Tính Toán Lưu Lượng và Cột Áp Cho Máy Bơm Tưới Hiệu Quả

Trong một hệ thống tưới nông nghiệp, máy bơm đóng vai trò không thể thiếu. Có hai loại máy bơm phổ biến, đó là máy bơm điện và máy bơm dầu (hoặc xăng), được sử dụng tùy thuộc vào việc có nguồn điện sẵn có hay không. Sự lựa chọn giữa chúng phụ thuộc vào mục tiêu sử dụng cũng như các điều kiện canh tác cụ thể.

• Liên quan đến nguồn điện, người ta có thể sử dụng điện 1 pha hoặc điện 3 pha, hoặc thậm chí là máy nổ. Điện 1 pha thường có điện áp 220V, thường được sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt hàng ngày. Trong khi đó, điện 3 pha với dòng điện áp 380V thường được áp dụng cho các nhà máy sản xuất có nhu cầu công suất lớn.

• Về nguồn nước, có thể lấy nước từ các nguồn nước mặt như sông, suối, ao, hoặc hồ, hoặc cũng có thể sử dụng nguồn nước ngầm từ giếng khoan.

• Khi xem xét hệ thống tưới, người ta có thể lựa chọn giữa hệ thống tưới phun mưa hoặc hệ thống tưới nhỏ giọt. Nếu sử dụng hệ thống tưới phun mưa, thường yêu cầu áp lực nước lớn hơn so với hệ thống tưới nhỏ giọt.

1. Đối với máy bơm điện

Trong máy bơm điện, có nhiều loại khác nhau như bơm chìm (hoặc còn gọi là bơm hỏa tiễn), bơm nằm ngang, bơm trục đứng, và nhiều loại khác. Sự lựa chọn giữa các loại máy bơm này phụ thuộc vào loại hệ thống tưới cụ thể và điều kiện thực tế của vùng đất được tưới. Để đảm bảo rằng máy bơm đáp ứng đầy đủ nhu cầu của hệ thống tưới và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành, công suất máy bơm đóng vai trò quan trọng.

Khi chọn máy bơm, các thông số quan trọng cần xem xét là lưu lượng và cột áp (hoặc áp suất). Lưu lượng là khả năng máy bơm cung cấp một lượng nước cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định. Cột áp, hoặc áp suất, đo lường khả năng của máy bơm tạo ra áp lực để nước có thể chuyển động qua hệ thống tưới và đến các điểm tưới cần thiết.

Để đáp ứng yêu cầu của hệ thống tưới, bạn cần chọn máy bơm có công suất phù hợp với lưu lượng nước cần thiết và cột áp cần đạt được. Điều này đảm bảo rằng hệ thống tưới sẽ hoạt động hiệu quả, không gây thiếu nước hoặc cung cấp quá nhiều nước, đồng thời giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí hoạt động.

1.1. Lưu lượng cần tưới

Lưu lượng nước đóng vai trò quan trọng nhất khi xem xét máy bơm trong một hệ thống tưới. Thông qua thông số trong biểu đồ hoạt động của máy bơm, chúng ta có thể xác định được khả năng cung cấp lưu lượng nước và đạt được áp suất nước ở mức nào. Lưu lượng này quyết định khả năng máy bơm bơm nước lên đến cột nước cao bao xa và khả năng hút nước từ một chiều sâu cụ thể trong mét.

Vì vậy, bước đầu tiên quan trọng là tính toán tổng lưu lượng nước cần cung cấp trong một khoảng thời gian cụ thể, được đo bằng đơn vị lít/giờ hoặc m3/giờ. Đây là thông số quan trọng không chỉ để lựa chọn máy bơm với công suất phù hợp, mà còn để giúp xác định và bố trí đường ống trong hệ thống tưới một cách hiệu quả.

Ví dụ, nếu bạn xem xét một máy bơm hệ thống tưới nhỏ giọt cho 1 hecta (10.000 m2) vườn Sầu Riêng, với mỗi cây cần một lưu lượng 60 lít/giờ, và cây Sầu Riêng được trồng cách nhau với khoảng cách 8 x 8 mét, tức là mật độ trồng khoảng 150 cây trên mỗi hecta. Từ đó, bạn có thể tính toán như sau:

Để tính tổng lưu lượng nước cần tưới cho toàn vườn, bạn sử dụng công thức sau:

Tổng lưu lượng tưới = Số điểm tưới x Lưu lượng mỗi điểm tưới.

⇒ Tổng lưu lượng tưới = 150 trụ x 60 lít/giờ/trụ = 9.000 lít/giờ = 9 m3/giờ.

Với lưu lượng này, để tưới hết 1 hecta trong 1 lần tưới, bạn cần chọn một máy bơm có công suất lớn hơn 9 m3/giờ. Hoặc bạn có thể xem xét một giải pháp khác là chia vườn ra thành nhiều phần để tưới theo từng ca. Việc này sẽ giúp giảm chi phí đầu tư cho máy bơm và hệ thống đường ống ban đầu.

