Selección de aspersores. El riego por aspersión. En el método de riego por aspersión, el agua se aplica sobre la superficie del suelo, de forma parecida a la lluvia. La aspersión se obtiene al impulsar el agua a presión a través de pequeños orificios o boquillas. Generalmente la presión se obtiene por bombeo del agua, ahueque puede lograrse por gravedad si la fuente de abasto es bastante elevada con relación al área regada. El agua puede aplicarse uniformemente, a un gasto calculado según la capacidad de absorción del suelo, si se tiene cuidado en la selección de las boquillas, el caudal, la presión necesaria y el espaciamiento adecuado de los aspersores, se elimina de esa manera el escurrimiento y el daño resultante al suelo y los cultivos y se logra una adecuada distribución en el reparto del agua. El riego por aspersión puede adaptarse a la mayor parte de las condiciones climáticas donde la agricultura de regadío es posible; sin embargo, en algunas regiones se presentan problemas debido a temperaturas extremadamente altas y al la considerable velocidad del viento, donde estas condiciones hacen difícil lograr una buena uniformidad y adecuada eficiencia de aplicación del agua. El uso del método de aspersión también es objetable cuando el agua para riego contiene grandes cantidades de sales solubles, aunque existen formas de atenuar el efecto de las sales sobre el follaje.
Aspersores más comunes utilizados en el riego agrícola.
Capacidad del sistema. La capacidad que se requiere de un sistema de aspersión depende del tamaño del área de riego, la lamina de aplicación y el tiempo neto de riego diario.
Donde: Q = Caudal del sistema (m3/h) A = Área (Ha) Nb = Norma bruta (m3/Ha) I = Intervalo entre aplicaciones (días) T = Tiempo de riego neto. (Horas) Los valores I y T afectan directamente la inversión en equipos del sistema, mientras mayor se este producto, menor será la capacidad del sistema. El intervalo entre riegos depende de condiciones agroclimáticas de cada lugar y cultivo mientras que para determinar el tiempo de riego neto hay que tener en cuenta la disponibilidad de mano de obra y la posibilidad del riego nocturno.
Gasto optimo de aplicación. El caudal máximo del aspersor se determina en función de la capacidad de absorción del suelos sin que se produzcan escurrimientos teniendo en cuenta la pendiente y cobertura del suelo.
En terrenos con pendiente la velocidad de filtración del suelo hay que minorarla según la tabal siguiente:
Si no se disponen de datos de la intensidad máxima de aplicación de los suelos, puede utilizarse la tabla siguiente a modo de orientación.
Intensidades máximas de precipitación para condiciones medias de suelo, pendientes y vegetación [mm/hora]
Permeabilidad de los suelos según su textura
Donde: Q = Caudal del sistema (m3/h) A = Área (Ha) Nb = Norma bruta (m3/Ha) I = Intervalo entre aplicaciones (días) T = Tiempo de riego neto. (Horas) Los valores I y T afectan directamente la inversión en equipos del sistema, mientras mayor se este producto, menor será la capacidad del sistema. El intervalo entre riegos depende de condiciones agroclimáticas de cada lugar y cultivo mientras que para determinar el tiempo de riego neto hay que tener en cuenta la disponibilidad de mano de obra y la posibilidad del riego nocturno.
Gasto optimo de aplicación. El caudal máximo del aspersor se determina en función de la capacidad de absorción del suelos sin que se produzcan escurrimientos teniendo en cuenta la pendiente y cobertura del suelo.
En terrenos con pendiente la velocidad de filtración del suelo hay que minorarla según la tabal siguiente:
Si no se disponen de datos de la intensidad máxima de aplicación de los suelos, puede utilizarse la tabla siguiente a modo de orientación.
Intensidades máximas de precipitación para condiciones medias de suelo, pendientes y vegetación [mm/hora]
Permeabilidad de los suelos según su textura
El caudal mínimo posible para una distribución uniforme y en condiciones óptimas debe
producir una intensidad de aplicación de 5 mm/hora, en lugares con altas temperaturas y vientos este valor es mayor. Para seleccionar el caudal definitivo entre estos dos valores limites se tendrá en cuenta las condiciones de explotacación del sistema, evitando en lo posible los cambios de laterales en horario nocturno, los cambios que se hacen en horas próximas a las comidas dejan más tiempo libre para otras actividades. La selección del aspersor adecuado depende del cultivo, en cultivos resistentes al impacto de las gotas se podrán seleccionar aspersores de gran radio y presión mientras que en cultivos sensibles como los frutales y los vegetales se utilizarán aspersores de medio y bajo alcance. Cada aspersor tiene un rango de presión óptima para cada boquilla, para una misma boquilla si se baja la presión el aspersor riega con gotas gruesas, si la presión se aumenta las gotas serán finas. El grosor de las gotas se determina por el índice de grosor (IG). Para calcular IG se tendrá en cuenta la presión y el diámetro con la boquilla seleccionada.
