THIẾT KẾ , CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TƯỚI PHUN SƯƠNG TRONG NHÀ LƯỚI PHỤC VỤ NHÂN GIỐNG CÂY KEO LAI BẰNG HOM

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Báo cáo khoa học, luận văn tiến sĩ, luận văn thạc sĩ, nghiên cứu - Kiến trúc - Xây dựng Taኇp chÇƴKhoa hoኇc Đaኇi hoኇc Hu‡ቷ: KyǁthuaƸኇt vaưCoƸng ngh‡Ƹኇ; ISSN 2588–1175 Tập 128, Số 2A, 2018, Tr. 15–27; DOI: 10.26459hueuni-jtt.v127i2A.5232 Liên hệ: khuonganhsonhuaf.edu.vn Nhận bài: 25–12–2017; Hoàn thành phản biện: 23–3–2018; Ngày nhận đăng: 23–5–2018 THIẾ T KẾ , CHẾ TẠ O HỆ THỐ NG ĐIỀ U KHIỂ N TỰ ĐỘ NG TƯỚ I PHUN SƯƠNG TRONG NHÀ LƯỚ I PHỤ C VỤ NHÂN GIỐ NG CÂY KEO LAI BẰ NG HOM Khương Anh Sơn1, Đinh Quốc Dương2, Phạm Xuân Phương1, Trần Thị Thúy Hằng1, Nguyễn Thị Kim Anh1 1 Trườ ng Đạ i họ c Nông Lâm, Đạ i họ c Huế 2 Trường Cao đẳng nghề Gia Lai Tóm tắt. Hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động là một trong những khâu quan trọ ng, quyế t định sự thành công của toàn hệ thống sản xuất hom Keo lai trong nhà lưới có mái che. Việc thiế t kế , chế tạ o hệ thống điều khiển tưới phun sương có ý nghĩa rất quan trọ ng trong việc duy trì độ ẩm đất và kiểm soát nhiệt độ không khí . Bài báo này giới thiệu kế t quả nghiên cứu, thiế t kế , chế tạ o hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động theo thờ i gian. Khi hệ thống làm việc, ngườ i vận hành chỉ cần cài đặt thờ i gian tưới mong muốn khi đó hệ thống sẽ tự động điều khiển bơm phun sương để liên tục đảm bảo các thông số đã cài đặt. Từ khóa: Điều khiển, Tưới phun sương, Lưu lượng, Thời gian, Keo lai 1 Đặ t vấ n đề Hiện nay, ở nước ta nói chung và tỉnh Thừ a Thiên Huế nói riêng nhu cầu cây giống chất lượng cao cho sản xuất lâm nghiệp ngày càng lớn. Nhân giống bằ ng hom (giâm hom) là phương pháp sản xuất được cây giống đạ t chất lượng tốt, nhanh với số lượng lớn. Quy trình sản xuất cây giống bằng công nghệ giâm hom đòi hỏi hệ thống trang thiết bị của nh à lưới phải tạo được tiểu khí hậu trong môi trường ra rễ ổn định theo yêu cầu và í t bị ảnh hưởng bởi những biến động ngẫu nhiên của môi trường thời tiết bên ngoài 8. H ệ thống tưới phun sương tự động sẽ tưới ẩm cho bầu giâm hom Keo lai trong nhà lưới bằng máy bơm nước và dàn phun sương cố định; khi kết hợp với hệ thống che sáng là lựa chọn tốt nhất để rút ngắn thời gian ra rễ, tăng tỷ lệ ra rễ và tỷ lệ sống của hom trong các nhà lưới ươm cây lâm nghiệp. Trên thế giới, một số nước đã cho nghiên cứu về hệ thống nhà kí nh - nhà lưới, công nghệ tưới nước cho cây con trong giai đoạ n vườ n ươm nhằ m tạ o môi trườ ng tốt nhất cho quá trình sinh trưở ng của cây con và đã đạ t trình độ công nghệ cao. Tuy nhiên, giá thành đầu tư thiế t bị khá cao, vận hành phức tạ p; í t áp dụng cho giâm hom cây lâm nghiệp và chưa phù hợp với điều kiện khí hậu, trình độ công nghệ, quy mô sản xuất của Việt Nam 5. Khương Anh Sơn và CS. Tập 128, Số 2A, 2019 16 Ở Việt Nam hiện nay, đã có những nghiên cứu, ứng dụng hệ thống điều khiển tưới tự động trong các vườ n giâm hom cây lâm nghiệp. Tuy nhiên, hệ thống tưới phun sương tạ o ẩm cho không khí và b ầu giâm không đảm bảo độ phun tơi sương mù và độ đều lượng tưới trên mặt luống giâm dẫn tới hom chế t nhiều do thiế u nước và bị bệnh do thừ a nước. Việc chọ n loạ i máy bơm, ống dẫn và kế t cấu lắp ghép , hệ thống tưới không hợp lý dẫn tới tăng chi phí đ ầu tư hoặc hệ thống nhanh bị hư hỏng do sử dụng ống nhựa PVC chất lượng thấp để làm đườ ng ống dẫn nước. Hệ thống che sáng của các nhà giâm hom (NGH), nhà lưới hiện có cố định, không điều chỉnh được các mức che tùy thuộc thờ i tiế t. Nhiệt độ không khí môi trườ ng giâm hom quá lớn khi nắng nóng 7, 8, đây cũng là nguyên nhân quan trọ ng ảnh hưở ng đế n tỷ lệ ra rễ của hom ở NGH và chất lượng của cây giống xuất vườ n. Bộ điều khiển tưới chủ yế u sử dụng rơle phao hay dùng các bộ hẹn giờ tưới mà í t s ử dụng đồng hồ thờ i gian thực để chủ động ngắt bơm trong khoảng thờ i gian không có nhu cầu tưới. Trung tâm Thực hành Lâm nghiệp