DAMLA SULAMA SİSTEMİ TASARIMI ÖRNEĞİ (SEBZE)

1. DAMLA SULAMA SİSTEMİ TASARIMI ÖRNEĞİ (SEBZE) Prof. Dr. Osman YILDIRIM Prof. Dr. A. Halim ORTA Doç. Dr. Tolga ERDEM 26 Kasım – 4 Aralık 2011 KIRKLARELİ

2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 1. PROJE ALANI VE PLANLAMA HARİTASI Proje alanı, ………….. ili ………… ilçesi ……… köyü çiftçilerinden …………… ‘e ait 36 da büyüklüğündeki sebze bahçesidir. Planlama haritası ekte verilmiştir. 2. TOPRAK ÖZELLİKLERİ Proje alanında 2 adet profil açılmış ve her profilde farklı derinliklerden alınan toprak örneklerinin analizi sonucunda aşağıdaki Çizelge’de verilen değerler elde edilmiştir. Her profilin yanında çift silindir infiltrometrelerle yapılan infiltrasyon testleri sonucunda, su alma hızı değerleri sırasıyla, 5.0 mm/h ve 5.6 mm/h. Proje alanı için ortalama su alma hızı, I = 5.3 mm/h’tır.

4. KAYNAK ARAŞTIRMASI Profillerin incelenmesi sonucunda, 120 cm toprak derinliğine kadar geçirimsiz bir katmana ya da taban suyuna rastlanmamıştır. Dolayısı ile topraklar derindir ve drenaj sorunu bulunmamaktadır. Çizelge’den görüleceği gibi, toprağın elektriksel iletkenliği 0.45 – 1.34 dS/m arasında değişmektedir ve alanda tuzluluk sorunu bulunmamaktadır. Çizelge 2. Proje alanı topraklarının bazı fiziksel özellikleri dk = 196.4 mm/ 1 m dk = 235.7 mm / 120 cm

5. KAYNAK ARAŞTIRMASI 3. BİTKİ ÖZELLİKLERİ Proje alanında, domates, biber, taze fasulye ve kavun tarımı yapılacaktır. Bu bitkilerin sıra aralıkları, etkili kök derinlikleri ve büyüme mevsimleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

6. KAYNAK ARAŞTIRMASI 4. SU KAYNAĞI ÖZELLİKLERİ Proje alanında, yeri ekli planlama haritasında görülen keson kuyudan yararlanılacaktır. Kuyuda en düşük su seviyesi (statik emme yüksekliği), toprak yüzeyinden itibaren 5 m ve emniyetle alınabilecek su debisi 8 L/s’dir. Kuyudan alınan su örneğinin sulama suyu kalite analiz sonuçları aşağıdaki çizelgede verilmiştir. Görüldüğü gibi sulama suyu kalite sınıfı C2S1’dir. Sulama suyu kalite sınıfları

7. KAYNAK ARAŞTIRMASI 5. İKLİM ÖZELLİKLERİ Proje alanına en yakın meteoroloji istasyonundan alınan bazı iklim elemanlarının uzun yıllar aylık ortalamaları bitki su tüketimi hesaplarında verildiği gibidir. . 6. DİĞER Proje alanında elektrik enerjisi mevcuttur. Sisteme su, yatay milli, elektrik motorlu santrifüj tipi pompa ile verilecektir. Çiftçi günde pompanın çalışma süresi kadar sulama yapabilecektir. Ancak, sulamanın tamamlanacağı gün sayısının olanaklar ölçüsünde düşük olmasını istemektedir.

8. TASARIM 1.AŞAMA : Ön Sistem Tertibi Lateral ve Manifold boru hatlarının konumlarına karar verilir.( SST sayfa 166) Damla sulama sistemleri sulanacak alanın büyüklüğü, biçimi, ve topoğrafik yapısı, sulanacak bitkilerin ekiliş yada dikiliş biçimi, su kaynağının cinsi ve konumu gibi etmenler dikkate alınarak tertiplenir. Sistem tertibinde göz önünde tutulması gereken temel ilkeler şöyle sıralanabilir; 1) Lateral boru hatları, bitki sıraları boyunca döşenir. Bitki sıralarına dik yönde kesinlikle döşenmez. Lateral boru hatları tesviye eğrilerine paralel(eğimsiz) ya da bayır aşağı eğimde olmalı, bayır yukarı eğimde döşemek zorunlu ise, lateraller bayır aşağı döşense bile eğim çok yüksek ise yada bitki sıraları boyunca dalgalı topografya söz konusu ise, kendinden basınç düzenleyicili damlatıcılar kullanılmalıdır. Lateral boru hatları çok uzun tutulmamalı, zorunlu kalmadıkça 100m’nin üzerinde alınmamalıdır.

