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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Luiz Ricardo Sobenko
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2019
Supervisor
Committee
Botrel, Tarlei Arriel (President)
Camargo, Antonio Pires de
Frizzone, Jose Antonio
Souza, Jorge Luiz Moretti de
Title in English
Development of sprinkler with adjustable orifice using iris-type mechanism for variable rate irrigation
Keywords in English
3D printing
Additive manufacturing
Precision irrigation
Water distribution patterns
Abstract in English
Variable rate irrigation intends to supply water identifying "when", "where" and "how much" should be apply, resulting in optimised use of water, increased crop productivity, energy saving and decreased nutrient leaching. Firstly, the concept of an adjustable orifice sprinkler using an iris mechanism actuated by a stepper motor for use in variable rate irrigation was proposed and developed. A prototype was manufactured using additive manufacturing techniques. Its operational characteristics were evaluated. To predict the flow rate, a deterministic model that represented the operation of the sprinkler was proposed and validated. Secondly, to verify the suitability of the water distribution patterns of prototype, rotating and fixed spray plate sprinklers (RSPSs and FSPSs, respectively) were attached to this, each equipped with two different deflector plates, to the mechanism. Tests indoors were performed. Mathematical overlaps were also performed for 2 and 3 m sprinkler spacing. The main results showed that: (1) The observed discharge coefficients varied according to the operating conditions, these being 0.530 when the orifice was fully opened and an average of 0.636 when the iris mechanism reduced the orifice section; (2) for the condition of a partially opened orifice, the phenomenon of jet inversion occurred causing the jet to become asymmetrical; (3) the simulated sprinkling uniformities of lateral line travel were 61.2-91.6% and 88.5-98.7% for FSPSs and RSPSs respectively under different sprinkler spacing conditions; (4) FSPSs presented high potential for surface runoff.
Title in Portuguese
Desenvolvimento de aspersor com orifício ajustável utilizando mecanismo tipo íris para uso em irrigação em taxa variada
Keywords in Portuguese
Impressão 3D
Irrigação de precisão
Manufatura aditiva
Padrões de distribuição de água
Abstract in Portuguese
A irrigação em taxa variada tem a intenção de fornecer água, identificando "quando", "onde" e "quanto" deve-se aplicar, resultando em uso otimizado da água, aumento da produtividade agrícola, economia de energia e diminuição da lixiviação de nutrientes. Primeiramente, o conceito de um aspersor de orifício ajustável usando um mecanismo tipo íris, acionado por um motor de passo, para uso em irrigação em taxa variada foi proposto e desenvolvido. Um protótipo foi fabricado usando técnicas de manufatura aditiva. Suas características operacionais foram avaliadas. Para predizer a vazão, um modelo determinístico que representa a operação do aspersor foi proposto e validado. Em um segundo momento, para verificar a adequação dos padrões de distribuição de água do protótipo, aspersores convencionais com placas defletoras rotativas e fixas (RSPSs e FSPSs, respectivamente) foram acoplados a este, cada um equipado com duas placas defletores diferentes, sendo que testes em laboratório foram realizados. Sobreposições matemáticas também foram realizadas para simular espaçamentos entre aspersores de 2 e 3 m. Os principais resultados mostraram que: (1) os coeficientes de descarga observados variaram de acordo com as condições de operação, sendo 0,530 quando o orifício foi totalmente aberto e um valor médio de 0,636 quando o mecanismo íris reduziu a seção do orifício; (2) para a condição de um orifício parcialmente aberto, ocorreu o fenômeno de inversão de jato, fazendo com que o jato se tornasse assimétrico; (3) as uniformidades de aplicação simuladas de linha lateral em operação foram 61,2-91,6% e 88,5-98,7% para FSPSs e RSPSs, respectivamente sob diferentes condições de espaçamento entre aspersores; (4) FSPSs apresentaram elevado potencial de escoamento superficial.
 
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Publishing Date
2019-11-26
 
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