Donde: IG = Índice de grosor de la gota H = Presión del aspersor (kg/cm2) D = Diámetro de la boquilla principal del aspersor (mm) Es recomendable que el índice de grosor esté entre 7 y 17. Valores menores que 7 indican gotas demasiado gruesas y valores mayores que 17 gotas demasiado finas. La distribución del agua puede verse afectada negativamente con tamaños de gotas extremos. Las gotas gruesas pueden destruir la estructura del suelo, mientras que las gotas fina son fácilmente arrastradas por el viento facilitando la evaporación y disminuyendo la eficiencia. Solo en caso de vientos de más de 4,5 m/s se justifica valores de IG menores de 7 en suelos con buena cobertura.
En la mayoría de los aspersores no se puede obtener un reparto uniforme a lo largo del chorro; la mayor pluviométrica generalmente se concentra cerca del aspersor y disminuye progresivamente a medida que nos apartamos de el. Para resolver este inconveniente y obtener un buen reparto es necesario solapar los chorros.
La presión del aspersor y el viento afectas significativamente el patrón de distribución el los
aspersores. Solo una combinación adecuada de diámetro de la boquilla y presión garantiza una distribución adecuada. En riego por aspersión se estima que los coeficientes de uniformidad (CU) deben ser los siguientes
Las plantas poco espaciadas requieren un coeficiente de uniformidad mayor que las más espaciadas, ya que en estas últimas la mayor amplitud del sistema radical permite, en cierto modo, reducir los efectos desfavorables de un riego defectuoso. Para conocer mejor el modo de regar, se hace el análisis del área regada, dividiendo la zona en tres partes: - Zona media: Pluviómetros cuyo volumen está comprendido entre el 90 y el 110% de la media - Zona con exceso de agua. Corresponde a zona cuyos pluviómetros es superior al 110% de la media. - Zona con defecto de agua, correspondiente a los pluviómetros cuyo volumen es inferior al 90% de la media. Las normas siguientes recomendadas por la FAO, se refieren al análisis zonal y al Coeficiente de Christiansen, en función de la separación entre plantas (promedio entre las hileras y a lo largo de las mismas).
Para cualquier presión y marco de riego, los aspersores de dos boquillas logran un coeficiente de uniformidad más alto que los de una sola. Es bueno destacar que los valores de este coeficiente son en la superficie del terreno, ya que al penetrar en el suelo ocurre cierta migración del agua de las partes mas húmedas a las mas secas en dependencia de las características del suelo, por tanto una mejora en la distribución, sobre todo si se emplean aspersores de baja intensidad, como demostró Rey García, Ángel Reinaldo en la determinación de la uniformidad del riego del miniaspersor Mankad 12255 en el año 1995 con el empleo de la sonda de neutrones .
Pluviometría sin afectación del viento.
Pluviometría con afectación del viento. Los fabricantes de los aspersores especifican un radio de alcance para todas las combinaciones de tamaño de boquilla y presión de operación, con cada tipo de aspersor. Debido a que comúnmente la recomendación para el espaciamiento de los aspersores se basa en esos diámetros, deben ser considerados cuidadosamente en los proyectos. Evidentemente, siempre que se modifique el espaciamiento de los aspersores sobre la tubería lateral o se hagan modificaciones en los laterales el grado de uniformidad de los aspersores que intervienen en el riego se modifica de forma proporcional. En zonas de frecuentes vientos y si el tiempo de riego diario es 12 horas o menos o en sistemas estacionarios, se recomienda regar en horas de la madrugada y primeras horas de la mañana para disminuir la incidencia del viento en los aspersores y de esta forma aumentar el espaciamiento a la hora del diseño, redundando en una inversión menor. Adicionalmente en el caso del riego de jardines residenciales si la toma de agua es de la red municipal, tiene la ventaja adicional que al existir menos demanda a esa hora la presión suele ser mayor. El proceso final de selección del aspersor, el espaciamiento, tamaño de boquilla, descarga y presión es un proceso de tanteo. La práctica más utilizada es suponer un espaciamiento de los aspersores y el caudal se estima entre los valores máximos y mínimos, ya con estos valores mediante las tablas que facilitan los fabricantes se selecciona la boquilla con la presión más baja posible y la uniformidad de aplicación adecuada.
Espaciamiento entre aspersores. Si no se tienen datos de la evaluación del aspersor y el CU para distintos espaciamientos, el siguiente criterio de espaciamiento máximo puede aplicarse en los proyectos Para aspersores de presión baja, moderada y media:
Esquema cuadrado.
Vientos entre 0 a 8 Km. /hora, espaciamiento = al 70% del diámetro de riego. Vientos entre 8 a 10 Km./hora, espaciamiento = al 55% del diámetro de riego. Vientos entre 10 a 13 Km./hora, espaciamiento = al 50% del diámetro de riego. Vientos entre 13 a 30 Km./hora, espaciamiento = al 30% del diámetro de riego. Esquema rectangular.