9. Manifold boru hatları, lateral boru hatlarına dik konumda olmalı ve eğimsiz ya da bayır aşağı eğimde döşenmelidir. Olanaklar ölçüsünde manifold boru hatları laterallere iki yönde hizmet etmelidir. Bu koşul ancak, laterallerin eğimsiz döşenmesi durumunda sağlanır. Ayrıca, çok kısa manifold boru hatlarından kaçınılmalı ve zorunlu kalmadıkça manifold uzunluğu 40-50 m’nin altında alınmamalıdır. • Ana boru hatları, olanaklar ölçüsünde parsel sınırlarından geçirilmeli ve manifold boru hatlarını en kısa yoldan su kaynağına bağlamalıdır. • Sistem tertibi, sistem maliyetini ve işletme masraflarını en az düzeyde tutacak biçimde yapılmalıdır.

10. a)Lateraller kısa kenar boyunca döşenirse: Ana ve manifold boru uzunluğu= 1035 m.

11. b)Lateraller uzun kenar boyunca döşenirse: Manifold ve ana boru uzunluğu=1090 m. Prensip olarak ana boru ve manifold boru hatlarının uzunlukları toplanır, düşük olan seçenek göz önüne alınır.Böylelikle sistem maliyeti düşürülür.(pompa biriminde de manometrik yüksekliğin düşürülmesi olanağı ortaya çıkar.)

12. Bu projede laterallerin kısa kenar boyunca döşenmesi seçilmiştir. Lateral uzunluğu LL =75 m. Lateral eğimi Sl=0.003 (bayır aşağı) Manifold eğimi Sm=0.003 (bayır aşağı) • Ön sistem tertibi kesin sistem tertibi değildir. Bu aşamada lateral ve manifoldların konumu belirlenir.

13. 2.AŞAMA( Uygun Damlatıcı): • İşletme basıncı: lateral boru içerisinde, damlatıcı girişinde istenen basınç. Pompa birimi kullandığımızda işletme basıncı 1 atm seçilir. • Pompa birimi kullanmadan yer çekimi ile enerji sağlıyorsak lateral boru iç basıncı 0.5-2.0 atm seçilebilir. • Damlatıcı Tipi: uzun akış yollu damlatıcılar kullanılacaktır. Akış yolu labirent(zigzag),in-line

14. Lateral üzerine gecik(on-line) damlatıcılar.(maliyeti fazla) Lateral boyuna gecik(in-line) damlatıcılar. (maliyeti düşük olduğundan tercih edilir.) Debi basınç ilişkisi: q= Kd .hx Kd=sabittir, x=üs değeri • Damlatıcı aralıklarının ıslatma çapının 2/3’ü ile 4/5’i arasında olması istenir. Bu durumda ıslatma çapları birbirini örterek ıslak bir şerit elde edilir.

15. İşletme basıncı: gerekli sistem basıncı pompa birimiyle sağlanacağından; ho=1atm.=10 m. • Alternatif damlatıcı debileri: tarla bitkileri ve sebzelerde damlatıcı debileri 2-4 L/h olması istenir, 4 L/h’den büyük olması istenmez. Tasarımda; q= 2 L/h q= 3 L/h q= 4 L/h alınarak işlem yapılır.

16. c) Alternatif Damlatıcı Debilerinde Damlatıcı Aralıkları I = 5.3 mm/h q= 2 L/h q=3L/h q=4 L/h

17. d)Alternatif damlatıcı debilerinde farklı bitkiler için lateral aralıkları:

18. e)Proje lateral aralığı ve uygun damlatıcı debisi Çizelgenin en son kolonundaki en yüksek değer proje lateral aralığı alınır. Proje lateral aralığını veren debi uygun damlatıcı debisidir. Eğer alternatif debi değerleri birden fazla ise küçük olan debi seçilir. Proje lateral aralığı,SL=1.20 m. Uygun damlatıcı debisi, q=3 L/h

19. En düşük proje lateral aralığını veren bitki kritik bitkidir. Eğer bitki cinsi 1 den fazla ise etkili kök derinliği yüksek olan alınır. Bunda da eşitlik varsa bitki su tüketimi fazla olan seçilir. • Bu projede kritik bitki domatestir. • Bundan sonraki aşamada domatese ait veriler kullanılır.