1.2. Cột áp

Cột áp đóng vai trò quan trọng là áp suất mà béc tưới hoặc đầu tưới nhỏ giọt cần phải đạt được để hoạt động một cách hiệu quả. Tất cả các thiết bị tưới đều đòi hỏi một mức áp suất nhất định để hoạt động chính xác. Đơn vị đo áp suất có thể sử dụng là bar, kg/cm2, mét, và các đơn vị tương tự. Do đó, khi chọn máy bơm, quan trọng là phải lựa chọn máy có lưu lượng và cột áp cao hơn ít nhất 1,5 lần so với yêu cầu áp suất của thiết bị tưới (tùy thuộc vào điều kiện địa hình cụ thể).

Mục tiêu là đảm bảo máy bơm có khả năng tạo ra áp suất đủ cao để đáp ứng yêu cầu của thiết bị tưới, bao gồm cả việc tính toán phần tổn hao áp suất trong hệ thống đường ống. Áp suất có thể bị giảm khi nước đi qua các thiết bị như bộ lọc, bộ châm dinh dưỡng, các khu vực co, tê, giảm, và nhiều phần khác trong hệ thống đường ống. Điều này giúp đảm bảo rằng máy bơm hoạt động ở mức tối ưu, đáp ứng cả yêu cầu của thiết bị tưới và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống tưới.

Để lựa chọn máy bơm phù hợp, sau khi tính toán tổng lưu lượng tưới, cần xem xét loại hình tưới (tưới nhỏ giọt hoặc tưới phun). Đồng thời, bạn cần tính toán tổn thất áp trong hệ thống tưới, bao gồm các yếu tố sau:

• Mức áp suất để thiết bị tưới hoạt động: Thường thì tưới nhỏ giọt có mức áp suất hoạt động thấp hơn so với tưới phun. Việc này cần được xem xét để đảm bảo máy bơm có khả năng cung cấp áp suất cần thiết cho loại hình tưới bạn sử dụng.

• Tổn thất đường ống: Đây là tổn thất áp suất do sự mất mát áp suất khi dòng chất lỏng di chuyển qua các điểm co, tê, giảm, và cũng do sự ma sát của chất lỏng khi tiếp xúc với thành đường ống. Việc tính toán tổn thất đường ống giúp xác định mức áp suất cần thiết tại máy bơm để đảm bảo áp suất đủ cho hệ thống tưới.

• Tổn thất tại bộ trung tâm: Đây là tổn thất áp lực khi nước đi qua các phần của hệ thống như bộ lọc, bộ châm dinh dưỡng (venturi) hoặc qua các van điều áp được đặt tại bộ trung tâm của hệ thống tưới. Tính toán tổn thất này cũng quan trọng để đảm bảo máy bơm cung cấp đủ áp suất để vượt qua các phần này trong hệ thống.

⇒ Áp suất hệ thống = áp suất điểm tưới + tổn thất đường ống + tổn thất bộ trung tâm

1.3. Ví dụ tính toán, lựa chọn bơm:

Ở trên ta đã tính được tổng lưu lượng khu vực tưới là 9 m3/giờ. Cột áp tại đầu nhỏ giọt bù áp cần cung cấp là 15 m (1,5 bar) để hoạt động ổn định. Giả sử tổn thất đường ống là 5m, tổn thất qua bộ trung tâm là 5 m.

⇒ Áp suất cần đáp ứng = 15 + 5 + 5 = 20m (2.0 bar).

Như vậy ta cần chọn máy bơm có công suất đủ lớn để bơm tạo áp suất trên 2.0 bar với lưu lượng hoạt động trên 9 m3/giờ. Thông thường công suất hoạt động chỉ bằng 75% công suất thiết kế. Để hệ thống hoạt động ổn định thì máy bơm cần chọn có công suất 3HP là phù hợp

2. Đối với máy bơm dầu (bơm xăng)

Thông thường, máy bơm dầu hoặc máy bơm xăng không được trang bị các chỉ số kỹ thuật cụ thể như lưu lượng và cột áp ổn định. Thay vào đó, hiệu suất của chúng phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ dầu (hoặc xăng). Để xác định giá trị lưu lượng và áp suất cần thiết, bạn cần kết hợp sử dụng đồng hồ đo lưu lượng và đồng hồ đo áp suất.

Khi bạn cài đặt máy bơm dầu hoặc máy bơm xăng, bạn thường sẽ làm như sau:

• Lắp đồng hồ đo áp suất và đồng hồ đo lưu lượng sau đầu ra của máy bơm.

• Sau đồng hồ đo lưu lượng, bạn sẽ cần lắp một van hồi nước, có thể là van điều khiển thủ công hoặc tự động, để điều chỉnh mức xả nước theo các mức khác nhau. Trong quá trình điều chỉnh van hồi nước, bạn sẽ cần quan sát đồng hồ đo áp suất.

• Khi điều chỉnh tốc độ của động cơ và mức xả nước đạt mức áp suất mong muốn, bạn sẽ dừng lại. Sau đó, bạn sẽ quan sát đồng hồ đo lưu lượng và kiểm tra lưu lượng nước trong một đơn vị thời gian cụ thể.

Xem thêm: 4 loại béc tưới nhỏ giọt thông dụng trên thị trường

Như vậy, quá trình điều chỉnh máy bơm này đòi hỏi sự kết hợp giữa các yếu tố như tốc độ động cơ, van điều khiển nước, và quan sát áp suất và lưu lượng nước để đảm bảo máy bơm hoạt động ở hiệu suất tốt nhất.