Espaciamiento a lo largo del lateral = al 50% diámetro de riego. El espaciamiento entre los laterales = al 65% diámetro de riego. Si los vientos son entre 8 a 16 Km./hora el espaciamiento entre laterales es de 50% diámetro de riego. Para vientos mayores de 16 Km./hora el espaciamiento entre laterales es de 30% diámetro de riego Esquema tresbolillo (triangular)
Vientos de 0 a 8 Km./hora Espaciamiento a lo largo del lateral = al 75% diámetro de riego. El espaciamiento entre los laterales = al 86% diámetro de riego. Vientos de 8 a 10 Km./hora. Espaciamiento a lo largo del lateral = al 60% diámetro de riego. El espaciamiento entre los laterales = al 70% diámetro de riego. Vientos de 10 a 13 Km./hora. Espaciamiento a lo largo del lateral = al 55% diámetro de riego. El espaciamiento entre los laterales = al 65% diámetro de riego. Vientos de 13 a 30 Km./hora. Espaciamiento a lo largo del lateral = al 50% diámetro de riego. El espaciamiento entre los laterales = al 60% diámetro de riego. Para aspersores de alta presión y para el tipo hidráulico gigante.
La distancia diagonal para dos aspersores situados en laterales adyacentes no deberá exceder 66% el diámetro de riego. Para vientos entre 8 a 16 Km./hora no debe exceder el 50% del diámetro de riego. Los espaciamientos entre aspersores (Ea) y entre laterales (El), son estimativos calculándose la distancia diagonal por la formula siguiente. Esquema cuadrado y rectangular.
Esquema triangular.
Debe instalarse un elevador recto entre la cabeza del aspersor y la tubería lateral, para evitar la turbulencia que se produce cuando la dirección del flujo cambia hacia el aspersor. Si no se elimina la turbulencia llega a la boquilla y causa una fragmentación permanente de la corriente reduciendo el alcance del chorro y por tanto en patrón de distribución del aspersor. La longitud del tubo elevador depende del caudal del aspersor, La longitudes mínimas recomendadas para el elevador son las siguientes:
Con el aspersor preseleccionado se determina el tiempo de riego neto, este depende del caudal del aspersor, de la demanda del cultivo, de la eficiencia de aplicación según las condiciones climáticas, de la demanda del cultivo, en caso de sistemas móviles se tendrá en cuenta también la capacidad de retención de humedad del suelo. La intensidad de aplicación del aspersor se determina por:
Donde: Qasp = Caudal del aspersor (l/seg) Ea = Espaciamiento entre aspersores (m) El = Espaciamiento entre laterales (m) Ia = Intensidad de aplicación del aspersor (mm/h) Los días entre riegos (Ir) depende de la demanda diaria del cultivo y de la capacidad de retención de humedad del suelos.
Donde Ir = intervalo entre riegos (días) Va = Volumen de agua almacenada (l/m2) Etc = Demanda diaria del cultivo (l/m2) El tiempo neto de riego del aspersor se determina por la formula siguiente.
Donde: Ef = Eficiencia de aplicación del riego.
Valoras de la eficiencia de aplicación para distintas condiciones climáticas.
Otros valoras de la eficiencia de aplicación para distintas condiciones climáticas
Viento: En zonas con vientos fuertes, la eficiencia de riego se verá afectada por la perdida de las gotas de agua que el viento lleva fuera de las parcelas de riego. El efecto del viento es mayor con aspersores que pulverizan mucho del agua. Esto ocurre cuando el índice de gotas (IG) es mayor que 17. Otros factores importantes son el ángulo de la boquilla con respecto al horizonte y la altura de elevación del aspersor. Un ángulo mayor y una elevación mayor ambos producen una mayor elevación del chorro en el aire y una mayor exposición al viento. Puntos de atención en zonas donde se presenta este problema por lo tanto son: 1) Adecuada selección de aspersores: Boquillas con diámetro mayor (24mm) y ángulo pequeño ( igual o menos a 20º). 2) Cuidado en la selección de los diámetros de las tuberías de presión a fin de evitar presiones dinámicas demasiado altas en los hidrantes. 3) Selección de la altura del elevador (lo más bajo posible). 4) Crear suficiente posibilidad de almacenamiento en las cámaras de carga para permitir la suspensión del riego durante las horas del día con más viento. 5) Distanciamiento entre aspersores más pequeños. 6) Instalación de barreras de viento 7) Utilizar aspersores sectorizados con una boquilla en los bordes de la parcela. Al no solucionar los puntos arriba mencionados, la eficiencia puede quedar muy por debajo de los valores referenciales utilizados para riego por aspersión. Efectos de borde: En el caso de pequeñas parcelas y aspersores con diámetros de humedesirniento grandes, pueden haber importantes pérdidas en los bordes: para tener un buen humedecimiento de toda la parcela, es inevitable regar una franja alrededor de la parcela que recibirá menos agua que la parcela misma. Se puede solucionar eso escogiendo aspersores sectoriales, aspersores con diámetros más pequeños, o plantar en esta franja otros cultivos que se adapten al riego deficiente y aprovechen el agua al máximo.
