INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO
EL RIEGO POR ASPERSION
T
E
S
I
S
PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CIVIL P
R
E
S
E
N
T
A
N:
MARTIN ARENAS PEREZ ARTURO MARTINEZ VELAZQUEZ
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LOPEZ MATEOS
MEXICO, D.F.
2008.
AGRADECIMIENTOS
Los agradecimientos son gracias a las personas que intervinieron en el trabajo y poder haber concluido este trabajo.
A DIOS
Le agradecemos por todo lo que nos ha brindado y por haber permitido lograr nuestros propósitos.
A MIS FAMILIARES
Les agradecemos a nuestros padres y familiares que siempre nos apoyaron en los buenos y malos momentos, y así así poder concluir la carrera carrera de INGENIERIA CIVIL, CIVIL, les damos gracias ya que siempre estuvieron ahí cuando mas los necesitamos y nos alentaban para concluir los estudios.
A NUESTRO ASESOR ING. ENRIQUE ALBARRAN AGUILAR
Gracias por brindarnos la mano para poder conseguir el titulo de INGENIERIA CIVIL y apoyarnos en todo momento.
AGRADECIMIENTOS
Los agradecimientos son gracias a las personas que intervinieron en el trabajo y poder haber concluido este trabajo.
A DIOS
Le agradecemos por todo lo que nos ha brindado y por haber permitido lograr nuestros propósitos.
A MIS FAMILIARES
Les agradecemos a nuestros padres y familiares que siempre nos apoyaron en los buenos y malos momentos, y así así poder concluir la carrera carrera de INGENIERIA CIVIL, CIVIL, les damos gracias ya que siempre estuvieron ahí cuando mas los necesitamos y nos alentaban para concluir los estudios.
A NUESTRO ASESOR ING. ENRIQUE ALBARRAN AGUILAR
Gracias por brindarnos la mano para poder conseguir el titulo de INGENIERIA CIVIL y apoyarnos en todo momento.
INDICE
1.
INTRODUCCION.
2.
EL RIEGO POR ASPERSION.
3.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RIEGO POR ASPERCION.
3.1. 3.2. 4.
INFORMACION BASICA A CONSIDERAR PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSION.
4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4. 5.
VENTAJAS. DESVENTAJAS.
TOPOGRAFIA. SUELOS. TEXTURA DEL SUELO. ESPACIO POROSO Y DENSIDAD DENSIDAD APARENTE. CURVA DE VELOCIDAD DE INFILTRACION. DISPONIBILIDAD DE AGUA AGUA EN EL SUELO. SUELO.
PARTES ESENCILES DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSION.
5.1. FUENTE DEL AGUA PARA EL RIEGO. 5.1.1. UBICACIÓN. 5.1.2. CALIDAD QUIMICA Y AGRONOMICA AGRONOMICA DEL AGUA CON CON FINES DE RIEGO. 5.1.3. COSTO DEL AGUA. 5.1.4. VOLUMEN DE AGUA DISPONIBLE. 5.2. FUENTES DE ENERGIA. 5.3. RED DE DISTRUBUCION DEL AGUA. 5.4. ASPESORES O REGADORES. 5.5. ACCESORIOS PARA EQUIPO DE BOMBEO PARA CONDUCCIÓN. 6.
SELECCIÓN DE ASPESORES.
6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 7.
ELECCION DE LOS ASPESORES. CAUDAL DE LOS ASPESORES. RADIAL DEL CHORRO DE AGUA. PRECIPITACION HORARIA.
DISEÑO DE LATERALES.
7.1. 7.2. 7.3. 7.4.
CONSIDERACION AL DISEÑAR LATERALES. EJEMPLOS DE APLICACIONES. CALCULO DE LA PRECION EN ASPESORES. PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION EN TUBERIA CON SALIDAS MULTIPLES.
7.4.1. CALCULO POR TRAMO. 7.4.2. UTILIZANDO LA FORMULA DE CHIRSTIANSEN. 7.5. CALCULO DE LA PRESION O CARGA REQUERIDA ALA ENTRADA DE LATERALES. 7.5.1. EFECTO DE LA PENDIENTE PENDIENTE DEL TERRENO SOBRE LOS LATERALES. 7.6. CALCULO DEL LATERAL CON DOS DIAMETROS. 7.7. ALTURA DE LOS ELEBADORES EN LATERALES. 7.8. DISPOSICION Y MOVIMIENTO DE LATERALES. 8.
DISEÑO DE LA TUBERIA PRINCIPAL.
8.1. PERDIDADS DE CARGA EN TUBERIA PRINCIPAL. 8.2. CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TUBERIA PRINCIPAL. 8.2.1. MÉTODO DE PÉRDIDA PÉRDIDA DE CARGA POR POR FRICCIÓN UNITARIO.
CONCLUCIONES. BIBLIOGRAFIA.
EL RIEGO POR ASPERSIÓN
INTRODUCCIÓN El riego por aspersión o lluvia artificial ha surgido por el deseo de imitar en todo lo posible a la naturaleza, dejando caer el agua sobre las plantas. Un sistema por aspersión puede servir bien en cualquiera de los siguientes casos para: Apertura de tierras para cultivos de regadío. Terrenos con topografías accidentales u onduladas. Suelos con diversas características y propiedades físicas. Cuando el método de riego en uso se tiene dificultades y no se tiene la eficiencia de riego que es necesario. Patrones de cultivos establecidos que requieran de riegos ligeros frecuentes. Cuando se ha tenido problemas con la germinación de las semillas y Cuando es problema regar por el método superficial, por el caudal del agua para riego que se dispone. El presente apoyo académico, su intención es de servir de guía a los estudiantes de agronomía, técnicos y a los agricultores a familiarizarse con el conjunto de técnicas particulares del riego por aspersión, cálculo de las necesidades de agua de las plantas, consideraciones y componentes esenciales del sistema, fórmulas, nomogramas para estimar las pérdidas de carga en tuberías a presión, técnicas a seguir en la elección de los aspersores, diseño de laterales, distribuidores, subprincipales y principales y equipo de bombeo. Debo hacer constar mi agradecimiento a la Srita. Olivia Flores Velásquez y al Sr. Agustín Domínguez Hidalgo, por su excelente ayuda secretarial y elaboración de las figuras y nomogramas, así como a todos aquellos colegas del Departamento de Irrigación de la U.A.CH que ha aportado su apoyo, sus estímulos y sus ayuda.
EL RIEGO POR ASPERSION Con este método el agua se aplica al suelo en forma de lluvia utilizando unos dispositivos de emisión de agua, denominados aspersores, que generan un chorro de agua pulverizada en gotas. El agua sale por los aspersores dotada de presión y llega hasta ellos a través de una red de tuberías cuya complejidad y longitud depende de la dimensión y la configuración de la parcela a regar. Por lo tanto una de las características fundamentales de este sistema es que es preciso dotar al agua depresión a la entrada en la parcela de riego por medio de un sistema de bombeo. La disposición de los aspersores se realiza de forma que se moje toda la superficie del suelo, de la forma más homogénea posible.
Un sistema de riego tradicional de riego por aspersión está compuesto de tuberías principales (normalmente enterradas) y tomas de agua o hidrantes para la conexión de secundarias, ramales de aspersión y los aspersores. Todos o algunos de estos elementos pueden estar fijos en el campo, permanentes o solo durante la campaña de riego. Además también pueden ser completamente móviles y ser transportados desde un lugar a otro de la parcela.
En las tres últimas décadas se han desarrollado con gran éxito las denominadas máquinas de riego que, basándose igualmente en la emisión de agua en forma de lluvia por medio de aspersores, los elementos de distribución del agua se desplazan sobre la parcela de manera automática. Aunque su precio es mayor, permiten una importante automatización del riego.
Los sistemas de riego por aspersión se adaptan bastante bien a topografías ligeramente accidentadas, tanto con las tradicionales redes de tuberías como con las maquinas de riego. El consumo de agua es moderado y la eficiencia de uso bastante aceptable. Sin embargo, la aplicación del agua en forma de lluvia esta bastante condicionada a las condiciones climáticas que se produzcan, en particular al viento, y a la aridez del clima, ya que si las gotas generadas son muy pequeñas, en particular el viento, y a la aridez del clima (las gotas podrían desaparecer antes de tocar el suelo por la evaporación).
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RIEGO POR ASPERSIÓN Al establecer u método de riego se debe considerar todos los factores positivos o negativos y analizarlos desde un puno de vista económico, social, ambiental y de apoyo técnico. VENTAJAS Se pueden considerar como ventajas lo siguiente: Puede usarse satisfactoriamente bien en terrenos de características topográficas abruptas e irregulares, donde no puede ser irrigada con riego superficial. No hay necesidad de nivelación de terreno, en lugares donde la excesiva nivelación puede ser perjudicial por razones tales como: un espersor limitado, de suelo arable, o suelos orgánicos como las turbas; puede restringir o hasta impedir completamente los trabajos de nivelación. Puede evitarse la erosión del suelo, cuando las pendientes del terreno son tan fuertes. Con los métodos de riegos superficiales es casi imposible evitar la erosión y con el uso de aspersores ayuda a disminuir las pérdidas del suelo. Es posible ahorrar agua, si un sistema de aspersión está bien diseñado y con un funcionamiento adecuado produce una distribución del agua casi uniforme, aún en terrenos accidentales o bajo condiciones de suelos permeables con capas de arena o grava. Mayor superficie disponible al suprimir regaderas del sistema parcelario. Es conocido que en métodos tradicionales se tiene que el 2 al 5 por ciento de sus superficies están ocupadas por regaderas u obras hidráulicas de distribución a nivel parcelario, al no construirlas se eliminan las pérdidas por infiltración, evaporación del agua de riego u problemas de las malezas. Ahorro de mano de obra al suprimir la necesidad de construir bordos y surcos, para ciertas especies cultivares, conservándose la superficie del suelo, por la reducción de manejo del suelo consecuentemente diminuye los cortes de preparación y facilitando la precolación del agua, la recolección o cosecha mecánica. Mejor aplicación de algunos fertilizantes líquidos y solubles; cuando se distribuyen uniformemente en toda la masa del suelo. Al suprimir la aplicación mecanizada del fertilizante, labores culturales propias, y complemento de riegos, se logra un ahorro económico. Se logra un mejor control de la humedad del suelo, en suelos de baja capacidad de retención de agua, pudiendo proporcionar los riegos con intervalos cortos.
