[논문]무계측 자동제어형 관수튜브 개발에 관한 기초연구

남상운

문제 정의

없이 작물의 요구량에 따.라 자동으로 물을 공급할 수 있는 관수시스템을 개발하는 것이 목표이다.
본 연구는 토양의 수분장력과 다공질 세라믹튜브의 투수율 특성을 이용한 무계측 자동 관수시스템의 개발을 목표로 수행하였다. 토양수분장력의 변화를 이용한 자동관수튜브의 설계 및 시스템의 설치와 작동에 대하여 구상하고, 이와 관련된 기초실험을 실시하였다.
작물이 필요한 수분을 흡수하면 토양의 함수율이 떨어지므로 수분 장력이 증가하게 되는데, 그 힘을 이용하면 토양수분의 계측 없이 또한 물 공급을 위한 동력 없이도 자동으로 수분을 공급할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 토양의 수분 장력과 다공질 세라믹 튜브의 투수율 특성을 이용한 무계측 자동 관수시스템의 개발을 최종 목표로 토양수분장력과 세라믹튜브의 투수특성에 관한 기초실험을 실시하였다.
토양의 함수비에 따른 세라믹 튜브의 투수특성을알아보기 위하여와 같은 실험 장치를 제작하였다.

제안 방법

여기서 토양수분장력은 다음과 같다. pF L5 0.032 kg/cm² pF 2.0 0.1 kg/cm² pF 2.5 0.32 kg/cm² 작물의 유효수분 범위는 pF L8~3.3이고, 시설재배 작물의 관수개시점은 pF 2.0 내외이므로 pF 2.0~pF 2.5를 기준으로 관수 제어가 이루어질 수 있도록 시스템을 설계한다. 작물의 요구량에 따른 완전소비형 물공급 시스템의 개발은 물절약 뿐만 아니라 환경오염 방지효과도 기대할 수 있을 것이다.
6 cm2이다. 먼저 공기중에서 튜브 내부의 압력에 따른 투수율을 측정하였다. 압력은 그림 4에서와 같이 관내의 수두Sh)를 이용하여 측정하였다.
토양 탱크내에 세라믹튜브를 매설하고, 토양의 함수비를 조절하면서 세라믹 튜브의 투수율을 측정하였다. 이 때 압력은 공기 중에서와 마찬가지로 관내의 수두로 측정하였으며, 압력은 일정 시간 동안의 평균수두를 kPa 단위로 환산하여 표시하고, 그 때 투과된 물의 양을 mnVlir 단위로 표시하였다.
물리적 특성을 찾는 것이다. 이를 위하여 관수개시점 설정치별 압력과 미세 다공질 세라믹튜브의 물리적 특성을 분석하여 적합한 튜브를 설계한다.
토양 탱크내에 세라믹튜브를 매설하고, 토양의 함수비를 조절하면서 세라믹 튜브의 투수율을 측정하였다. 이 때 압력은 공기 중에서와 마찬가지로 관내의 수두로 측정하였으며, 압력은 일정 시간 동안의 평균수두를 kPa 단위로 환산하여 표시하고, 그 때 투과된 물의 양을 mnVlir 단위로 표시하였다.
토양수분장력의 변화를 이용한 자동관수튜브의 설계 및 시스템의 설치와 작동에 대하여 구상하고, 이와 관련된 기초실험을 실시하였다. 토양수분 측정용 텐시오미터에 사용되는 세라믹원료로 만들어진 튜브를 이용하여 관수튜브 모형을 제작하고, 압력에 따른 투수율 변화를 공기중 그리고 함수비가 다른 토양중에서 측정하였다. 미세다공질 세라믹 튜브의 투수율은 압력에 정비례하는 것으로 나타났고, 토양함수비가 낮을수록 커지는 것으로 나타났다.
본 연구는 토양의 수분장력과 다공질 세라믹튜브의 투수율 특성을 이용한 무계측 자동 관수시스템의 개발을 목표로 수행하였다. 토양수분장력의 변화를 이용한 자동관수튜브의 설계 및 시스템의 설치와 작동에 대하여 구상하고, 이와 관련된 기초실험을 실시하였다. 토양수분 측정용 텐시오미터에 사용되는 세라믹원료로 만들어진 튜브를 이용하여 관수튜브 모형을 제작하고, 압력에 따른 투수율 변화를 공기중 그리고 함수비가 다른 토양중에서 측정하였다.

