Kryteria doboru ciśnienia dla pomp rolniczych w irygacji upraw szklarniowych

Dlaczego stałość ciśnienia jest kluczowa dla zdrowia roślin i plonowości w szklarni

W jaki sposób wahania ciśnienia wpływają na jednorodność pracy emiterów oraz na dostarczanie wody do strefy korzeniowej

Gdy ciśnienie waha się o więcej niż ±10%, zaburza to jednolitość rozprowadzania wody przez te małe otwory emiterów. Co dzieje się dalej? Niektóre obszary otrzymują zbyt dużo wody, co zwiększa ryzyko wystąpienia chorób roślinnych. Inne części pola pozostają suche, co stresuje rośliny i powoduje, że pobierają one składniki odżywcze znacznie mniej wydajnie – jak wykazały badania przeprowadzone w 2023 r. przez FAO, wskazujące na spadki wydajności w zakresie 15–30 procent. Rolnicy inwestujący w pompy zapewniające rzeczywistą stabilizację ciśnienia zwykle osiągają lepsze rezultaty, ponieważ urządzenia te utrzymują stały przepływ wody. Dzięki temu unika się takich problemów jak gromadzenie się soli wokół korzeni oraz niedobór tlenu w glebie – oba te zjawiska mogą znacząco zwolnić wzrost plonów, jeśli pozostaną bez odpowiedniej kontroli.

Rzeczywisty wpływ: Studium przypadku — wzrost plonów o 12% w holenderskiej szklarni pomidorów przy kontrolowanym wahaniu ciśnienia ±5 kPa

Badacze w jednym z czołowych holenderskich ośrodków zaobserwowali wzrost plonów pomidorów typu beefsteak o około 12%, gdy utrzymywali stałe ciśnienie wody w zakresie około 5 kPa dzięki zoptymalizowanym charakterystykom pomp. Dzięki temu rodzajowi kontroli udało się wyeliminować uciążliwe suche obszary wzdłuż linii kropelkowych, a pęknięcie owoców zmniejszyło się niemal o 20%. Co czyni tę sytuację szczególnie interesującą, to fakt, że stabilne ciśnienie rzeczywiście poprawia jakość końcowego produktu. Ich system umożliwiał automatyczną regulację w ciągu całego dnia w miarę utraty wody przez rośliny w wyniku transpiracji, zapewniając uprawom odpowiednią ilość wilgoci dokładnie wtedy, gdy była ona najbardziej potrzebna w kluczowych fazach wzrostu. Pokazuje to, jakie korzyści przynosi inwestycja w inteligentniejsze sterowanie pompami w systemach nawadniania szklarni.

Obliczanie całkowitego dynamicznego naporu (TDH) w celu prawidłowego dobrania pompy rolniczej

Rozkład TDH: wysokość statyczna, straty na tarcie oraz wymagania systemu co do ciśnienia roboczego

Całkowita wysokość dynamiczna (TDH) określa energię, jaką musi dostarczyć pompa rolnicza, aby przepompować wodę przez system nawadniania. Składa się ona z trzech wzajemnie zależnych składników:

• Wysokość statyczna : Pionowy podnoszenie wody od źródła do najwyższego punktu odpływu (np. 15 metrów od zbiornika do rurociągów w elewacji szklarni)
• Straty na tarcie : Spadek ciśnienia spowodowany przepływem wody przez rury i kształtki — wynikający z wydajności przepływu, materiału rur, ich średnicy oraz długości (np. w systemach z rur PVC utrata ciśnienia wynosi 2–3 psi na każde 30 metrów przy wydajności 20 L/min)
• Ciśnienie robocze : Minimalne ciśnienie wymagane w emiterach, aby zapewnić ich prawidłowe działanie (np. 10–15 bar dla dysz mglistych)

Pominięcie któregoś z elementów niesie za sobą ryzyko niezgodności pompy — jednostki o zbyt małej mocy zawodzą w okresie szczytowego zapotrzebowania, podczas gdy jednostki o nadmiernie dużej mocy marnują energię i przyspieszają zużycie mechaniczne.