En lugares donde el nivel freático es elevado o superficial, se pede regar mediante sistemas por aspersión con láminas adecuadas para humedecer el suelo lo necesario sin modificar el nivel de la capa freática. Se puede utilizar volúmenes de agua pequeños, pero continuos. Ciertos insecticidas pueden aplicarse siempre que el producto sea soluble y no corrosivo. Se aconseja inyectarse en el sistema cerca del final de cada posición, caso contrario podría ser lavado. El tratado y montado del sistema no requiere de la dirección de una persona con experiencia y todo lo que se requieres que en su oportunidad cambiar las tubería en las posiciones previamente convenidas. 2.2. DESVENTAJAS. Se consideran como desventajas lo siguiente: La inversión inicial es relativamente costosa, particularmente si una gran parte del sistema es permanente o fija. Un sistema portátil reduce el costo inicial, pero se tiene una erogación mayor por la mano de obra. Se deben considerar en ambos casos para su elección la depreciación, mantenimiento y reparación del sistema. El viento afecta la distribución y eficiencia en la aplicación del agua. Para resolver este problema s puede cambiar las boquillas de aspersión, espaciar ramales y aspersores y la distribución de las líneas estos cambios aumenta su costo. Durante la aspersión se pierde agua por evaporación ya sea por las gotas del agua o el rocío que desplaza en el aire, y por la evaporación desde el suelo humedecido y de las superficies del follaje. La cantidad perdida dependerá de las condiciones climáticas y de operación, puede alcanzar cantidades entre 50 y 40 por ciento del agua aplicada. En algunos casos se aconsejará la aspersión durante la noche para eliminar o reducir las pérdidas. La operación de cambiar de posiciones las tuberías portátiles después de un riego es un problema en terrenos arcillosos con drenaje lento, puesto que el trabajo se hace pesado y sucio. Existe poca información acerca de que los sistemas por aspersión fomentan las enfermedades fungosas o reduce la calidad del fruto. La aplicación de fertilizantes tiene ciertas limitaciones de consideración. No todos los fertilizantes tienen la solubilidad suficiente para poder inyectarse en un sistema de aspersión, en algunas veces pueden ocasionar el taponamiento o atascamiento de partes móviles aumentando por esta razón el costo de mantenimiento. Algunos fertilizantes son corrosivos, en este caso no se recomienda su uso a través del sistema, por que puede ser muy perjudicial.
Los botones florales, las yemas vegetativas de plantas de cultivo o de árboles frutales, el impacto de las gotas de agua de la aspersión puede dañarlos, deshojarlos o destruirlos, consecuentemente mermará en el rendimiento del cultivo. La no disponibilidad de un caudal continuo puede crear algunos problemas con la aspersión. Dependencia de equipos mecánicos y consecuentemente se requiere de un consumo grande de energía. Problemas con el suministro de repuestos cuando el sistema de riego por aspersión es importado. 3. INFORMACIÓN BÁSICA A CONSIDERAR PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN. Para poder proyectar un sistema de riego por aspersión, se requiere de una adecuada información básica, del predio tales como: agua, planta, suelo, atmósfera y aspectos socio-económicos. Al no existir reglas algunas acerca de los casos en que deberá o no aplicarse el riego por aspersión. El proyectista tendrá que sopesar una serie de factores en pro y en contra de la transformación del predio en regadío. Para un mejor análisis e interpretación de la información básica se dividirá en: 3.1 Topografía 3.2 Suelos 3.3 Cultivos 3.4 Recursos de agua 3.5 Clima 3.6 Aspectos socio-económico 3.1 TOPOGRAFÍA el plano planimétrico del terreno deberá suministrar la información de la forma, tamaño y límites de la propiedad, también la ubicación y trazado del sistema general del riego que abastece al predio y otros detalles de interés como estructura de toma, acequias internas, accidentes topográficos, cauces naturales o artificiales que actúan como drenaje, ubicación del pozo, etc., resulta generalmente adecuado. El plano altimétrico, deberá representar el desnivel del terreno, en lo posible figurar las cotas de las tomas de agua, obras hidráulicas existentes, o de otros detalles que puedan servir como apoyo en el momento de proyectar el sistema de riego.
Un proyecto de riego por aspersión de buena calidad puede hacerse sobre planos a escala de 1:2000 a 1:5000 con curvas a nivel de 2m. Si el terreno es plano conviene tener curvas de nivel, de metro en metro para asegurar algunos detalles. Cuando se desee una precisión grande, puede llegarse a la escala 1:1000, con curvas de nivel de metro en metro, permitiéndose definir todos los elementos de una red de riego por aspersión casi perfecto. De los planos plani-altimétrico se pueden obtener los datos necesarios para: Subdividir la propiedad en diferentes parcelas para establecer cultivos específicos a explotar. Determinar la disposición en el terreno de las tuberías principalmente, subprincipales y laterales. Proyectar la red de drenaje del terreno. Acondicionar el terreno para riego. 3.2 SUELOS El estudio del suelo es una de las bases principales en que debe apoyarse el proyectista, y por eso se debe hacer un estudio concienzudo del suelo antes de hacer un proyecto, y consecuentemente es necesario conocer las siguientes propiedades físicas del suelo. 3.1 Textura 3.2 Porosidad y densidad aparente 3.3 Curva de velocidad de infiltración 3.4 Disponibilidad de agua en el suelo 3.2.1 TEXTURA DEL SUELO Cuanto más gruesa sea la textura del suelo serán mayores las ventajas del riego por aspersión. Un suelo arenoso o migajón-arenoso posee una baja capacidad de retención del agua y una elevada velocidad de infiltración del agua y exige riegos relativamente frecuentes y ligeros; lográndose una buena uniformidad de distribución del agua en la superficie. Los suelos arcillosos tienen una mayor capacidad de retención de agua debido a su mayor área superficial y consecuentemente tienen una mayor capacidad de adsorción de nutrientes. Es importante el conocimiento de la textura porque influye en: la cantidad de agua almacenada en el suelo, en el movimiento del agua en el suelo, la facilidad de abastecimiento de aire, agua y nutrientes.
Existen varias maneras de estimar y determinar la textura, los métodos más comunes son: Estimación de la textura al tacto, determinación de la pipeta y el de hidrómetro de Bouyoucos. (Coras 1990). 3.2.2 ESPACIO POROSO Y DENSIDAD APARENTE Las partículas de formas irregulares que constituyen el suelo no se ajustan estrechamente unas a otras, quedando espacios entre ellas y el volumen relativo que se forma entre los materiales sólidos se denomina espacio poroso total, ésta puede retener agua, aire o ambas. Dependiendo de la textura y estructura se puede distinguir dos tipos de espacios porosos, es decir, macro poros y micro poros, mientras que los suelos gruesos contienen mayor cantidad de macro poros. El proyectista de riego por aspersión, deberá tener en consideración el espacio poroso porque en un suelo con predominancia de micro poros su capacidad de almacenamiento de la humead es mayor que un suelo con alto porcentaje de macro poros, pero esta última posee mejores condiciones de drenaje, consecuentemente tendrá en consideración a parte de otros factores también importantes en la toma de decisiones sobre la frecuencia e intensidad de aplicación del riego por aspersión. Para estimar la porosidad, que se define como al porcentaje del volumen total del suelo ocupado por poros, se emplea las siguientes ecuaciones: a) Pr = v Vt
x 100
Donde: Pr = porosidad en % V= volumen de poros, en cm 3 Vt= volumen total, cm 3 B) o bien Pr= (1 – Da) x 100 Dr C) Pr= Dr – Da x 100 Dr
Donde: Da = densidad aparente (gr/ cm 3) Dr = densidad real, (gr/ cm 3) Cabe aclarar que el conocimiento de la porosidad no indica las condiciones de permeabilidad y aereación de un suelo determinado, lo cual hace necesario conocer la distribución de poros por tamaño (macro y micro poros). Valores medios de porosidad de algunos suelos que es una característica relacionada con la estructura. Arena Arcillas Franco -
30% 65% 30%
Densidad aparente de un suelo, se define como la relación que existe entre el peso del suelo seco y el volumen total (influyendo poros) y se estima como sigue: Da = Pss Vt Donde: Da = densidad aparente en gr/ cm 3 Pss = peso del suelo seco en gr Vt = volumen total en cm 3 A continuación se presentan los valores medios de densidad aparente de algunos suelos, que varían principalmente con la textura y su contenido de materia orgánica. Arena = 1.6 – 1.7 gr/ cm3 Franco = 1.3 - 1.4 gr/ cm3 Arcillas = 1.0 – 1.2 gr/ cm3 Suelos orgánicos = 0.7 – 1.0 gr/ cm3 La determinación puede hacerse por diferentes métodos tales como: Método de campo utilizando plástico, utilizando cilindros de volúmenes conocidos, método de la parafina y petróleo.
El conocimiento de la densidad aparente, su importancia radica en que nos da una idea sobre el grado de compactación del suelo y es un parámetro para la determinación de la lámina de riego, a partir del contenido de humedad y de la profundidad del suelo. (Coras 1990). 3.2.3 CURVA DE VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN La infiltración es la penetración vertical y lenta del agua a través de la geometría del espacio poroso del suelo. La infiltración no es constante, disminuye conforme aumenta la cantidad de agua que ya ha entrado en el suelo, siendo su valor máximo al comienzo de la aplicación del agua; entonces depende principalmente de la carga y del tiempo. La curva de velocidad de infiltración, es la relación entre la lámina que se infiltra y el tiempo que tarda en hacerlo, generalmente se expresa en cm/hr o en cm/min. La velocidad de infiltración depende de varios factores, tales como: textura, estructura, compactación del suelo, contenido de humedad del suelo, la lámina de riego o de lluvia, la temperatura del agua y del suelo, estratificación, agregación y actividades microbianas, presencia de sales, aire atrapado, etc. Existen dos determinaciones típicas de velocidad de infiltración: método del infiltrómetro de doble cilindro (para método de riego por inundación total) y el de entradas y salidas (para métodos de riego por inundación parcial). La ecuación de Kostiakov – Lewis (1932) expresa la velocidad de infiltración en un punto. I = Ktn Donde: I = velocidad de infiltración (LT -1) en cm hr-1, mm día-1, mm hr-1 t = tiempo de infiltración (T) en min. O en hr. K = parámetro que representa la cantidad de infiltración durante el intervalo inicial, expresada en mm min – (1 + n) o mm hr – (1 + n) n = exponente adimensional, indica la forma en que la velocidad de infiltración se reduce con el tiempo. Es siempre negativo con valores que varían entre 0 y –1.0
Su forma logarítmica de la ecuación de Kostiankov – Lewis es la siguiente: log = Log K + n Log t Para obtener la velocidad de infiltración acumulada será necesario integrar la ecuación conocida entre los límites t= 0 y t= t y se tiene: Icum = ∫ t Idt = ∫ t K tn = K.t n+1 o
o
n+1
Donde: ∫
t o
Idt es la infiltración acumulada
Icum = K
n+1
x tn + 1
Representando la lámina de agua filtrada I cum con respecto al tiempo t se obtiene un tipo de curva en la figura 1. Por otra parte, si se representa la velocidad de infiltración I con respecto al tiempo t, la curva tendrá la forma como se muestra en la figura 1. Ambas curvas muestran la disminución en la velocidad de infiltración con el tiempo.
K n+1 I c u m = -n-+- -1 .t
. m m 1 0 0 m m 9 0 . u I c n I 8 0 o o i 70 c d a a l r t l u 6 0 i f m n u 5 0 i c e a d n 4 0 o d i a c 3 0 d a 2 0 i r c t o l i l f e n 1 0 V i 10
I = K t
n INFILTRACION BASICA
I. b 10
20
30
40
50
60
70
80
90
Tiempo
100 1 10
120
130
140 150
160
t. m in.
