Cabezal de Riego - Ing Wilder Chancafe

DISEÑO DE CABEZALES Ing. Wilder Chancafe Rodriguez

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El objetivo de un diseñador de riego por goteo es: de diseñar un sistema que “manejado correctamente” va a entregar exactamente la cantidad apropiada de agua y nutrientes a cada planta en terreno durante toda la temporada de producción.

“Concepto vs Práctica”

Ing. Wilder Chancafe Rodriguez

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CABEZALES DE RIEGO


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CABEZAL DE RIEGO 

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Es el conjunto de componentes que dominan toda la instalación y sirve para generar la presión y el caudal que requiere el sistema, filtra el agua e inyecta fertilizantes, así mismo mide los volúmenes aplicados, etc. Los componentes principales son : Equipo de bombeo. Sistema de Filtrado. Unidad de Fertilización. Aparatos de control y medición. Válvulas de aire, reguladoras de presión y de alivio.


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El cabezal realiza las siguientes operaciones: 

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Eliminar sólidos en suspensión, esta operación se realizará a través de los sucesivos filtros con los que se encontrará el agua en su recorrido. Aplicar al agua los fertilizantes y productos químicos, operación que se puede llevar a cabo de diferentes maneras en el caudal principal de agua. Controlar la dosis de agua aplicada. Esta operación se realizará , a través del contador de agua que se colocará a la entrada de la tubería principal, de la que partirá toda la red de riego. Mezcla y almacenaje de los distintos fertilizantes que se aplicarán en los riegos de los distintos cultivos. Tendremos un depósito de mezcla y dos o cuatro depósitos de almacenaje, para los cuatro fertilizantes principales (N, P, K y Micronutrientes). Además contaremos con un depósito adicional para el almacenaje del ácido, que usaremos para el control del pH en el riego. El cabezal de riego además suele contar con caudalímetros para medir la cantidad de cada uno de los abonos que se aplican.


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Unidad de Bombeo. 

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Unidad constituida por una bomba cuyo tamaño y potencia depende de la superficie a regar, el dimensionamiento de la bomba debe ser tal que la presión requerida sea suficiente para vencer las diferencias de cota y las perdidas de carga de todo el sistema es decir la Altura Dinámica Total ADT. Las mas usadas son las de acción centrifuga abastecidas por energía eléctrica y en menor grado las accionadas con motores a combustible.


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Las Bombas: 1. Representan una parte significativa del costo inicial de un sistema de riego por goteo. 2. Se debe adquirir un equipo de bomba y unidad de energía eficaz, confiable y de bajo precio. 3. Una bomba centrífuga es la más adecuada para extraer agua de fuentes superficiales o pozos llanos. 4. La bomba centrifuga es relativamente barata y eficiente. 5. Para seleccionar una bomba se debe conocer la presión total del sistema, el volumen de agua que se necesita y la fuerza de la unidad.

1. En el sistema de riego por goteo, los motores eléctricos son preferibles porque son más fáciles de automatizar, operan silenciosamente y necesitan Poco mantenimiento. 2. Los motores de gasolina o diesel pueden operar con diferentes velocidades lo que facilita las variaciones pequeñas en la presión y el volumen de agua que se aplica.


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Supongamos que tenemos los siguientes requerimientos de caudal Q y de presión P: Q= 5lps P= 25 m.c.a ¿Seleccionar la unidad de bombeo?


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Sistema de Filtrado. 

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Es el Corazón del sistema y se puede convertir en un grave problema si es que es mal seleccionado ya que de ello depende la vida útil de los emisores de riego en este caso los goteros, las obstrucciones se pueden producir por: Partículas minerales en suspensión (arcilla, limo y arena). Materia Orgánica. Precipitados (Principalmente carbonatos). Para evitar la entrada de estos elementos al sistema se deben tomar precauciones desde el ingreso del agua al reservorio.


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PROCESOS DE FILTRADO FILTRADO NORMAL  RETROLAVADO  LAVADO AUTOMATICO 


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CRITERIOS A TOMAR E CUENTA 

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La principal ventaja de un cabezal de filtrado de anillas, sobre filtros de arena es la perdida de carga, a mas perdida de carga menos presión en la salida, también por su volumen de filtrado es superior el de anillas al de arena. Son complementarios, se debe plantear los 2 tipos porque los filtros de anillas no eliminan materia orgánica aunque se debe analizar la calidad de las aguas de las que dispones. A parte de la menor pérdida de carga, estos son mucho más sencillos de limpiar una vez embozados, más económicos y a más eficientes Los filtros de arena son más indicados cuando en el agua utilizada haya presencia de algas. Este es el caso de aguas superficiales que están en contacto con la luz como las que proceden de embalses, charcas e incluso algún pozo artesano. Se debe tener en cuenta la procedencia y la calidad de agua que deseas filtrar, luego ver la presión con la cual cuentas en la toma de agua de esto depende el diseño del cabezal de filtrado


