22 Luglio 2020

Impianto di Irrigazione per Vigneto Parte 2

In questa seconda parte della guida, parleremo nello specifico della Progettazione dell’Impianto di Irrigazione per Vigneto.

Schematicamente quindi, possiamo immaginare un impianto di irrigazione per vigneto a goccia costituito dai seguenti elementi opportunamente assemblati tra di loro:

Schema Irrigazione per Vigneto

Abbiamo infine deciso di installare nel nostro vigneto un sistema di irrigazione a goccia, ora il passo successivo sarà procedere con una corretta progettazione di tutti gli elementi necessari a realizzarlo.

Questa è sicuramente la fase più delicata e importante, e dovrebbe essere eseguita tenendo in considerazione tutti gli elementi di cui abbiamo parlato fino ad ora, per poter scegliere nel modo più corretto tutti gli elementi che faranno parte del nostro sistema irriguo, partendo dal primo e forse più importante punto, scegliere il sistema di pompaggio.

La scelta del sistema di pompaggio dovrà tener conto dei seguenti elementi:

  • presenza o meno di linea elettrica
  • tipo di approvvigionamento idrico (da canale, bacino, lago, pozzo)
  • presenza o meno di più corpi aziendali da irrigare (in questo caso si dovrà prevedere un sistema di pompaggio mobile, ad esempio su carrello trainabile)
  • distanza della cabina elettrica dal punto di prelievo idrico (potrebbero essere necessari molti metri di cavo elettrico), determinando la scelta di pompa comandata con motore endotermico.

Alcuni esempi di pompe:

Successivamente, dobbiamo preventivare l’installazione del sistema di filtrazione più idoneo, la cui scelta dipende da due fattori:

  1. Il tipo di acqua che utilizzeremo per l’irrigazione (in particolare quali saranno le particelle in sospensione, che dovranno essere filtrate, ad esempio sabbia, oppure particelle organiche tipo alghe).
  2. Le caratteristiche della pompa, in particolare la portata (mc/ora o lt/min) e la pressione di esercizio.

Queste due caratteristiche sono fondamentali sia per la scelta del modello di filtro che per determinare la suddivisione in settori ed i diametri delle condotte principali, come vedremo in seguito. In particolare la portata del filtro principale dovrebbe essere almeno il 20% superiore alla portata utile della pompa, poichè in situazioni di acque particolarmente sporche l’intasamento del filtro ed il conseguente lavaggio potrebbero essere troppo frequenti con un filtro sottodimensionato, determinando un allungamento dei turni di irrigazione con conseguente spreco di energia. Per quanto riguarda la tipologia di filtro da utilizzare, esistono diversi sistemi a seconda dell’acqua da filtrare:

Per acqua di bacino o canale di bonifica (prevalenza di particelle organiche): Sistema a sabbia di quarzite con sistema di controlavaggio, con filtro a rete aggiuntivo.

Il filtro a quarzite è costituito da un serbatoio (o più serbatoi collegati in serie), al cui interno viene inserita una certa quantità di sabbia di quarzite, con calibro variabile da 0,8 a 2,5 mm. L’acqua prelevata dalla pompa entra nel filtro, attraversando la massa filtrante composta dalla sabbia di quarzite, che tratterrà le particelle di sporco, e uscirà dal collettore pulita, per poi entrare nel secondo filtro a rete che provvederà ad aumentare la pulizia dell’acqua, per poi essere distribuita alla coltura tramite le ali gocciolanti.

I filtri a graniglia o sabbia di quarzite, sono dotati normalmente di valvole ad azionamento manuale od automatico, per il contro-lavaggio del filtro quando lo sporco ha raggiunto il livello massimo. Il momento migliore per effettuare il contro-lavaggio, viene stabilito dal differenziale di pressione che si crea tra l’ingresso e l’uscita dell’acqua, e si evidenzia tramite manometri posti sul collettore, all’ingresso e all’uscita.

Azionando le valvole, si inverte il flusso idrico, e l’acqua insieme allo sporco, verrà scaricata a terra mediante apposito collettore di scarico. Quando la pressione torna a livelli normali si può procedere all’azionamento delle valvole per re-invertire il flusso idrico.

