) (7) - Lưu lượng bơm có số vòi phun làm việc tối đa Nvp : Qb = Nvp.q0 (lít/ giờ) - Áp suất đẩy cần thiết bơm tương ứng với Qb: Pb = p0 + Δpmax (kG/cm2, mH2O) - Xác định tọa độ điểm X0 (Pb, Qb) đồ thị đặc tính Qb = f(Pb) nhiều bơm khác Loại bơm chọn thích hợp phải có đường đặc tính qua X0 nằm phía gần điểm X0 Xác định số vòi phun tối đa cho phép hoạt động đồng thời với loại bơm có - Xác định áp suất cần thiết bơm hệ thống: Pb = p0 + Δpmax - Xác định điểm D đồ thị đặc tính Qb = f(Pb) có PD = Pb giá trị Qb = QD (hình 19) - Số vòi phun tối đa cho phép hoạt động đồng thời với bơm có: Nvp = ≤ QD/ qo Khi sử dụng bơm B3 nêu cho hệ thống phun sương nhà giâm hom với loại vòi phun Coolnet C20, để đảm bảo chất lượng tưới, số vòi phun tối đa cho phép hoạt động đồng thời khoảng 125 vòi KẾT LUẬN 1- Loại vòi phun Coolnet với đầu phun thích hợp cho hệ thống phun sương tạo ẩm làm mát không khí cho NGH lâm nghiệp tạo độ phun tơi cao tiết kiệm nước vòi phun Coolnet C20 phù hợp nhất, lượng tiêu thụ nước (20 lít/giờ) Áp suất phun thích hợp với vòi Coolnet C20 (để đạt chất lượng phun cao chi phí công suất máy điện hợp lý) từ 3,5 ÷ 3,6 kG/cm2 vòi phun liên tiếp nhánh phun cần lắp lệch góc 450 2- Hệ thống phun sương luống giâm hom sử dụng vòi Coolnet C20 cần dãy (1 nhánh) khoảng cách vòi phun thích hợp 65 cm, chiều cao vòi phun so với mặt bầu ươm 30 cm Chiều dài nhánh phun, tương ứng số vòi phun /một nhánh, cần hạn chế để đảm bảo đồng lượng tưới độ phun tơi toàn nhánh Nên sử dụng hệ thống ống dẫn chìm mặt NGH loại ống tiêu chuẩn uPVC chịu áp suất tối thiểu bar (tương đương 6,12 kG/cm2) để giảm chi phí 10 đầu tư tổn thấp áp suất thủy lực đường ống Trục nhánh phun cần cỡ ống D21, số vòi phun tối đa nhánh phun nên từ 15÷19 để chênh lệch lượng tưới vòi phun 5% 3- Máy bơm có cấp cột áp cực đại Hmax < 20 ÷ 22 mH2O không sử dụng cho hệ thống phun sương Máy bơm có Hmax = 30 ÷ 35 mH2O thích hợp cho hệ thống tưới phun sương không cần độ phun tơi lớn, sử dụng loại vòi phun sương kiểu tán đập (VP1, VP3) dòng xoáy (VP2) Hệ thống tưới phun vòi phun Coolnet C20 C30 hoạt động hiệu với loại máy bơm có cấp cột áp Hmax > 50 mH2O TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Bùi Hiếu, Lê Thị Nguyên (2004) Kỹ thuật tưới tiêu nước cho số công nghiệp, Nhà xuất Nông nghiệp 2- Lê Đình Khả, Dương Mộng Hùng (1988) Giáo trình cải thiện giống rừng 3- Lê Xuân Phúc (2007) Kết bước đầu nghiên cứu cải tiến nhà giâm hom giống lâm nghiệp Tạp chí khoa học lâm nghiệp số 2/2007 4- Lê Xuân Phúc CTV (2009) Nghiên cứu số giải pháp kỹ thuật nhắm cải thiện môi trường nhân giống rừng hom cành vùng chịu ảnh hưởng gió Lào gió mùa Đông Bắc Báo cáo tổng kết đề tài, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 5- Nguyễn Tài (2008), Thủy lực, Nhà xuất Xây dựng 6- Đại sứ quán Ixraen (2004) Kinh doanh nông nghiệp, hội hợp tác công ty Israen & Việt Nam 7- Trung tâm Nghiên cứu Giống rừng (2010) Báo cáo kết xác định dải biên độ thông số môi trường phù hợp cho giâm hom số loài rừng - Đề tài trọng điểm cấp Bộ ”Nghiên cứu công nghệ che sáng tưới phun tự động cho vườn ươm lâm nghiệp” 8- Gislerod, Hans R 1983 Physical conditions of propagation media and their influenceon the rooting of cuttings: The effect of the greenhouse environment on the temperature of propagation media Pant and soil 9- Hess, Charlers E and Snyder 1995 Interrupted mist found superior to constant mist in tests with cuttings 10- Netafim, Coolnet for evaporative cooling, humidifying, rooting and chemical applications Email: postmaster@netafim.com * website: www.netafim.com DEVELOPING A SYSTEM FOR MIST IRRIGATION IN THE CUTTING HOUSES Le Xuan Phuc Forest Science Institute of Vietnam SUMMARY In Vietnam there is an increasing demand of high quality genetically improved seedlings for forest plantation establishment Most seedlings are propagated as cuttings as this is a relatively simply technology which allows for efficient rapid production and can be undertaken at a local level by rural communities However there can by production issues which may prevent satisfactory production such as inadequate misting irrigation reducing the striking rate of cuttings leading to reducing seedling quality The results of testing various misting systems indicates that the Coolnet sprayer, Model C20, manufactured by Netafim, is suitable under Vietnam conditions when operated with spraying units at a spraying pressure of 3.5 to 3.6 kg/cm2 covering a width of 65 cm at a height of 30 cm Keywords: System of mist irrigation, Sprayer, Water pump, Cutting environment Ngƣ i thẩm định: TS Đoàn Văn Thu 11