De acuerdo al Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos, la velocidad de infiltración básica es el valor instantáneo cuando la velocidad de cambio de la infiltración para un periodo Standard es el 10% o menos de su valor o sea:
Ib= K (-10n)n Esta ecuación es válida si se emplean unidades mm hr -1 o mm min-1 Otros autores denominan la infiltración básica o la velocidad de infiltración que más o menos permanece constante, es decir, la variación respecto al tiempo es muy pequeña. Conocer la infiltración básica de un suelo es importante, porque influye en la elección del modelo del aspersor, es decir, que la intensidad de lluvia proporcionada por un aspersor debe ser igual o menor pero no mayor que la infiltración básica (Ib), para evitar encharcamiento en la superficie y pérdidas del agua por evaporación. Mc. Culloch et al (1973), reportan valores de velocidades medias de infiltración para suelos con topografías plana. Cuadro 1. Velocidades Medias de Infiltración TEXTURA
(1)
VEL. DE INFILTRACIÓN* mm/hora Arena Gruesa 19.05 a Arena fina 25.4 Megajón de Arena 12.70 a 19.05 Fina a Migajón Limoso 12.70 Migajón Arcilloso a 10.16 a 7.62
CONDICIONES POBRES** mm/hora 12.70 8.89 7.62 6.86 4.95
* Suelo desnudo con buena agregación, contenido alto de materia orgánica. ** Suelo desnudo con agregación pobre, bajo contenido de materia orgánica. (1) los valores anteriores pueden aumentar en ¼ para alfalfa madura o pasto y disminuirse en ¼ en pendientes cercanas al 10%. 3.2.4 DISPONIBILIDAD DE AGUA EN EL SUELO Las características del suelo, de poder almacenar el agua, se denominan capacidad de retención, varía según los suelos en proporción inversa del tamaño de sus constituyentes. El agua disponible en el suelo para ser utilizada por la planta está comprendida entre la capacidad de campo y el punto de marchitamiento permanente. Se dice que la capacidad de campo (CC)
es la máxima capacidad de retención del agua, después que el exceso ha sido drenado y se alcanza entre los 2 y 5 días después de haber concluido el riego. Veihmeyer y Hendrickson (1931), Colman (1947), han probado que la capacidad de campo es la cantidad de agua Retenida por las partículas del suelo a una tensión de 0.3 atmósferas aproximadamente. Este parámetro de humedad depende principalmente de: el grado de compactación, contenido de materia orgánica y la textura. Existen varios métodos para determinar la capacidad de campo, los más utilizados son: Método gravimétrico o campo, Método de la olla de presión, Método de la humedad equivalente y Método de las columnas de suelo. El punto de marchitamiento permanente (PMP), es el contenido de agua al cual las plantas se marchitan y no recuperan su turgencia después de haber sido tratado a condiciones de un ambiente saturado de humedad durante la noche. Baver (1959) define que el P.M.P es el contenido de humedad retenido a una tensión equivalente a la presión osmótica en las raíces de las plantas siendo la tensión aproximadamente de 15 atmósferas. El punto de marchitamiento permanente, se determina en el laboratorio por el método biológico o del girasol, también midiendo el contenido de agua de muestras de suelo saturadas previamente y sometidas luego a una presión de desplazamiento de aire a 15 atmósferas en una cámara especial (método de la membrana de presión). El PMP varía fundamentalmente con la textura. La lámina de agua disponible para las plantas o humedad aprovechable (diferencia entre capacidad de campo y punto de marchitamiento permanente) en un espesor de suelo (Pr) se obtiene entonces por la siguiente ecuación. Lr = (cc-pmp) 100
Da.Pr
En donde: CC = porcentaje de humedad a capacidad de campo PMP = porcentaje de marchitamiento permanente Da= densidad aparente Pr= espesor del suelo, y Lr= lámina de agua disponible
A medida que disminuye la disponibilidad de agua en el suelo, aumenta el esfuerzo que la planta adquiere para absorber agua. La curva de retención de humedad o curva característica de humedad en el suelo, relaciona el contenido hídrico (Ps%) con la succión matriz o tensión de la humedad del suelo (T) (suma de la tensión superficial y las fuerzas de adsorción). Dicha curva, Figura 2. Muestra que la tensión crece logarítmica mente al disminuir aritméticamente el contenido hídrico.
15
) m t A (
PMP
N O I S N E T
PMP
ARCILLA ARENA C C
0.3
CC
10
20
30
40 Ps %
Entonces si el agua disponible llega a PMP afectará la velocidad de uso del agua por los cultivos y como consecuencia el rendimiento de los mismos. Por lo dicho en la práctica de riego, por lo general no se permite un agotamiento mayor del 40 al 60%, que es lo que se conoce como agua fácilmente disponible. Para establecer el porcentaje de humedad aceptable, para cada especie cultivable se determinará mediante experimentación en riego in situ.
CUADRO 2. Resumen de las propiedades Físicas del Suelo
Textura Total espacio poroso % Arenoso 38 (3242) Franco 43 arenoso (4047) Franco 47 (4349) Franco 49 arcilloso (4751) Arcilloso 51 arenoso (4953) arcilloso 53 (5155)
Densidad Capacidad Punto de aparente de campo marchites gr/cm3 cd % permanente PMP % 1.65 9 4 (1.55(6-12) (2-6) 1.80) 1.50 14 6 (1.40(10-18) (4-8) 1.60) 1.40 22 10 (1.35(18-26) (8-12) 1.50) 1.35 27 13 (1.30(23-31) (11-15) 1.40) 1.30 31 15 (1.25(27-35) (13-17) 1.35) 1.25 35 17 (1.20(31-39) (15-19) 1.30)
Humedad utilizable (1) Peso volumen seco 5 8 (4- (6-10) 6) 8 12 (6- (9-15) 10) 12 17 (10- (14-20) 14) 14 19 (12- (16-22) 16) 16 21 (14- (18-23) 18) 18 23 (16- (20-25) 20)
total cm/m 8 (710) 12 (915) 17 (1419) 19 (1722) 23 (1823) 23 (2025)
Nota: los intervalos normales son nombrados entre paréntesis... La humead fácilmente utilizable representen un 75% de la totalmente utilizable. 4. PARTES ESENCIALES DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN Un sistema de riego por aspersión debe poseer un conjunto de componentes elementales como: 4.1 Fuente del agua para riego 4.2 Fuente de Energía 4.3 Red de distribución del agua o tuberías 4.4 Aspersores o rociadores y 4.5 Accesorios
4.1 FUENTE DEL AGUA PARA RIEGO Puede ser la fuente del agua de riego superficial, subterráneo o combinada, para lograr una alta eficiencia en la distribución del agua en forma de lluvia, se requiere de un caudal continuo. Las características que más influyen en el diseño y operación del riego por aspersión son: 4.1.1 ubicación 4.1.2 calidad química y agronómica del agua 4.1.3 costo del agua y 4.1.4 volumen de agua disponible 4.1.1 Ubicación Es la característica de gran influencia para tomar decisiones en el diseño, y entre los factores más importantes a considerar son: Diferencia de nivel, distancia y relieves topográficos entre la fuente del agua y el terreno a regar.
tuberia principal VALVULAS tuberia lateral
ASPESORES
F U E N T E BOMBA S D E A G U A
4.1.2 CALIDAD QUÍMICA Y AGRONÓMICA DEL AGUA CON FINES DE RIEGO. Aceves (1979). La calidad de un agua para riego, debe evaluarse en base a la potencialidad de ésta para producir efectos dañinos al suelo, a los cultivos y a los animales y personas que consumen dichos cultivos. La calidad química del agua, que puede tener un uso muy amplio, está dada por: la cantidad de sales solubles, contenido de elementos tóxicos para las plantas y efecto probable del sodio sobre las características físicas. La calidad agronómica del agua está determinada por los siguientes factores: calidad química, cultivo por regar, suelo por regar, condiciones climatológicas, métodos de riego, condiciones de drenaje del suelo y prácticas de manejo del agua, del suelo y de las plantas. Se debe considerar para fines de diseño, contenido de sedimentación, contenido de materia orgánica y temperatura del agua. 4.1.3 Costo del agua En caso de que el costo del agua es elevado, será necesario un mayor control y optimizar su uso, esto se logrará con un diseño adecuado. 4.1.4 Volumen de agua disponible Será necesario contar con un estudio del origen de la fuente de agua para conocer el caudal disponible seguro con una determinada probabilidad de ocurrencia, la misma que servirá para un buen diseño que optimice el uso del agua y de las tierras cultivables. 4.2 FUENTE DE ENERGÍA Tiene por objetivo de aspirar el agua desde la fuente de agua e impulsarla a través del sistema. Dado que para el buen funcionamiento y operación del riego por aspersión se requiere relativamente de presiones altas; se logra utilizando la bomba y las más empleadas son bombas centrífugas de eje horizontal y bombas turbinas, y el motor puede ser eléctrico o a combustión interna; conjuntamente con la bomba, el motor integran el equipo motobomba que puede ser fijo o móvil. La motobomba fija se utiliza cuando se eleva agua del subsuelo o de una estación de bombeo.
La motobomba móvil, como su nombre lo indica, cambia de ubicación en cada posición de riego, por lo general esta montada sobre ruedas neumáticas, facilitando ser arrastrada con tractor, también se considera al equipo de bomba movida con la polea de un tractor. 4.3 RED DE DISTRIBUCIÓN DEL AGUA Consiste fundamentalmente de: tubería principal, lateral y los aspersores. La tubería principal es la que conduce el agua a las laterales puede encontrarse sobre la superficie del terreno o enterrado, a su vez puede ser fijas o móvil actualmente hay una gran variedad en la forma, material y disposición. Los laterales son tuberías por lo general de menor diámetro que el principal y conduce agua a los aspersores colocados en la misma. Los laterales pueden ser fijos o móviles, superficiales o enterrados. Por lo general las tuberías fijas son metálicas, de plástico, de asbesto cemento o de concreto reforzado con junta especial. Las tuberías móviles o portátiles, son de aluminio o acero zincado a fuego de reducido peso, facilitándose su traslado y se integran por tramos de 6, 9, o 12 m. De largo y diámetro variable entre 2” y 10”, cada tramo se une por acoplamientos especiales que se caracteriza por su facilidad y rapidez. Existen acoplamientos angulares de 12° a 30° permite adaptar la tubería a las irregularidades del terreno. 4.4 ASPERSORES O REGADORES Los aspersores son dispositivos que tienen como finalidad de aplicar el agua en forma de gotas. Consta de una o dos boquillas cuyas dimensiones y formas varían de acuerdo a la marca y modelo, a su vez estas pueden ser móviles, fijas, de lata o baja presión y de diversos materiales. En el diseño del sistema, las características peculiares de cada aspersor es determinante. En la actualidad lo más generalizado para uso en la agricultura son los aspersores giratorio o móviles; accionado por efecto del impacto, por acción del chorro de agua sobre una rueda dentada, son regulables para que el giro de espesor fuera sectorial o total (360°C) de acuerdo a la conveniencia del riego. Una variante del sistema clásico de riego por aspersión lo constituye la tubería perforada. En tal caso la tubería tiene una sucesión de perforaciones a través de las cuales fluye el agua, de esta manera el lateral cubre una faja de terreno que oscila de 10 m, y 14 m, de
ancho. Su ventaja de este sistema radica en la baja presión requerida generalmente entre 0.4 y 0.45 atmósferas y su principal limitación son las altas intensidades de aplicación que lo limitan a terrenos de textura gruesa.