Recomendaciones de diseño. • Utilizar presiones inferiores a 40 kg/cm2
• Aprovechar al máximo el riego nocturno • Utilizar aspersores con dos boquillas • Utilizar en sistemas estacionarios marcos cuadrados y a tresbolillo (triangulares) • Diseñar sistema con pluviométricas de 6 a 8 mm/hora
Diseño del lateral de riego. Para las tuberías de las líneas laterales pueden utilizarse distintos materiales y diámetros según el presupuesto, cultivos, tipos de sistema y extensión del mismo. • Acero galvanizado. • Aluminio. • Polietileno. • PVC.
El precio y durabilidad de las tuberías descienden en el orden expresado en el listado anterior. En los sistemas móviles o semi-móviles se pueden utilizarse los cuatro materiales, mienta en los estacionario se utilizan preferentemente tuberías plásticas.
Los diámetros más utilizados para laterales son: Ø 50 - 70 - 89 - 108 - 133 y 159 mm, en el caso de laterales de polietileno se utilizan hasta con diámetros de hasta de 25 mm Los diseños de los tubos para las líneas laterales deberán escogerse de tal manera que la variación de presiones total en la línea, debida a las perdidas de carga por elevación y rozamiento, no exceda el 20% de la presión nominal del aspersor. (Presión de operación proyectada del aspersor) En el primer aspersor la presión no debe exceder al 15% de la presión nominal (PN) mientras la presión del último aspersor será del 5% menor de dicha presión nominal. En un lateral de un solo diámetro en posición horizontal el aspersor con la precisión nominal se ubica a 1/3 de la longitud total del lateral.
Descarga hoja exel para el diseño de laterales sencillos y telescopicos de aluminio, PVC y PE Lateral de Aspersión. (1,38 MB) Xls
Descarga alternativa
En parcelas pequeñas la longitud del lateral se establece según la configuración del terreno, de forma general debe tratarse que sean lo más uniforme posible para que puedan intercambiarse lo que facilita la operación del sistema y de esta forma se reduce la perdida de tiempo durante el traslado de los laterales. Para determinar la longitud de las líneas laterales se procede de la forma siguiente: • Se asume un valor inicial de longitud del lateral. • Se calcula la cantidad de aspersores según el espacia miento definido. • Se calcula la perdidas admisible en el lateral (Pa). • Se asume un diámetro inicial para el lateral y se determinan las perdidas según el gasto y el
número de aspersores. Para el cálculo de las perdidas en el lateral pueden utilizarse cualquiera de las fórmulas conocidas, en el caso de laterales de aluminio puede utilizarse la formula de Scobey ya que incluye las perdidas singulares que se procuren por los acoples y derivaciones propias de las líneas laterales para esto se contempla una mayoración del 20%. Esta formula esta concebida para tuberías de 10 m si se utilizan tubos de 6 m debe agregarse a las perdida calculadas un 7% (1,07 Hf) y para tuberías de 12 m (0,97 Hf)
Donde: Hf = Perdidas de carga (m / m) Q = Caudal (m3 / s) D = Diámetro (m) Coeficiente K.
Tubos de acero galvanizado con acoples 0.42 Tubos de aluminio 0.40 Tuberías de plásticos 0.32 También pueden utilizarse las formulas de Hazen-William y Blasius multiplicando el valor obtenido de Hf por 1,20 para tener en cuenta las perdidas en las uniones y derivaciones.
Hazen-William.
Donde: S = Perdidas de carga (m / m) Q = Caudal (m3 / s) D = Diámetro (m) Coeficiente C. Tuberías de plástico nuevas 150 Tuberías de aluminio 125 Tuberías de acero nuevas 120
Blasius.
Para plásticos D<110 mm y temperatura del agua de 20ºC. Donde: S = Perdidas de carga (m / m) Q = Caudal (l / h) D = Diámetro (mm) Una corriente de agua que fluye por toda la longitud de una tubería de diámetro y largo determinado, obviamente causará más fricción que en otra, en cuya línea hay cierto número de salidas igualmente espaciadas. La razón de esto obedece a la reducción del flujo cada vez que pasa por una salida. El método desarrollado por Chistiansen para calcular las perdidas de presión en tuberías con salidas múltiples, ha sido aceptado ampliamente. Comprende en primer lugar el cálculo de las perdidas por facción en la línea sin salidas múltiples y luego la aplicación del factor (F) en dependencia de la cantidad de salidas (aspersores) en la línea. La ecuación empírica para el cálculo del factor (F) es:
m = Exponente de la velocidad en la formula de perdidas de presión. Scobey = 1,9 Hazen-William = 1,85 Blasius = 1,75 N = número de salidas en la línea (aspersores)
Factor (F) para tuberías con salidas múltiples
Perdidas corregidas. Para tener en cuenta las múltiples salidas que ocasionan los aspersores en la línea lateral, a las perdidas totales ya calculadas con el gasto total se multiplica por el factor de Chisteansen. (F)
Donde: Hfc = Las perdidas por fricción corregidas por el factor de salidas múltiples. Laterales sobre terreno plano.