Typowe błędy w obliczaniu całkowitego ciśnienia dynamicznego (TDH) oraz ich konsekwencje dla systemów nawadniania kropelkowego i mgiełkowego

Gdy ludzie niedoszacowują straty ciśnienia spowodowane tarciem w systemach nawadniania, prowadzi to do około 40% wszystkich awarii systemów kropelkowych. Oznacza to, że woda nie dociera w odpowiedni sposób do emiterów położonych w dalszej części układu. W przypadku pomidorów uprawianych w suchych regionach, jeśli ciśnienie spadnie poniżej 1,2 bar, rolnicy zwykle obserwują spadek plonów o około 18%. Innym poważnym problemem jest pomijanie wysokości statycznej (statycznego ciśnienia hydrostatycznego). Szklarnie położone na stokach cierpią na stałe z powodu kawitacji pomp, co może skrócić czas pracy wirników nawet o 70%. Najgorszym jednak błędem jest nieuwzględnienie różnic wysokości przy konfigurowaniu kompensacji ciśnienia w wielostrefowych systemach mgłowych. Powoduje to powstawanie suchych obszarów w całym środowisku szklarniowym, które stają się ogniskami rozwoju różnych chorób liściowych. Uprawiający, którzy poświęcają czas na dokładne wyznaczenie całkowitego dynamicznego ciśnienia roboczego (TDH), odnotowali rzeczywiste poprawy. Niektóre holenderskie przedsiębiorstwa rolne od 2023 roku zaczęły stosować oprogramowanie do cyfrowego modelowania i – zgodnie z testami polowymi przeprowadzonymi w tym samym roku – udało im się zmniejszyć stres roślinowy związany z pracą pomp o około 34%.

Dopasowanie wydajności pomp rolniczych do potrzeb przepływu i ciśnienia charakterystycznych dla poszczególnych upraw

Zakresy ciśnień w zależności od typu uprawy i etapu rozwoju rośliny: sałata (8–12 bar) vs. ogórek (12–16 bar)

Różne rośliny wymagają różnych ciśnień wody w różnych etapach cyklu wzrostowego. Na przykład sałata zwykle potrzebuje ok. 8–12 bar podczas formowania głów, ponieważ takie ciśnienie sprzyja szybkiemu rozwojowi liści i prawidłowemu funkcjonowaniu aparatów szparkowych. Ogórki natomiast wymagają wyższego ciśnienia – ok. 12–16 bar w fazie rozwoju owoców – co zapewnia właściwy przepływ wody przez roślinę oraz skuteczne dostarczanie wapnia do miejsc, gdzie jest on niezbędny. Przekroczenie tych zakresów ciśnień może jednak powodować problemy: nadmierne ciśnienie dla sałaty prowadzi do zaburzeń w korzeniach spowodowanych niedoborem tlenu, podczas gdy u ogórków mogą pojawić się brzydkie czarne plamy na dolnej części owoców. Pokazuje to, dlaczego dobór pomp wyłącznie na podstawie ich stosowania w przypadku jednej uprawy nie zawsze przenosi się pomyślnie na inne uprawy, jeśli chcemy osiągnąć maksymalne plony.

Dopasowanie charakterystyk pomp do szczytów dziennej ewapotranspiracji (ETc) oraz okien grafikowania nawadniania

Dokładne nawadnianie oznacza dopasowanie działania pomp do codziennych wzorców ETc, które zwykle osiągają maksimum w południe, w przybliżeniu między godziną 10:00 a 14:00 czasu lokalnego. Gdy pomidory przechodzą z fazy wzrostu liści do fazy owocowania, ich zapotrzebowanie na wodę wzrasta o około czterdzieści procent w porównaniu do wcześniejszych etapów rozwoju. Właśnie wtedy pompy odśrodkowe okazują się szczególnie przydatne, ponieważ dobrze radzą sobie ze sudden increases w zapotrzebowaniu, utrzymując ciśnienie w zakresie odchylenia wynoszącym około pięciu procent w obie strony. Dzięki temu unika się sytuacji, w których woda nie dociera do najbardziej oddalonych emiterów w systemie, a także umożliwia się skuteczną automatyzację harmonogramów podlewania. Wynik? Mniejsze zużycie energii elektrycznej w okresach niskiego zapotrzebowania na wodę przy jednoczesnym zapewnieniu roślinom odpowiedniej ilości wody przez cały dzień.

