Head loss in thin-walled emitting-pipes for microirrigation

O objetivo deste trabalho foi investigar experimentalmente o fator de atrito e a perda de carga em tubos gotejadores colapsáveis com distintos dispositivos emissores operando sob diferentes pressões. Esse tipo de material vem ganhando mercado na irrigação de hortaliças e de outras culturas de ciclo curto, especialmente devido ao baixo custo. Utilizaram-se amostras de tubos colapsáveis com emissores contínuos soldados e emissores moldados na parede interna do tubo. Para determinar as equações de perda carga, utilizaram-se amostras de tubo com emissores vedados. Ajustaram-se equações em função da vazão e da carga de pressão na entrada do tubo e, alternativamente, ajustou-se a equação de Darcy-Weisbach, com o diâmetro expresso em função da carga de pressão por um modelo potencial. Analisou-se também a possibilidade de se utilizar um diâmetro médio na equação de Darcy-Weisbach. A investigação experimental indicou que o fator de atrito da equação de Darcy-Weisbach pode ser acuradamente descrito usando uma relação potência, semelhante à equação de Blasius, mas caracterizada por um coeficiente a = 0,3442 para o tubo Turbo Tape, e a = 0,3225 para o tubo Silver Tape. Para o tubo gotejador Rain-Tape, com emissores moldados, o fator de atrito calculado pela equação de Blasius deve considerar um coeficiente angular a = 0,3408. Para os modelos estudados, a influência da carga de pressão no diâmetro, para efeitos de cálculo da perda de carga, é pequena e pode ser desconsiderada. As duas abordagens, considerando a variação do diâmetro com a carga de pressão e considerando um diâmetro médio ótimo para o cálculo da perda de carga pela equação de Darcy-Weisbach, produzem resultados semelhantes, permitindo estimativas com erros negligenciáveis. Para os três modelos de tubos, os erros relativos em 95% das estimativas de perda de carga foram menores que 6,16%. Para o Turbo Tape, o diâmetro ótimo para fins de cálculo da perda de carga é 16,01 mm, sendo que o fabricante indica um valor de 15,9 mm. Já para o Silver Tape o diâmetro ótimo é 15,71 mm, enquanto o fabricante declara 16,22 mm. Para o Rain-Tape, o diâmetro ótimo é 16,40 mm, sendo que o fabricante indica 16,00 mm.The objective of this work was to investigate experimentally the friction factor and the head loss on thin-walled drip tapes with different emitting devices, operated under various pressures. Thin-walled drip tapes have been used for irrigation of vegetables and other short- cycle crops, especially due to their low cost. Models of commercial thin-walled drip tapes with continuous and molded labyrinths were evaluated. Non-perforated samples were used to determine the head-loss equations. The equations were adjusted as a function of flow rate and pressure head at the pipe inlet. Alternatively, the diameter in the Darcy-Weisbach equation was adjusted as a function of the pressure head by a power-law model. The possibility of using a mean diameter in the Darcy-Weisbach equation was also analyzed. Experimental investigation indicated that the friction factor in the Darcy-Weisbach equation can be accurately described using a power-law model, like the Blasius equation, but characterized by a coefficient a = 0,3442 for the Turbo Tape and a = 0,3225 for the Silver Tape. For Rain-Tape drip with molded emitters, the friction factor calculated by the Blasius equation can consider a coefficient a = 0,3408. The obtained values of a are larger than those generally used and available in the literature. The influence of the operating pressure on the pipe diameter can be neglected for the purpose of calculating the head loss. The two approaches, considering the variation of the diameter with the pressure head and considering an optimum average diameter for the calculation of head loss by the Darcy-Weisbach equation, produce similar results, allowing accurate prediction of head loss. Evaluating the proposed mathematical models, 95% of predictions presented relative errors of head loss smaller than 5%. For the Turbo Tape, the optimum diameter for the purpose of calculating the head loss is 16,01 mm, which is very close to the value indicated by its manufacturer (15,9 mm). For the Silver Drip, the optimum diameter is 15,71 mm, while the manufacturer gives a value of 16,22 mm. For Rain-Tape drip the optimum diameter is 16,4 mm, while the manufacturer gives a value of 16,0 mm