Ministerio de Agricultura
Ing. Pedro Chucya Ccahua
INTRODUCCION
El diseño hidráulico contempla el dimensionamiento de toda la red de tuberías, para lo cual se calculan las perdidas de carga de las diferentes combinaciones de diámetros y longitudes de tuberías, manteniendo una tolerancia de presiones en la subunidad y calculándose un requerimiento total de presiones (ADT)
La exposición se ha dividido en dos partes : 1.- Expone sobre la uniformidad del riego y sus aplicaciones en la: - Evaluación de instalaciones.- aquí se indicara los procedimientos a seguir para determinar el CU de una instalación esistente - Diseño de instalaciones.- aquí se impondrá un CU para determinar las tolerancias de presiones que se utilizaran, para calcular los diámetros y longitudes del lateral y portalateral de una subunidad.. 2.- Expone sobre los procedimientos para calcular la altura dinámica total (ADT), necesaria para la operación del sistema de riego que se esta diseñando.
DISEÑO DE RIEGO POR GOTEO COMPONENTE S Diseño Agronómico
Diseño Hidráulico
Diseño cabezal
del
• Lamina de riego
•Tolerancia de presiones
•Calidad de agua.
• Unidades de riego
•Diámetro de tuberías: laterales, porta laterales y conducción.
• Selección de filtros.
• Tiempo de riego • Descarga del emisor • Numero de emisores • Caudal del sistema
• Longitud de tuberías: laterales, porta laterales y conducción. •Altura Dinámica Total
• Selección de inyector fertilizantes •Perdidas en cabezal
Diseño Agronómico Pp
= 3.33 mm/día
Área Und
TR
= 1.8 horas / und
Área Total = 14. Has
TR-total
= 12.6 horas / día
Lamina R. = 6 mm/día
# Unidades = 7 unid
Caudal
= 2 Has
= 18.53 Lit/seg
Q U-1
U-2
U-3
2 Ha
2 Ha
2 Ha U-7
14 Has U-4
U-5
U-6
2 Ha
2 Ha
2 Ha
2 Ha
DISEÑO HIDRAULICO Cabezal de ADT = 28 mt Riego Tubería Primaria
160 mt.Ø 90mm
Presión
Tubería Secundaria
Control de unidad de riego
Tubería Terciaria
60 mt.Ø63mm
140 mt. Ø 75mm 70 mt.Ø16mm
Subunidad de riego
laterales con emisores
Unidad de riego
UNIFORMIDAD DEL RIEGO
UNIFORMIDAD DE RIEGO La uniformidad del riego, es un parámetro que se mide con el coeficiente de uniformidad CU y nos indica el grado de uniformidad con que aplican agua los goteros. En los sistemas de goteo, este parámetro se define como: CU = Q25% / Qa Q25%= Caudal promedio del 25% de emisores con caudal mas bajo Qa = Caudal promedio de todos los emisores Este parámetro de uniformidad de los emisores se usa para :
Evaluar una instalación existente.- en este caso se determina, con que CU esta trabajando una instalación, para aplicar correctivos Para diseñar una instalación nueva.- en este caso se impone un CU deseado para la instalación que se esta diseñando. En riego por goteo este coeficiente impuesto suele ser de CU=0.90 y se utiliza en : - Diseño Agronómico: Para el calculo de lamina de riego Nt = Nn/((1-k)*CU) este coeficiente mayora las necesidades de agua , para garantizar mas agua para el 25% de emisores que recibe menos agua - Diseño Hidráulico: Para calcular la tolerancia de presiones dentro de una subunidad, lo cual determinara las longitudes y diámetros de los laterales y portalaterales a utilizar en el diseño de la subunidad de riego.