Hương Vân (THLNHV) thuộc Viện nghiên cứu phát triển (VNCPT), trường Đại học Nông Lâm (ĐHNL), Đại học Huế là nơi nghiên cứu, thử nghiêm các loại cây giống nông - lâm nghiệp. Tuy nhiên, vẫn chưa có một nhà lưới hoàn thiện nhằ m phục vụ học tập và nghiên cứu cho sinh viên và cán bộ giáo viên của nh à trường. Hi ện nay, vườ n ươm cây Keo lai để trực tiếp ngoài trời, với hệ thống tưới phun sương sử dụng rơ le phao, các nhánh tưới phun nằm dưới lối đi (Hình 1), cho nên tỉ lệ hom Keo sống phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết và kinh nghiệm của c án bộ kỹ thuật 3. Vì vậy, việc nghiên cứu, xây dựng nhà lưới quy mô nhỏ để ươm cây giống lâm nghiệp hay cây bản địa tại Trung tâm THLNHV là cần thiết và phù hợp với nghị quyết 200 -NQĐU của Đảng ủy trường ĐHNL, Đại học Huế về việc nâng cao hiệu quả phục vụ đào tạ o và nghiên cứu của VNCPT. V ì những lý do trên, nên chúng tôi đã nghiên cứu thực hiện đề tài để hạn chế bớt những bất lợi của thời tiết nắng nóng của mùa hè để hom Keo lai nhanh ra rể với tỷ lệ sống cao hơn so với giâm hom để ngoài trời, đồng t hời tạo ra mô hình nhà lưới giâm hom cây lâm nghiệp cho sinh viên có thể thuận lợi trong họ c tập, nghiên cứu. . Hình 1. Vườn ươm cây Keo lai tại Trung tâm THLNHV, trường ĐHNL, Đại học Huế jos.hueuni.edu.vn Tập 128, Số 2A, 2019 17 2 Phương pháp nghiên cứu 2.1 Phương pháp điề u tra thu thập số liệu Điều tra đặc điểm về khí hầu thờ i tiế t liên quan đế n công nghệ giâm hom cây Keo lai. Tìm hiểu kế t cấu, thông số kỹ thuật, bộ điều khiển hệ thống tưới và khả năng hoạ t động của các mô hình V G H cây lâm nghiệp đã và đang sử dụng trong sản xuất. Từ đó xác định được những ưu, nhược điểm và tìm giải pháp thí ch hợp. Phân tích , đánh giá lựa chọ n các giải pháp, thiế t bị, vật liệu để nghiên cứu theo phương pháp chuyên gia và phương pháp kế thừ a. 2.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Trên cơ sở vận dụng các kết quả nghiên cứu của các công trình trong và ngoài nước để xây dựng hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động bảo đảm được các chế độ tưới thích hợp cho sản xuất cây Keo lai trong nhà lưới có diện tí ch 32 m2. Tính toán, thiết kế hệ thống tưới phun sương theo lý thuyết thủy lực: lựa chọn được vòi phun, lựa chọn tiết diện ống dẫn, lập được sơ đồ hệ thống tưới từ đó tính toán tổn thất thủy lực qua các nh ánh phun làm cơ sở để chọn máy bơm có kiểu dáng, thông số, đặc tí nh kỹ thuật phù hợp với hệ thống tưới đã thiết kế. 2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Hệ thống nhà lưới được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh nhiệt độ bằng cách sử dụng thiết bị đo vi khí hậu EN150 với độ chính xác đạt ± 2 và cảm biến nhiệt độ - Module Relay12V. 3 Kết quả và thả o luận 3.1 Mô hình hệ thống nhà lướ i để giâm hom cây lâm nghiệp Mô hình được triển khai tạ i Trung tâm THLNHV, phường Hương Vân, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế. V ị trí địa lý của Thừa Thiên Huế nằm ở Bắc Trung Bộ, có tọa độ từ 16 -16,8 độ vĩ Bắc và 107,8 - 108,2 độ kinh Đông. Khí hậu nơi đây thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, mang tính chuyển tiếp từ á xích đạo đến nội chí tuyến gió mùa, chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam nước ta. Mùa nóng từ tháng 5 đến tháng 9, chịu ảnh hưởng của gió Tây Nam nên khô nóng, nhiệt độ cao. Nhiệt độ trung bình các tháng nóng là từ 27°C - 29°C, tháng nóng nhất (tháng 5, 6) nhiệt độ có thể lên đến 40°C - 41°C. Mùa lạnh từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên mưa nhiều, trời lạnh. Nhiệt độ trung bình về mùa lạnh ở vùng đồng bằng từ 20°C - 22°C. Chế độ mưa: lượng mưa trung bình khoảng 2500mmnăm. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau, tháng 11 có lượng mưa lớn nhất, chiếm tới 30 lượng mưa cả năm. Độ ẩm trung bình 85 - 86 3 . Khương Anh Sơn và CS. Tập 128, Số 2A, 2019 18 Dựa vào vị trí thửa đất trong quy hoạch của Trung tâm THLNHV. Chúng tôi thiế t kế và chế tạo nhà lưới v ới diện tích S = 32m 2 có thể lắp ghép khung nhà lưới bằng bát liên kết và đạt 90. Thiết kế nhà lưới theo tiêu chuẩn vườn ươm giống cây lâm nghiệp 2. Về hướng của nhà lưới, đặt phía bên phải là hướng Nam, bên trái là hướng Bắc (Hình 2). Cấu trúc nhà lưới dạng mái vòm (dạng mái hở) và lệch một bên về hướng Nam để đối lưu thoát nhiệt dễ dàng, mái có phủ nilon bên trên, phía dưới có tầng lưới đen Thái Lan để cắt nắng, xung quanh nhà lưới được che chắn bằng lưới chắn côn trùng để ngăn ngừa sâu bệnh, ngăn động vật gây hại, tạo điều kiện cho sự điều hòa vi khí hậu trong nhà lưới. Nhà lưới được bố trí thành 3luống, diện tích mỗi luống: 7.2 x 1 (m2), đườ ng đi vào có khoảng cách 0,3m để t h u ậ n l ợ i t r o n g ư ơ m b ầ u , chăm sóc và thu hoạ ch hom keo (Hình 3). Hệ thống tưới gồm có 3 nhánh rẽ, vòi phun trên các nhánh được đặt ở giữa luống v ới 21 vòi, khoảng cách giữa 2 vòi phun là 1m, chiều cao từ mặt luống đế n vòi là 0,4 m. Hình 2. Hình dạng và hướng đặt của nhà lưới Hinh 3. Bố trí kho ảng cách 3 luống trồng trong nhà lưới 7200 1000 300 300 200 8000 4000 jos.hueuni.edu.vn Tập 128, Số 2A, 2019 19 3.2 Tính toán thiết kế hệ thống tưới phun sươn cho nhà lưới Lựa chọn vòi phun Dựa vào đặc điểm của cây Keo lai và cùng với điều kiện khí hậu của tỉnh Thừa Thiên Huế, đề tài đã lựa chọn phương pháp tưới phun sương cho nh à lưới. Việc chọn vòi phun d ựa vào yêu cầu thực tế của đề tài (sơ đồ luống, diện tí ch của nhà lưới,…), theo kế t quả nghiên cứu của Tô Quốc Huy 5, 6 và trao đổi kinh nghiệm của một số chuyên gia trong lĩnh vực lâm nghiệp, xây dựng nhà lưới. Chúng tôi lựa chọ n loạ i vòi phun sương Toro (Úc) với các thông số cụ thể như sau: Áp suất phun P = 2.105(Pa), bán kính phun: R = 850 (mm), lưu lượng: Q = 0.61 (lphút) = 10.10- 6 (m3s), mức tưới thiết kế cho cây Keo lai: 70 - 80 (mlbầulần). Tính toán đường kính ống nhánh 6 - Tính toán lưu lượng đầu vào ống nhánh Qn = n.q; (lh) (1) trong đó, Qn: lưu lượng đầu vào ống nhánh (lh); q: lưu lượng bình quân của các vòi phun trên ống nhánh (lh); n: số lượng vòi trên một ống nhánh. Với loại vòi phun sương Toro (Úc) có lưu lượng một vòi: q = 10.10 -6 (m3s), số vòi trên một ống nhánh có n = 7. Ta tí nh được lưu lượng đầu vào của mỗi ống nhánh Qn= 7.10-5 (m3s). - Tính lưu lượng dòng nước chảy qua đường ống nhánh 4. Qn = S.v; (m3s) (2) trong đó, S: tiết diện đường ống, với S = R 2.  (m2); v: vận tốc dòng nước chảy trong đườ ng ống (ms); R: bán kính của đường ống (m). Với vận tốc dòng nước chảy trong đườ ng ống là 1(ms), và lưu lượng đầu vào ống nhánh Qn = 7.10-5 (m3s). Thay vào biểu thức (2) Ta tí nh được bán kính của đường ống nhánh R n = 4,7 (mm). Để đảm bảo lưu lượng vòi phun thì đường kính ống nhánh d n > 2.Rn = 2.4,7 = 9.4 (mm). Chọn loại ống nhựa Ti ền Phong PVC cho đường ống nhánh với đường kính d n = Ø21 (mm). Tính toán đường kính ống chính 6 Tính toán lưu lượng đầu vào ống chính (Qc) theo biểu thức : Qc = N.Qn; (m3s) (3) trong đó, N: số lượng hàng ống nhánh; Qn: lưu lượng đầu vào ống nhánh (m3s). Với số lượng hàng ống nhánh N = 3 và lưu lượng đầu vào ống nhánh Qn = 7.10-5 (m3s). Ta tí nh được lưu lượng đầu vào ống chính Qc = 2,1.10-4 (m3s). Khương Anh Sơn và CS. Tập 128, Số 2A, 2019 20 Với vận tốc dòng nước chảy trong đườ ng ống là 1ms, lưu lượng đầu vào ống chính Qc = 2,1.10-4 (m3s), ta tính b án kí nh đườ ng ống chí nh Rc = 8 mm. Vậy đường kính ống chí nh dc > 2.Rc =2. 8 = 16 (mm). Ta lựa chọn đường kính ống chính d c = Ø27mm, loại ống nhựa Ti ền Phong PVC. Hình 4. Sơ đồ bố trí đường ống và vòi phun nư ớc Tính cột áp của hệ thống tướ i 6 Để tính toán tổn thất th ủy lực cho đường ống ta tính tổn thất th ủy lực cho đoạn ống có v òi phun ở vị trí xa nhất vẫn đảm bảo áp suất phun. Theo TCVN 9170: 2012 1 5 6 tổng tổn thất cột nước trong đoạn đường ống tính toán (Htt) được xác định theo biểu thức. Htt = Hdd + Hcb + Hdh; (m) (4) trong đó, Hdd: tổn thất dọc đường của từng đoạn đường ống tính theo biểu thức: Hdd = ∑ hddi = fiQi mli di b ; (m) (5) trong đó, Q: lưu lượng...

