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OBJETIVO DE LA CLASE. EXPLICAR LOS CONCEPTOS DE PERDIDA DE CARGA EN TUBERIAS Y SU APLICACI
E N D
1. AGUA y RIEGO
HIDRÁULICA DEL RIEGO PRESURIZADO
3. OBJETIVO DE LA CLASE Describir gráficamente los diversos sistemas de riego por aspersión y goteo.
Describir los componentes, características, ventajas y desventajas del riego por aspersión y goteo.
4. LA PRINCIPAL CARACTERISTICA DEL RIEGO MECANIZADO ES LA CONDUCCION DE AGUA EN EL CAMPO HASTA LOS PUNTOS DONDE ESTA DEBA INFILTRARSE, POR MEDIO DE UNA RED HIDRAULICA PRESURIZADA.
5. FLUJO DE AGUA EN TUBERIAS PERDIDAS DE ENERGIA POR FRICCION El agua fluyendo dentro de una tubería pierde energía por fricción con las paredes y con otros componentes del sistema de riego.
Las pérdidas por fricción se clasifican en 2 tipos:
6. Pérdidas por fricción longitudinal (hf): Se debe al roce del agua con las paredes de la tubería.
Las pérdidas se acumulan a lo largo de la tubería.
7. Pérdidas locales (ht): Se crean por las turbulencias que ocurren en el flujo por cambios abruptos en el diámetro de la tubería, el paso del agua por una válvula, torceduras y cambios de dirección de la tubería.
8. El cálculo de las pérdidas de carga longitudinales en tuberías se basa en:
El coeficiente de fricción C, que es un valor constante para cada material y está relacionado con su rugosidad interna.
El diámetro interno de la tubería D (a mayor diámetro = menor pérdida de carga para un mismo caudal)
El caudal Q (a mayor caudal mayor es la pérdida de carga para un mismo diámetro)
El largo de la tubería L (a mayor largo, mayor es la pérdida de carga para un mismo diámetro y/o caudal) Pérdidas por fricción longitudinal (hf):
9. Expresión de la pérdida de carga Se puede expresar por medio de la pendiente de la línea piezométrica a lo largo de la dirección del flujo.
Un cambio abrupto en la línea piezométrica representa una pérdida local.
10. Pérdida de Carga La magnitud de la pérdida de carga es la caída de la línea de energía
Si no hay cambios en C, D o Q, Hf por unidad de L = constante
Hf crece uniformemente en la dirección del flujo
La pérdida de carga por unidad de longitud de la tubería se representa por J
El valor de J se calcula así:
13. El valor de J
Se expresa como porcentaje o en fracción decimal
Ejemplo: L = 100 m. , E1 = 101.5 m. , E2 = 100.0 m
J es la gradiente hidráulica y es independiente de la pendiente de la tubería.
14. Hazen-Williams formula J = 1.131 * 1012(Q/C)1.852 * D-4.87
Donde:
J = La gradiente hidráulica (0/00) (metros de carga perdidos por cada 100 m de tubería)
Q = Caudal expresado en m3/hora.
C = Coeficiente de fricción en el rango de 80 a 150). A menor valor = mayor fricción
D = diámetro interno de la tubería expresado en mm
15. El coeficiente de fricción C Rugosidad de la pared interna de la tubería. Estabilidad en el tiempo
Valores representativos promedio de C:
En PVC y PE: C = 140 - 150
En tubos de asbesto-cemento: C = 130 - 140
En tubos de acero nuevos: C = 110 - 120
En tubos de acero de 5 años: C = 80 - 90
En tubos de acero con
recubierta interna de concreto: C = 110 – 120
En tubos de concreto: C = 90 - 100
16. COEFICIENTE DE RUGOSIDAD MATERIAL
PVC
ACERO
ASBESTO CEMENTO
HORMIGON VIBRADO
PLASTICO CORRUGADO
POLIETILENO
COEFICIENTE H-W
150
140
135
130
125
120
17. Uso de Hazen Williams Existen tablas, nomogramas reglas de cálculo y software para facilitar el uso de H-W en el cálculo de J
Ejemplo:
L = 500 m., Q = 60 m3/h, d = 6”
En la Tabla, para Q= 60 m3/h
En tubo de Aluminio de in 6” J = 0.6 m / 100 m (0.6%)
Si la tubería es de 500 m:
J = 500/100 * 0.6 = 3.0 m
19. Pérdidas de carga en laterales H-W visto antes se aplica en tuberías ciegas, sin salidas laterales
La descarga de agua por emisores instalados a lo largo de la tubería disminuyen las pérdidas de carga ¿Por qué?
Para el cálculo de J en tubería con descarga lateral se multiplica el valor de J para tubería ciega por un factor F
El valor del factor F depende del número de salidas a lo largo de la tubería y la distancia del primer emisor desde la entrada del lateral.
Esta técnica es valida solo si la descarga cada emisor y el intervalo entre emisores a lo largo del lateral son constantes
21. El valor del coeficiente F X =1 indica que la distancia desde el inicio del lateral hasta el primer emisor es igual al intervalo entre los emisores a lo largo del lateral
X =1/2, indica que la distancia entre el inicio del lateral y el primer emisor es ½ de la distancia entre emisores a lo largo del lateral.