20. f) Islatılan alan oranı k= katsayı(sebze için) Sd=damlatıcı aralığı (m) SL=lateral aralığı(m) k=1 (SST sayfa 157, çizelge 4.1) uygun

21. Kurak bölge( yıllık toplam yağış 360 mm’den düşük) P ≥ %35 • Yarı kurak bölge(yıllık toplam yağış 360-720 mm arası) P ≥ %30 • Nemli bölge(yıllık toplam yağış 720 mm yüksek)P ≥ %25 ( bu değerlendirme sadece damla sulama için geçerlidir.) Proje alanında yıllık toplam yağış 454.8 mm’dir. Yarı kurak bölgedir. Islatılan alan oranı P ≥ %30 olmalıdır.

22. Önemli not: ıslatılan alan oranı diğer bitkiler içinde kontrol edilir. Taze fasulye ve biber için aynı değer elde edilir. Kavun için; uygundur.

23. SONUÇ: damlatıcı üreten kuruluşların teknik verileri incelenir,koşulları en uygun damlatıcı seçilir. Bu projede özellikleri aşağıda verilen damlatıcı kullanılacaktır. • İşletme basıncı:ho=1 Atm=10 m • Damlatıcı debisi:3 L/h (nominal debi 1 Atm basınçtaki debi. proje nominal debi üzerinden yapılır.)(Ancak ±%10 emniyet payı bırakılır (3± 0,3) • Damlatıcı tipi: lateral boyuna gecik (in-line) • Damlatıcı aralığı: Sd=0.75m.

24. Debi basınç ilişkisinde üs değeri x=0,57 Damlatıcı akış yolu en dar çapı d=0.46 mm Yapımcı farklılığına ilişkin varyasyon katsayısı CV = %96 • Lateral boyuna gecik damlatıcılarda (in-line) standart • Damlatıcı aralıkları 0.20-0.25-0.30(0.33)-0.40-0.50-0.60-0.75-1.00m olur. Hesaplanan değer 0.68, 0.75’e daha yakın olduğu için damlatıcı aralığı 0.75m alınmıştır. 2) Damlatıcılarda CV ≥ %95 daima tercih edilmelidir.

25. 3.Aşama:(ön projeleme faktörleri) a) Su ile ıslatılacak toprak derinliği: Topraklar derin olduğundan kritik bitki olan domatesin etkili kök derinliği alınır. D=0.90m=90cm b) Her sulamada uygulanacak max. net sulama suyu ihtiyacı: dn =dk*D*Ry*P dk=196.4mm/m Ry= %30 tasarım aşamasında Ry=0.30 alınır. P=0.625 dnmax=196.4 * 0.90*0.30*0.625= 33.1mm.

26. c)Damla sulama yöntemi için bitki su tüketimi: ET=6,24mm/gün (domates)(max. Olan değeri alınır 7.ay) d) max. Sulama aralığı: e) Proje sulama aralığı: SA≤SAmax şeklinde olacak Zorunlu kalmadıkça SA=SAmax alınarak tasarım yapılır. SA=SAmax=5 gün

27. 29 .4 d t = 0 . 85 • f) Her sulamada uygulanacak net sulama suyu miktarı: • dn=T.(SA) • dn=5.87*5= 29.4 mm. • Her sulamada uygulanacak toplam sulama suyu miktarı: • Damla sulama tasarım aşamasında Ea=%85 alınır. • h) Birim alan damlatıcı sayısı 34.6 mm

28. 1000 × dt 1000 × 34.6 Ta= = = 10.3 h = 1 0 h q × Nd 3 × 1 1 1 1 i) Sulama süresi: 5 gün ara ile su verilecek ve sulama süresi 10saat olacak. Tg= günlük sulama yapılabilecek süre. Örneğimizde bu 20 saat. Bunu seçerken kaynak araştırmasında çiftçi pompa çalışma süresince sulama yapılabileceğini söylediğinden bu süre 20 saat alınır. Ta= 10 saat <Tg uygundur. j) Max. İşletme birimi sayısı: Sulamanın tamamlanacağı en fazla gün sayısı,sulama aralığı kadardır. Yani 5 gündür. Nmax = (Tg/Ta).SA Tg/Ta kesirli çıkarsa bir alt tam sayı alınır.

29. Minimum işletme birimi sayısı: • Fmin= 3 gün • F=sulamanın tamamlanacağı gün sayısı • Sonuç kesirli çıkarsa daima bir üst tam sayı alınır. • Su kaynağı debisi sulamanın en düşük 3günde tamamlanmasına izin vermektedir. • Sulamanın 3günde tamamlanmasına karar verilmiştir. • Sulama 3 günde tamamlanacak çiftçi 2 gün bekleyecek sonra tekrar sulamaya başlayacak. • Minimum işletme sayısı 6 adet • Nmin=6 adet • l) Proje işletme birimi sayısı: • Çiftçi olanaklar ölçüsünde sulamayı düşük gün sayısında tamamlamak istediğinden; • N=6 adet seçilmiştir.