Naturalmente questa operazione, che può essere anche piuttosto frequente se l’acqua è molto sporca, può essere realizzata in modo automatico mediante l’inserimento di un kit automatico per il contro-lavaggio, che provvederà ad eseguire i lavaggi in base all’impostazione della pressione e della durata del contro-lavaggio da parte dell’operatore.

Per acqua di bacino o canale di bonifica (prevalenza di particelle organiche): Filtri a scanner autopulenti FILTAWORX®

I filtri a Scanner, completamente automatici sono più moderni rispetto ai filtri a sabbia di quarzite, ed offrono la possibilità di un’ampia gamma di filtrazioni possibili mediante la sostituzione delle cartucce filtranti (da 20 fino a 250 mesh). Trovano riscontro maggiore in applicazioni industriali o civili, dato il minor ingombro rispetto alle batterie filtranti o ai filtri a quarzite. Per contro sono meno utilizzati in agricoltura, nello specifico per impianti di irrigazione per vigneto o frutteto, per via della maggiore complessità di costruzione ed il maggiore costo.

Per acqua di pozzo (bassa presenza di particelle organiche, sabbia, ferro): Filtro a rete o a dischi:

I filtri a dischi o a rete trattengono le particelle di sporco grazie ad una calza o rete cilindrica di materiale sintetico o acciaio inox, oppure tramite una serie di dischi dotati di minuscoli fori sovrapposti uno all’altro, dentro ad un corpo filtro dotato di spurgo per la pulizia e di ghiera per lo smontaggio e sostituzione e/o pulizia della massa filtrante.

Possono essere montati in batteria e dotati di sistema di contro-lavaggio automatico ma non sono consigliati in condizioni di acque molto sporche, perché più problematici nel caso sia richiesta la pulizia manuale dei singoli dischi, in quanto occorre smontarli uno ad uno.

Per acqua di pozzo, fiume, lago, bacino con presenza di sabbia in sospensione: Filtro Idrociclone

Il filtro cosiddetto “idrociclone” è un particolare filtro che separa la sabbia dall’acqua grazie al moto vorticoso che questa assume all’interno del filtro, determinando così la separazione delle particelle di sabbia che hanno peso specifico e densità maggiori dell’acqua.

Mentre l’acqua uscirà dalla parte superiore del filtro, le particelle di sabbia, più pesanti verranno convogliate al centro del vortice e cadranno nella parte inferiore del filtro, dove è presente uno spurgo per lo scarico della sabbia.

Ci sono situazioni inoltre, in cui la presenza di un filtro non basterà a preservare l’impianto di Irrigazione per Vigneto

La presenza di ferro nell’acqua di irrigazione è infatti un problema che non si può risolvere con la filtrazione. In realtà dobbiamo parlare di ferrobatteri, cioè di batteri fissatori del ferro: si tratta di batteri aerobi e solitamente le acque che manifestano questo problema sono acque di profondità con presenza di ferro prive di ossigeno che si mescolano con acque cariche di ossigeno dove sono presenti questi batteri.

I ferrobatteri sono dannosi per gli impianti perché intaccano le tubazioni e l’idrossido ferrico idrato prodotto dal loro metabolismo, che essendo insolubile e voluminoso precipita sulle loro secrezioni mucillaginose determinando il fenomeno del biofouling, cioè l’incrostazione mucillaginosa che riduce le sezioni delle tubazioni e, nel caso delle ale gocciolanti, intasa il labirinto dei gocciolatori in modo irreversibile se non si procede ad un lavaggio chimico più o meno frequente.

Un altro modo per evitare il problema dei ferrobatteri è quello di predisporre un bacino a monte dell’impianto di irrigazione per vigneto in modo da far precipitare il ferro alla base del bacino prelevando l’acqua al di sopra dello strato di ferro.

La suddivisione in settori dell’impianto di irrigazione per vigneto e la scelta delle tubazioni

Un altro importante aspetto della progettazione di un impianto di irrigazione per vigneto a goccia è la suddivisione in settori dell’impianto. Conoscendo la superfice del nostro vigneto e la portata della pompa possiamo determinare in quanti settori omogenei suddividere il nostro impianto.