22. Ejemplo:
L = 114 m.
Distancia del primer emisor = 6 m
Intervalos entre aspersores = 12 m.
D = 2”
Descarga del aspersor = 1.5 m3/hora
¿Cuál es la pérdida de carga en el lateral?
Número de aspersores a lo largo del lateral = (114 m – 6m) / 12m = 9 secciones = 10 aspersores
La descarga total del lateral = 10 aspersores * 1.5 m3/hora = 15 m3/hora
La pérdida de carga de la tubería sin aspersores = 13.32 m (del Cuadro)
Para 114m = 13.32m. * 114/100 = 15.18m.
El coeficiente F para 10 emisores = 0.353. (del Cuadro)
La perdida de carga es. 15.18m * 0.353 = 5.36m
23. Medición de la presión Cada tipo de emisor tiene una presión óptima de operación, para que su descarga y la distribución de ésta sean uniformes
Una desviación del rango permitido disminuye la eficiencia del riego.
La presión se puede medir en puntos fijos o con medidores de presión portátiles
¿Dónde se mide la presión?
24. Descarga del emisor en relación con la presión Q = P (1/2) * d2 * 3.96 * C
Donde:
Q = descarga del emisor m3/h P = presión en el emisor (bares)
d = diametro nominal del emisor (mm)
Ce = Coeficiente dependiente de la estructura del emisor. Valor promedio de Ce = 0.9
25. Efectos de la topografía sobre la presión Una elevación de 1m en altura disminuye la presión en 1 m.
Una depresión o descenso de 1 m. incrementa la presión en 1 m.
la pendiente se expresa en % y de esta manera se combina el efecto de la fricción con la topografía en cualquier punto del campo.
33. EL DISEÑO CONSISTE EN: DETERMINAR EN QUE PUNTO A LO LARGO DEL LATERAL HAY QUE CAMBIAR EL DIAMETRO DE LA TUBERIA PARA LOGRAR ALTA UNIFORMIDAD Y OPTIMIZACION DE COSTOS DE INVERSION Y OPERACIÓN.
34. HIDRAULICA DEL EMISOR PERMITE QUE EN UN CIERTO RANGO DE PRESIONES; LA DESCARGA DEL EMISOR SEA CONSTANTE
UNA PIEZA DE ALTA TECNOLOGIA
ALTO COSTO DE DISEÑO
ALTO COSTO DE PRODUCCION FISICA (INCLUYENDO RIGUROSO CONTROL DE CALIDAD)
36. PÉRDIDA DE CARGA DEL TRAMO LA PERDIDA DE CARGA = ENERGIA DISIPADA COMO CALOR POR EL ROCE DEL AGUA CONTRA LAS PAREDES DE LA TUBERIA
ES FUNCION DE: a. el caudal circulante o velocidad del agua
b. el diámetro y la rugosidad de la tubería c. la presión inicial o de entrada al tramo d. el largo del tramo
37. CAUDAL QUE CIRCULA EN UNA TUBERIA Q = A * V
V = Q / A = 4Q / pD2
*************************************************************
Q = caudal (m3/seg)
V = Velocidad (m/s)
A = sección o área calculada con: A = p * (D2 / 4) (m2) D = diámetro interno (m)
38. TABLA RÁPIDA DE CONSULTA DE PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS DE POLIETILENO
39. En función del caudal que conduce la tubería, la tabla nos define el diámetro nominal de la tubería que debemos utilizar y las pérdidas de carga que se van a producir (en m.c.a. por 100 metros de tubería).
40. PERDIDAS DE CARGA EN TUBERIAS Las estimaciones están hechas para mantener una velocidad constante de 1,2 m/s en PE de alta densidad y 1 m/s para el resto de la red.
41. P.E. 100 mca. Alta Densidad V m/seg Jm/m Dnominal Q (l/seg) 1,2 m/s 0,099 m/m 25 mm (20,4) 0,40 l/s 1,2 m/s 0,072 m/m 32 mm (26,2) 0,66 l/s 1,2 m/s 0,058 m/m 40 mm (32,6) 1,05 l/s 1,2 m/s 0,042 m/m 50 mm (40,8) 1,60 l/s 1,2 m/s 0,032 m/m 63 mm (51,4) 2,75 l/s 1,2 m/s 0,025 m/m 75 mm (61,4) 3,60 l/s 1,2 m/s 0,020 m/m 90 mm (73,6) 5,25 l/s 1,2 m/s 0,016 m/m 110 mm (90,0) 8,00 l/s 1,2 m/s 0,014 m/m 125 mm (102,2) 10,2 l/s 1,2 m/s 0,012 m/m 140 mm (114,6) 12,6 l/s
42. P.E. 60 mca. Alta Densidad V m/seg. J m/m Ø Nominal Q= l/s 1 m/s 0,090m/m 18-20 mm (16) 720 l/h 1 m/s 0,067 m/m 25 mm (21) 1260 l/h 1 m/s 0,048 m/m 32 mm (28) 2230 l/h 1 m/s 0,035 m/m 40 mm (35,2) 3530 l/h 1 m/s 0,027 m/m 50 mm (44) 5580 l/h 1 m/s 0,020 m/m 63 mm (55,4) 8820 l/h
43. P.E. 60 mca. Baja Densidad V m/seg. J m/m Ø Nominal Q= l/s 1 m/s 0,066 m/m 25 (20,4) mm 1150 l/h 1 m/s 0,050 m/m 32 (26,2) mm 1945 l/h 1 m/s 0,039 m/m 40 (32,6) mm 3025 l/h 1 m/s 0,029 m/m 50 (40,8) mm 4680 l/h 1 m/s 0,021 m/m 63 (51,4) mm 5330 l/h
44. SOFTWARE DISPONIBLE
Netafim desarrolló “HydroCalc” para el mercado del riego. Es una herramienta cálculo sencilla y fácil para realizar cálculos hidráulicos.
