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 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 Expone sobre la uniformidad uniformidad del riego riego y sus aplicaciones aplicaciones en la:
Evaluación de ins talaciones.talaciones.- aquí se indicara los procedimientos a seguir - Evaluación para determinar el CU de una instalación esistente - Diseño de inst alaciones.- aquí aquí se impon impondrá drá un CU CU para para determ determina inarr 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 Agronómico Pp
= 3.33 mm/día
Área Und = 2 Has
TR
= 1.8 horas / und
Área Total = 14. Has
TR-total
= 12.6 horas / día
Lamina R. = 6 mm/día
# Unidades = 7 unid
Caudal
= 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 Riego Tubería Secundaria
Presión
Control de unidad de riego
ADT = 28 mt mt Tubería Primaria
m m 0 9 Ø . t m 0 6 1
Tubería Terciaria
140 140 mt. Ø 75mm 75mm m m 3 6 Ø . t
70 mt.Ø16mm
m 0 6
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 un a 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.
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 de mas bajo caudal qa = 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 Exelente
qa = 1.15 Lit / Hora q25= 1.04 Lit / Hora CU = 1.04 / 1.15 =0.904
% 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 casti ga 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 H PERMISIBLE
Δ
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 q a = 2.3 q ns = 2.13
………se cono ce la curva del gotero (catalogo) ………se co noce, es el c audal no mi nal de di seño ……… s e c al cu la c on la c on di ci on im pu es ta d el 90 % d e 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 hf Lateral + dLateral + hf Portalateral 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
hf Lateral + d Lateral + hf Portalateral + d Portalateral < ΔH PERMISIBLE
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hf Lateral + dLateral + hf Portalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE Hn OTRA FORMA
Ha=hm
Hm
ΔHl
L R A E T L A T A R O P f H
ha
H f - L A T E R A L
+ ΔHt = ΔHPERMISIBLE hm- hn< Hl Hm- Hn < Ht
hns hs
qns
qa
Presión Regulador de qn Tubería Secundaria
DISE O 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 + Hf ARCO + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL 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 + Hf ARCO + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL
Cabezal Riego Control de unidad de riego Presión
Tubería Principal
Tubería Portalateral
Arco de Riego Tubería Secundaria
Tubería Portalateral Subunidad de riego
laterales
Unidad de riego
ARCOS O HIDRANTES DE RIEGO
cabezal
DETERMINACION ADT
Tubería Principal
Hn Ha = hm Hm
ADT=Hm+Hf ARCO+Hf CONDUCCION+Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ha hns
qns
qa
Arco De Riego
Portalateral qn Tubería Secundaria
Condición de Subunidad Portalateral hf Lateral+dLateral+hf Portalatera+dPortalateral < ΔHPERMISIBLE
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
6.39 L / s
Long, Conducción
120 mt
C Diámetro interno
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 + Hf ARCO + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL 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 ADT
cabezal
Hn Ha = hm Hm
ADT=Hm+Hf ARCO+Hf CONDUCCION+Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ha hns
qns
qa
Arco De Riego qn Tubería Secundaria
Hm- hns <
H permisible
EJEMPLO DE CALCULO DE ADT Cabezal de Riego Tubería Secundaria
Presión
Control de unidad de riego
Tubería
Primaria Delta H permisible = 2.37 mt. Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mt Total perdida subunidad =2.23 mt 2.23 < 2.37 ……OK
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
laterales con emisores
Unidad de riego
EJERCICIOS
Ejercicio 01
Ejercicio 01
Ejercicio 01
GRACIAS