4.5 ACCESORIOS Los accesorios facilitarán el funcionamiento del sistema como conducción, distribución del agua y el control de la misma. Podemos mencionar entre los accesorios más importantes los siguientes: 4.5.1. Para equipo de bombeo Manguera o tubería de succión Colador para tomar el agua de la fuente Válvula de pie Mecanismo para el cebado de las bombas Aditamentos en la descarga como: conexiones, reducciones, medidores de caudal y presión, válvulas para impulsión de agua o reguladores de presión, etc. 4.5.2 Para conducción Codos, cruz, elevadores, etc. Uniones de T Hidrantes Tapones Manómetros con tubo pitot Filtros Inyectores de fertilizante y sistemas de control 5. SELECCIÓN DE ASPERSORES La selección de los aspersores se basa principalmente en el esparcimiento entre sí, y la presión de trabajo; además debe considerarse los factores limitantes en la aplicación del agua tales como: la velocidad, viento, la erodabilidad de los suelos y la infiltración básica, las que servirán para elegir presiones y espaciamientos lógicos y comparar los diferentes modelos existentes en el mercado presentados por los fabricantes, para el logro de una buena distribución del agua de riego. Un buen aspersor debe reunir las siguientes cualidades: Una buena distribución del agua y un coeficiente de uniformidad. Ser compactos y de un mecanismo simple, debido a que frecuentemente son trasportados y algunas veces en muy malas condiciones.
Proporcionar gotas de agua lo más fina posible, para evitar el compactado superficial del suelo, desfavorable para la infiltración del agua. Una velocidad de giro uniforme para una buena distribución del agua. Ser poco costoso, criterio secundario con relación a las otras. El manual de Ames (1962) clasifica los aspersores en los tipos siguientes: 1.- Aspersores de baja presión, entre 1 y 2 atmósfera. Diseñado para riego de los árboles frutales debajo de la copa; o para cultivos anuales o permanentes, en los casos en que se cuenta con reducida presión. 2.- Aspersores de presión intermedia entre 2 y 4 atmósferas. Diseñado con una o dos taberas y se ajustan a los diferentes tipos de suelo y cultivo. Diámetro del círculo humedecido varía entre 21 m y 39 m. 3.- Aspersores de alta presión, entre 4 y 7 atmósferas. Aspersores gigantes especialmente adaptados para cultivos de elevado tamaño tales como maíz y caña de azúcar. Diámetro del círculo humedecido varía entre 60 m y 150 m. 5.1. ELECCIÓN DE LOS ASPERSORES En la actualidad un buen porcentaje de los aspersores existentes en el mercado para uso en la agricultura son giratorios; ya sea por efecto del impacto. Por acción de chorro de agua sobre una rueda dentada o por reacción. El giro puede ser 360° o parcial y los aspersores pueden tener una o dos boquillas o toberas. Existen una gran variedad de modelos de aspersores, en cuanto a características, tamaño, forma y presión de trabajo, diferenciándose en la intensidad de lluvia, radio de alcance del chorro y distribución de la lluvia. Las casas fabricantes publican especificaciones de diferentes marcas y tipos de aspersores donde se detalla las condiciones de trabajo. Según la NANA MECHANICAL-ISRAEL, las reglas a seguir para la elección de un aspersor es el siguiente: 1.- la elección del tipo de aspersor debe hacerse en función cultivo y para una presión determinada.
del
2.- la determinación de la precipitación horaria o intensidad deseada, se efectuará en función de la dosis o lámina de riego y la duración del riego. Por ejemplo: lámina de riego 100mm, duración del riego 8 horas. Precipitación horaria 100/8=12.5 mm/h. 3.- se encontrará en la tabla proporcionada por la casa fabricante las características del aspersor elegida como: la precipitación necesaria, el diámetro de la boquilla, el espaciamiento de los aspersores correspondientes, gasto, etc. 4.- cuando el riego se efectúa sin viento se recomienda no sobrepasar el 65% del diámetro total cubierto por los aspersores, con el objetivo de obtener una superposición de eficiencia máxima. 0.65 d
TRASLAPE d
d
Figura 31
Sup erposicion
5.- el cálculo del número de aspersores necesarios se realizará dividiendo la superficie total de la parcela a regar por la superficie cubierta por un aspersor. 6.- la mejor elección del aspersor se hará evitando las características que figuran en las superficies sombradas de la tabla correspondiente a cada tipo de aspersor.
5.2 CAUDAL DE LOS ASPERSORES En base a los conceptos de mecánica de fluidos el caudal que eroga un aspersor será: qa = K.A.Cq √2 g h Donde: qa = caudal en m3 /h K = constante de conversión igual a 3600. Cuando: qa = caudal en L.p.h., K constante de conversión igual a 3.6 A = área del orificio de la boquilla en m 2 Cq= coeficiente gasto o descarga igual a 0.9 g= la aceleración de la gravedad igual a 9.81 m/seg 2 h = la carga de presión en m 5.3 RADIAL DEL CHORRO DEL AGUA La ecuación para estimar el alcance del chorro del agua es el siguiente:
y
&
x X = Vo – Cos α Donde: X = distancia de alcance en m. V0= velocidad del chorro en m/s α = ángulo en grados sexagesionales
5.4 PRECIPITACIÓN HORARIA La precipitación horaria se conoce también con el nombre de intensidad del riego por aspersión y se calculará por la fórmula. P.H. ó I= qa x 1000 Da x De Donde: P.H ó I = precipitación horaria o intensidad en mm/h qa = caudal del aspersor en m 3 /h Da = distancia entre aspersores en m De = distancia entre laterales en m La precipitación horaria para fines de elección de aspersores su valor debe ser igual o menor que la infiltración básica del suelo (I < Ib) Ejemplos: Para diferentes casos Cual es el gasto y la intensidad del riesgo que emite una aspersión que tiene las siguientes características. Modelo Astar 322/90 Boquillas 4.0 mm de diámetro Presión de trabajo 3 atm ´0 30.99 m Cq 0.9 Distancia en metro 6 * 12 Cauda 1 qa = K.A.Cq , √ 2 g h qa = 3600 x #.1416 X ( 0.004) X 0.9 X √2 * 9.81 * 30.33 m qa = 3600 X 0.00001256 m2 * 0.9 * 24.39 qa = 0.99 m3/h b. Intensidad o precipitación horaria. I = qa X 1000 Da X De I = 0.999 m3 / h * 1000 = 990 m3 / h 6m * 12 m 72m2 I = 13.75 mm/ h
Cuál es el caudal de un aspersor conociendo los siguientes datos. Modelo: Albun Precipitación Horario 8.0 mm/ h Distancia en metro 9 * 12. Fórmula: qa= I * Da x De 1000 qa = 8 mm / h * 9 * 12 1000 qa = 0.864 m3 / h Seleccionar aspersores utilizando datos déla fabricante para los siguientes. I.b 10 mm/ h Distancia en metros 9 X 12 Superficie a regar 40 Ha, Se riega 1 Ha por día. La mima de riego 9 cm Tiempo de riego 10 horas, de preferencia dos movimiento por día. Caudal máxima disponible 30 L.P.S. Solución: Cálculo de la intensidad (mm 7 h) Formula: I = Lr / T Donde: I = Intensidad en mm/ h Lr = Lámina de riego en mm T = Tiempo de riego en horas Entonces I = 90 mm / 10 horas = 9 mm/ h La intensidad calculada es menor que la infiltración básica, considerado 10 horas el tiempo de riego.
Cálculo del caudal de un aspersor para distancias en metro 9x * 12 Ecuación: Qa = I X Da X De 1000 Entonces: aq = I * Da X De 1000 Entonces: qa = 9 mm/ h X 9m X 12 m 1000 qa = 0.972 m3 / h Caudal del caudal para una hectárea Considerando que se va a efectuar dos movimientos al día y que se va regar un Hectárea por día, tendremos que: 1 asper 9 * 12 (108 m2) X 500 m2 Sonde el número de aspersores para media hectárea es 46 aspersores (N ´ASE) Entonces: qt = N´Ase X qa qt = 46 x 0.972 m3 / h qt = 44.71 m3 / h ó 44710 L.p.h ó 12.42 L.p.s. Esta cifra es menor al caudal máximo disponible que es 30 L.p.s Selección del aspersor De acuerdo a la guía para la selección de aspersores se selecciona el aspersor con las siguientes características. Modelo Lisel o Wador Boquilla 3.2 * 2.5 Presión de atm 3.0 Caudal m3 / h 0.98 Diámetro de cobertura m 25 Precipitación en mm/ h 9.1 Distancia en m 9x 12