El uso de Hydrocalc permite al operador evaluar el diseño del sistema de riego respecto a componentes tales como:
Líneas matrices (PVC, PE, etc…)
Sub matrices y múltiples
Laterales y válvulas
Es posible bajar Hydrocalc desde:
45. Tuberías de riego presurizado Aluminio,
Polietileno,
PVC,
uPVC (unplastificied PVC),
Fibra de vidrio,
Acero,
Asbestocemento.
46. Tuberías de riego presurizado Las tuberías de aluminio están diseñadas para un diámetro nominal externo (en pulgadas) de: 1.5", 2", 3”, 4”, 5", 6”, 8", 10", etc.,
Las más utilizadas son: 2", 3" y 4" de diámetro.
Los largos estándar de estas tuberías son 6 y 12 metros.
47. Tuberías de riego presurizado Las tuberías de PVC y PE están disponibles en diámetros de 12 mm hasta 1000 mm. Son diseñadas para un diámetro externo en mm.
Las tuberías de PE están clasificadas en baja, media y alta densidad (LDPE, MDPE y HDPE respectivamente).
48. Tuberías de riego presurizado Las tuberías para laterales de riego son diseñadas en diámetros de 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75 y 90 mm.
Los diámetros más grandes son utilizados en tuberías matrices.
Las tuberías de PE se distribuyen en rollos que son fáciles de transportar y manejar durante su instalación en el campo.
49. Tuberías de riego presurizado Tuberías de PVC de alta rigidez son diseñadas en largos fijos de 4 m., 6 m. y 12 m.
Los emisores del agua: aspersores, microaspersores y microjet pueden ser instalados directamente en los laterales ó conectados a estos mediante elevadores.
50. Grosor de la pared El grosor de la pared de la tubería difiere de acuerdo a la función de este y necesidad de resistencia a la presión de trabajo y fluctuaciones en este última.
Las tuberías fabricadas de PE están disponibles en 2.5, 4, y 6 atm.
Los diseños para la presión de trabajo se realizan e unidades de atmósfera.
La tubería debe resistir variaciones de presión momentáneas que sean equivalentes al doble de la presión de trabajo.
51. Acoples y accesorios Para conectar dos tuberías se utilizan coplas de aluminio.
En algunas coplas hay salidas para aspersores ascendentes.
Coplas herméticas se utilizan para conectar tuberías de líneas matrices que serán instaladas en el campo por una temporada completa.
Las coplas son diseñadas en diámetros de 1.5, 2, 3, 4,5 y 6".
Estas son añadidas a las tuberías mediante dos abrazaderas y dos anillos.
53. Válvulas Móviles
Las válvulas móviles se han diseñado como un complemento a las series de movimiento manual y laterales remolcables de aluminio.
Los componentes fijos son elevadores que están instalados, en la superficie y bajo esta, sobre tuberías matrices.
El elemento fijo de la válvula es montado sobre el elevador pero no puede ser abierto sin la parte móvil.
54. Válvulas Móviles
La válvula móvil es conectada a la sección fija mediante una conexión de doble pestillo ó a través de una copla bayoneta.
El uso de válvulas móviles separadas es corriente en predios ubicados a gran distancia, para evitar robos y manipulación del agua por extraños.
65. TECNICAS DE RIEGO POR ASPERSION Tres criterios son los usados en la clasificación de los métodos de riego por aspersión:
Tipo de cultivo: por ejemplo, cultivos anuales,
huertos, invernaderos, etc.
El tipo de emisor: en altura, bajo la canopia,
microaspersores, etc.
El grado de movilidad: manual, fijo, remolcable,
movimiento lineal, etc.
El equipo disponible, requerimientos de cultivo, consideraciones económicas y la disponibilidad, calificación y costo de la mano de obra, determinan el equipo de riego seleccionado.
66. Tuberías de aluminio de desplazamiento manual Los laterales de aspersión de 2" y 3" de diámetro, 6 ó 12 mt de largo son desplazados a distintas posiciones. Cada lateral es movido a distintas posiciones durante el ciclo de riego.
Al comienzo del próximo riego, los laterales son desplazados a los largo de la línea de distribución y el lateral terminal es nuevamente colocado al comienzo del campo.
67. Tuberías de aluminio de desplazamiento manual Este método es conocido como el método reloj y es ampliamente utilizado. El método de movimiento manual es usado en predios pequeños de cultivos anuales, hortalizas y huertos, y también en predios que no se puede utilizar el método de remolque.
El método es demandante de mano de obra y requiere de grandes esfuerzos físicos.