Tập 128, Số 2A, 2018, Tr 15–27; DOI: 10.26459/hueuni-jtt.v127i2A.5232

* Liên hệ: khuonganhson@huaf.edu.vn

Nhận bài: 25–12–2017; Hoàn thành phản biện: 23–3–2018; Ngày nhận đăng: 23–5–2018

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TƯỚI PHUN SƯƠNG TRONG NHÀ LƯỚI PHỤC VỤ

NHÂN GIỐNG CÂY KEO LAI BẰNG HOM

Khương Anh Sơn1*, Đinh Quốc Dương2, Phạm Xuân Phương1, Trần Thị Thúy Hằng1, Nguyễn Thị Kim Anh1

1 Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế

2 Trường Cao đẳng nghề Gia Lai

Tóm tắt Hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động là một trong những khâu quan

trọng, quyết định sự thành công của toàn hệ thống sản xuất hom Keo lai trong nhà lưới có mái che Việc thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương có ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì độ ẩm đất và kiểm soát nhiệt độ không khí Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động theo thời gian Khi hệ thống làm việc, người vận hành chỉ cần cài đặt thời gian tưới mong muốn khi đó hệ thống

sẽ tự động điều khiển bơm phun sương để liên tục đảm bảo các thông số đã cài đặt

Từ khóa: Điều khiển, Tưới phun sương, Lưu lượng, Thời gian, Keo lai

Hiện nay, ở nước ta nói chung và tỉnh Thừa Thiên Huế nói riêng nhu cầu cây giống chất lượng cao cho sản xuất lâm nghiệp ngày càng lớn Nhân giống bằng hom (giâm hom) là phương pháp sản xuất được cây giống đạt chất lượng tốt, nhanh với số lượng lớn Quy trình sản xuất cây giống bằng công nghệ giâm hom đòi hỏi hệ thống trang thiết bị của nhà lưới phải tạo được tiểu khí hậu trong môi trường ra rễ ổn định theo yêu cầu và ít bị ảnh hưởng bởi những biến động ngẫu nhiên của môi trường thời tiết bên ngoài [8] Hệ thống tưới phun sương tự động sẽ tưới ẩm cho bầu giâm hom Keo lai trong nhà lưới bằng máy bơm nước và dàn phun sương cố định; khi kết hợp với hệ thống che sáng là lựa chọn tốt nhất để rút ngắn thời gian ra rễ, tăng tỷ lệ ra rễ và tỷ lệ sống của hom trong các nhà lưới ươm cây lâm nghiệp

Trên thế giới, một số nước đã cho nghiên cứu về hệ thống nhà kính - nhà lưới, công nghệ tưới nước cho cây con trong giai đoạn vườn ươm nhằm tạo môi trường tốt nhất cho quá trình sinh trưởng của cây con và đã đạt trình độ công nghệ cao Tuy nhiên, giá thành đầu tư thiết bị khá cao, vận hành phức tạp; ít áp dụng cho giâm hom cây lâm nghiệp và chưa phù hợp với điều

kiện khí hậu, trình độ công nghệ, quy mô sản xuất của Việt Nam [5]

Ở Việt Nam hiện nay, đã có những nghiên cứu, ứng dụng hệ thống điều khiển tưới tự động trong các vườn giâm hom cây lâm nghiệp Tuy nhiên, hệ thống tưới phun sương tạo ẩm cho không khí và bầu giâm không đảm bảo độ phun tơi sương mù và độ đều lượng tưới trên mặt luống giâm dẫn tới hom chết nhiều do thiếu nước và bị bệnh do thừa nước Việc chọn loại máy bơm, ống dẫn và kết cấu lắp ghép , hệ thống tưới không hợp lý dẫn tới tăng chi phí đầu tư hoặc hệ thống nhanh bị hư hỏng do sử dụng ống nhựa PVC chất lượng thấp để làm đường ống dẫn nước Hệ thống che sáng của các nhà giâm hom (NGH), nhà lưới hiện có cố định, không điều chỉnh được các mức che tùy thuộc thời tiết Nhiệt độ không khí môi trường giâm hom quá lớn khi nắng nóng [7], [8], đây cũng là nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến tỷ lệ ra rễ của hom ở NGH và chất lượng của cây giống xuất vườn Bộ điều khiển tưới chủ yếu sử dụng rơle phao hay dùng các bộ hẹn giờ tưới mà ít sử dụng đồng hồ thời gian thực để chủ động ngắt bơm trong