CUADROS DE CARACTERÍSTICAS UNA BOQUILLA. e d s a l l o i g u i q m o d ó B M c
2.8 ASTIN
3.2 ASTRO
3.5 ASTEL
4.0 ASCAN
4.5 ASCAN
4.8 ASBUN
n ó i s m e r t P A
h / 3 m l a d u a C
a o r r t t u e r m e á i b o D c
PRECIPITACIÓN DISTANCIA EN m
EN
2 1 * 6
6 * 6
mm/
2 1 * 9
h 2 1 * 2 1
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
0.40 0.54 0.49 0.54 0.57 0.61
22 23 24 24 24 24
11.1 12.5 13.6 15.0 15.8 17.0
5.6 6.3 6.8 7.5 7.9 8.5
3.7 4.2 4.6 5.0 5.3 5.7
2.8 3.1 3.4 3.7 4.0 4.2
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0.52 0.58 0.63 0.68 0.72 0.75 0.69 0.78 0.84 0.90 0.96 1.01 0.70 0.81 0.90 0.98 1.05 1.12 0.76 0.93 1.07 1.20 1.31 1.41 0.86 1.03 1.21 1.34 1.46 1.57
24 25 25 25 25 25 24 25 25 25 25 25 21 24 25 26 27 27 18 21 24 25 26 27 18 22 24 26 27 27
14.6 16.2 17.6 19.0 20.2 21.0 19.3 21.8 23.5 25.2 26.9 28.3 19.6 22.7 25.2 27.4 29.4 31.4 21.3 26.0 30.0 33.6 36.7 39.5 24.1 28.8 33.9 37.5 40.9 44.0
7.3 8.1 8.8 9.5 10.1 10.5 9.7 10.9 11.8 12.6 13.4 14.1 9.8 11.3 12.6 13.7 14.7 15.7 10.6 13.0 15.0 16.8 18.3 19.7 12.0 14.4 16.9 18.8 20.4 22.0
4.8 5.4 5.9 6.3 6.7 7.0 6.4 7.3 7.8 8.4 8.9 9.4 6.5 7.5 8.4 9.1 9.8 10.4 7.1 8.6 10.0 11.2 12.2 13.1 8.0 9.6 11.3 12.5 13.6 14.6
3.6 4.0 4.3 4.7 5.0 5.2 4.8 5.4 5.8 6.2 6.6 7.0 4.8 5.6 6.2 6.8 7.3 7.7 5.2 6.4 7.4 8.3 9.0 9.7 5.9 7.1 8.3 9.3 10.1 10.8
e d h / 3 m l a d u a C
a o r r t t u e r m e á i b o D c
2.8 X 2.5 2.0 VISÓN 2.5 3.0 3.5
0.69 0.78 0.85 0.91
3.2 X 2.5 2.0 BILLAR 2.5 3.0 3.5
s a l o l i g u i d q m o ó B M C
PRECIPITACIÓN DISTANCIA EN m
EN
mm/
h
6 * 6
2 1 * 6
2 1 * 9
2 1 * 2 1
22 23 24 24
19.2 21.7 23.6 25.3
9.6 10.8 11.8 12.7
6.4 7.3 7.9 8.5
4.8 5.4 5.9 6.3
0.80 0.90 0.98 1.05
24 25 25 25
22.2 25.0 27.2 29.2
11.1 12.5 13.7 14.6
7.4 8.4 9.1 9.8
5.6 6.3 6.8 7.3
3.5 X 2.5 2.0 BIKUS 2.5 3.0 3.5
0.98 1.09 1.19 1.29
24 25 25 25
27.2 30.3 33.1 35.9
13.6 15.2 16.5 17.9
9.1 10.1 11.1 12.0
6.8 7.6 8.3 8.9
4.0 X 2.5 1.5 BISOL 2.0 2.5 3.0 3.5 4.5 X 2.5 1.0 BIVAL 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.8 X 3.2 1.0 BIRAL 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0.94 1.07 1.21 1.33 1.43 0.97 1.17 1.36 1.52 1.65 1.79 1.16 1.44 1.65 1.85 2.03 2.18
21 24 25 26 27 18 21 24 25 26 27 18 22 24 26 27 27
26.1 29.8 33.6 37.0 39.8 27.0 32.5 37.8 42.3 45.9 49.8 32.3 40.0 45.9 51.4 56.4 60.6
13.1 14.9 16.8 18.5 19.9 13.5 16.3 18.9 21.1 22.9 24.9 16.1 20.0 22.9 25.7 28.2 30.3
8.7 10.0 11.3 12.4 13.3 9.0 10.9 12.7 14.1 15.4 16.7 10.8 13.4 15.4 17.2 18.9 20.3
6.5 7.4 8.4 9.2 9.9 6.7 8.1 9.4 10.6 11.5 12.4 8.1 10.0 11.5 12.8 14.1 15.1
n ó i s m e r t P A
e d
s a l l o i g u i d q m o ó B M C
2.8 MOSEL BUSIL
n ó i s m e r t P A
1.0* 1.5* 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 3.2 3.2 1.0* MURAL 1.5* BUJAL 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 3.5 1.0* MOTEL 1.5* BUROL 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 4.0 1.0 MOTOR 1.5 BUROL 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 1.0 MOHAR 1.5 BUNEX 2.0 2.5 3.0 3.5 4.8 1.0 MOFIL 1.5 BUTAL 2.0 2.5 3.0 3.5
h / 3 m l a d u a C
a o r r t u e t r m e á i b o D c
0.28 0.35 0.40 0.45 0.49 0.54 0.57 0.67 0.37 0.45 0.52 0.58 0.63 0.68 0.72 0.75 0.49 0.60 0.69 0.78 0.84 0.90 0.96 1.01 0.57 0.70 0.81 0.90 0.98 1.05 1.12 0.76 0.93 1.07 1.20 1.31 1.41 0.86 1.03 1.21 1.34 1.46 1.57
17 20 22 23 24 24 24 24 17 21 24 25 25 25 25 25 17 21 24 25 25 25 25 25 18 21 24 25 26 27 27 18 21 24 25 26 27 18 22 24 26 27 27
PRECIPITACI N EN mm/ h DISTANCIA EN m
6 * 6
2 1 * 6
2 1 * 9
2 1 * 2 1
7.8 9.7 11.1 12.5 13.6 15.0 15.8 17.0 10.4 12.6 14.6 16.2 17.6 19.0 20.2 21.0 13.7 16.8 19.3 21.8 23.5 25.2 26.9 28.3 16.0 19.6 22.7 25.2 27.4 29.4 31.4 21.3 36.0 30.0 33.6 36.7 39.5 24.1 28.8 33.9 37.5 40.9 44.0
3.9 4.9 5.6 6.3 6.8 7.5 7.9 8.5 5.2 6.3 7.3 8.1 8.8 9.5 10.1 10.5 6.9 8.4 9.7 10.9 11.8 12.6 13.4 14.1 3.0 9.8 11.3 12.6 13.7 14.7 15.7 10.6 13.0 15.0 16.8 18.3 19.7 12.0 14.4 16.9 18.8 20.4 22.0
2.6 3.3 3.7 4.2 4.6 5.0 5.3 5.7 3.4 4.2 4.8 5.4 5.9 6.3 6.7 7.0 4.6 5.6 6.4 7.3 7.8 8.4 8.9 9.4 5.3 6.5 7.5 8.4 9.1 9.8 10.4 7.1 8.6 10.0 11.2 12.2 13.1 8.0 9.6 11.3 12.5 13.6 14.6
1.9 2.4 2.8 3.1 3.4 3.7 4.0 4.2 2.6 3.1 3.6 4.0 4.3 4.7 5.0 5.2 3.4 4.1 4.8 5.4 5.8 6.2 6.6 7.0 3.9 4.8 5.6 6.2 6.8 7.3 7.7 5.2 6.4 7.4 8.3 9.0 9.7 5.9 7.1 8.3 9.3 10.1 10.8
e d s a l l o i g u i d q m o ó B M C
2. x 2.8 x 2.5 2.5 liram weasel 3.2 x 3.2 x 2.5 2.5 LISER WADOR 3.5 X 3.5 2.5 LIKOS WATER 4.0 X 4.0 X 2.5 2.5 LISAS WADIS 4.5 X 4.5 X 2.5 2.5 LIDOL WANDA 4.8 X 4.8 X 3.2 3.2 LILIT WAGOS
n ó i s m e r t P A
1.0* 1.5* 2.0 2.5 3.0 3.5 * 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
h / 3 m l a d u a C
0.48 0.59 0.69 0.78 0.85 0.91 0.57 0.69 0.80 0.90 0.98 1.05 0.69 0.85 0.98 1.09 1.19 1.29 0.76 0.94 1.07 1.21 1.33 1.43 0.97 1.17 1.36 1.52 1.65 1.79 1.16 1.44 1.65 1.85 2.03 2.18
a o r r t t u e r m e á i b o D c
17 20 22 23 24 24 17 21 24 25 25 25 17 21 24 25 25 25 18 21 24 25 26 27 18 22 24 26 27 27 18 22 24 26 27 27
PRECIPITACIÓN EN mm/ h DISTANCIA EN m
6 * 6
13.3 16.4 19.2 21.7 23.6 25.3 15.8 19.2 22.2 25.0 27.2 29.2 19.2 23.6 27.2 20.3 33.1 35.9 21.1 26.1 29.8 33.6 37.0 39.8 27.0 32.5 37.8 42.3 45.9 49.8 32.3 40.0 45.9 51.4 56.4 60.6
2 1 * 6
6.7 8.2 9.6 10.8 11.8 12.7 7.9 9.6 11.1 12.5 13.6 14.6 9.6 11.8 13.6 15.2 16.5 17.9 10.6 13.1 14.9 16.9 18.5 19.9 13.5 16.3 18.9 21.1 22.9 24.9 16.1 20.0 22.9 25.7 28.2 30.3
2 1 * 9
4.4 5.5 6.4 7.3 7.9 8.5 5.3 6.4 7.4 8.4 9.1 9.8 6.4 7.9 9.1 10.1 11.1 12.0 7.1 8.7 10.0 11.3 12.4 13.3 9.0 10.9 12.7 14.1 15.4 16.7 10.8 13.3 15.4 17.2 18.9 20.3
2 1 * 2 1
3.2 4.1 4.8 5.4 5.9 6.3 4.0 4.8 5.6 6.3 6.8 7.3 4.8 5.9 6.8 7.6 8.3 8.9 5.3 6.5 7.4 8.4 9.2 9.9 6.7 8.1 9.4 10.6 11.5 12.4 8.1 10.0 11.5 12.8 14.1 15.1
s a l o l i g u i d q m o ó B M C
4.8 X 4.8 X 4.8 4.8 PERSI L PAGOD
5.5 X 5.5 X 4.8 4.8 PERLOD PATIN
6.3 X 6.3 4.8 4.8 PERGIN PARAC
7.5 X 7.5 X 5.5 5.5 PERTAT PALOF
h / 3 m l n a ó i d s m u e a r t P A C
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 8.5 X 8.5 3.0 5.5 5.5 3.5 PERNES 4.0 PAKID 4.5 5.0 5.5
2.33 2.60 2.86 3.08 3.29 3.48 3.64 2.69 3.04 3.30 3.59 3.84 4.04 4.25 3.19 3.54 3.85 4.16 4.47 4.71 4.94 5.18 5.28 5.68 6.05 6.38 6.74 7.06 6.16 6.66 7.11 7.52 7.77 8.13
e d
PRECIPITACIÓN EN mm/ h DISTANCIA EN m
a o r r t u e t r m e 6 á * i b o D c 6
26 28 29 30 31 32 32 26 29 32 33 34 35 35 30 32 34 35 36 37 37 38 36 37 39 40 41 41 38 39 40 41 42 42
16.2 18.0 19.9 21.4 22.8 24.2 25.3 18.7 21.1 22.9 24.9 26.7 28.0 29.5 22.1 24.6 26.7 28.9 31.0 32.7 34.3 36.0
2 1 * 6
2 1 * 9
2 1 * 2 1
13.0 14.5 15.9 17.1 18.3 19.4 20.2 15.0 16.9 18.4 20.0 21.4 22.5 23.6 17.7 19.7 21.4 23.1 24.9 26.2 27.5 28.8
10.8 12.0 13.2 14.3 15.2 16.1 16.9 12.5 14.1 15.3 16.6 17.8 18.7 19.7 14.8 16.4 17.8 19.3 20.7 21.8 22.9 24.0 24.5 26.3 28.0 29.5 31.2 32.7 28.5 30.8 32.9 34.8 36.0 37.7
9.4 10.2 11.1 11.9 12.5 13.0 9.9 10.9 11.9 12.9 13.8 14.6 15.3 16.0 16.3 17.6 18.7 19.7 20.8 21.8 19.0 20.6 22.0 23.2 24.0 25.1
8.9 9.6 10.3 10.9 11.4 12.0 12.2 13.1 14.0 14.7 15.6 16.3 14.3 15.4 16.4 17.4 18.0 18.8
8.2 8.6 9.0 9.2 9.9 10.5 11.1 11.7 12.3 10.7 11.6 12.4 13.1 13.5 14.1
e d
s a l l o i g u i d q m o ó B M C
3.2 KAREN
3.5 KEROL
4-0 KEFIR
4.5 KESAM
5.0 KELAN
5.2 KETUR
5.7 KETEM
6.3 KEBAB
n ó i s m e r t P A
h / 3 m l a d u a C
a o r r t u e t r m e b á i o D c
6 * 6