69. Requerimientos de mano de obra: Se requieren 4 horas de trabajo para regar una hectárea con aspersores separados a 12 m x 18 m; incluyendo la colocación de los laterales en el campo, retirarlos y transportarlos.
Se requieren 2 horas de trabajo para regar una hectárea con un espaciamiento de 6 m x 12 m.
72. Comparación entre diseño fijo y remolcable En un espaciamiento de 12 x 18 m, se requieren 600 mt de tuberías de aluminio por hectárea para el caso de un sistema fijo; mientras que cuando las tuberías son remolcadas, sólo bastan 100 mt para un área similar.
El sistema remolcable es de bajo costo en cultivos donde los retornos son altos y se requiere una alta frecuencia de riego.
Durante la última década, los laterales mecanizados de auto-desplazamiento y las tecnologías de pivote central han reemplazado los laterales remolcables cuando se ha tenido los recursos disponibles para realizar esta inversión.
73. Remolque de equipos de aspersión
Los laterales de PE suave de 16, 20 ó 25 mm de diámetro, hasta 50 m de largo, con uno ó dos aspersores al final de estos son colocados a lo largo de las hileras de plantación.
Al comienzo del ciclo de riego el lateral está totalmente estirado entre las dos hileras.
Al finalizar el primer turno de riego, el lateral es colocado en su próxima posición a lo largo de las hileras hasta que el ciclo se complete.
75. VIDEO empresa NELSON.
76. Cálculo de la cantidad de agua para el riego por aspersión La cantidad de agua aplicada a 1 hectárea está determinada por los siguientes factores:
Tipo de aspersor y boquillas.
Espaciamiento. Distancia entre laterales x distancia entre los aspersores a lo largo de los laterales.
El cabezal de presión en la boquilla del aspersor.
77. Tasa de Precipitación Cantidad de agua (m3) aplicada a 1000 m2
(0.1 há) en 1 hora.
Cada m3/hora por 1000 m2 = 1mm.
78. Tasa de Precipitación Ejemplo:
Tipo de aspersor: 233/92
Tamaño boquilla: 3.4 mm x 2.5 mm. Presión en la boquilla del aspersor: 2.5 atm.
Tasa de flujo del aspersor a dicha presión (tomada desde la tabla de diseño en el catálogo): 1.06 m3/hr.
Espaciamiento entre los aspersores: 12 m. x 12 m.
Tasa de precipitación: 7.3 mm/hr = 73 m3/hr por hectárea.
79. Cálculo de la Tasa de Precipitación Si el espaciamiento no aparece en la tabla, se debe hacer el siguiente cálculo para determinar la tasa de precipitación:
Tipo de aspersor: 233/92
Tamaños de boquilla: 3.4 mm x 2.5 mm.
Límite de presión en la boquilla del aspersor: 2.5 atm.
Tasa de flujo del aspersor a dicha presión límite (sacada desde una tabla de diseño): 1.06 m3/hr.
Espaciamiento de los aspersores: 9 m x 12 m.
El área regada por un aspersor: 9 X 12 = 108 m2.
Tasa de precipitación = tasa de flujo el aspersor l/hr / área regada m2. = 1060/108 = 9.8 mm/hora
La precipitación de 1 mm/hr implica 10 m3 por hectárea/hora.
9.8 mm/hr. = 98 m3/hectárea/hora
80. Cálculo de la duración del riego: T = largo del tiempo de riego (horas)
W = requerimiento de agua (mm).
Pr = tasa de precipitación (mm/h).
Ejemplo:
Cantidad de agua de riego requerida: 600 m3/há. = 60 mm.
La tasa de precipitación: 9.8 mm/hr. Largo del tiempo de riego: 60/9.8 = 6.1 horas.
81. Descarga total de un aspersor La cantidad de volumen de agua por hora (descarga) puede ser calculada multiplicando la tasa de flujo promedio de un aspersor por el número de aspersores funcionando simultáneamente.
Ejemplo:
Tasa de flujo promedio de un aspersor: 1.5 m3/hr.
El número de aspersores funcionando simultáneamente: 345.
El valor de la tasa de flujo por aplicación: 1.5 X 345 = 517.5 m3/hr.
Al planificar la distribución del agua entre diferentes cuarteles, se debe ser cuidados para evitar un flujo excesivo de agua en la tubería de distribución y entrega
84. RIEGO POR ASPERSION suelos muy arenosos o muy arcillosos
alta o de baja velocidad de infiltración,
suelos con pendientes pronunciadas que no pueden ser nivelados por la escasa profundidad del perfil
adecuada germinación, emergencia y establecimiento de empastadas.
85. VENTAJAS DEL MÉTODO DE RIEGO POR ASPERSIÓN alta eficiencia de aplicación del agua
alta uniformidad en su infiltración en el perfil del suelo;
suelos de cualquier pendiente, con peligro muy remoto de erosionar los suelos y sin necesidad de nivelación.
control total de la lámina de riego,
satisfacer los requerimientos de lavado de sales.
86. VENTAJAS DE LA ASPERSION Se puede aplicar junto con el riego fertilizantes líquidos o solubles y sustancias de uso fitosanitario.
Se economiza mano de obra.