Osiąganie równowagi między wydajnością energetyczną, trwałością a całkowitym kosztem posiadania przy doborze pomp do szklarni

Przy wyborze pompy rolniczej należy wziąć pod uwagę trzy główne czynniki: ilość zużywanej mocy, czas trwałości urządzenia oraz jego niezawodność w codziennym użytkowaniu. Zeszłego roku Hydraulic Institute opublikował ciekawe wyniki badań, z których wynika, że w przypadku większości systemów pompowych koszty energii i konserwacji razem stanowią około dwóch trzecich całkowitych wydatków ponoszonych przez uprawiających rośliny w dłuższym okresie czasu. Jest to znacznie więcej niż początkowy koszt zakupu, który zwykle stanowi jedynie około 10%. Rolnicy inwestujący w pompy wyposażone w falowniki częstotliwości często odnotowują spadek rachunków za prąd o niemal jedną trzecią przy pracy z obciążeniem mniejszym niż maksymalne. Ponadto pompy wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna, charakteryzują się znacznie dłuższą żywotnością w wilgotnych warunkach szklarniowych. Ma to szczególne znaczenie dla upraw wymagających nawadniania podwyższonym ciśnieniem, np. pomidorów i ogórków, ponieważ takie systemy są włączane i wyłączane bardzo często, co powoduje szybsze zużycie standardowych pomp. Niektóre nowsze inteligentne regulatory dostosowują moc wyjściową w zależności od rzeczywistych potrzeb roślin w zakresie wody, mierzonych w czasie rzeczywistym. Choć wielu komercyjnych producentów zgłasza zwrot poniesionych nakładów już w ciągu 18 miesięcy dzięki niższym kosztom energii i mniejszej liczbie awarii, uzyskiwane rezultaty mogą się różnić w zależności od lokalnych warunków klimatycznych oraz wielkości gospodarstwa.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego spójność ciśnienia jest ważna dla upraw w szklarni?

Spójność ciśnienia zapewnia jednolite nawadnianie wszystkich roślin, zapobiegając powstawaniu suchych obszarów oraz przelaniom, które mogą prowadzić do chorób i problemów z wchłanianiem składników odżywczych.

Czym jest całkowita wysokość podnoszenia (TDH) i dlaczego jest ważna?

Wysokość podnoszenia całkowitego (TDH) to energia potrzebna pompie do przepompowania wody przez system nawadniania, uwzględniająca różnicę wysokości oraz wymagane ciśnienie. Dokładne obliczenie TDH zapobiega nieodpowiedniemu dobraniu pompy oraz awariom systemu.

W jaki sposób uprawiacze mogą maksymalizować efektywność energetyczną przy wyborze pomp do szklarni?

Uprawiacze mogą wybierać pompy wyposażone w napędy o zmiennej prędkości obrotowej oraz wykonane z materiałów odpornych na korozję, co pozwala obniżyć koszty energii elektrycznej i zapotrzebowanie na konserwację, czyniąc system bardziej trwały i opłacalny.

Jakie są skutki niezgodności pomiędzy potrzebami nawadniania a wydajnością pompy?

Brak zgodności może prowadzić do kawitacji pompy, obniżenia plonów oraz powstawania suchych plam, co z kolei powoduje choroby roślin i stres u roślin. Prawidłowa dopasowanie poprawia rozkład wody oraz zdrowie upraw.