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La densidad de la malla ha de ser tal que el diámetro máximo de las partículas no retiradas sea menor o igual a un octavo del mínimo diámetro de paso en el emisor, resultando, para buena parte de los emisores instalados, que el tamaño de la retícula de la malla debe ser inferior a 0,1 mm . lo que equivale a una densidad de malla mayor o igual a 140 " mesh ". La capacidad de filtrado debe corresponder al caudal máximo circulante para que las pérdidas de carga en el filtro no sean elevadas, con una frecuencia de limpieza adecuada. Cuando se instalan varios filtros en serie su capacidad filtrante debe ser la misma en todos ellos. La diferencia entre las pérdidas de carga correspondientes al equipo de filtrado para su caudal de trabajo (obtenidas en catálogo) y las pérdidas de carga observadas durante la evaluación deben reflejar si la frecuencia de limpieza es la adecuada.


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La diferencia de presión máxima admitida que se produce en los distintos filtros antes de su limpieza (hidrociclón, filtros de malla y de anillas): • En caso de instalar un hidrociclón, hay que considerar que este elemento produce unas pérdidas de carga comprendidas entre 0,3 y 0,5 kg/cm2, dependiendo del caudal a filtrar. • Las pérdidas de carga que se producen en los filtros de arena cuando están limpios no deben ser superiores a 0,3 kg/cm2. • En cuanto a los filtros de mallas y anillas, las péridas de carga que provocan, oscilan entre 0,1 y 0,3 kg/cm

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A efectos de cálculo hidráulico se deben considerar las pérdidas de carga de filtros en situación de colmatación. Las pérdidas de carga producidas por el equipo de fertirrigación (tanque fertilizante, venturis, inyectores, etc). Las pérdidas de carga que se producen en los distintos elementos de medida y control (válvulas, manómetros, etc). Las pérdidas de carga producidas en las propias conducciones del cabezal de riego.


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El dimensionamiento de las superficies filtrantes viene definido por tres parámetros: Intensidad de filtrado Caudal Velocidad. La intensidad del filtrado está determinada por el tipo de emisor. El segundo parámetro está en función del volumen de agua demandado por la instalación. La velocidad del agua a través de los filtros influye directamente tanto en las pérdidas de carga, como en la frecuencia de limpieza de los mismos.


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HIDROCICLONES Se utilizan para separar gravillas y arenas. Tiene la forma de un cono invertido donde el agua ingresa tangencialmente por un costado bajo una cierta presión, lo que genera su rotación alrededor del eje longitudinal del hidrociclón, formando un torbellino descendente hacia el vértice de la parte cónica. Las partículas más gruesas debido a la aceleración centrífuga giran cercanas a la pared, y decantan depositándose en el recipiente inferior que es necesario limpiarlo frecuentemente de allí son evacuadas a través de la boquilla.  Los hidrociclones se utilizan mayormente cuando se explotan aguas subterráneas, se consigue separar hasta un 98% de partículas superiores a 100 micrones, la perdida de carga es de 1 a 2 Ing. metros Wilder Chancafe Rodriguez caudal y diámetro del filtro 16 según 

HIDROCICLONES


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FILTROS DE GRAVA. 

Son tanques metálicos reforzados con pintura epoxica que contienen grava tamizada de un determinado tamaño, El agua de la fuente de riego es presurizada e introducida en la parte superior del Tanque. Un plato difusor en la garganta superior del tanque sirve para reducir la velocidad del agua y distribuir uniformemente el agua a través de la parte superior de la cama filtrante. el agua se filtra al pasar por el estrato de grava, el espesor de este no debe ser inferior a 50 cm, son muy efectivos para retener sustancias orgánicas y partículas, porque se emplea todo el espesor de la grava. Retienen partículas siete veces más pequeñas que el diámetro efectivo de la grava


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Filtros de Grava


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Piso de concreto

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al campo 44

Tuberia PVC de 110mm C-5

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Valvula de Bola 63mm PVC - SP con Union U.

