Các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (Mỹ) đã mô tả một phương pháp mới kiểm soát lưu lượng nước trong ống dẻo để giảm nhu cầu năng lượng của vòi phun tăng áp dùng cho tưới tiêu, một phát hiện có ý nghĩa đối với các hệ thống nông nghiệp trên toàn thế giới.

Qian Ruo-Wang - đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Thực phẩm và mối quan hệ giữa thực phẩm và nước là một trong những vấn đề lớn trên thế giới. Rõ ràng cần có các công nghệ thủy lợi hiệu quả để tiết kiệm tiền và bảo tồn tài nguyên”.

Mô hình được đề xuất đặc biệt hữu ích cho các nước đang phát triển nơi nhiều nông dân vẫn canh tác trên những lô đất nhỏ mà không có điện lưới và phải phụ thuộc vào điện Mặt trời hoặc diesel để lấy nước tưới.

Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào một thiết bị được gọi là điện trở Starling, là một ống dẻo xẹp xuống khi có áp suất. Thiết bị này có đặc điểm giống quá trình hô hấp ở người và được sử dụng để lập mô hình dòng khí trong phổi và đường hô hấp. Nhưng nó chưa bao giờ được sử dụng cho hệ thống điều chỉnh dòng bù áp trong ngành nông nghiệp.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo cấu trúc điện trở Starling thử nghiệm với một van kim cho phép kiểm soát độc lập hai biến số chính gồm có: áp suất kích hoạt và lưu lượng dòng chảy. Đây chính là hiện tượng bù áp, trong đó, lưu lượng dòng chảy có thể được duy trì ổn định bất kể chênh lệch áp suất.

Ông Wang cho rằng: “Áp suất kích hoạt là chìa khóa cho tiêu thụ năng lượng. Một điện trở truyền thống phải đạt áp suất cao khoảng 1 bar để kích hoạt các cơ chế bù áp cần nhiều điện năng để bơm”.

Thí nghiệm nghiên cứu chứng minh việc sử dụng ống cao su để thay thế màng ngăn của điện trở Starling hiện có đã làm giảm 90% áp suất kích hoạt. Như vậy, người nông dân có thể sử dụng các máy bơm và tấm pin mặt trời nhỏ để tạo áp suất kích hoạt.

Nhóm nghiên cứu đã đặt van kim tại một mối nối quan trọng trong hệ thống, nơi ống cao su và van kim hoạt động như một phần của chuỗi điện trở tác động đến lưu lượng nước. Kết quả sử dụng các ống có chiều dài và độ dày khác nhau cho thấy, việc điều chỉnh van kim đã làm thay đổi lưu lượng nước, nhưng không làm thay đổi áp suất tối thiểu cần để kích hoạt hệ thống. Đây là mô hình toán học đầu tiên dự báo bằng định lượng sự tách rời của 2 biến số. Nghĩa là thiết bị mới có thể giúp dễ dàng tối ưu hóa các hệ thống thủy lợi cho rất nhiều thiết lập.

Điện trở Starling mới có thể được tối ưu hóa cho lưu lượng nước mạnh, yếu tố cần cho vòi phun tăng áp, trong khi hiện tượng bù áp làm cho ống dao động theo cách tự nhiên.

Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Mechanical Design.