30. 4.Aşama:(sistem tertibi) Planlama haritası üzerinde gösterilmiştir. Manifold girişi bayır aşağı olacak şekilde planlanır. 5.Aşama: ( lateral boru çapı) Cu=eş dağılım katsayısı(SST sayfa 180-191) Cu=% 98 değerini verecek lateral boru çapı seçilir.

31. a) Lateral uzunluğu L1= 75m b) Lateral üzerinde damlatıcı sayısı c) Lateral debisi QL=nd.q=100.3=300L/h d) Lateral eğimi : %0.3 bayır aşağı

32. e) LL/ho boyutsuz parametresi f) Lateral boru çapı sayfa 181 şekil 4.17 Ø16 QL = 300 L/h SL= % 0.3 (bayır aşağı) Cu= % 99 X= 0.57 = 0.60 Cu= %99 ≥ %98 uygun

33. hfl/ ho = 0.09 ( Lateral boyunca oluşan yük kayıpları işletme basıncının % 9’u kadardır.) • Lateral boru çapları 16mm çaplı, 4 atm(2.5atm) işletme basınçlı PE damla sulama borularından oluşacaktır. 2.5 Atm Ø 16 mm et kalınlığı 0.9mm 4 Atm Ø 16 mm et kalınlığı 1.1mm.

34. g) Lateral yük kayıpları hfL/h0=0.09 hfL=0.09×h0 hfL=0.09×10=0.90 m h) Lateral yükseklik farkı hgL=SL×LL=0.003×75=0.23 m bayır aşağı i) E0 ve L0 boyutsuz parametreleri Çizelge:4.4 sayfa:195 SL=%0.3 bayır aşağı ( enterpolasyonla) E0 =0.720 L0= 0.356 j) Lateral giriş basıncı HL= h0+ E0 hfL ±L0 hgL HL= 10+0.720.0.90- 0.356.0.23=10.57 m

35. 6. AŞAMA: Manifold boru çapı: a. Manifold uzunluğu Lm=80 m b. Manifold üzerinde lateral sayısı nL=Lm/SL= 80/ 1.20 =67 adet lateral c. Manifold debisi qm= nL×QL/3600= 67×300 /3600=5.6 L/s<8L/s uygun. d. Manifold eğimi %0.3 bayır aşağı e. Lm/HL boyutsuz parametresi Lm/HL = 80/10.57=7.6

36. f. Manifold boru çapı Qm= 5.6 L/s Cu= %98.4 > %97.5 uygun Sm= %0.3 bayır aşağı Ø63 (SST sayfa 188 şekil 4.24) Lm/HL=7.6 63mm altındaki borular yapıştırma mufludur. Bu nedenle 63mm altındaki borular tercih edilmez. g. Manifold yük kayıpları hfm/HL=0.16 hfm=0.16×HL= 0.16×10.57=1.69 m Manifold borular 63mm dış çaplı 6 atm işletme basınçlı geçme muflu sert PVC-100 borulardan oluşacaktır.

37. h. Manifold yükseklik farkı hgm= Sm×Lm=0.003×80= 0.24 m bayır aşağı ı. E0 ve L0 boyutsuz parametresi Sm= %0.3 sayfa 195,çizelge 4.4 E0 =0.720 L0=0.356 j. Manifold giriş basınç Hm= hL+ E0 hfm ±L0 hgm Hm=10.57+ 0.720×1.69-0.356×0.24=11.70 m

38. Önemli not:proje alanında bulunan tüm manifoldlarda en düşük giriş basıncı 11.70m olmalıdır. En yüksek manifold giriş basıncı ve en düşük manifold giriş basıncına sahip olan kritik 2 girişte basınç farklılığı işletme basıncının %20’sini geçmemelidir.( bu projede 2.00m’yi geçmemelidir.)aksi durumda tüm manifold girişlerine basınç regülatörü konur. k. Ana boru hattında istenen basınç Ha=Hm+hy = 11.70 + 1.00 = 12.70 m= 13.00 m. hy=dirsek,T ve benzeri bağlantı elemanları yük kaybı.bu değeri 1.00 m olarak alacağız.