Su incorporación a plantaciones permanentes ya establecidas es bastante sencillo y no requiere de infraestructura especial.
87. DESVENTAJAS DE LA ASPERSION Su costo inicial comparativamente alto;
costos fijos: depreciación anual, interés sobre el capital invertido y mantenimiento
costos variables: energía necesaria para que el sistema funcione y la mano de obra necesaria para mover los laterales.
88. DESVENTAJAS El viento puede:
distorsionar la distribución del agua en el suelo
disminuir el agua que llega efectivamente al suelo.
Eficiencia de aplicación que no sobrepasa el 75%.
89. DESVENTAJAS pérdidas de agua por evaporación: la precipitación sale bajo la forma de pequeñas gotas que, en conjunto, tienen una gran superficie.
90. DESVENTAJAS Puede crear condiciones favorables para el desarrollo de enfermedades fungosas
reducir la efectividad de la aplicación de herbicidas e insecticidas, al ser estos lavados y transportados desde el follaje de los cultivos al suelo
91. En el caso de suelos planos sin problemas de infiltración, el uso económico del método de riego por aspersión dependerá del cultivo que se desee regar y de las disponibilidades de mano de obra, agua y capital con que cuente el predio agrícola.
92. Componentes del riego por aspersión: el lateral de riego Aspersores o pulverizadores,
Reguladores de flujo y de presión
Tubo elevador
Uniones de las tuberías y las conexiones derivadoras.
93. Componentes adicionales Múltiple (manifold) de tuberías sub matrices
válvulas de sectorización
tubería principal
fuente de agua a presión
94. Información básica para el diseño del riego por aspersión Inventario de los recursos, entre los que debe considerarse:
l. tamaño y forma del área a regar
2. topografía de la superficie a regar
3. tipo de suelos
4. disponibilidad de agua
5. condiciones de clima
6. ubicación de la fuente de agua
7. energía disponible y su costo.
95. Información básica para el diseño del riego por aspersión Sistema de producción del cultivo, entre cuyos factores debe estudiarse:
1 . labores culturales
2. tipo de operación de cosecha
3. uso de mano de obra
4. uso de maquinaria agrícola.
96. DISEÑO PRELIMINAR El diseño preliminar determinará:
la cantidad de agua a aplicar en
cada riego
2. la frecuencia de riego para la
época de mayor demanda evapo-transpirativa
3. la capacidad del sistema
4. el rango de descargas
5. el diseño y ubicación de las
tuberías principales y laterales.
97. AJUSTES AL DISEÑO Adaptar al diseño preliminar aspectos relacionados con:
limitaciones derivadas de la organización operativa del predio
limitaciones económicas
98. Pasos preliminares de diseño 1. Determinación de la cantidad neta y bruta de agua a aplicar en cada riego
a. capacidad de almacenamiento de agua del suelo
b. requerimientos de nivel de humedad del suelo para el cultivo (criterio de riego)
c. carga neta de agua a aplicar en cada riego (a) - (b)
d. sistema de cultivo y superficie a regar
e. eficiencia de riego estimada o calculada.
99. 2. Determinación de la frecuencia de riego
a. Evapotranspiración máxima diaria (promedio para el mes de mayor demanda evaporativa)
b. Intervalo de riego (días) = carga neta / evapotranspiración máxima
c. Determinar lo anterior para cada cultivo.
100. 3. Requerimiento bruto diario. R.B. = ETmáx / Eficiencia
R.B. = 0.60 / (0.8 * 0.85) = 8.9 mm/día
101. 4. Volumen de agua requerido por día V = R.B. x A
V/día = 0.0089 m/día x l60000 m3 / día =
1430 m3/día
102. 5. Volumen corregido por día Vc = (V / día) * (Nº de días de la semana / Nº de días que opera el equipo en la semana)
En el ejemplo se tiene:
V diario = 1430 m3 / día x (7 / 6) =
1668 m3 /día
103. 6. Caudal requerido por hora Q = V / t = Vdía / (horas diarias de operación)
Q = 1668 m3 / día / 22 horas / día =
75.8 m3 / hora.
104. 7. Lámina neta a aplicar por riego
La lámina dependerá de las constantes físicas de humedad del suelo y de la planta:
IN = (CC - PMP) / 100 * Da * %AAU * Pr
I N = ((20.5 - 10.0) / 100) * 1.4 * 0.5 * 0.9 = 66 (mm)
105. 8. Frecuencia de Riego Se refiere al intervalo de riego de cada punto.
F = L N / ET
F = 66 mm / 6 mm/día = 11 días
106. 9. Determinación de la capacidad del sistema Cantidad bruta de agua a aplicar e intervalo de riego
Q = (A * D) / (H * F)
Q capacidad del sistema de aspersión
(litros por minuto)
D lámina neta de reposición (mm)
A superficie (hectáreas)
F número de días requeridos para
completar el riego de todo el campo
(frecuencia óptima)
H número de horas de operación diaria
107. Localización de la tubería. Distribuir las líneas laterales y principales, en tal forma que el sistema opere a una máxima eficiencia y al mínimo costo.
108. a. La fuente de agua; siempre que sea posible, debe estar ubicada en el centro del campo. De esta forma el agua circulará menos por las tuberías.