khoảng thời gian không có nhu cầu tưới

Trung tâm Thực hành Lâm nghiệp Hương Vân (THLNHV) thuộc Viện nghiên cứu phát triển (VNCPT), trường Đại học Nông Lâm (ĐHNL), Đại học Huế là nơi nghiên cứu, thử nghiêm các loại cây giống nông - lâm nghiệp Tuy nhiên, vẫn chưa có một nhà lưới hoàn thiện nhằm phục vụ học tập và nghiên cứu cho sinh viên và cán bộ giáo viên của nhà trường Hiện nay, vườn ươm cây Keo lai để trực tiếp ngoài trời, với hệ thống tưới phun sương sử dụng rơ le phao, các nhánh tưới phun nằm dưới lối đi (Hình 1), cho nên tỉ lệ hom Keo sống phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết và kinh nghiệm của cán bộ kỹ thuật [3] Vì vậy, việc nghiên cứu, xây dựng nhà lưới quy mô nhỏ để ươm cây giống lâm nghiệp hay cây bản địa tại Trung tâm THLNHV là cần thiết và phù hợp với nghị quyết 200-NQ/ĐU của Đảng ủy trường ĐHNL, Đại học Huế về việc nâng cao hiệu quả phục vụ đào tạo và nghiên cứu của VNCPT Vì những lý do trên, nên chúng tôi đã nghiên cứu thực hiện đề tài để hạn chế bớt những bất lợi của thời tiết nắng nóng của mùa hè để hom Keo lai nhanh ra rể với tỷ lệ sống cao hơn so với giâm hom để ngoài trời, đồng thời tạo ra mô hình nhà lưới giâm hom cây lâm nghiệp cho sinh viên có thể thuận lợi trong học tập, nghiên cứu

Hình 1 Vườn ươm cây Keo lai tại Trung tâm THLNHV, trường ĐHNL, Đại học Huế

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương pháp điều tra thu thập số liệu

Điều tra đặc điểm về khí hầu thời tiết liên quan đến công nghệ giâm hom cây Keo lai

Tìm hiểu kết cấu, thông số kỹ thuật, bộ điều khiển hệ thống tưới và khả năng hoạt động của các mô hình V G H cây lâm nghiệp đã và đang sử dụng trong sản xuất Từ đó xác định

được những ưu, nhược điểm và tìm giải pháp thích hợp

Phân tích, đánh giá lựa chọn các giải pháp, thiết bị, vật liệu để nghiên cứu theo phương

pháp chuyên gia và phương pháp kế thừa

2.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Trên cơ sở vận dụng các kết quả nghiên cứu của các công trình trong và ngoài nước để xây dựng hệ thống điều khiển tưới phun sương tự động bảo đảm được các chế độ tưới thích hợp cho sản xuất cây Keo lai trong nhà lưới códiện tích 32 m2 Tính toán, thiết kế hệ thống tưới phun sương theo lý thuyết thủy lực: lựa chọn được vòi phun, lựa chọn tiết diện ống dẫn, lập được sơ đồ hệ thống tưới từ đó tính toán tổn thất thủy lực qua các nhánh phun làm cơ sở để

chọn máy bơm có kiểu dáng, thông số, đặc tính kỹ thuật phù hợp với hệ thống tưới đã thiết kế

2.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Hệ thống nhà lưới được kiểm nghiệm và hiệu chỉnh nhiệt độ bằng cách sử dụng thiết bị đo vi khí hậu EN150 với độ chính xác đạt ± 2% và cảm biến nhiệt độ - Module Relay12V

3.1 Mô hình hệ thống nhà lưới để giâm hom cây lâm nghiệp

Mô hình được triển khai tại Trung tâm THLNHV, phường Hương Vân, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế Vị trí địa lý của Thừa Thiên Huế nằm ở Bắc Trung Bộ, có tọa độ từ 16 -16,8 độ vĩ Bắc và 107,8 - 108,2 độ kinh Đông Khí hậu nơi đây thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, mang tính chuyển tiếp từ á xích đạo đến nội chí tuyến gió mùa, chịu ảnh hưởng khí hậu chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam nước ta Mùa nóng từ tháng 5 đến tháng 9, chịu ảnh hưởng của gió Tây Nam nên khô nóng, nhiệt độ cao Nhiệt độ trung bình các tháng nóng là từ 27°C - 29°C, tháng nóng nhất (tháng 5, 6) nhiệt độ có thể lên đến 40°C- 41°C Mùa lạnh từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc nên mưa nhiều, trời lạnh Nhiệt độ trung bình về mùa lạnh ở vùng đồng bằng từ 20°C - 22°C Chế độ mưa: lượng mưa trung bình khoảng 2500mm/năm Mùa mưa bắt đầu từ tháng 9 đến tháng 2 năm sau, tháng 11 có lượng mưa lớn

nhất, chiếm tới 30% lượng mưa cả năm Độ ẩm trung bình 85% - 86% [3]