Ogni settore creato verrà alimentato dall’impianto per un intero turno irriguo per poi passare ai settori successivi, in modo da creare un ciclo di irrigazione completo. Facciamo un esempio:

Abbiamo 10 ettari di vigneto con filari equidistanti 3 metri l’un l’altro e una lunghezza dei filari 200 metri ad appezzamento rettangolare. Troviamo il numero dei filari conoscendo la superfice totale (mq 10000 x 10= 100000 mq), dividiamo per 200 e poi per la distanza tra le file, quindi: 100000/200= 500 > 500/3,00= 166,66  che è il numero dei filari (per comodità arrotondiamo a 167). La lunghezza totale dei filari sarà quindi: 167 x 200 = mt 33.400, corrispondenti quindi ai mt di ala gocciolante da installare.

Abbiamo deciso, considerata la lunghezza dei filari di 200 mt, di installare l‘ala gocciolante autocompensante Multibar C prodotta da Irritec, di diametro 20 mm, spaziatura tra i gocciolatori di 50 cm e portata di 2,1 lph (litri/ora).

Le specifiche tecniche di ogni ala gocciolante vengono fornite dai produttori con apposite tabelle dalle quali si possono ottenere tutti i dati necessari alla scelta del tipo idoneo al nostro vigneto, ed in particolare un dato fondamentale per la nostra scelta: la lunghezza massima consigliata in metri del singolo filare:

Come possiamo notare nella tabella, considerando una pressione di esercizio di 2.0 bar e pendenza pari a 0 (zero), la lunghezza massima che possiamo raggiungere con la nostra ala gocciolante è di 247 metri.

Ciò significa che, trattandosi di ala gocciolante autocompensante, avremo la stessa erogazione di acqua tra tutti i gocciolatori fino alla lunghezza di 247 metri. Se aumentiamo questa lunghezza mantenendo lo stesso tipo di ala gocciolante, gradualmente perderemo l’uniformità di distribuzione tra i gocciolatori, diminuendone di conseguenza la portata.

Ora possiamo calcolare la portata idrica complessiva che è uguale a: N° totale dei gocciolatori, moltipilicati per la  portata singola di ogni gocciolatore. Per determinare il numero totale dei gocciolatori, trattandosi di ala gocciolante con spaziatura cm 50, avremo 2 gocciolatori ogni mt, quindi moltiplicheremo la lunghezza totale * 2 e, successivamente * 2,1, che è la quantità di acqua erogata da ogni singolo gocciolatore: 33.400 mt * 2 Gocciolatori/mt = 66.800 Gocciolatori * 2,1 lt/h = 140.280 lt/h (litri/ora), dividendo poi il totale dei litri x 1000 troveremo la portata complessiva in metri cubi/ ora: 140.280 lt/h ÷ 1000= 140,28 mc/ora.

Nel caso di ale gocciolanti con spaziatura diversa da cm 50, la formula sarà sempre la stessa:

Lunghezza totale in cm / spaziatura in cm = Numero gocciolatori

N° gocciolatori * Portata di ogni gocciolatore in lt/h (litri/ora)= Portata totale in lt/h

Portata totale in lt/h / 1.000 = Portata in mc/ora

Ora, conoscendo la portata complessiva del nostro impianto di irrigazione per vigneto e la portata della nostra pompa, possiamo determinarne l’esatta suddivisione in settori.

Occorre considerare che pompe con portate maggiori richiedono un quantitativo maggiore di energia per il funzionamento, ma porteranno a ridurre il numero di settori dell’impianto. Per contro, pompe sottodimensionate richiedono un numero maggiore di settori dell’impianto.

