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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2013.tde-12072013-082758
Documento
Autor
Nome completo
Marinaldo Ferreira Pinto
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2013
Orientador
Banca examinadora
Botrel, Tarlei Arriel (Presidente)
Marques, Patricia Angélica Alves
Mendonça, Fernando Campos
Paterniani, Jose Euclides Stipp
Souza, Adilson Pacheco de
Título em português
Desenvolvimento e avaliação de um sistema de filtragem com reversão de fluxo de alta frequência
Palavras-chave em português
Filtro de tela
Obstrução de emissores
Qualidade da água
Resumo em português
A obstrução de emissores tem sido um entrave para a microirrigação. Porém, tem-se notado poucos estudos relativos ao desenvolvimento de equipamentos que auxiliam na prevenção da obstrução de emissores nos últimos anos. Os estudos realizados nesta linha estão geralmente ligados à caracterização dos sistemas em uso. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um sistema de filtragem com reversão automática de fluxo, de alta frequência. O sistema foi concebido para operar com água de baixa qualidade, com inversão de fluxo e limpezas automáticas e com volume mínimo de água para realização das limpezas. As decisões do controlador do sistema de filtragem têm como base a perda de carga, obtida por meio de transdutores de pressão instalados na entrada e na saída do sistema. O protótipo final é composto, basicamente, por três filtros de tela e onze válvulas solenoides controladas eletronicamente. Determinou-se a curva de perda de carga em função da vazão, a eficiência de retenção e o volume mínimo de água para limpeza dos filtros. A eficiência de retenção de partículas foi determinada em delineamento experimental inteiramente aleatorizado em esquema fatorial, sendo testados três fatores: tempo de reversão (15 e 30 s); incremento da perda de carga (25 e 50%) e concentração de sólidos (500 e 1000 mg L-1). A eficiência de retenção de sólidos totais foi de 71,7 e 78,3% para as concentrações de 500 e 1000 mg L-1, respectivamente, tendo apresentado diferença significativa a 1% de probabilidade. Entretanto, a eficiência retenção de sólidos maiores que 50 ?m (Ed > 50) foi de 98,6 ± 0,7%, não sendo significante para nenhum dos tratamentos ao nível de significância de 1%. O volume médio de água despendido durante as limpezas foi de 5,39 L por limpeza, que representou um volume de água de limpeza por volume de água filtrada de 8,0 e 12,6 L m-3, para as concentrações de 500 e 1000 mg L-1, respectivamente. Os valores de eficiência energética do sistema de filtragem variaram de 80 a 90% para a vazão de 2 m3 h-1 com pressão de entrada entre 15 a 40 mca. As limpezas do sistema de filtragem não foram totalmente eficazes na retomada da perda de carga, com tendência de aumento com o tempo. A inversão de fluxo com frequências de 11,11 e 22,22 mHz influenciou na evolução da perda de carga do sistema de filtragem, tornando-a mais lenta que a evolução para o sistema funcionando sem inversão de fluxo. Considerou-se que o sistema de filtragem desenvolvido apresentou potencial para filtragem da água de irrigação com baixa qualidade, porém necessita de manutenções periódicas para limpeza do elemento filtrante. A perda de carga admissível do sistema de filtragem deve ser o valor mais restritivo entre o critério de desempenho de retenção de partículas e o de variação de vazão do sistema de irrigação.
Título em inglês
Development and assessment of filtration in irrigation system with high frequency reversal flow
Palavras-chave em inglês
Emitter clogging
Screen filter
Water quality
Resumo em inglês
Emitters clogging have been a barrier to trickle irrigation. Just a few studies have been performed concerning equipments which assist in preventing emitters clogging in recent years, especially regarding to development equipment. Studies carried out on this issue are usually linked to the characterization of systems in use. The aim of this study was to develop a filtering system with automatic flow reversal of high frequency. The system is designed to operate with low quality water, with reverse flow and automatic cleanings and with minimum volume of water to perform the cleaning. Decisions by the controller of the filtration system are based on head loss, obtained by pressure transducers installed at the upstream and downstream of the system. The final prototype consists of three screen filters and eleven electronically controlled solenoid valves. The curve of head loss was determined as a function of water flow, retention efficiency and minimum volume of water required for cleaning the filters. The efficiency in particle retention was determined following a completely randomized experimental design in a factorial scheme in which three factors were tested: reversal time (15 and 30 s) increase in head loss (25 and 50%) and solids concentration (500 and 1000 mg L-1). The total solids retention efficiency was 71.7 and 78.3% for concentrations of 500 and 1000 mg L-1, respectively, presenting a significant difference at 1%. However, when analyzing the retention efficiency of solids larger than 50 ?m (Ed> 50), none of the treatments was significant at 1%, whose efficiency was 98.6 ± 0.7%. The mean volume of water expended during the cleaning was 5.39 L. It represented a volume of water for cleaning per volume of filtered water from 8.0 and 12.6 L m-3, to concentrations of 500 and 1000 mg L-1, respectively. The energy efficiency values of filtering system ranged from 80 to 90% considering flow rate of 2 m3 h-1 and inlet pressure ranging from 15 to 40 mca. The filtering system cleaning was not totally effective in reestablishing the head loss, with an upward trend over time. The reverse flow with frequency of 11.11 and 22.22 mHz influenced the head loss evolution of the filtration system, making it slower than the trend for the system running without flow reversal. The developed filtration system has potential for filtering low quality irrigation water, but it requires periodic maintenance to clean the filter element. The allowable head loss of the filter system should be the most restrictive value between the criterion of particle retention performance and the flow variation of the irrigation system because of the increase in head loss in the filters.
 
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Data de Publicação
2013-07-23
 
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