2 1 * 6
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
0.54 0.62 0.68 0.76 0.80 0.86 0.90 0.60 0.69 0.77 0.82 0.88 0.93 0.99 0.94 1.04 1.13 1.22 1.31 1.38 1.16 1.29 1.41 1.52 1.61 1.71 1.27 1.43 1.56 1.68 1.79 1.89 1.45 1.62 1.77 1.91 2.02 2.12 1.75 1.94 2.13 2.29 2.46 2.58 2.71 1.99 2.22 2.43 2.60 2.79 2.95 3.10
25 26 26 27 28 28 28 25 26 27 28 29 30 30 27 28 29 30 31 31 28 29 30 31 32 32 30 31 32 33 34 34 30 31 32 33 34 34 31 32 33 34 35 36 36 32 33 34 35 36 36 36
7.6 8.7 9.5 10.6 11.2 12.0 12.6 8.4 9.7 10.8 11.5 12.3 13.0 13.9 13.2 14.6 15.8 17.1 18.3 19.3 16.2 18.1 19.7 21.3 22.5 23.9 17.8 20.0 21.8 23.5 25.1 26.5 20.3 22.7 24.8 26.7 28.3 29.7 24.5 27.2 29.8 32.1 34.4 36.1 37.9 27.9 31.1 34.0 36.4 39.1 41.3 43.4
3.7 4.3 4.7 5.2 5.5 5.9 6.2 4.1 4.8 5.3 5.7 6.1 6.4 6.8 6.5 7.2 7.8 8.4 9.0 9.5 8.0 8.9 9.7 10.5 11.1 11.8 8.8 9.9 10.8 11.6 12.4 13.0 10.0 11.2 12.2 13.2 13.9 14.6 12.1 13.4 14.7 15.8 17.0 17.8 18.7 13.7 15.3 16.8 17.9 19.3 20.4 21.4
3.0 3.5 3.8 4.3 4.5 4.8 5.8 3.4 3.9 4.3 4.6 4.9 5.2 5.5 5.3 5.8 6.3 6.8 7.3 7.7 6.5 7.2 7.9 8.5 9.0 9.6 7.1 8.0 8.7 9.4 10.0 10.6 8.1 9.1 9.9 10.7 11.3 11.9 9.8 10.9 11.9 12.8 13.8 14.4 15.2 11.1 12.4 13.6 14.6 15.6 16.5 17.4
2 1 * 9
2 1 * 2 1
3.8 4.0 4.3 4.6 4.3 4.8 5.2 5.6 6.0 6.3 5.3 5.9 6.5 7.0 7.4 7.9 5.8 6.6 7.2 7.7 8.2 8.7 6.7 7.5 8.1 8.8 9.3 9.8 8.1 8.9 9.8 10.5 11.3 11.9 12.5 9.2 10.2 11.2 12.0 12.8 13.6 14.3
5.0 5.3 3.9 4.4 4.8 5.2 5.5 5.9 4.5 5.0 5.5 5.9 6.3 6.6 5.4 6.0 6.6 7.1 7.6 8.0 8.4 6.2 6.9 7.5 8.1 8.7 9.1 9.6
4.4 5.0 5.5 5.9 6.3 6.6 5.1 5.7 6.2 6.7 7.1 7.4 6.1 6.8 7.5 8.0 8.6 9.0 9.5 7.0 7.7 8.5 9.1 9.8 10.3 10.9
e d s a l l o i g u i q d o m ó B M C
X 2.5 KEDAK
X 2.5 KELIS
X 2.5 KERAL
4.4 X 2.5 KENLIN
X 2.5 KENTON
X 2.5 KENDAR
X 2.5 KENTUM
n ó i s m e r t P A
h / 3 m l a d u a C
a o r r t u e t r m e á i b o D c
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
0.72 0.83 0.93 1.02 1.10 1.17 1.24 0.95 1.06 1.17 1.26 1.34 1.42 1.49 1.15 1.31 1.42 1.53 1.63 1.72 1.80 1.30 1.44 1.56 1.67 1.78 1.88 1.98 1.57 1.76 1.93 2.06 2.19 2.31 2.44 1.89 2.10 2.30 2.47 2.63 2.78 2.93 2.36 2.63 2.88 3.10 3.32 3.50 3.71
25 26 26 27 28 28 28 26 27 28 29 30 30 31 27 28 29 30 31 31 31 28 29 30 31 32 32 33 30 31 32 33 34 34 34 31 32 33 34 35 36 36 32 33 34 35 36 36 36
PRECIPITACIÓN EN mm/ h DISTANCIA EN m
6 * 6
2 1 * 6
2 1 * 9
2 1 * 2 1
10.0 11.5 12.9 14.2 15.3 16.3 17.2 13.3 14.8 16.4 17.6 18.8 19.9 20.9 16.1 18.3 19.9 21.4 22.8 24.1 25.2 18.2 20.2 21.9 23.4 24.9 26.3 27.7 22.0 24.6 27.0 28.8 30.7 32.3 34.2 26.5 29.4 32.2 34.6 36.8 38.9 41.9 33.0 36.8 40.3 43.4 46.5 49.0 51.9
5.0 5.8 6.5 7.1 7.6 8.1 8.6 6.6 7.3 8.1 8.7 9.2 9.8 10.3 7.9 9.0 9.8 10.6 11.2 11.9 12.4 9.0 9.9 10.7 11.5 12.3 13.0 13.7 10.8 12.1 13.3 14.2 15.1 15.9 16.8 13.0 14.5 15.9 17.0 18.1 19.2 20.2 16.3 18.1 19.9 21.4 22.9 24.2 25.6
4.0 4.6 5.2 5.7 6.1 6.5 6.9 5.3 5.9 6.6 7.1 7.5 8.0 8.3 6.4 7.3 7.0 8.6 9.1 9.6 10.1 7.3 8.1 8,7 9.4 10.0 10.5 11.1 8.8 9.9 10.8 11.5 12.3 12.9 13.7 10.6 11.8 12.9 13.8 14.7 15.6 16.4 13.2 14.7 16.1 17.4 18.6 19.6 20.8
6.5 7.0 7.5 7.9 8.3 6.0 6.6 7.2 7.7 8.2 8.6 9.1 7.2 8.1 8.8 9.4 10.1 10.6 11.2 8.7 9.7 10.6 11.4 12.1 12.8 13.5 10.9 12.1 13.2 14.3 15.3 16.1 17.1
4.9 5.5 6.0 6.4 6.8 7.2 7.6 5.9 6.5 7.1 7.7 8.2 8.6 9.1 7.3 8.1 8.9 9.6 10.3 10.9 11.5
6. DISEÑO DE LATERALES El diseño por laterales, es la parte más difícil en el diseño de riego por aspersión, porque depende de una pluralidad de causas socioeconómicas y técnicas. El tipo de sistema de riego por aspersión (portátil, semipermanente o permanente), determina la longitud de la tubería, su disposición, condición, la presión de operación, modelo o tipo de aspersor, diámetro y tipo de material, así como el funcionamiento de los equipos. Existen diferentes tipos de sistemas, generalmente el que más se emplea con fines de producción agrícola son los portátiles o tuberías móviles, este será el caso a estudiar por ser el más común. 6.1 CONSIDERACIÓN AL DISEÑAR LATERALES A continuación se mencionará algunas consideraciones importantes que se deben tener en cuenta al diseñar laterales con aspersores. a) Tratar de mantener el mismo número de aspersores operando en cada lateral. b) Deben ser trazados siguiendo las curvas a nivel, exceptuando aquellos casos en que se pueden instalar en pendientes ascendentes o descendentes bastante uniforme con los que por gravedad se contrarreste las pérdidas de carga por fricción.
c) Deben ser colocados perpendiculares o en ángulo de 45° a la dirección a los vientos dominantes, lo que permite hacer correcciones de acuerdo a la variación en velocidad y dirección del viento. d) Para terrenos de forma irregular el trazo debe hacerse de manera que permita la colocación de laterales de igual longitud tanto como se posible. f) Tratar en lo posible que las líneas laterales sean de un solo diámetro, es factible emplear más de uno, se hace con la finalidad de abaratar costos del equipo, pero por lo general se recomienda no usar más de dos diámetros. g) Buscar en lo posible, adaptarse a un horario de riego adecuado que permita el que los cambios sean durante las horas-luz.
h) Para lograr una asperjado del agua más o menos uniforme a lo largo del lateral, será necesario seleccionar un tubo de diámetro y longitud tal que no exista más de un 10 por ciento de diferencia en el gasto entre los aspersores primero y último, o bien que no haya más de un 20 por ciento de disminución en la presión entre los aspersores próximo y distante. 6.2 EJEMPLOS DE APLICACIONES Para una presión de trabajo de 35 m. (3.5 kg/cm2) la diferencia de presión entre el primero y el último aspersor no debe ser superior a:
Hf m = pérdida tolerable máximo. Donde:
Hf m = pérdida tolerable máximo 0.20 = 20% de disminución en la presión Po= presión de operación o trabajo del aspersor. Sustituyendo:
Hf m = 0.20 x 35 m = 7 m Quiere decir que el último aspersor operará como mínimo con una presión de 35 m – 7 m= 28 m. Para tener una lluvia más o menos uniforme. R O S E P S A E D A L L I U Q O B N E N O I S E R P
3 de la __ 4 HF 1 de la __ 4 HF PRIMERO Pi PRIMERO
MEDIO Po
ULTIMO Pu
De acuerdo al ejemplo se puede deducir que al disminuir sucesivamente el caudal del lateral, las pérdidas de carga van disminuyendo, lo que quiere decir que el gradiente de presión entre dos aspersores sucesivos, es mayor en los primeros tramos que en los últimos del lateral. Representando gráficamente la presión a través de un lateral es una curva.
En función a dicha curva se ha establecido que: Pi = Po + ¾ Hf Pμ = Po – ¼ Hf Donde: Pi = presión inicial Pμ = presión final o última Po = presión media en el lateral Hf = pérdida de carga por fricción en el lateral
6.3 CALCULO DE LA PRESION EN ASPERSORES Para una presión de trabajo de 35 mca. (3.5 kg/cm 2) la diferencia de presión entre el primero y el último aspersor no debe ser superior a: Hfm = pérdida tolerable máximo. Donde: Hfm = pérdida tolerable máximo 0.20 = 20% de disminución en la presión Po= presión de operación o trabajo del aspersor. Sustituyendo: Hfm = 0.20 x 35 m = 7 m Quiere decir que el último aspersor operará como mínimo con una presión de 35 m – 7 m= 28 m. Para tener una lluvia más o menos uniforme. De acuerdo al ejemplo se puede deducir que al disminuir sucesivamente el caudal del lateral, las pérdidas de carga van disminuyendo, lo que quiere decir que el gradiente de presión entre dos aspersores sucesivos, es mayor en los primeros tramos que en los últimos del lateral. Representando gráficamente la presión a través de un lateral es una curva.