Dựa vào vị trí thửa đất trong quy hoạch của Trung tâm THLNHV Chúng tôi thiết kế và chế tạo nhà lưới với diện tích S = 32m2 có thể lắp ghép khung nhà lưới bằng bát liên kết và đạt 90% Thiết kế nhà lưới theo tiêu chuẩn vườn ươm giống cây lâm nghiệp [2] Về hướng của nhà lưới,đặt phía bên phải là hướng Nam, bên trái là hướng Bắc (Hình 2) Cấu trúc nhà lưới dạng mái vòm (dạng mái hở) và lệch một bên về hướng Nam để đối lưu thoát nhiệt dễ dàng, mái có phủ nilon bên trên, phía dưới có tầng lưới đen Thái Lan để cắt nắng, xung quanh nhà lưới được che chắn bằng lưới chắn côn trùng để ngăn ngừa sâu bệnh, ngăn động vật gây hại, tạo điều kiện cho sự điều hòa vi khí hậu trong nhà lưới Nhà lưới được bố trí thành 3luống, diện tích mỗi luống: 7.2 x 1 (m2), đường đi vào có khoảng cách 0,3m để t h u ậ n l ợ i t r o n g ư ơ m b ầ u , chăm sóc và thu hoạch hom keo (Hình 3) Hệ thống tưới gồm có 3 nhánh rẽ, vòi phun trên các nhánh được đặt ở giữa luống với 21 vòi, khoảng cách giữa 2 vòi phun là 1m, chiều cao từ mặt

luống đến vòi là 0,4 m

Hình 2 Hình dạng và hướng đặt của nhà lưới

Hinh 3 Bố trí khoảng cách 3 luống trồng trong nhà lưới

3.2 Tính toán thiết kế hệ thống tưới phun sươn cho nhà lưới Lựa chọn vòi phun

Dựa vào đặc điểm của cây Keo lai và cùng với điều kiện khí hậu của tỉnh Thừa Thiên Huế, đề tài đã lựa chọn phương pháp tưới phun sương cho nhà lưới Việc chọn vòi phun dựa vào yêu cầu thực tế của đề tài (sơ đồ luống, diện tích của nhà lưới,…), theo kết quả nghiên cứu của Tô Quốc Huy [5], [6] và trao đổi kinh nghiệm của một số chuyên gia trong lĩnh vực lâm nghiệp, xây dựng nhà lưới Chúng tôi lựa chọn loại vòi phun sương Toro (Úc) với các thông số cụ thể như sau: Áp suất phun P = 2.105(Pa), bán kính phun: R = 850 (mm), lưu lượng: Q = 0.61 (l/phút) = 10.10-6 (m3/s), mức tưới thiết kế cho cây Keo lai: 70 - 80 (ml/bầu/lần)

Tính toán đường kính ống nhánh [ 6]

- Tính toán lưu lượng đầu vào ống nhánh

trong đó, Qn: lưu lượng đầu vào ống nhánh (l/h); q: lưu lượng bình quân của các vòi phun trên

ống nhánh (l/h); n: số lượng vòi trên một ống nhánh

Với loại vòi phun sương Toro (Úc) có lưu lượng một vòi: q = 10.10-6 (m3/s), số vòi trên một ống nhánh có n = 7 Ta tính được lưu lượng đầu vào của mỗi ống nhánh Qn= 7.10-5 (m3/s)

- Tính lưu lượng dòng nước chảy qua đường ống nhánh [4]

Qn = S.v; (m3/s) (2)

trong đó, S: tiết diện đường ống, với S = R2  (m2); v: vận tốc dòng nước chảy trong đường ống

(m/s); R: bán kính của đường ống (m)

Với vận tốc dòng nước chảy trong đường ống là 1(m/s), và lưu lượng đầu vào ống nhánh Qn = 7.10-5 (m3/s) Thay vào biểu thức (2) Ta tính được bán kính của đường ống nhánh Rn = 4,7 (mm) Để đảm bảo lưu lượng vòi phun thì đường kính ống nhánh dn > 2.Rn = 2.4,7 = 9.4 (mm) Chọn loại ống nhựa Tiền Phong PVC cho đường ống nhánh với đường kính dn = Ø21 (mm)

Tính toán đường kính ống chính [6]

Tính toán lưu lượng đầu vào ống chính (Qc) theo biểu thức : Qc = N.Qn; (m3/s) (3)

trong đó, N: số lượng hàng ống nhánh; Qn: lưu lượng đầu vào ống nhánh (m3/s)

Với số lượng hàng ống nhánh N = 3 và lưu lượng đầu vào ống nhánh Qn = 7.10-5 (m3/s) Ta tính được lưu lượng đầu vào ống chính Qc = 2,1.10-4 (m3/s)

Với vận tốc dòng nước chảy trong đường ống là 1m/s, lưu lượng đầu vào ống chính Qc = 2,1.10-4 (m3/s), ta tính bán kính đường ống chính Rc = 8 mm Vậy đường kính ống chính dc > 2.Rc =2 8 = 16 (mm) Ta lựa chọn đường kính ống chính dc = Ø27mm, loại ống nhựa Tiền Phong PVC

Hình 4 Sơ đồ bố trí đường ống và vòi phun nước

Tính cột áp của hệ thống tưới [6]