En este caso la pérdida admisible en el lateral debida a la fricción (Hfc) es igual al 20% de (PN).
Para determinar los requerimientos de presión en la tubería principal o maestra (PL) debe tenerse en cuenta la presión necesaria para elevar el agua en el tubo de subida o elevador del aspersor (Pe) Para una línea lateral con pendiente "0" la formula es:
Donde: PN = Presión nominal del aspersor (mca). Hf = Perdidas por fricción del la línea lateral considerando el gasto total (mca). F = Coeficiente de Chisteansen teniendo en cuenta el número de aspersores. Pe = Altura del elevador (m). El factor (0,75) se usa para considerar el promedio de presiones de operación en un punto intermedio de la línea en lugar de hacerlo en el extremo. Laterales tendidos cuesta arriba.
En este caso la pérdida admisible en el lateral debida a la fricción (Hfc) es igual al 20% de (PN) menos la presión que se pierde por la diferencia de altura de la tubería
Donde: Δ H = Es la diferencia de nivel entre el primer y último aspersor (m).
Para determinar la presión necesaria en la tubería principal o maestra:
Laterales tendidos cuesta abajo.
En el caso de laterales cuesta abajo, la perdida admisible debida a la fricción es igual al 20% de (PM) más la presión que se gana por la diferencia de altura de la tubería.
Finalmente la presión necesaria en la tubería principal se determina mediante:
Es obvio que cuando los laterales están tendidos cuesta abajo permiten mayor longitud o menor diámetro sin sacrificar la uniformidad del riego, este aspecto es importante tenerlo en cuenta en el diseño de la red principal. En terrenos muy inclinados se recomienda reducir los diámetros de los tubos, para aumentar las perdidas y logra la uniformidad requerida en el lateral. Laterales de dos diámetros de tubo.
La mayoría de los agricultores prefieren por conveniencia, líneas laterales de un solo diámetro, pero en algunos casos como en los sistemas totalmente estacionarios los laterales de dos diámetros permiten una disminución de la inversión inicial sin que provoque problemas con la distribución uniforme del agua y costos extras de explotación.
Donde: L = Longitud del tramo Q = Caudal del tramo N = Número de aspersores del tramo Hfc = Perdidas de carga total que tiene el lateral HfcdiL = Perdidas de carga calculadas con la longitud L, el diámetro d1 con Q = Q1 + Q2 y N = N1 + N2 Hfcd1L2 = Perdidas de calculadas en L2 con d1, Q2 y N2 Hfcd2L2 = Perdidas calculadas en L2 con d2, Q2 y N2 Las perdidas permisibles en el lateral se calculan mediante.
y la presión al inicio del lateral se calcula por:
Red principal. Una buena práctica al diseñar la red principal es determinar con antelación el rango de desniveles donde el lateral opera con buena uniformidad, estos valores se determinan por:
Por ejemplo, si tenemos un lateral con un aspersor con PN = 30 mca, con una distancia entre el primer y último aspersor de 240 m y las perdidas de presión entre el primer y último aspersor es de 1,20 mca, el lateral trabará uniformemente en rango de desniveles de +4,80 m y -7,20m.
Ejemplo de selección de aspersor. Se desea implantar un sistema de riego por aspersión en el área que aparece en la foto y plano topográfico se muestran a continuación.
Condiciones naturales y del proyecto.
Sistema a implantar semiestacionario (solo se mueven los ramales o laterales) Tipo de ramal aluminio de 6 m de longitud Caudal del rio en estiaje 126 l/seg Área a regar 25,6 Ha Suelo franco arcilloso velocidad de filtración 6,6 mm/hora Desnivel máximo en el sentido de los laterales - 2 m Desnivel mínimo en el sentido de los laterales – 1 m Viento predominante 2 m/seg. (7,2 km / hora) en dirección norte noreste Cultivo, tomate Por las características del cultivo lo adecuado es utilizar un aspersor de baja presión de dos boquillas o un rotor de baja intensidad de aplicación. Inicialmente plantearemos un aspersor de baja presión con espaciamiento de 12 m entre aspersores y 18 m entre ramales con el fin de aumentar la productividad del riego y disminuir la cantidad de ramales necesarios. Determinación del caudal máximo del aspersor
Como la pendiente en el sentido de los laterales es de 0,8 % la velocidad de filtración del suelo no hay que afectarla por el coeficiente de minoración.
El caudal mínimo del aspersor para garantizar una distribución uniforme se determina por:
De esta forma el caudal del aspersor debe estar entre 0,3 y 0,4 l/seg y debe tener un radio de alcance tal que garantice la uniformidad con el marco de 12 x 18 planteado inicialmente. Si la tabla del fabricante proporciona los marcos de riego podemos entra con esta valor y el rango de caudales 1080 a 1440 litros por hora.