R O S E P S A E D A L L I U Q O B N E N O I S E R P
3 de la __ 4 HF 1 de la __ 4 HF PRIMERO Pi
MEDIO Po
ULTIMO Pu
PRIMERO En función a dicha curva se ha establecido que: Pi = Po + ¾ Hf Pμ = Po – ¼ Hf Donde: Pi Pμ Po Hf
= presión inicial = presión final o última = presión media en el lateral = pérdida de carga por fricción en el lateral
6.4 PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN EN TUBERÍA CON SALIDAS MÚLTIPLES En tuberías sin salidas múltiples las pérdidas por fricción son mucho mayores, comparadas con las pérdidas que se producen en tuberías de su longitud, se debe a que el caudal de agua que conduce el lateral disminuye cada vez que pasa por una salida (aspersor). Los siguientes procedimientos sirven para calcular las pérdidas por fricción en salidas múltiples:
6.4.1 Cálculo por tramo Las pérdidas de carga en el lateral, se pueden calcular por tramos, ya que existiendo múltiples salidas sobre la tubería el caudal varía y consecuentemente las pérdidas de carga y la suma de las pérdidas de todas ellas será la pérdida total del lateral, para cuyo efecto se aplican las fórmulas de Darcy-Weisbach, Scobey o Hazen-William. 6.4.2 Utilizando la fórmula de Chirstiansen Chirstiansen (1942) propuso una fórmula que permite obtener las pérdidas por fricción (Hf ) para el caso de flujo con salidas múltiples. Partiendo de la fórmula general en que se basa, se procede al siguiente análisis: Hf = K1 L Vm ............................................................ (a) Dn Donde: Hf = pérdida de carga por fricción K1 = coeficiente de fricción L = longitud de la tubería D = diámetro de la tubería V = velocidad media del flujo n y m = exponentes que dependen de la ecuación utilizada. (Scobey, m = 1.9, n = 1.1; Hazen-Williams, m = 1.85, n = 4.87; Darcy-Weisbach, m = 2, n= 2 u otro). Incluyendo el gasto en lugar de velocidad, se tiene que V=Q A
=Q = π D2
4 Q........................... (b) π D2 4
Si consideramos que 4/π = K2 y al elevar V al exponente m se tiene: Vm =4 Qm = (4 Q)m
= Km 2 Qm ........(c) (πD2)m D2m π D2
Haciendo K = K1 Km2 y sustituyendo en la ecuación (a) o ecuación general se tiene:
Hf = KLQm ................................................................... (d) D2m+n Para cada tramo: Se = L N
y qa = Q N
Donde:
Q N
Se = espaciamiento entre aspersores qa = gasto promedio por aspersor L = longitud del lateral = caudal total del lateral = número de aspersores
Entonces la pérdida de carga por fricción en cada tramo será: N qa (N -I )qa
7qa
6qa
5qa
Q
4qa
3qa
2qa
1qa
Se
L
Tramo 1 Sustituyendo los valores o datos en la ecuación (d) tenemos:
Hf1= K.Se. (1 qa)m
D2m + n
Tramo 2 Hf2=
K.Se. (2 qa)m
D2m + n
Tramo 3 Hf3=
K.Se. (3 qa)m
D2m + n
Tramo 4 Hf4=
K.Se. (4 qa)m
D2m + n
. . . . . . . . Tramo N HfN= K.Se. (N qa)m = K.Se.Nm . qam .........(e) D2m + n D2m + n Sumando todas las pérdidas de carga en cada tramo se obtiene H f o sea: Hf = Hf1 + Hf2 + Hf3 + Hf4 ............................+ HfN Se sabe que: Se = L/N y qa = Q/N Sustituyendo estas relaciones en la ecuación (d) se obtiene la ecuación general de perdidas de carga para el caso de salidas múltiples: Hf = 1m + 2m + 3m + 4m ..............+ Nm x KLQm ..............(f) N m+1 D2m + n Si denominamos F a
F= 1m + 2m + 3m + 4m ..............+ N................................. (g) N m+1 La ecuación (F) queda de la siguiente expresión; la que se utilizará para calcular las pérdidas de cargas en tuberías de salida múltiples: Hf = F K L Qm................................................................. (h) D2m +n
Donde: Hf =pérdidas de carga por fricción en tuberías de salidas múltpes en pies. F= factor de salidas múltiples K= coeficiente de fricción o rugosidad D= diámetro de la tubería, en pies L= longitud del lateral, en pies Q= gasto total del lateral, en pies 3 /seg. m y n= exponente que depende de la ecuación utilizada (Scobey, m= 1.9, n = 1.1; Hanzen-Williams, m= 1.85, n = 4.87; Darcy-W, m = 4, n = 2; u otros; Una ecuación empírica para estimar F es: F=1 + m+1
1 + √m + 1 2N 6N2
Donde: N = número de aspersores m = Exponente de la velocidad que está en función de la ecuación utilizada (Scobey m = 1.9; Hanzan-Williams m = 1.85; DarcyWisbach m=4; Manning m=4). Según la ecuación (h), para obtener la pérdida de la carga en una lateral con aspersores o múltiples salidas, se determina las pérdidas de carga por fricción como si se tratará de un gasto constante y este valor se multiplica por el factor F. Existen tablas que presentan valores de F en función de N (número de aspersores) para m = 1.85, m = 1.90 y m = 200 (m = exponente de la velocidad, que depende de la ecuación utilizada).
6.5 CÁLCULO DE LA PRESIÓN O CARGA REQUERIDA A LA ENTRADA DEL LATERAL. El proyecto del sistema de riego por aspersión exigirá información acerca de la presión o carga a la entrada del lateral. Esto puede calcularse aproximadamente con la siguiente ecuación: He= Po + 3/4 Hf + hfe + he + hf1
2
1 GASTO PROM. ROCIADORES 40
3
150
30 25 20
100
6 5
15
50
10 9 8 7 6 5 4
40 35 30 25 20
3
1 1 1 1
15
2
1 1 1
1 N I M / L A G
TAMANO LATERAL
N I M / S T L
4 3 2 1/2 2 1 1/2
. G . L G U L P U . P T . X T E X O E R E T R E B M I L A I A D C
E T O V I P
4B
4A O T N E I M I C A P S E E D " 0 2 A L A R E T A L L E N E S E R O D A I C O R E D O R E M U N
70 60 50 40 30 20
70 60 50 40 30 20 15
15 10 9 8 7 6 5 4 3
10 9 8 7 6 5 4 3
O T N E I M I C A P S E E D " 0 4 A L A R E T A L L E N E S E R O D A I C O R E D O R E M U N
2 . G L U P / S B L N E N O I S E R P E D A D I D R E P
5
30 25 20 15
15
10 8 7 6 5 4 3
0.5 0.4 0.3
2 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5
1.0
0.2 0.15
2 M C / G K N E N O I S E R P E D A D I D R E P
0.10 0.07 0.04
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR EL TAMANO DE LOS LATERALES QUE P RODUZCA UNA VARICION EN EL GASTO DE LO ROCIADORES IGUAL O MENOR QUE LO DEL GASTO PROMEDIO
Donde: He = Presión o carga requerida a la entrada del lateral Po = Presión de operación del aspersor Hf = Pérdida de carga por fricción en tuberías con salidas múltiples hfe = Pérdida de carga por fricción en el elevador (se calcula cuando los tubos verticales son altos) he = Altura del elevador
hf1 = Pérdida de cargas locales (se puede considerar el 10% de h f con fines prácticos o ver mayor especificación capítulo de pérdidas de carga locales en tuberías).
Po
he y hfe 1e
Hf
El factor (3/4) ó 0.75 se usa para considerar el promedio de presión de operación (Po) en el centro de la línea, en lugar de hacerlo en el extremo. 6.5.1 Efecto de la Pendiente del Terreno sobre los laterales Habrá casos en que deba tolerarse una pendiente ligera y uniforme ascendente o descendente respecto a la dirección del flujo del agua. La pendiente del terreno sea este ascendente o descendente influye la carga requerida a la entrada del lateral y el diámetro de la misma. A continuación se describen casos prácticos. Laterales sobre terrenos llanos o siguiendo las líneas de nivel Para determinar el diámetro del tubo requerido, en este caso, debe cumplir la siguiente restricción la pérdida de presión o carga permisible o admisible (h fm), debida a razonamiento en la línea lateral deberá ser igual al 20% de la presión de operación seleccionada para el aspersor; o sea: Hfm = 0.20 x Po Para calcular la presión requerida a la entrada del lateral se emplea la siguiente ecuación: He= Po + 3/4 Hf + hfe + he + hf1
Las literales ya han sido identificadas al tratar cálculo de la presión requerida a la entrada del lateral. Ejemplo: Tomando los datos del ejemplo (1), calcular el diámetro de la tubería y la carga requerida a la entrada del lateral, considerar altura del elevador 0.45 m. Datos: p.o = 25 m Hf = 1.33 m He = 0.45 m hf1 = 10% de 1.33 m = 0.133 m Solución: hfm = 0.2 x 25 m =5 m Se selecciona la tubería de 3” (0.0762 m) debido a que 1.3289 = 1.33 < 5 m, véase cálculo de pérdida de carga para diferentes diámetros. Y la presión requerida a la entrada del lateral será: He = 25 m + 0.75 (1.33) / 0.45 m + 0.133 m He = 26. 5805 m = 26.58 m Laterales en pendiente ascendente Cuando la pendiente es ascendente es restar la diferencia de altura (z1), de las pérdidas de presión tolerable o permisible (h fm) calculadas. Esto puede calcularse aproximadamente con la siguiente ecuación: hfm = 0.2 x Po – Z 1 Donde: Z1= direfencia de altura, en m.
Ejemplo: Calcular para el ejemplo (1), el diámetro de la tubería y su carga requerida a la entrada del lateral; en condiciones de: 4% de pendiente hacia arriba y 0.45 m de altura del elevador. L = 180 m he = 0.45 m hf1 = 10 % de Hf Solución: Hfm =0.2 x Po – Z1 Hfm = (0.2 x 25 m) – 4 x 180 100 Hfm = 5 m – 7.2 m =-2.2 m De acuerdo al cálculo de pérdida de carga para diferentes diámetros, se selecciona la tubería de 3” (o.o762 m), porque 1.33 <2.2 m. Y la carga requerida a la estrada del lateral será: He = P.O + 0.75 (Hf +Z1) + he + hf1 Sustituyendo valores témenos: He=25 m + 0.75 (1.33 + 7.2m) + 0.45 + 0.133 He = 31.9805 m. Lateral en pendiente descendente Cuando la pendiente es descendente, la diferencia de altura (Z 1) puede sumarse a las pérdidas de presión permisible, entonces se tendrá que: Hfm = 0.2 x Po + Z2 Donde: Z2diferencia de altura Ejemplo: Calcular para el ejemplo (1), el diámetro de la tubería y su carga requerida a la entrada del lateral, en condiciones de: 6% de pendiente hacia abajo y 0.45 m. de altura del elevador.
Datos: P. O = 25 m L = 180 m he = 0.45 m Solución: Hfm = (0.2 x 25 m) + 6x180 100 Hfm = 5 m + 10.8 m Hfm = 15.8 m Se selecciona la tubería de 2” (0.0508 m) porque siendo (H f = 9.57 m) y comparando tenemos que H f < Hfm o sea 9.57 m < 15.8 m. Y la presión requerida a la entrada del lateral será: He = Po + 0.75 Hf + he + hf1-0.75 Z1. Sustituyendo valores tenemos: He = 25 m + 0.75 (9.57 m) + 0.45 m + 0.957 – 0.75 (6 x 180/100) He = 25 m + 7.1775 m + 0.45 m + 0.957 m – 8.1 m He = 25.4845 m 6.6 CÁLCULO DEL LATERAL CON DOS DIÁMETROS La reducción del diámetro, reduce los costos, desde un punto de vista práctico no resulta beneficioso cambiar continuamente el diámetro porque hay que considerar la existencia en el comercio de los diámetros estimados. Como una regla práctica, se puede decir que laterales de más de 300 m, se puede reducir el diámetro dos veces. Supongamos, que en la mitad de la tubería de longitud L, se disminuye o reduce el diámetro; el procedimiento a seguir es el siguiente: Se calcula la pérdida de carga en la longitud total del lateral; L, con el caudal total Q y el diámetro D. Se calcula la pérdida de carga en el segundo tramo del lateral con la longitud L/2, gasto Q/2 y diámetro D. Se calcula la pérdida de carga en el segundo tramo con la longitud L/2, gasto Q/2 y diámetro D 1.