VARIACION DE PRESIONES Y CAUDALES EN EN LA SUBUNIDAD ql : Caudal Inicial de un Lateral l: Longitud de un lateral Q: Caudal inicial de la terciaria L: Longitud de la terciaria Se: Espaciamiento entre emisores Sl: Espaciamiento entre laterales
Hn Hm
Ha=hm
Tubería Terciaria
Regulador de Sl Presión Q
hm - hn < Hm - Hn <
ha
Hl Ht
hns ql
Se
qa
qns
qn Tubería Secundaria
Laterales con Emisores
EVALUACION DE INSTALACIONES Determinación del CU Tiene por objeto conocer la eficacia del sistema de riego instalado, sin considerar la evaluación de los otros parámetros agronómicos como , frecuencia, dosis, tiempo de riego etc. Este parametro se define CU = q25% / qa se recomienda tomar 16 puntos de la subunidad a evaluar q25% = Caudal promedio de los 4 goteros qa =
de mas bajo caudal Caudal promedio de los 16 goteros evaluados
EVALUACION DE INSTALACIONES Determinación del CU
EJEMPLO Evaluación de instalaciones se aforo los siguientes caudales en Lit/H L-1
L-2
L-2
L-4
G-1
1.20 1.20 1.20 1.20
G-2
1.20 1.08 1.20 1.20
G-3
1.00 1.20 1.08 1.00
G-4
1.08 1.08 1.20 1.20 CLASIFICA
qa = 1.15 Lit / Hora q25= 1.04 Lit / Hora CU = 1.04 / 1.15 =0.904
%
Exelente
100-95
Bueno
95-85
Regular
80-75
Pobre
70-65
Inaceptable
< 60
Fuente: ASAE
DISEÑO DE INSTALACIONES CU CU.-En este caso se impone un CU deseado (90% 85%) para la instalación que se esta diseñando y su valor es producto de factores constructivos e hidráulicos
CU = CUc * CUh
CUc : coeficiente de uniformidad constructivo CUh : coeficiente de uniformidad hidráulico CUc .- Es el que mide la variación de caudales al aplicar igual presión a distintos emisores de un mismo lote o modelo, es decir variaciones por causas de fabricación. Uno de los modelo probabilísticas que mas se ajusta a la distribución de caudales, es la distribución NORMAL, esta curva presenta propiedades bien conocidas como: q25 =(1 - 1.27cv)qa ………….(1) CU= q25 / qa ………….(2) definición CUc = (1-1.27cv) --------------(1) en (2) Cuando (e) emisores por planta es superior a uno se castiga por √e CUc = (1-1.27cv / √e ) cv = coeficiente de variabilidad gotero (dato catalogo) e = numero de emisores por planta
DISEÑO DE INSTALACIONES distribución normal para CUc
DISEÑO DE INSTALACIONES CU CUh Expresa la variación de caudales en los emisores debido a la diferencia de presiones, que a su vez depende de los desniveles topográficos y perdidas de carga en la red de riego. El CUh se define como CUh = qns / qa FINALMENTE EJEMPLO:
==>
CU = CUc * CUh = (1- (1.27cv / √ e)) * qns /qa
CU = 0.90 : valor impuesto en goteo usamos 0.90 cv = 0.05 : coeficiente de variación del emisor utilizado (catalogo) e = 5 : numero de emisores por planta qa = 2.3 L/hr : es caudal promedio o nominal del gotero qns = ¿? :Caudal del gotero mas bajo CU = (1- (1.27cv / √e)) * qns /qa 0.9 = (1-(1.27*0.05 / √5) ) * qns / 2.3 qns =2.13 L/hr CUc = (1-(1.27 * 0.05 / 5^0.5) ) = 0.97 CUh = 2.13 / 2.3 = 0.93
TOLERANCIA DE PRESIONES ΔH PERMISIBLE Es la máxima variación de presiones permisible dentro de una subunidad de riego, para que los emisores se encuentren trabajando con una uniformidad del 90% ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) Delta H : máxima variación de presiones permisible ha : presión del gotero con caudal nominal (qa) hns : presión del gotero con caudal mas bajo (qn) EJEMPLO: q = 0.58 h ^ 0.59 qa = 2.3 qns= 2.13
………se conoce la curva del gotero (catalogo) ………se conoce, es el caudal nominal de diseño ……… se calcula con la condicion impuesta del 90% de CU
Con la ecuacion del gotero , qa y qns se determina ha y hns 2.3 = 0.58*ha^0.59 => ha = 10.31 mt. 2.13 = 0.58*hns^0.59 => hns = 9,36 mt ===>
ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) = 2.5 (10.31-9.36) = 2.37 mt.