Este aspersor con presión de 25 m.c.a. y para el marco preseleccionado presenta buena uniformidad de aplicación de 83,3, según el fabricante Si la tabla del fabricante solo nos proporciona el diámetro de alcance, se calcula el diámetro. Según el marco teórico el alcance del aspersor es:
En este coso entramos a la tabla con el rango de caudales y el diámetro teórico calculado.
Este aspersor según el fabricante a una presión de 21 m.c.a. tiene un alcance de 29,6 m lo que debe garantizar teóricamente buena uniformidad. Pasemos a calcular el grosor de la gota en los dos aspersores seleccionados.
Ejemplo nº 1
Ejemplo nº 2
Los dos aspersores preseleccionados cumplen con el índice de gota adecuado, en este caso nos inclinamos por en nº 2 por requerir menor presión y por tanto menor consumo de energía. Para el gasto de 0,33 l/seg (1200 l/hora) el elevador mínimo requerido es de 0,15 m muy inferior al elevador necesario según el porte del tomate. Cuando el fabricante no ofrece datos de la evaluación de la uniformidad es recomendable realizar dicha evaluación en condiciones de campo según:
Diseño del lateral (ramal de riego)
Según la configuración del área y la topografía, lo más adecuado es establecer la tubería principal fija (maestra) por la parte central del área, de esta forma los laterales quedan tendidos en pendiente, permitiendo mayor uniformidad o menor diámetro del lateral. Con este trazado de la tubería principal se logra que la longitud del lateral sea constante en las puestas siguiente con exención de la pequeña área “D” situada en la la parte inferior derecha. Cabe destacar además que en “C” y “D” la distancia
entre hidrantes en la conductora debe ser mayor para que se mantenga la distancia de 18 m entre laterales. En “A” y “B” la longitud del lateral será de
aproximadamente 247 metros, pero esta longitud debes ser ajustada para que module con el espaciamiento entre laterales de 12 metros. De esta forma la longitud del lateral será de 246 metros, es decir 20 aspersores espaciados a 12 metros más 6 metros entre el primer aspersor y la tubería principal.
Como la presión de operación del aspersor es de 21 m.c.a. y los laterales están tendidos a favor de la pendiente las perdidas permitidas entre el primer y ultimo lateral se determina por:
Tomamos el valor de 1 por ser el más desfavorable en toda el área de riego. El caudal de del lateral es:
En un primer tanteo utilizaremos tubos de 3” (67 mm diámetro interior)
Segundo tanteo utilizando tubos de 4” (92 mm diámetro interior)
El diámetro del lateral será de 4”
Las perdidas al inicio del lateral en el caso de laterales tendidos cuesta abajo se determina por:
A estas perdidas hay que agregar las que se producen en el tridente o tenedor que tiene como fin espaciar los hidrantes a tres veces el espaciamiento entre laterales, en nuestro ejemplo los hidrantes se espaciaran a 36 m además las que se producen en el hidrante, codo de descarga y codos horizontales. Las perdidas en el hidrante pueden calcularse por la formula de perdidas locales con los coeficientes K que se dan a continuación:
Esquema del "tridente".
En amarillo aparecen las puestas futuras desde el hidrante del centro. La longitud del tramo recto es de 18 m la suma de los coeficientes K de las pedidas locales que se producen en el hidrante, codo de descarga y codos horizontales es:
La presión que se requiere en la tubería principal será:
Particularidades de la aspersión en el riego de jardines. Los jardines son pequeñas áreas rodeadas de edificios, camino peatonales, calles y objetos que no deben mojarse durante el riego por ello es muy frecuente el uso de emisores sectorizados y alcances muy variados para cumplir este objetivo. Entre los emisores que se utilizan en jardinería tenemos: En los sistemas de riego por aspersión en jardines el radio de alcance de los emisores dependen fundamentalmente de la configuración del área, es usual a la hora de diseñar dividir el jardín en zonas más o menos rectangulares según las dimensiones de las mismas para determinar en cada una de ellas el radio de alcance más conveniente.
Aspersores. Aspersor de jardines
Los aspersores se utilizan en las áreas de mayor dimensión principalmente para el riego del césped, entre sus ventajas se encuentran: • Gran alcance del chorro de riego. • Baja intensidad de aplicación. • Posibilidad de regular el alcance del chorro hasta un 25%. • Ajuste del arco de riego de pequeños ángulos a 360º. • Variedad de boquillas. Desventajas. • Requieren de media a alta presión. • La intensidad de aplicación varia cuando riegan en arcos. • La intensidad varia ligeramente con la reducción del alcance del chorro.