Để tính toán tổn thất thủy lực cho đường ống ta tính tổn thất thủy lực cho đoạn ống có vòi

phun ở vị trí xa nhất vẫn đảm bảo áp suất phun

Theo TCVN 9170: 2012 [1] [5] [6] tổng tổn thất cột nước trong đoạn đường ống tính toán (Htt) được xác định theo biểu thức

Htt = Hdd + Hcb + Hdh; (m) (4)

trong đó, Hdd: tổn thất dọc đường của từng đoạn đường ống tính theo biểu thức: Hdd= ∑ hddi=fi*Qim*li

dib ; (m) (5)

trong đó, Q: lưu lượng của đoạn ống chính (Qc) và ống nhánh (Qn); d: đường kính ống chính và ống nhánh (mm); l: chiều dài đoạn ống chính (lc) và ống nhánh (ln) (m); m, b, f: lần lượt là chỉ số

lưu lượng, chỉ số đường kính, hệ số ma sát đường dài ống;

Theo tiêu chuẩn Việt Nam - TCVN 9170: 2012 với đường ống làm từ chất dẻo có m = 1.77, b = 4.77 và f = 0.946.105 , với Qc = 2,1.10-4 (m3/s), Qn = 7.10-5 (m3/s), lc = 4 (m), ln= 21 (m) Theo biểu thức (5) ta tính được tổn thất dọc đường của cả đoạn ống chính và nhánh là 0,062, với đoạn ống chính Hddc = 0.034 (m) và đoạn ống nhánh Hddn = 0.084 (m)

Hcb là tổn thất cục bộ, xác định theo biểu thức:

𝐻𝑐𝑏= 𝜉𝑉2

2𝑔 ; (m) (6)

trong đó, ξ: hệ số tổn thất cục bộ, xác định bằng phương pháp tra bảng tính toán thủy lực; V: vận tốc dòng chảy của đoạn ống tính toán V = 1(m/s); g: gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2)

Trong đường ống chính từ bơm tới đường ống nhánh cuối cùng có 4 co 90o tra bảng phụ

Hđh: chênh lệch về độ cao địa hình tại vị trí tim cửa vào (điểm đầu) và tim cửa ra (điểm cuối) của đoạn đường ống tính toán (m) Vì bơm đặt trên bể chứa phía của vào và cao hơn tim của ra nên Hđh = 0

Theo biểu thức (4) ta tính tổng tổn thất cột nước trong đoạn đường ống tính toán Htt = 0,482

(m)

Tính toán công suất của bơm [6]

Công suất trên trục của bơm (N) tính theo biểu thức:

𝑁 = 𝑘 𝛾.𝑄.𝐻

1000.𝜂; (kW) (7)

trong đó, k: hệ số thể hiện hiệu suất cơ học của truyền động cho bơm từ động cơ; 𝛾: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3); Q: lưu lượng đầu vào ống chính (m3/s); H: cột áp toàn phần của bơm (m H20); η: Hiệu suất toàn phần của bơm

Cột áp toàn phần của bơm được tính theo biểu thức:

Htp = Htt + Hv ; (m) (8)

trong đó, Hv: cột nước áp lực yêu cầu tại miệng vòi phun; (m) Hv = 20 (mH20) Theo biểu thức (8) ta tính được tổng cột áp của hệ thống là Htp= 20,5 (m)

Với k = 0,9, Q = 2,1.10-4 (m3/s); η = 0,8; H = Htp = 20,5 (m); γ = 10000 (N/m3) Theo biểu thức

(7) ta tính được công suất của bơm N = 50 (W)

Để áp suất và lưu lượng nước tại miệng vòi phun đảm bảo đúng yêu cầu thì Lưu lượng bơm Q > 2,1.10-4 (m3/s) và Cột áp lớn nhất Hmax > 20,5 (m H2O) Kết quả tính toán đã lựa chọn được máy bơm nước 1 pha SWIRLS xuất xứ Trung Quốc, Công suất 375 (W), lưu lượng 40 (l/phút),

chiều cao cột áp 35 (m) để lắp đặt cho hệ thống tưới phun sương trong nhà lưới

3.3 Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống tưới trong nhà lưới

Nhiệm vụ chính của hệ thống tưới phun sương là tạo độ ẩm cho hom Keo lai trong

giai đoạn vườn ươm và làm mát không khí của nhà lưới khi nhiệt độ quá cao

Các thiết bị của bộ điều khiển tưới phun sương bao gồm: khởi động từ đơn, rơ le điều

khiển tưới hẹn giờ như: Timer 24 giờ TB118KE7, Timer TF62N để điều khiển hệ thống tưới tự

động hẹn giờ cho vườn ươm cây lâm nghiệp và Module Relay 12V để đo và hiển thị nhiệt độ trong nhà lưới (Hình 5) Sơ đồ đấu dây của mạch điều khiển hệ thống tưới (Hình 6)

a) b) c) d)