대상 데이터

사용재료는 PE튜브와 미세 다공질 세라믹 튜브를 일정 간격으로 결합한 형태를 이용하고(그림 1), 미세 다공질 튜브의 구비조건은 일정 압력 이하에서는 투수율이 0 % 가 되는 물리적 특성을 찾는 것이다. 이를 위하여 관수개시점 설정치별 압력과 미세 다공질 세라믹튜브의 물리적 특성을 분석하여 적합한 튜브를 설계한다.
세라믹 튜브의 투수특성을 알아보기 위하여 텐시오미터에 사용되는 세라믹 원료로 만든 튜브를 실험재료로 사용하였다. 튜브의 외부직경은 22.
튜브를 실험재료로 사용하였다. 튜브의 외부직경은 22.0 mm, 두께는 3.0 mm로서동일한 직경의 PE튜브에 길이 5.0 cm를 잘라서 접합한 형태를 제작하여 사용하였으며 표면적은 34.6 cm2이다. 먼저 공기중에서 튜브 내부의 압력에 따른 투수율을 측정하였다.

성능/효과

0에서 자동 조절되는 세라믹 튜브를 설계하기 위해서는 10 kPa 이하의 압력에서는 투수율이 0이 되는 물성을 찾아야 할 것이다. 그러나 본 실험 결과로부터 유추할 때 관내의 수두를 적절히 조절하면, 낮은 압력에서 투수율이 0이 아닌 튜브 재료를 사용하여도 목표로하는 토양수분 상태의 자동관수 조절이 가능할 것으로 판단되었다.
미세 다공질 세라믹튜브의 투수율은 압력에 정비례하는 것으로 나타났다. 압력 10 kPa은 약 100 cm의 수두에 해당되는 것으로서 토양수분장력으로 환산하면 pF 2.
토양수분 측정용 텐시오미터에 사용되는 세라믹원료로 만들어진 튜브를 이용하여 관수튜브 모형을 제작하고, 압력에 따른 투수율 변화를 공기중 그리고 함수비가 다른 토양중에서 측정하였다. 미세다공질 세라믹 튜브의 투수율은 압력에 정비례하는 것으로 나타났고, 토양함수비가 낮을수록 커지는 것으로 나타났다. 실험결과로 볼 때 적당한 물성의 튜브재료를 선택하고, 관내의 수두를 적절히 조절하면 계측시스템 없이 목표로 하는 토양수분 상태의 자동관수 조절이 가능할 것으로 판단되었다.
미세다공질 세라믹 튜브의 투수율은 압력에 정비례하는 것으로 나타났고, 토양함수비가 낮을수록 커지는 것으로 나타났다. 실험결과로 볼 때 적당한 물성의 튜브재료를 선택하고, 관내의 수두를 적절히 조절하면 계측시스템 없이 목표로 하는 토양수분 상태의 자동관수 조절이 가능할 것으로 판단되었다.
함수비가 높으면 토양수분장력이 떨어지므로 세라믹튜브의 투수율도 낮아지는 것을 알 수 있다. 전체적으로 투수율 차이는 73 mnVlir 정도로서, 압력에 따른 투수율 변화 63.3 mm/hr/kPa을 적용하면 두 경우의 토양수분장력 차이는 약 1.2 kPa인 것으로 나타났다. 함수비 30.

후속연구

이를 극복하기 위한 방안으로 토양의 수분장력(soil water tension)을 활용할 수 있을 것으로 생각한다. 작물이 필요한 수분을 흡수하면 토양의 함수율이 떨어지므로 수분 장력이 증가하게 되는데, 그 힘을 이용하면 토양수분의 계측 없이 또한 물 공급을 위한 동력 없이도 자동으로 수분을 공급할 수 있을 것이다.
5를 기준으로 관수 제어가 이루어질 수 있도록 시스템을 설계한다. 작물의 요구량에 따른 완전소비형 물공급 시스템의 개발은 물절약 뿐만 아니라 환경오염 방지효과도 기대할 수 있을 것이다.

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