La selección de la boquilla en los aspersores es un aspecto sumamente importante y requiere un cuidado extremo, además de los aspectos a tener en cuenta en los aspersores agrícolas se suma la necesidad en la mayoría de los laterales o sectores de riego de utilizar aspersores que riegan los 360º y otros que riegan con distintos arcos, generalmente de 90º, 180 y en algunos casos 270º. Para lograr este objetivo se selecciona boquillas de distintos diámetros, con caudales proporcionales al sector regado, en la práctica se procede de la forma siguiente: Se selecciona un aspersor con la boquilla mayor posible y que garantice un alcance del chorro igual al radio necesario + 25% para una presión dada. Se determina la intensidad de aplicación reducido el chorro al radio necesario. Para seleccionar la boquilla para un arco por ejemplo de 180º se selecciona una boquilla que con la misma presión que garantice un radio igual o ligeramente mayor que el necesario y caudal aproximadamente igual a la mitad del aspersor de 360º con la que se obtenga una intensidad similar a la que se calculo anteriormente. En sectores que contengan 4 arcos o más arcos distintos es poco probable en la mayoría de los modelos comerciales conseguir un juego de boquillas que rieguen con la uniformidad adecuada, una solución es colocar los aspersores que riegan con 360º y 180º en un sector y los que riegan a 90º y 270º en otro sector, naturalmente estos sectores tendrán distintas intensidades de aplicación es por ello que para aplicar la misma pluviométrica se requieran tiempos distintos en cada uno de ellos.
Tabla con las características para distintas boquillas.
Difusores. Difusor para jardines
Los difusores se utilizan en las áreas con radio limitado donde no es posible utilizar aspersores, existe un rango de radios donde pueden utilizarse indistintamente aspersores y difusores, en este rango la utilización de uno u otro tipo de emisor es optativo pero deben tenerse en cuenta las ventajas y desventajas que tienen para cada diseño especifico. Ventajas. • Baja presión de operación. • Ajuste del arco de riego de pequeños ángulos a 360º. • La intensidad es constante ahueque el arco sea distinto. • Permite regar áreas angostas. • La intensidad es la misma para distintos radios y toberas. Desventajas • El caudal varía según el arco de riego. • El caudal varía según el alcance. • La intensidad de aplicación es alta lo que limita su uso en suelos poco permeables. • Necesidad de utilizar toberas distintas cuando cambia el radio. • Mayor costo de instalación.
La utilización de difusores facilita grandemente el diseño de los sistemas de riego ya que permite la utilización de difusores con alcance distintos y aros distintos en un mismo sector obteniéndose la misma intensidad de aplicación, solo hay que tener en cuenta la variación del caudal a la hora de realizar los cálculos.
Tabla con las características para distintas boquillas
Rotor. Rotor para jardines
Los rotores tienen la mismas características que los difusores, con la ventaja regar con menor intesidad de aplicación y el giro de los chorros. Microasperso para jardines
Observaciones adicionales. Por la diferencia en la intensidad de aplicación entre aspersores y difusores no se deben emplear en el mismo sector de riego. Los fabricantes realizan sus evoluciones de la uniformidad en condiciones de viento cero, si la zona donde vivimos es poco ventosa o se pretende regar en horario nocturno, cuado el viento es de poca intensidad, podemos utilizar los valores de mayor espaciamiento de la tabla esto nos permite economizar en la instalación ya que se requiere menor cantidad de aspersores y menor cantidad de tuberías para regar la misma área sin que el coeficiente de uniformidad baje del 85% aceptado como bueno. Si la zona es ventosa nos desplazamos hacia los espaciamientos menores. La intensidad del agua aplicada por el aspersor y difusores se expresa en mm de precipitación o su equivalente litros/m2 , este valor nos permite calcular en tiempo de cada riego, si conoceos la cantidad de agua a aplicar en cada riego.