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE El diseño de la subunidad de riego contempla dimensionar las longitudes y diámetros de la tubería Porta laterales y laterales de riego así como los caudales de estas tuberías, todo esto manteniendo un régimen de presiones. inicialmente el diseño se inicia por tanteo, ya que los calculos pueden dar resultados no satisfactorios que obliguen a modificar la distribución en planta o los diámetros de las tuberia
hfLateral + dLateral + hfPortalateral + dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE Hn Hm
ΔHl + ΔHt = ΔHPERMISIBLE
AL R TE A AL
Hf
OTRA FORMA
Ha=hm
T OR
Hf
ha
- LA
hm - hn < Hm - Hn <
TE RA L
P
Hl Ht
hns hs qns
qa Presión Regulador de
qn Tubería Secundaria
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD Laterales y Portalaterales
DETERMINACION ADT
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT) Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías mas los desniveles a favor o en contra y las perdidas estimadas en el cabezal ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidad ha = Es la presión nominal del gotero de diseño hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseño D/2 = Es el desnivel en el porta lateral d/2 = Es el desnivel en el lateral
DETERMINACION DEL ADT ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL
Cabezal Riego Control de unidad de riego Presión
Tubería Principal
Tubería Portalateral Arco de Riego Tube Secundaria ría Tube Portalater ría al Subunidad de riego
laterales
Unidad de riego
CABEZAL
DE RI EGO
UF - T anque
CABEZAL
DE RI EGO
UF - E lectr o bomba
CABEZAL
DE RI EGO
UF - Ventur i
TU BER ÍA PR INC IPA L y SEC UND ARIA
ARCOS O HIDRANTES DE RIEGO
POR TALATER ALES y LATE RALES
cabezal
Tubería Principal
DETERMINACION
ADT
Hn Hm
Ha = hm ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
ha
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
hns
qns
qa Arco De Riego
Portalateral
qn
Tubería Secundaria Portalateral
Condició n de Subunida hfLateral+dLateral+hfPortalatera+dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
PERDIDAS EN TUBERIAS Tubería salidas múltiples y Tubería ciega a) Hf LATERALES
b) Hf PORTALATERALES
c) Hf SECUNDARIA
d) Hf PRINCIPAL
Perdidas en PRINCIPAL Y SECUNDARIA 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 EJEMPLO: Caudal de Conducción Long, Conducción C Diámetro interno
6.39 L / s 120 mt 150 84.1 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12) * (( 6.39 /150)^1.8552)*84.1^-4.87 J (m/100m) = 1.47 Hf = 1.47 * 120 /100 Hf = 1.76 mt
Perdidas en PORTALATERAL 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 2.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas Hf = J * F * L /100
F : factor de corrección de Christiansen
EL FACTOR DE CORRECCION DE CHRISTIANSEN
EJEMPLO Perdidas en PORTALATERAL DATOS:
Caudal de Lateral Esp. laterales Long, Porta lateral Caudal Porta lateral C Diámetro interno
0.1065 L / s 1 mt 60 mt 6.39 L / s 150 69.3 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * (( 6.39 / 150)^1.8552)*69.3^-4.87 J (m/100m) = 3.74 2.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples Hf = 3.74 * 0.36 * 60 /100 Hf = 0.80 mt
Perdidas en LATERAL 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 Q : Caudal total del lateral en Lit/seg C: Coeficiente de Hazen y Williams D: Diámetro de tubería en milímetros 2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se J`(m/100m) = J * (se+fe) / se se : separación entre emisores en metros fe : longitud equivalente en metros 3.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas Hf = J` * F * L /100
EJEMPLO Perdidas en LATERAL DATOS:
Caudal de gotero Esp. Goteros Long, Lateral Caudal de lateral C Diámetro interno
2.3 L/hr 0.3 mt 50 mt 0.1065 130 14 mm
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((0.1065 / 130)^1.8552)*14^-4.87 J (m/100m) = 5.95 2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se J`(m/100m)= 5.95 * (0.3+0.1) / 0.3 J`(m/100m)= 7.94 3.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples Hf = 7.94 * 0.36 * 50 /100 Hf = 1.43 mt
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT) Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías y las perdidas en cabezal ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidad ha = Es la presión nominal del gotero de diseño hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseño D/2 = Es el desnivel en el porta lateral d/2 = Es el desnivel en el lateral
DETERMINACION
cabezal
ADT
Hn Hm
Ha = hm ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
ha
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
hns
qns
qa Arco De Riego
qn Tubería Secundaria
Hm - hns <
H permisib
EJEMPLO DE CALCULO DE ADT Cabezal de Riego
Presión
Tubería Secundaria
Control de unidad de riego
Tubería Terciaria
ADT=Hm + Hf ARCOS + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
50
Hm = 11.04+0.73*0.80+0=11.62 hm = 10+0.73*1.43+0 =11.04 ha = 10 D/2 = 0 d/2 = 0 Perdida en conduccion =3.0 ADT=11.62 + 1.5 + 3.0 + 5 = 20 mt
60
Subunidad de riego
Tubería
Primaria = 2.37 mt. Delta H permisible Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mt Total perdida subunidad =2.23 mt 2.23 < 2.37 ……OK
laterales con emisores
Unidad de riego
EJERCICIOS
Ejercicio 01
Ejercicio 01
Ejercicio 01
Ejercicio 02
Ejercicio 02
Ejercicio 02
GRACIAS