Nel nostro caso quindi abbiamo un impianto di irrigazione per vigneto che si potrà suddividere in 4 settori da 2,5 ettari, ciascuno con portata di 35,07 mc/ora (140,28 mc/h diviso il n° dei settori, che sono in questo caso 4) ossia 584,5 lt/min (litri/min). Avremo quindi bisogno di una pompa che abbia una portata a centro curva di rendimento (non dobbiamo considerare la portata massima e nemmeno la minima, ma la portata della pompa nella situazione ottimale di lavoro, cioè a centro curva> vedi schema esempio successivo) di circa 500/600 lt/min ed una pressione di almeno 4 – 5 bar all’uscita, così da mantenere 1,5 – 2 bar nelle ale gocciolanti, consentendo di rispettare l’uniformità di distribuzione dall’inizio alla fine del filare.

In questo caso, il modello adatto al nostro impianto sarà il CS 40-200A, che avrà il centro curva corrispondente alle nostre esigenze idriche.

La suddivisione in settori potrà essere effettuata tramite valvole a comando manuale, oppure elettrovalvole a comando elettrico comandate da programmatore a batteria 9 volts, che può essere posizionato vicino al gruppo delle elettrovalvole evitando l’utilizzo di cavo multipolare, ma meno affidabile di un programmatore 24 volts che però necessita di cavo multipolare per il collegamento.

Possiamo anche optare per un comando via radio se la distanza tra il programmatore ed il collettore delle elettrovalvole è molto rilevante nel qual caso diventerebbe antieconomico l’utilizzo del cavo multipolare di collegamento. Esistono inoltre soluzioni con gestione automatizzata tramite centralina Wi-Fi e comando con app da smartphone.

Un altro aspetto importante della progettazione dell’impianto di irrigazione per vigneto è la scelta delle tubazioni e la determinazione dei diametri esatti, sia della condotta principale che della testata.

La condotta principale è quella che va dalla pompa al gruppo di comando dei settori, cioè il collettore delle valvole che comandano l’apertura dei settori e dalle quali partono le tubazioni di testata. Occorre stabilire quale sia il diametro delle tubazioni che consenta la minor perdita di carico ed il minor costo in relazione al diametro scelto.

Naturalmente, non trattandosi di una scelta casuale dettata solo dal buonsenso, possiamo fare affidamento ai vari Tools presenti sul web, che consentono di determinare la scelta esatta, conoscendo:

  1. La portata del settore o di tutti i settori se vogliamo calcolare il diametro della condotta (litri al secondo),
  2. La massima perdita di carico ammessa
  3. La lunghezza della tubazione.

Nel nostro caso, considerando il vigneto immaginato nel paragrafo precedente, ed avendo a disposizione i seguenti dati:

Portata in lt/sec: 38,96 (140,28 x 1000= 140280 ÷ 3600)

Max perdita di carico ammessa: 2,0 bar, avendo scelto una pompa con pressione di esercizio di 6,0 bar, cioè una Speroni CS-40-200A, possiamo considerare una perdita di carico di 2,0 bar. Una perdita di carico accettabile, considerando che l’ala gocciolante che abbiamo scelto (Multibar C), possiede una relazione pressione/portata che consente di mantenere l’uniformità di distribuzione da 0,5 a 4,0 bar.

Lunghezza della tubazione: 50 mt (ipotizziamo che la nostra pompa venga installata a 50 mt dal gruppo di comando o inizio testata, perché il punto più vicino di approvvigionamento idrico si trova a questa distanza).

Utilizzando il Tool fornito da Irritec, otterremo i seguenti risultati:

Possiamo vedere che il diametro interno consigliato è di 84,85 mm. Dovremo quindi scegliere un tubo con un diametro interno che più si avvicini a questo valore, arrotondandolo in eccesso.

Nel caso optassimo per un tubo in polietilene, dovremo installare un tubo di diametro esterno 110 mm (la classificazione dei tubi in polietilene, considera il diametro esterno e non quello interno). Con la pompa che abbiamo preso in considerazione potremo optare anche per un tubo con  diametro esterno di 90 mm (interno circa 80 mm), avremo un lieve aumento della perdita di carico (25 mca), ma potremo risparmiare sul costo del tubo, conservando la relazione di pressione/portata dell’ala gocciolante Multibar C.

Per quanto riguarda la Tubazione di testata, vale quanto detto per la condotta principale: dovremo solamente cambiare i valori di portata, riferendoli al singolo settore, e la lunghezza della tubazione di testata, che potrà variare tra il primo e l’ultimo settore.