Sumar las pérdidas de carga obtenidas en ay c, y restar c, resultando así la pérdida de carga total en la tubería. 6.7 ALTURA DE LOS ELEVADORES EN LATERALES Para que los aspersores del diámetro de mojado indicado por el fabricante debe existir un tubo vertical o elevador entre la línea lateral y el aspersor. Las alturas mínimas aproximadas que se recomiendan para elevadores se dan en el cuadro. Altura recomendada de los elevadores en relación con el gasto. GASTO L/S ALTURA DEL ELEVADOR (cm) 0.25 - 0.75 15 0.75 - 1.60 20 1.60 - 3.00 30 3.00 - 8.00 45 más de 8.00 100 Fuente: F.A.O. (1976). El Empleo del Riego por Aspersión. En Israel, la altura mínima de los elevadores para cultivos extensivos de poca alzada, es de 60 cm. En los Estados Unidos la altura mínima para toda clase de cultivos extensivos es de unos 45 cm. Los elevadores deben tener altura suficiente para sobresalir del follaje del sembrado. 6.8 DISPOSICIÓN Y MOVIMIENTO DE LATERALES Para determinar la dirección del movimiento de laterales, entre los factores que hay que tomar en consideración están los siguientes: Planos del terreno: Planimétrico y altimétrico, ya que la forma del área determinará si se puede o no subdividir para hacerlos más simétricos. En campos accidentados, se diseñará las laterales, considerando el criterio de que la diferencia de distribución del agua sea inferior al 10% entre el primer y último aspersor. Velocidad del viento, en condiciones de vientos fuertes, se recomienda poner los laterales de manera de formar un ángulo de 45° y 90° con relación a la dirección predominante de los vientos, con esta disposición se logra compensar el efecto del viento y se tiene una mejor distribución del agua. Localización de la fuente de agua, la ubicación del pozo, red de riego y tanque almacenamiento, son factores que determinarán la forma de
movimiento de los laterales. Una buena ubicación es el centro o próximo al centro del área, desde el punto de vista funcional del equipo, si la fuente de agua está ubicada arriba del terreno a regar, se puede aprovechar la presión que crea el desnivel. La pendiente del terreno, dentro de lo posible, se debe disponer en la dirección de la mínima pendiente. En cultivos plantados en línea, la dirección de los surcos, en algunos casos, definen la disposición de los laterales. La presencia de obras como cercas, terrazas o parcelamiento existente, en estos casos, el diseño tendrá que obedecer a esas condiciones. 7. DISEÑO DE LATUBERÍA PRINCIPAL. En sistemas de riego por aspersión las tuberías principales varían, desde líneas portátiles hasta complicadas redes de líneas principales y subprincipales en los sistemas grandes. La función principal de las líneas principales y subprincipales es llevar el gasto de agua suficiente a todas las secciones del área del proyecto, a la presión necesaria, para hacer funcionar todas las líneas laterales en condiciones de máximo consumo. El serio problema de diseño es seleccionar los diámetros de la tubería con los cuales la operación resulte económica. El diseño de tuberías principales o subprincipales requiere un análisis de todo el sistema para calcular las necesidades máximas de capacidad y presión. En la toma de todas las posiciones de las líneas laterales que derivan de un principal o subprincipal, el dimencionamiento de estos debe asegurar pérdidas de carga mínimas. Generalmente la posición del principal es en sentido de la pendiente; es obligado restar la presión ganada con el desnivel, caso contrario el último aspersor en el lateral va tener mayor presión que el primero, lo cual es perjudicial, pero se sabe que esta diferencia no debe ser mayor de 20%. Si la línea principal o subprincipal está trazada en pendiente ascendente, en cuyo caso se debe reducir su longitud, para disminuir la pérdida de carga por fricción. La línea principal pude ser: portátiles o fijas, los materiales pueden ser para el primero de aluminio con acoplamientos rápidos y transportables, y por lo general en tuberías fijas o enterradas los materiales empleados son plásticos, concreto reforzado, acero o asbesto-cemento.
7.1 PÉRDIDAS DE CARGA EN TUBERÍAS PRINCIPALES En la tubería principal, sean estos superficiales o subterráneas se calculan como si fuera una tubería ordinaria, empleando las ecuaciones tradicionales como: Darcy-Weisbach, Hazen-William, Chezy-Manning, etc., siendo necesario conocer para su empleo el caudal a conducir o transportar y el material de la tubería. Debido a que las diferentes ecuaciones han sido deducidas de estudios sobre conducciones de otro tipo que no presentan la discontinuidad de las uniones rápidas y la lisura del tubo metálico, es un verdadero problema su elección. A continuación se presentan ecuaciones y nomogramas o ábacos que más se emplean para determinar la pérdida de carga por fricción en tuberías principales. La ecuación de Scobey es muy aceptada por los diseñadores, que puede expresarse como sigue: Hf = 100 ks x V1.9 D 1.1 Siendo: Hf = Pérdida de carga, en metros / 100 metros de conducción o tubería. Ks = Coeficiente de rugosidad. V = Velocidad en m/s. D = Diámetro interior de la conducción o tubería, en m. Ks = Para tubos de aluminio varía con el diámetro exterior, así tenemos que Ks = 0.34 (2”), Ks = 0.33 (3”), Ks= 0.32 (4”,5” y 6”). Utilizando Ks = 0.40 en la ecuación de Scobey en tuberías de aluminio o sea con acoplamientos rápidos, los resultados obtenidos son conservadores. En el cuadro, se presentan valores K S para diversos materiales, al igual que la tabla ofrece los valores de la fórmula Scobey para diversos Ks. Los ábacos números A al G también se utilizan para calcular las pérdidas de carga por fricción en tuberías. La ecuación de Hazen-William es otra que se utilizó prefentemente. Hf = Pérdida de carga, m/m Q = Gasto, m3 /m C = Coeficiente que depende de la naturaleza de las paredes de los tubos.
Valores de C admitidos en la Ecuación de Hazen-William. CLASE TUBERÍA VALOR C Acero soldado en espiral-nuevo 140 Aluminio nuevo 140 Acero soldado en espiral-15 años 120 Acero remachado-10 años 110 Aluminio-portátiles-con uniones 120 Acero galvanizado-portátil con 115 uniones Valores recomendados para el diseño en las líneas principales de sistemas de riego por aspersión. 7.2 CÁLCULO DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA PRINCIPAL Para seleccionar el diámetro de tubería es necesario conocer las pérdidas de carga por fricción en su recorrido. La pérdida de carga es una función de la velocidad del flujo. Diámetro del tubo y la longitud del mismo. La selección del diámetro se basará teniendo en cuenta el factor económico, tratando de disminuir las pérdidas para requerir menor potencia de la bomba. A continuación se describirá algunos métodos más utilizados en la selección de diámetros para tubería principal. 7.2.1 Método de la pérdida de carga por fricción unitario La selección de los diámetros de la tubería se basa en que las pérdidas de carga no sea mayor a 1 PSI/100’ o 2.307’/100’ o 0.023 m/m. Ejemplo: Se desea regar por aspersión un campo de 360m x 540m, hay un principal en el campo como se indica continuación. Sólo se puede hacer un cambio al día, el tiempo máximo de riego es 13 horas. Material del principal – aluminio Datos del aspersor: Modelo: WADIS – NANA- CÓDIGO 323/92 Boquilla: 40 x 2.5 mm
Presión: 1.5 atmósferas Gasto: 1.0 m3 /hora Espaciamiento: 9 x 12m Intensidad: 9.3 mm Tiempo de riego: 12.9 horas – aprox. 13 horas, que es el tiempo máximo de riego según el problema. Datos laterales: Material – aluminio Número de aspersores: 15 aspersores Caudal – 15 m3 /h Diámetro: 3 pulgadas Carga requerida a la entrada – 16.8055 m Longitud real – 174 m
Datos del sistema: Caudal – 120 m3 /h o 33.33 l.p.s. Horas de operación del sistema – 13 horas/día, durante 180 días/año ó 2340 hrs/año Presión de operación del aspersor – 1.5 atmósfera = 15 m Interés compuesto anual – 20% Vida útil – 15 años Costo del combustible (diesel) Eficiencia de la bomba – 80% Cálculo de pérdidas totales por tramos, método: pérdida de carga por fricción unitaria.
8.- CONCLUSIÓN El riego por aspersión de cobertura total y automatizada mediante programador, es el más rentable por el ahorro en la mano de obra y también el más eficaz respecto a la uniformidad y ahorro de agua, en comparación con el sistema tradicional de riego con manguera mediante red de bocas Sobre el Riego por Aspersión Que el Estado intensifique, en apoyo a los agricultores, el buen uso y Manejo del agua de riego y fomente la utilización del riego a presión como Parte de una política general agraria mediante: Un Plan nacional concertado para módulos demostrativos de capacitación. Propiciando la instalación de parcelas con riego a presión (demostrativas). Fomentando la creación de Empresas fabricantes de equipos de riego a Presión. Fomento de la producción nacional de equipos y accesorios para el riego Tecnificado de calidad y bajo costo. Créditos para equipamiento e implementación Facilitando servicios de asistencia técnica en riego tecnificado y apoyo en la Comercialización. Promoción de los mercados de locales de accesorios de riego por aspersión Promoción de la investigación en riego. Para zonas de laderas con aptitudes agropecuarias el estado debe incentivar El riego tecnificado. Que se haga una zonificación para riego por aspersión y un inventario de Fuentes de agua. Para las instituciones de promoción Realizar la planificación participativa de base en los ámbitos de intervención y Apoyar la planificación del manejo agua en micro cuencas a través de las Organizaciones de usuarios. Lograr mejoras sostenibles a través de diagnósticos participativos y, en el Caso de las empresas agropecuarias, con préstamos a largo plazo (con el Sector bancario)
Desarrollar mecanismos de subvención de la infraestructura menor de riego Con créditos a tasa de interés razonables. En las intervenciones que realicen apoyar el fortalecimiento de la Organización de usuarios, incentivar una política de mantenimiento y Operación de los sistemas de riego y promover el mejoramiento productivo. Compartir la información con las organizaciones de usuarios y oficinas de Administración técnica del sector agrario. Incorporar el componente de investigación en riego por aspersión y Sistematizar y socializar sus experiencias de campo. Efectuar estudios de impacto (ambiental, económico y social) de Experiencias locales de implementación de riego por aspersión, contando Con una línea de base sólida. Desarrollar estrategias de capacitación técnica a sus trabajadores. Todas las ONG vinculadas al agro lleven a cabo demostraciones de riego a Presión. No crear conflictos por inversiones en riego por aspersión, dado que estos Esquemas parcializan a los usuarios. Concertar sobre aspectos conceptuales y metodológicos de capacitación. Para los usuarios del agua de riego Buscar alianzas estratégicas con el mercado produciendo en función a la Demanda bajo el soporte de información de mercados. Incentivar una política de mantenimiento, reparación y reposición de los Equipos de los sistemas de riego por aspersión (reinversión). Desarrollar una producción de acuerdo a la demanda del mercado. Separar ventajas y desventajas del riego por aspersión de los del riego en general.
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