109. Si el campo que se va a regar ya tiene localizada su fuente de agua, deberá tratar de trazarse la línea principal de tal manera que permita una menor longitud de la tubería de aducción principal.
110. b. Pendiente: Importancia para una buena uniformidad de aplicación. Colocar los laterales en sentido normal respecto a la máxima pendiente, en forma tal que el primer y último aspersor se encuentren aproximadamente a la misma altura.
111. Laterales: Podrán ponerse en la dirección de la pendiente cuando haya ganancia de carga por cambio de elevación. Laterales en el sentido de la mínima pendiente y tubería principal en el sentido de la máxima pendiente. El motivo de este requisito es que la presión de operación de los aspersores sea similar y, de esa manera, también lo sea el caudal que aplican.
112. Dirección de los vientos predominantes: En los casos de viento fuerte, la mejor eficiencia de distribución en el riego se logra si tanto la línea principal como los laterales se disponen a 45º de la dirección predominante de los vientos.
113. La norma: Colocar los laterales en sentido normal respecto a la dirección de los vientos predominantes. Vientos superiores a 15 o 20 Km./hora hacen poco recomendable el riego por aspersión.
115. Dimensiones del terreno y frecuencia de riego N° de posiciones/lateral <
< (Nº de mudanzas/día) * Frecuencia
116. Para los cálculos de espaciamiento entre laterales y entre aspersores, las tuberías normalmente en existencia son de 6 metros (a veces las hay de 9 m). Los espaciamientos deberán ser múltiplos de este valor; en los equipos convencionales de mediana presión los espaciamientos más corrientes son de 24, 18 y 12 m
117. Por ejemplo: Campo cuadrado de 400 m x 400 m, con la fuente de agua en el centro del extremo norte del campo y una pendiente de 1 % en el sentido sur-norte.
118. ALTERNATIVAS 1. laterales de 400 m, poniendo la línea principal en el extremo norte en el sentido este-oeste. 2. colocando la línea principal por el medio del campo en el sentido norte-sur y con laterales de 200 metros
119. En cuanto a las dimensiones del terreno, es indiferente cualquiera de estas dos soluciones, ya que éste es cuadrado. Igual consideración puede hacerse en lo que respecta a vientos, pues en este caso son de dirección variable.
120. Hay dos consideraciones favorables a la segunda posibilidad: a. la máxima pendiente es en el sentido norte-sur, por lo cual los laterales deben ir colocados de este-oeste. b. Los laterales son más cortos y sus pérdidas de carga por fricción, a un diámetro dado, serán menores.
121. Espaciamiento adecuado entre laterales: Puede probarse las alternativas 12 y 18 metros, con 2 movimientos por día. En estos casos el tiempo para cubrir todo el campo será:
122. Para S = 12 m T = 400 m / (12 m / mov * 2 mov /día) = 16.6 días > 11 días Luego, S = 12 m no es adecuado, pues dicho intervalo de tiempo será mayor que la frecuencia de riego.
123. Para S = 18 m T = 400 m / (18 * 2) = 11 días
124. Otra alternativa sería: tres movimientos por día y 12 m de espaciamiento: T = 400 m / (12 * 3) = 11 días Hay más facilidad operativa de la mano de obra en el segundo caso que en el tercero.
125. Número de aspersores requerido: N = distancia total de los laterales (m) espaciamiento entre aspersores (m) Como el espaciamiento entre aspersores debe ser igual o algo menor que la distancia entre los laterales, debe probarse con 12 y 18 m.
126. Para 18 m se obtiene: N = 400 m / (18 m / aspersor) = 22 aspersores Para 12 m se obtiene: N = 400 m / (12 m / aspersor) = 33 aspersores
127. Caudal por aspersor q = Q Total / número de aspersores q = (75.8 m3 / hora) / 22 aspersores = 3.45 m3 / hora / aspersor
128. Selección de los aspersores Factores a considerar en la selección de los aspersores: a. el espaciamiento (diámetro de tiro) b. la presión de trabajo c. la tasa de aplicación.
130. Tasa de aplicación: la velocidad de aplicación neta debe ser menor que la velocidad de infiltración: TA (cm / hora) = (q * 100) / (separación entre laterales * separación entre aspersores)
131. Si TA > EB, será necesario hacer un nuevo diseño, en el cual se deberá aumentar el tiempo de aplicación y reducir la descarga del aspersor.
132. Por ejemplo: TA (cm / hora) = = (3.45 * 100) / (18 * 18) = = 1.06 < 1.5 cm / hora
133. b. La presión es importante porque es un factor determinante en los costos de operación. Mientras menor sea la presión, más bajos serán los gastos de energía.
134. Cualquier boquilla podría operar a baja presión con fines de ahorrar energía, pero esto generalmente implica una mala distribución de las láminas de riego aplicadas. En la selección de los aspersores deberá buscarse aquella que opere más económica y eficientemente.
135. c. Espaciamiento: la velocidad de aplicación es solo un promedio; los aspersores no aplicarán el agua uniformemente (una lámina igual en todo su diámetro de tiro), sino que ésta será diferente y tendrá una distribución irregular, descargando más agua cerca del aspersor y menos cantidad en la periferia.
137. Para obtener un coeficiente de uniformidad adecuado, el % del diámetro de tiro al cual deben estar espaciados los aspersores, debe disminuir en la medida en que aumenta el viento.