39. 7.AŞAMA:sistem debisi • Aynı anda yalnızca 1 manifold hattına su verileceğinden Q=Qm=5.6L/s’ dir. 8.AŞAMA:ana boru hattı seçimi Bu bilgiler sulama sistemlerinin tasarımı kitabı sayfa 62-100 arasında yer almaktadır.

41. TASARIM 1. AŞAMA : Pompa yıllık çalışma süresi

42. 2. AŞAMA : Pompa biriminin fBG-h başına toplam maliyeti a) Manometrik yükseklik hde=5+1 = 6 m.( statik emme yüksekliği + emme hattındaki kayıplar) • Ana boru hattı dallı ise pompa biriminde en fazla manometrik yükseklik oluşturacak hat kritik hat olarak alınır. • Yalnızca bu hatta ilişkin değerler kullanılır.kritik hat genellikle en uzak ve en yüksekteki hattı pompaya bağlayan hattır. Bu projede PC hattı kritik hat olarak alınmıştır. hg=110.10 – 99.30 = 0.80m. (bayır aşağı)

43. Bu aşamada boru çapları bilinmediği için yük kayıpları hesaplanamaz. Bu nedenle ana boru yük kayıpları hf= 1.5 m / 100m, kontrol birimi yük kayıpları ise hfkb= 5.00 m biçiminde tahmin edilir. Tahminde yapılacak hata sonucu önemli düzeyde etkilemez. hf=(1.5 / 100)* 207 =3.11 m. (tahmin) Ha= 13.00m. Hm = 6 – 0.80 + 3.11 + 5 + 13 = 26.31m = 26 m

44. b) Pompa biriminin fren gücü: Tasarım aşamasında elektrik motorlu pompalarda np=%80, disel motorlu pompalarda np=%70 alınır. Pompanın çıkışındaki güç hidrolik BG(hBG)= Pompa merkezindeki fanda geliştirmesi gereken güç(fBG)=

45. c) Pompa biriminin tesis masrafları: Hm=26m. Q=5.6L/s özelliklerindeki elektrik motorlu yatay milli santrifüj pompanın çalışır durumdaki maliyeti yazılır. Bu amaçla değer doğrudan birim fiyatlardan alınabilir yada piyasa araştırmalarından alınabilir. Bu proje için pompa biriminin tesis masrafları( Tm) Tm=950TL alınmıştır. Motorun geliştirmesi gereken güç(MBG)= d) Pompa biriminin fren gücü(fBG) başına tesis masrafları:

46. e) Pompa biriminin servis ömrü ( SST sayfa 67 –çizelge 3.5) Elektrik motoru n=25yıl f)Faiz oranı: Günün koşullarına uygun faiz oranı kullanılır. -Tarımsal ürünlere uygulanan faiz oranı veya enflasyon oranında bir faiz oranı alınır. Bu proje için faiz oranı %10 alındı. g) Amortisman faktörü:

48. h) fBG –yıl başına sabit masraflar SMfBG = AF * TMfBG = 0.11017 * 395.83= 43.61 TL/fBG-yıl • Pompa biriminin fren gücü-saat (fBG-h) başına sabit masrafları: j) Pompa biriminin fren gücü saat(fBG-h) başına enerji masrafı: EM=0.736Pe(TL/kw-h) Elektrik enerjisi, birim fiyatı ilgili kurumdan tarım alanlarında kullanılan birim fiyat alınır. Projemiz için bu fiyat Pe=0.15 TL/kw-h EM=0.736*0.15 = 0.11 TL/fBG-h(elektrik motorları için)

49. k) Pompa biriminin fren gücü-saat (fBG-h) başına bakım maliyeti: Tasarım aşamasında elektrik motorlu pompalar için bu değer ihmal edilir. BMfBG-h=0 TL/fBG l) Pompa biriminin fren gücü-saat(fBG-h) başına toplam maliyeti: MfBG-h=SMfBG-h+EMfBG-h+BMfBG-H = 0.04 + 0.11 + 0 = 0.15 TL/fBG 3. AŞAMA Pompa biriminin fren gücü-yıl(fBG-yıl) başına toplam maliyeti: MfBG-yıl=T(MfBG-h)=1053 . 0.15= 157.95 TL/fBG-yıl

50. 4.AŞAMA Pompa biriminin hidrolik güç-yıl(hBG-yıl) başına toplam maliyeti: 5.AŞAMA Birim manometrik yükseklik maliyeti: 6.AŞAMA Ana boru hattı birim uzunluk maliyeti: a)Seçenek boru çapları: Ana boru hattında ortalama akış hızının 0.5-2.0 m/s arasında olması istenir. 0.5 m/s ≤ V ≤ 2.00 m/s