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Proceso de filtración


Filtro de grava

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Filtro de grava

Proceso de retrolavado


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FILTROS DE MALLA 

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El filtro de malla es una carcasa que aloja en su interior un cartucho con malla de diferentes diámetros u orificios, la malla puede ser metálica o plástica, el tamaño del orificio se define por el numero de aberturas por pulgada lineal (25,4 mm) lo cual se denomina mesh. Para riego por goteo se recomienda una malla de 140 – 150 mesh (110 – 106 micrones) y para microaspersión 100 – 120 mesh (150 – 120 micrones) Actualmente Existen en el mercado filtros de malla autolimpiantes que incluyen un mecanismo de absorción de los sedimentos aprovechando la misma presión del agua para expulsar la suciedad a un circuito de drenaje.


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Filtros de Malla


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Filtros de Anillas En el filtro de anillas, el elemento filtrante esta constituido por un cartucho de anillas ranuradas, que se aprietan unas con otras, dejando pasar el agua y reteniendo aquellas partículas cuyo tamaño sea mayor al de paso de las ranuras. Sin embargo en nuestra opinión los filtros de anillas debe ser para la retención de partículas de origen mineral, empleando para la retención de partículas de origen orgánico los filtros de arena, cuya eficacia esta suficientemente demostrada


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Filtros de Anillas


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ELECCION DE LA BATERIA DE FILTRADO (ANILLOS)

AMIAD CATALOGOS AUTOMATICOS ELECTRICOS

AUTOMATICOS HIDRAULICOS

SEMIAUTOMATICOS


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Filtro de anillos


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Instalación de un filtro de anillos


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Baterias de filtrado de anillos


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Filtros Automáticos


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EBS


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PRECIOS REFERENCIALES DE FILT


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SOFTWARE DE SELECCIÓN DE FILTROS Selección de filtros sin precios  Gravas vs. Automaticos 2  Comparativo de baterias 


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Sistema de fertiriego. 

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El Fertiriego es una practica necesaria cuando se riega de manera localizada consiste en la distribución de fertilizantes a través del agua de riego. El sistema de fertiriego se instala después del sistema de filtrado primario (Grava o Hidrociclones) y antes de la unidad de los filtros de malla o anillos. Los Equipos de fertirrigación mas usados son:


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El sistema de fertiriego se instala después del sistema de filtrado primario (Grava o Hidrociclones) y antes de la unidad de los filtros de malla o anillos.


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Tanques De fertilización.- Son depositos conectados en paralelo a la red de distribución, el fertilizante se incorpora al agua por diferencia de presión entre la salida y la entrada. Son baratos pero presentan problemas de uso por su poca uniformidad de aplicación, la capacidad de los tanques varia entre 50 y 150 litros aproximadamente. Para su funcionamiento se deriva una cantidad de agua de la red principal y se hace pasar por el interior del tanque, el agua se va mezclando con los fertilizantes y arrastrando parte de este, se incorpora de nuevo a la red principal, con el paso del agua la concentración disminuye, es decir, el fertilizante no se aporta en cantidad constante con el tiempo. Ing. Wilder Chancafe Rodriguez

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Inyector tipo Venturi.- Consiste en un tubo conectado en paralelo a la tubería principal con un estrechamiento donde se produce una succión que hace que el fertilizante pase a la red; el inyector tipo ventura es muy sencillo no requiere energía para su uso y además proporcionan el abono de forma constante a la red de riego, sin embargo generan una gran perdida de carga en la tubería donde se instala la cual esta en el orden de o,6 a 1 atm, lo que limita su uso si se dispone de poca presión en la red


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Inyector eléctrico.- Son dispositivos que introducen el caldo de fertilizante contenida en un deposito accionados por una bomba eléctrica inoxidable. Este componente inyecta una concentración constante de fertilizantes en el agua de riego los caudales de inyección están en el orden de 500 a 1000 litros por hora. Para automatizar el fertiriego se utilizan unos inyectores llamados proporcionales, que aun cuando el caudal sea diferente en distintos sectores de riego, aplican la misma cantidad de abono, manteniendo una concentración constante en todo el sistema, son muy útiles cuando se buscan concentraciones muy precisas. Los inyectores proporcionales pueden contar con varias salidas para incorporar distintos tipos de fertilizantes e incluso otro tipo de productos como ácidos, pesticidas, etc. Ing. Wilder Chancafe Rodriguez

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ACCESORIOS DE CONTROL Y MEDICIÒN 

Manómetros.- es un componente importante del sistema ya que permite determinar la presión en los puntos que desee, tanto en el cabezal como en el campo, es imprescindible medir la presión, como mínimo, a la salida de la unidad de bombeo(para saber la presión de entrada al sistema), y a la entrada y a la salida de los filtros ( para determinar el momento de su limpieza), además es aconsejable medirla en la entrada de las subunidades de riego y de las tuberías portaregantes