138. Esto obliga a diseñar la distancia entre los aspersores en forma tal que haya cierto cruce o traslape entre el tiro de uno y el de los aspersores adyacentes, de modo que resulte una mejor uniformidad de distribución.
139. Factor de disminución del diámetro de tiro de los aspersores de acuerdo con la velocidad del viento. Vel. viento (Km/hr) Espac. de los aspersores > a: Poco viento = 5 % del diámetro de tiro Hasta 9.5 = 60 % del diámetro de tiro Hasta 12.5 = 50 % del diámetro de tiro Sobre 12.5 = 30-50 % del diámetro de tiro
140. En el ejemplo, los aspersores están espaciados a 18 m y hay viento de 6 Km / hr; en consecuencia el diámetro de tiro (dt) debe ser: dt > 18 / 0.60 = 30 m
141. Una vez obtenidos la descarga de aplicación por aspersor y el diámetro de tiro, se busca en las tablas de operación de aspersores para ver cuales de ellos pueden seleccionarse. q = 3.45 m3 / hora / aspersor con dt > 30 m
142. Seleccionar aquél aspersor que en buenas condiciones de operación permita el menor costo, especialmente en lo referido a la presión de operación.
143. El aspersor tendrá una operación correcta cuando la distribución del agua a aplicar sea uniforme y cuando, sin producirse considerables pérdidas por el viento, la gota se parta lo suficiente como para que no cause un daño físico, ni a la superficie del terreno, ni a plántulas que recién están germinando.
144. Para lograr todo esto, la presión no debe caer por debajo de límites establecidos para cada aspersor.
145. El aspecto más importante en el diseño de cualquier sistema de tuberías es la pérdida de carga por fricción.
146. El problema en el diseño que aquí se presenta es seleccionar el diámetro de las tuberías v sus accesorios, que den un balance positivo entre: 1. los costos de inversión 2. los costos de energía requeridos para la presurización del agua, de modo que se obtenga a fin de cuentas el menor gasto posible en la aplicación de agua con una máxima uniformidad.
147. Los laterales deben diseñarse de tal manera que las pérdidas de carga totales no excedan del 20 % de la presión de trabajo de los aspersores, asegurando así que las descargas entre el primer y último aspersor de cada línea no variarán entre sí más de un 10 %.
148. Las pérdidas de carga por fricción en un lateral son menores que las pérdidas de carga de una tubería principal de igual diámetro; esto se debe a que el caudal que fluye por la tubería lateral se va reduciendo en la medida que el agua se va eliminando de la red hidráulica en cada aspersor.
149. Generalmente las líneas laterales se diseñan de un sólo diámetro; de ese modo el equipo es mas uniforme y resulta posible intercambiarlos sin dificultad.
150. Continuando el cálculo del ejemplo: Q = 37.9 m3 / hora / lateral Largo del lateral = 200 m Presión de operación del aspersor = 28.4 metros columna de agua Número de aspersores / lateral = 11
151. Hlateral = 0.20 * 28.4 = 5.68 m Para diámetro interno = 89 mm Hf = 4.0 m / 100 m Hlateral = 4.0m / l00 m * 2 * 0.38 = 3.04 m < 5.68m
152. Para diámetro interno = 70 mm Hf = 13 m / 100 m Hlateral = 13 m / 100 m * 2 * 0.38 = 9.88 m > 5.68 m Se escogerá entonces los laterales de diámetro = 89 mm, porque las pérdidas de carga en tuberías de 70 mm sobrepasan el límite de 5.68 m.
153. Hay diferentes tipos de diseño de la tubería principal, según las características de los laterales. Estos tipos de diseño son: 1. Con un solo lateral
2. Con dos laterales
3. Con laterales múltiples en rotación.
154. 1. Con un solo lateral: en este caso toda el agua que pasa por la cañería principal entra al lateral a una misma altura, por lo cual el diámetro de la tubería principal puede seleccionarse de tablas.
155. el diámetro adecuado es aquél cuya pérdida de carga por fricción está más cercana al límite permisible sin excederle, cuando el lateral está operando en la parte más alejada a la fuente de agua.
156. 2. Diseño con dos laterales: en este caso, una línea principal atraviesa el campo; a partir de ella salen dos ramales. En este tipo de diseño pueden ocurrir dos casos:
157. Que los laterales obtengan el agua a la misma altura, es decir que se vayan moviendo ambos en la misma dirección. El cálculo del diámetro adecuado se hace exactamente igual que en el caso 1. Esto es poco frecuente y constituye una alternativa menos económica
158. b. Que cuando un lateral está en un extremo del campo, el otro se encuentra en el opuesto. Cada uno por su lado, se van moviendo a medida que se sucedan los riegos, en forma tal que uno se va cambiando en una dirección y el otro en la contraria.
159. En este caso ocurre casi siempre que la mitad del agua se toma en el primer lateral y la otra mitad continúa por la tubería principal hasta llegar al otro lateral.
160. Es evidente que las condiciones extremas de operación serán: a. Los dos laterales se encuentran en el medio del campo y por lo tanto, el agua pasa por una longitud de tubería principal igual a L/2 y un gasto total de A.