La scelta del tipo di tubo da adottare per la condotta e le testate dipende da alcuni fattori, ma non determinano cambiamenti dal punto di vista idraulico e progettuale.

I tipi di tubo disponibili sono tre: polietilene a bassa o ad alta densità e PVC, tutti adatti per la mandata di fluidi in pressione.

  • Il polietilene a bassa densità (PEBD) (pressione nominale di 4, 6 o 10 bar) : ha buone caratteristiche di flessibilità e morbidezza, caratteristiche importanti nelle installazioni in cui è richiesta la curvatura; ottima durata e resistenza ai raggi uv (ininfluente questo ultimo aspetto, i tubi andranno interrati). Facili le operazioni di taglio o foratura per inserimento di raccordi a compressione o prese a staffa. Scarsa resistenza alla trazione e alla compressione ottima resistenza agli urti. Prezzo abbastanza economico. Lunga durata. Resistente agli agenti chimici. Il tubo in polietilene è termoretraibile, con il calore diminuisce in lunghezza. Resistente alle onde sismiche. Disponibile in barre o in rotoli.
  • Il polietilene ad alta densità (PEHD) (pressione nominale 10 – 12,5 – 16 – 25 bar ): stesse caratteristiche del polietilene bassa densità a differenza della flessibilità e morbidezza che risulta inferiore, più difficile la lavorabilità per la maggiore durezza. Più economico rispetto al polietilene a bassa densità.
  • Il PVC in barre da 6 mt (pressione nominale 6, 10, 12,5 o 16 bar): ottima resistenza agli urti, allo schiacciamento. Scarsa flessibilità, durezza elevata. Scarsamente resistente ai raggi uv. Più comodo rispetto ai rotoli, in particolare quando si devono utilizzare diametri importanti per la creazione delle linee interrate, utilizzando le barre da 6 mt con giunti a bicchiere e guarnizione pre-inserita. Richiede l’utilizzo di tutta la raccorderia in PVC, che si installa mediante incollaggio con apposito mastice (TANGIT), e raccordi di passaggio da incollaggio a filettato. Più economico rispetto ai tubi in polietilene. Meno affidabile nella tenuta per la minore continuità, dovuta alle ripetute giunzioni a bicchiere e per il sistema a incollaggio, se non viene fatto a regola d’arte.

Un altro punto molto sottovalutato nella progettazione di un Impianto Irriguo a Goccia è quello della Raccorderia, elemento fondamentale per il corretto controllo e funzionamento dell’impianto.

Infatti tutti i collegamenti, le giunzioni, le derivazioni tra i tubi e le ale gocciolanti, vengono effettuati tramite raccordi e valvole. I più utilizzati sono quelli in polipropilene e in PVC.

Possiamo dividere tutta la raccorderia, semplificando, in due gruppi: a bassa e ad alta pressione.

Nel primo gruppo fanno parte tutti i raccordi filettati PN10, dal ½ pollice fino ai 4 pollici, e comprendono nippli, manicotti, riduzioni, gomiti, raccordi a T, maggioratori, calotte, tappi, sfiati, oltre alle valvole a bassa pressione per raccordare le ale gocciolanti o i tubi di derivazione dalle testate.  Al secondo gruppo fanno invece parte i raccordi in PVC (da PN10 a PN16), filettati o ad incollaggio ed i raccordi a compressione (PN10 o PN16), e comprendono raccordi, manicotti, gomiti, raccordi a T, prese a staffa, tappi, valvole.

Molto importante, oltre alla scelta del raccordo più adatto, è la corretta installazione di questi raccordi, così da creare un collegamento saldo e definitivo.

Tutta la raccorderia, come anche le tubazioni, dovrebbero essere scelti tra quelli dei produttori certificati e conosciuti, e devono rispondere a tutti i requisiti di tenuta e affidabilità  garantiti dalle normative di riferimento.

Trattandosi di impianti pluriennali, non conviene scegliere sempre i materiali più economici, per evitare di incorrere in problemi relativi alla durata e alla tenuta dei componenti dell’impianto.

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