Hình 5 Các thiết bị điều khiển hệ thống tưới a)Timer TB118KE7; b)Timer TF 62N; c)Khởi động từ;

d)Module Relay12V

Hình 6 Sơ đồ đấu dây của mạch điều khiển hệ thống tưới

Nguyên lý hoạt động của hệ thống tưới tự động: Hệ thống được điều khiển theo thời gian cài đặt của người sử dụng trong ngày và số lần và tần suất phun sương Khi cấp nguồn cho relay timer 24 giờ có hẹn giờ trước, cụ thể là từ 7 giờ đến 17 giờ hàng ngày, lúc này timer TF 62N sẽ tự động cung cấp điện cho khởi động từ để cho bơm hoạt động Chế độ tưới phun sương tạo ẩm cho nhà lưới được tự động bằng rơ le điều khiển tưới hẹn giờ với nhiều chế độ có thể lựa chọn

tùy thuộc loài cây, giai đoạn sinh trưởng, điều kiện thời tiết,…Module Relay12V được cài đặt để hiển thị nhiệt độ không khí của nhà lưới giúp người sử dụng giám sát điều khiển lưới cắt nắng bằng lưới đen khi nhiệt độ tăng cao (>300C) Bộ điều khiển hệ thống tưới phun sương cho trên Hình 7

Để bảo vệ cho hệ thống bơm tưới: khi mức nước trong bể xuống thấp hơn mức nước cho phép làm bơm chạy không tải dẫn đến tình trạng cháy bơm Chúng tôi đã sử sụng rơ le phao, sơ đồ mạch bảo vệ động cơ khi mức nước thấp dưới mức cho phép như hình 7 Khi mức nước trong bể chứa ở trên mức nước cho phép thì phao sẽ dâng lên cao, đóng công tắc cấp điện cho bơm làm việc Khi mức nước xuống dưới mức cho phép thì phao sẽ hạ xuống, kéo công tắc từ trạng thái

đóng thành trạng thái mở, bơm sẽ ngừng làm việc

Mỗi luống có một đường ống tưới riêng, đầu luống có van khóa Với cách bố trí này ta có thể điều chỉnh áp suất và lưu lượng phun mỗi luống dễ dàng Ngoài ra, trong hệ thống tưới có bố trí van xả nước từ bơm về bể nước nhằm điều chỉnh áp suất phun và tránh hiện tượng nước

tự chảy ra vòi làm úng hom giâm trong khoảng thời gian ngừng bơm nước

Hình 7 Bộ điều khiển hệ thống bơm tưới phun sương tự động hẹn giờ

Hình 8 Sơ đồ mạch bảo vệ động cơ khi mức nước thấp dưới mức cho phép

3.4 So sánh khả năng giâm hom và điều tiết nhiệt độ môi trường nhà lưới ở điều kiện thời

tiết khắc nghiệt

Hom Keo lai dòng BV10 lấy từ vườn cây Keo mẹ được trồng tại Trung tâm THLNHV được dùng để cấy vào bầu giâm hom trong nhà lưới và vườn ươm với số hom thí nghiệm là 6000 hom Thí nghiệm được thực hiện trong thời gian từ 10 đến 20 ngày ở điều kiện thời tiết nắng nóng từ tháng 4-5/2018 tại Trung tâm THLNHV, phường Hương Vân, thị xã Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế

Dùng thiết bị đo vi khí hậu EN150 của hãng EXTECH - Đài Loan với sai số đo  1,20C và

Module Relay 12V để đo nhiệt độ và độ ẩm trong nhà lưới, vườn ươm ở 3 điều kiện thí nghiệm

cho trên Bảng 1 Thời gian đo ở 3 khoảng trong ngày từ: 8 – 9 giờ, 11 - 12 giờ, 14 – 15 giờ, ở mỗi khoảng thời gian đo lặp lại 3 lần và lấy trung bình cho giá trị đo Vị trí đo nhiệt độ và độ ẩm không khí trên mặt luống giâm hom (độ cao 0,15 m)

Từ kết quả thí nghiệm trong Bảng 1 cho thấy Vườn giâm hom của Trung tâm THLNHV không có lưới che, thời gian tưới 10 giây, thời gian ngừng tưới 5 phút tỷ lệ hom ra rễ thấp nhất Nhà lưới giâm hom Keo lai có 1 lớp nilon trắng + 1 tầng lưới đen Thái Lan, thời gian tưới 10 giây, thời gian ngừng tưới 20 phút tỷ lệ hom ra rễ đạt 90% Nhà lưới giâm hom Keo lai có 2 tầng lưới đen, thời gian tưới 10 giây, thời gian ngừng tưới 10 phút cho kết quả tốt nhất, tỷ lệ hom ra rễ đạt 96% (Nhiệt độ để hom ra rễ từ 25 – 30 0C, Độ ẩm không khí trong NGH, luống GH > 90% là tốt nhất cho sự phát triển của hom giâm) [5] Điều này chứng tỏ trong vùng có thời tiết khắc nghiệt, khô nóng vào mùa hè như Thừa Thiên Huế, nếu lựa chọn chế độ tưới và sử dụng hệ thống che lưới chuyên dụng với độ che thích hợp sẽ giảm nhiệt độ trong nhà lưới để đảm bảo độ ẩm cho hom Keo lai phát triển và giảm được cường độ tưới phun và lượng nước tưới tới 2 lần Với nhà lưới quy mô nhỏ cần được nghiên cứu tiếp để tự động hóa việc đóng mở các hệ thống che sáng

nhằm đáp ứng chính xác, kịp thời yêu cầu ánh sáng của cây trồng