161. b. Un lateral está operando en el punto más alejado y el otro en el más cercano. Por lo tanto, el agua deberá pasar a lo largo de toda la tubería (L) con un gasto de Q/2.
162. En este caso el procedimiento más sencillo que debe seguirse para determinar el diámetro adecuado de la tubería principal es el de calcular la pérdida de carga por fricción para varios diámetros, asumiendo un caudal Q y una longitud L/2 y, luego un gasto Q/2 y una longitud L.
163. El problema del diseño de la tubería principal; en este caso, como ocurrió en el caso anteriormente explicado, en una oportunidad toda la cantidad de agua Q deberá ser llevada a la distancia L/2 (de A hasta B) y no habrá flujo mas allá de B. En los demás casos, el gasto pasará de B, sin exceder generalmente un valor mayor de Q/2.
164. Cuando un lateral esté operando en C y requiriendo un flujo de Q/2, el otro estará en A, y por lo tanto pasará un gasto Q/2 a lo largo de toda la tubería.
166. En el ejemplo se tiene: Q = 75.8 m3 /ha Longitud de la tubería principal = 400 m = L1 + L2 L1 = AB = 200 m L2 = BC = 200 m S = 1%
167. E1 = E2 = 1 * (200 / 100) = 2 m H L1 = HL permisible + E2 HL1 = HL2 + E2 = 7 + 2 = 9 m
168. Primer caso: Ambos laterales operando en el medio del campo. Q = 75.8 m3 / hora y L/2 = 200 m La pérdida de carga promedio por 100 m de longitud es: (HL1 * 100) / L1 = 9 * (100 / 200) = 4.5 m por 100 m
169. Deberá buscarse en el diagrama de pérdidas de carga las tuberías que en tales condiciones de diseño produzcan en forma combinada la pérdida de carga unitaria calculada. diámetro 108 mm: Hf = 5.1 m / 100 m diámetro 133 mm:HF = 1.9 m / l 00 m
170. Llamando Y a la longitud de la tubería de diámetro 89 mm y conocidos ya los diámetros del primer tramo, puede establecerse la ecuación: (42 / 100)*0.7 + (158 / 100)*1.60 + (200-y) * 3.70 = 7 m y = (700 - (29 + 253 + 320)) / 2.1 = 46.7 m
171. Para mayor seguridad, y haciendo múltiplo al largo comercial de tubos, da 42 m de diámetro 89 mm. La tubería de diámetro 108 mm, será igual a: 200 m - 42 m = 158 m Por lo tanto, la tubería principal estará compuesta de la siguiente manera: 42 m de diámetro 133 mm 158 + 104 = 262 m de diámetro 108 mm y 96 m de diámetro 89 mm
172. Diseño de laterales múltiples en rotación: el diseño de laterales múltiples en rotación se basa en el mismo principio aquí expuesto, con la diferencia de que en lugar de ser dos los laterales, su número es mayor.
173. ELECCIÓN DE LA BOMBA: 1. Gasto de agua necesario 2. Carga dinámica total. (Esta última se determina sumando todas las cargas parciales) HT = Hs + HL + Hl + He + Ha + Pa + Hm
174. Htotal Hs = carga de succión o distancia vertical entre la fuente de abastecimiento y la bomba
HL = pérdida de carga por fricción en la tubería principal
HI = Pérdida de carga por fricción de los laterales
HE = Diferencia de elevación entre la bomba y el sitio de descarga más elevado
175. Htotal Ha = altura de los aspersores sobre el nivel del suelo
Pa = presión de trabajo requerida por los aspersores
Hm pérdidas de carga menores producidas en codos, reducciones, acoplamientos y otros.
176. En el ejemplo: Hs = 1.00 m
HL = 7.00 m
Hl = 3.04 m
He = 1 % *400 m = 4.00 m
Ha = 0.60 m
Pa = (m.c.a.) 28.40 m
TOTAL 44.00 m
177. Potencia de la bomba: Potencia (HP) = (Q (litros/seg) * H (m) ) (76 * Eficiencia)
178. Si en nuestro ejemplo se estima una eficiencia de la bomba de 70 %, se tendrá que: Potencia = (75.8 * (1000/3600) * 44) (76 * 0.7) = 17.4 HP
179. REFERENCIAS DE INTERNET PARA DISEÑO DEL RIEGO POR ASPERSION http://www.sprinklersonline.com.au/webcontent18.htm
http://www.mtncom.net/mssirr/maindesignguide.htm
http://www.irrigationdesign.com/
http://www.wiz.unikassel.de/kww/irrisoft/sprink/sprinkmod.html
180. REFERENCIAS PARA LECTURAS PERSONALES Textos: Gurovich, L. Riego Superficial Tecnificado. Capítulo 9
181. RESUMEN DE LA CLASE 1. Se presentó la forma detallada de cálculo de pérdidas de carga en tuberías y la forma de determinación del punto exacto en el cual un lateral o un múltiple tiene que incrementar su diámetro, para mantener la optimización del diseño del riego presurizado. 2. Se ha completado los principios hidráulicos del riego presurizado
182. RESUMEN DE LA CLASE 3. Hemos desarrollado, por medio de un ejemplo, el diseño de un sistema de riego por aspersión.