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Medidores de caudal.- son componentes utilizados para medir la cantidad de agua que pasa por un punto en la unidad de tiempo. También son útiles para descubrir la existencia de obturaciones, roturas o fugas. Además los contadores de volumen, normalmente llamados contadores, permiten realizar un riego controlado, ya que podemos saber la cantidad de agua que se ha aplicado independientemente del tiempo que se esté regando. Los medidores de caudal o volumen mas usados son los de turbina. Los medidores de turbina se basan en movimientos de una rueda de paletas que se inserta en la tubería, de forma que cada giro de la rueda implica un volumen de agua determinado que se va acumulando en un medidor. Suelen fabricarse para medir volúmenes en tuberías con diámetros entre 63 y 315 mm y producen una pérdida de carga o diferencia de presión entre la entrada y salida del contador entre 1 y 3 mca Se recomienda considerar una distancia en la instalación, según el fabricante, de 10 diámetros antes del medidor y de 5 diámetros después Ing. Wilder Chancafe Rodriguez 47 del medidor

Por su parte los caudalimetros miden caudal instantáneo, ósea la cantidad de agua que pasa en cada momento. Están formados por un flotador fabricado en acero inoxidable, que se mueve hacia arriba o abajo “flotando” mas o menos según sea el caudal, que se puede medir en una escala graduada, suelen medir un intervalo muy amplio de caudales, desde1 a 25000 litros por hora. Ing. Wilder Chancafe Rodriguez

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Válvulas de Aire.- Son dispositivos que se instalan en las conducciones de agua para introducir o evacuar el aire. Se clasifican en : Ventosas monofuncionales o de simple efecto: se encargan de eliminar el aire que se acumula en las conducciones durante un funcionamiento normal. Ventosas bifuncionales o de doble efecto: Sirven tanto para la evacuación del aire acumulado en las tuberías durante su llenado, como para la introducción de este durante su llenado Ventosas trifuncionales o de triple efecto: realiza tres funciones antes descritas, es decir purgar, admisión y expulsión de aire en las tuberías. Las ventosas evitan sobrepresiones de la tubería durante el llenado y depresiones durante el vaciado, en ocasiones se producen bajadas de presión por debajo de la atmosférica y que pueden producir el aplastamiento de la tubería. En estos casos las ventosas permiten la admisión de aire que funciona a modo de colchón


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En general deben instalarse en los siguientes lugares dentro de una instalación de riego localizado

Puntos altos de la instalación. Tramos largos con pendientes uniformes. Cambios de pendiente en las conducciones. Salidas de la unidad de bombeo


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PAMPA DE MAJES Q DE DISEÑO : 5lps  ADT :25 m.c.a  Fuente de Agua : Reservorio  Calidad de Agua: Mala. 


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Santa Rita de Siguas Beneficiario :Miguel Salas  Área : 20 has. 


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Santa Rita de Siguas Beneficiario :Tuska perochena  Área : 24 has. 

Cuadro Nº20

Evapotranspiracion

6.50 mm/día

CULTIVO

CEBOLLA DESCRIPCION Densidad de Plantas Distanciamiento entre Surcos Distaciamiento entre Plantas Hileras Densidad de plantas / Ha Oferta de Agua Distanciamiento entre Cintas Distanciamiento entre Goteros Caudal del Gotero Caudal de las Cintas por Hectárea Necesidades del Cultivo Kc Eficiencia de Riego Etc Lamina de Riego Tiempo de Riego Turnos de Riego Caudal Disponible Área Neta Numero Máx. .de Has por Turno


CANTIDADES

UNIDADES

1.50 m 0.10 m 6.00 400000.00 0.50 m 0.10 m 0.20 l/hr 11.11 l/seg 1.10 90.00% 7.15 mm/día 7.94 mm/día 1.99 hr/Ha/día 55.33 l/seg 24.00 Has. 4.98 Has.

Numero de Turnos

5.00 Turnos

Tiempo de Riego Total

9.93 Horas

FUENTE: ELABORACION PROPIA

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seleccion 

Equipo de Filtrado.- Consta de una batería de 2 filtros de malla de 6” c/u de diámetro con un grado de filtrado de de 155 mesh y un caudal de trabajo de 113.40 m3/hora cada uno, para garantizar un correcto lavado, un juego de manifold de acero inoxidable de 10” e=2.00mm; válvula de aire de doble efecto de 2”, válvulas de control de mariposa tipo volante de 10”, válvula de alivio de 2”.


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