Evaluation and validation of a portable rainfall simulator: comparison of rainfall characteristics
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Recursos Hídricos
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Recursos Hídricos
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos do desesenvolvimento sustentável
Dados abertos
Resumo
O simulador de chuvas é um importante equipamento que pode ser aplicado em
diversos estudos hidrológicos. Todavia, o conhecimento das propriedades da chuva simulada é
imprescindível para assegurar sua aplicação, já que este equipamento deve ser capaz de
reproduzir características importantes da chuva natural. Assim, a avaliação do simulador de
chuva é essencial para validar o equipamento e sugerir melhorias, e esses resultados são
fundamentais para as pesquisas futuras. Neste estudo, avaliou-se, primeiramente, a
uniformidade da chuva simulada a partir de diferentes pressões de operação, intensidades da
chuva e bocais de pulverização. Logo após, modificou-se a geometria da parcela experimental
em busca de melhorar a uniformidade da chuva simulada. Finalmente, foram avaliados os
efeitos das alterações de diferentes bocais pulverizadores, pressão de operação e níveis de
abertura do disco rotativo na velocidade de impacto das gotas, energia cinética no tempo da
chuva (EC t ), intensidade e uniformidade espacial das chuvas simuladas. Constituíram também
objetivos do trabalho comparar a chuva artificial com a chuva natural de mesma intensidade.
A intensidade da chuva foi avaliada coletando a água na área útil da parcela experimental.
Para avaliar a uniformidade da chuva foi utilizado o Coeficiente de Uniformidade de
Christiansen (CUC). Por fim, um sistema dinâmico de pluviometria foi usado para quantificar
a velocidade das gotas e a energia cinética no tempo da chuva. A geometria inicial da parcela
experimental era de 0,7 m x 1,0 m (0,70 m²). No entanto, o equipamento foi validado para ser
utilizado com uma área experimental menor já que a distribuição da chuva simulada foi
melhor representada. Os resultados mostraram que é possível reproduzir chuvas variando entre
75,41 e 102,17 mm∙h -1 de intensidades de chuva nos padrões desejados de uniformidade. As
chuvas simuladas apresentaram gotas com velocidades condizentes com às de gotas de chuvas
naturais. A energia cinética da chuva simulada é menor do que a energia cinética esperada
para a chuva natural de mesma intensidade. Verificou-se que a intensidade da chuva simulada
é influenciada pelo efeito do bocal, da pressão de operação e do nível de abertura do disco
rotativo. A velocidade das gotas, a EC t e o CUC da chuva simulada são influenciados pelos
efeitos de cada tipo de bocal, em cada nível de pressão de operação e cada nível de abertura do
disco rotativo. O simulador de chuva não mostrou desempenho satisfatório para reproduzir a
EC t semelhante aos eventos de chuva natural, e isto pode estar relacionado com a baixa
velocidade das gotas no momento da pulverização, somado a pouca distância (2,30 m) de
deslocamento até o impacto com o solo.
Abstract
The rainfall simulator is an important instrument, successfully applied to
investigate several hydrological processes. However, knowledge of properties of
simulated rainfall is essential to ensure the application of the rainfall simulator. This
equipment must be able to reproduce important characteristics of natural rainfall. Thus,
the evaluation of rainfall simulators is essential to validate the equipment and suggest
improvements, and these results are fundamental for future research. In this study, we
first evaluated the simulated rainfall uniformity based on different operating pressures,
rainfall intensities and spray nozzles. Subsequently, the geometry of the experimental
parcel was modified to improve rainfall uniformity. Finally, the effects of different
sprayer models, operating pressure and rotating disk opening levels on droplet velocity,
time-specific kinetic energy (KE t ), intensity and spatial uniformity of simulated rainfall
were evaluated. Artificial rain was comparable the natural rain to same intensity.
Rainfall intensity was evaluated by collecting water the effective area of the
experimental plot. To evaluate the uniformity of rain, the Christiansen uniformity
coefficient (CUC) was used. Finally, the drainage rain gauge system was used to
quantify the droplet velocity and the KE t of rainfall. The initial plot geometry was 0.7 m
x 1.0 m (0.7 m²). However, the equipment was validated for use with a smaller
experimental area because the simulated rainfall distribution was much better
represented. The results showed that it is possible to reproduce a wide range of rainfall
intensities in the desired patterns of uniformity. The simulated rainfall presented drops
with velocities in accordance with those of drops of natural rainfall. However, the KE t of
simulated rainfall is smaller than the of natural rainfall of the same intensity. It was
found that the intensity of rain is influenced by the effect of the spray nozzle, the
operating pressure and the opening level of the rotating disc. The droplet velocity, KE t
and CUC of the simulated rainfall are influenced by the effects of each spray nozzle, at
each operating pressure level and each rotating disc opening level. The rainfall simulator
did not show satisfactory performance to reproduce KE t similar to natural rain events,
and this may be related to the low speed of the drops at the time of spraying, in addition
to the short distance (2.30 m) of displacement to the impact with the soil.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
COSTA, A. R. de S. Evaluation and validation of a portable rainfall simulator: comparison of rainfall characteristics. 2022. 65 p. Dissertação (Mestrado em Recursos Hídricos)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2022.