Relationship between geometric characteristics of drippers and clogging dynamics

A obstrução de natureza física é ocasionada por partículas sólidas presentes em suspensão na água de irrigação e tem sido apontada como a mais comum entre os tipos de obstrução. A suscetibilidade dos gotejadores a problemas de obstrução é influenciada pela qualidade da água e por características geométricas do canal de escoamento do gotejador. Normalmente locais com baixa velocidade de escoamento, como as regiões de estagnação de fluxo e o centro de vórtices, proporcionam baixa capacidade de sustentação das partículas, o que favorece a sedimentação e acúmulo de sedimentos no canal, favorecendo a obstrução do emissor. Este trabalho teve como objetivo investigar a relação entre características geométricas de gotejadores e as características de escoamento no labirinto com seu desempenho hidráulico e a dinâmica da obstrução causada por partículas sólidas, a fim de adquirir fundamentos para suporte ao aprimoramento de geometrias de labirintos de emissores. Para isso foram projetados, desenvolvidos e avaliados dois grupos de protótipos de labirintos com características construtivas que conduzem a condições de escoamento distintas. No primeiro grupo os labirintos apresentaram escoamento uniforme (EU) apresentando geometria e características de escoamento que minimizam zonas de vórtice, comparando canais com diferentes seções de escoamento e ângulos de defletores. No segundo, os labirintos foram desenvolvidos para favorecer a formação de vórtices bem desenvolvidos (EV) por meio de alterações na altura dos defletores e na largura do canal. Alterações nos parâmetros construtivos dos labirintos resultaram em variações significativas na magnitude da perda de carga e no expoente de fluxo dos labirintos. Os emissores com características geométricas que favoreceram a formação de vórtices bem desenvolvidos apresentaram maior potencial de perda de carga e menores expoente de fluxo comparado aos emissores que permitem escoamento com características mais uniformes no canal. Em relação ao desempenho antiobstrução observou-se que a seção do canal foi um fator limitante, sendo que para ambas as etapas, emissores com largura de canal inferior a 0,8 mm, foram obstruídos rapidamente por partículas relativamente grandes. Por outro lado, os emissores com largura de canal igual ou superior a 1,0 mm não foram sensíveis à obstrução. Os resultados indicaram que a adoção dos vórtices bem desenvolvidos nos labirintos é benéfica do ponto de vista de desempenho hidráulico e antiobstrução pois permite a construção de labirintos com canais mais largos e mais curtos, além de não favorecerem a sedimentação de partículas ao longo do canal nas condições estudadas.Clogging of physical nature is caused by solid particles present in suspension in irrigation water and has been pointed out as the most common type of clogging. The susceptibility of the drippers to clogging problems is influenced by the water quality and geometric characteristics of the drip channel of the dripper. Usually low flow velocity sites, such as the regions of flow stagnation and the center of vortices, provide low particle support capacity, which favors sedimentation and sediment accumulation in the channel, favoring the emitter clogging. This study aimed to investigate the relationship between geometrical characteristics of drip and flow characteristics in the labyrinth with its hydraulic performance and dynamics of the clogging caused by solid particles in order to acquire fundamentals to support the enhancement of emitters labyrinth geometries. For this, two groups of labyrinth prototypes with constructive characteristics were designed, developed and evaluated that lead to different flow conditions. In the first group the labyrinths presented uniform flow (EU) presenting geometry and flow characteristics that minimize vortex zones, comparing channels with different flow sections and deflector angles. In the second the labyrinths were developed to favor the formation of well developed vortices (EV) by means of changes in the height of the baffles and the width of the channel. Changes in the constructive parameters of the labyrinths resulted in significant variations in the magnitude of the head loss and the exponent of flow of the labyrinths. The emitters with geometric characteristics that favored the formation of well developed vortices presented greater potential of head loss and smaller exponent of flow compared to the emitters that allow flow with more uniform characteristics in the channel. Regarding the anti-clogging performance, it was observed that the section of the channel was a limiting factor, and for both steps, emitters with channel width less than 0.8 mm, were obstructed by relatively large particles. On the other hand, the emitters channel width exceeding 1.0 mm were not sensitive to clogging. The results indicated that the adoption of well developed vortices in the labyrinths is beneficial from the point of view of hydraulic performance and anti-obstruction because it allows the construction of labyrinths with wider and shorter channels, besides not favoring the sedimentation of particles along the channel in the conditions studied