Cálculo de pérdidas de carga en tuberías La pérdida de carga que tiene lugar en una conducción representa la pérdida de energía de un flujo hidráulico a lo largo de la misma por efecto del rozamiento. A continuación se resumen las principales fórmulas empíricas empleadas en el cálculo de la pérdida de carga que tiene lugar en tuberías: 1. Darcy-Weisbach (1875) 2. Manning (1890) 3. Hazen-Williams (1905) 4. Scimeni (1925) 5. Scobey (1931)
6. Veronesse-Datei 7. Pérdidas de carga en singularidades
Darcy-Weisbach (1875) Una de las fórmulas más exactas para cálculos hidráulicos es la de Darcy-Weisbach. Sin embargo por su complejidad en el cálculo del coeficiente "f" de fricción ha caído en desuso. Aún así, se puede utilizar para el cálculo de la pérdida de carga en tuberías de fundición. La fórmula original es: h = f *(L / D) * (v2 / 2g) En función del caudal la expresión queda de la siguiente forma: h = 0,0826 * f * (Q2/D5) * L En donde:
h: pérdida de carga o de energía (m) f: coeficiente de fricción (adimensional) L: longitud de la tubería (m) D: diámetro interno de la tubería (m) v: velocidad media (m/s) g: aceleración de la gravedad (m/s 2) Q: caudal (m3 /s) El coeficiente de fricción f es función del número de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (ε r): f = f (Re, εr);
Re = D * v * ρ / μ;
εr = ε / D
ρ: densidad del agua (kg/m 3). Consultar tabla. μ: viscosidad del agua (N�s/m2). Consultar tabla. ε: rugosidad absoluta de la tubería (m) En la siguiente tabla se muestran algunos valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES Material
ε
(mm)
Material
ε (mm)
Plástico (PE, PVC)
0,0015
Fundición asfaltada
0,060,18
Poliéster reforzado con fibra de vidrio
0,01
Fundición
0,120,60
Tubos estirados de acero
0,0024
Acero comercial y soldado
0,030,09
Tubos de latón o cobre
0,0015
Hierro forjado
0,030,09
Fundición revestida de cemento
0,0024
Hierro galvanizado
0,060,24
Fundición con revestimiento bituminoso
0,0024
Madera
0,180,90
Fundición centrifugada
0,003
Hormigón
0,3-3,0
Para el cálculo de "f" existen múltiples ecuaciones, a continuación se exponen las más importantes para el cálculo de tuberías: a. Blasius (1911). Propone una expresión en la que "f" viene dado en función del Reynolds, válida para tubos lisos, en los que ε r no afecta al flujo al tapar la subcapa laminar las irregularidades. Válida hasta Re < 100000: f = 0,3164 * Re-0,25 b. Prandtl y Von-Karman (1930). Amplían el rango de validez de la fórmula de Blasius para tubos lisos:
1 / √f = - 2 log (2,51 / Re√f ) c. Nikuradse (1933) propone una ecuación válida para tuberías rugosas:
1 / √f = - 2 log (ε / 3,71 D) d. Colebrook-White (1939) agrupan las dos expresiones anteriores en una sola, que es además válida para todo tipo de flujos y rugosidades. Es la más exacta y universal, pero el problema radica en su complejidad y en que requiere de iteraciones:
1 / √f = - 2 log [(ε / 3,71 D) + (2,51 / Re√f )] e. Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y actuando la rugosidad relativa ( εr ) como parámetro diferenciador de las curvas:
Manning (1890) Las ecuaciones de Manning se suelen utilizar en canales. Para el caso de las tuberías son válidas cuando el canal es circular y está parcial o totalmente lleno, o cuando el diámetro de la tubería es muy grande. Uno de los inconvenientes de la fórmula es que sólo tiene en cuenta un coeficiente de rugosidad (n) obtenido empíricamente, y no las variaciones de viscosidad con la temperatura. La expresión es la siguiente: h = 10,3 * n2 * (Q2/D5,33) * L En donde:
h: pérdida de carga o de energía (m) n: coeficiente de rugosidad (adimensional) D: diámetro interno de la tubería (m) Q: caudal (m3 /s) L: longitud de la tubería (m)
El cálculo del coeficiente de rugosidad "n" es complejo, ya que no existe un método exacto. Para el caso de tuberías se pueden consultar los valores de "n" en tablas publicadas. Algunos de esos valores se resumen en la siguiente tabla:
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE MANNING DE MATERIALES Material
n
Material
n
Plástico (PE, PVC)
0,006-0,010
Fundición
0,012-0,015
Poli�ster reforzado con fibra de vidrio
0,009
Hormigón
0,012-0,017
Acero
0,010-0,011
Hormigón revestido con gunita
0,016-0,022
Hierro galvanizado
0,015-0,017
Revestimiento bituminoso
0,013-0,016
Hazen-Williams (1905) El método de Hazen-Williams es válido solamente para el agua que fluye en las temperaturas ordinarias (5 ºC - 25 ºC). La fórmula es sencilla y su cálculo es simple debido a que el coeficiente de rugosidad "C" no es función de la velocidad ni del diámetro de la tubería. Es útil en el cálculo de pérdidas de carga en tuberías para redes de distribución de diversos materiales, especialmente de fundición y acero: h = 10,674 * [Q1,852/(C1,852* D4,871)] * L En donde:
h: pérdida de carga o de energía (m) Q: caudal (m3 /s) C: coeficiente de rugosidad (adimensional) D: diámetro interno de la tubería (m) L: longitud de la tubería (m) En la siguiente tabla se muestran los valores del coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams para diferentes materiales:
COEFICIENTE DE HAZEN-WILLIAMS PARA ALGUNOS MATERIALES Material
C
Material
C
Asbesto cemento
140
Hierro galvanizado
120
Latón
130-140
Vidrio
140
Ladrillo de saneamiento
100
Plomo
130-140
Hierro fundido, nuevo
130
Plástico (PE, PVC)
140-150
Hierro fundido, 10 años de edad
107-113
Tubería lisa nueva
140
Hierro fundido, 20 años de edad
89-100
Acero nuevo
140-150
Hierro fundido, 30 años de edad
75-90
Acero
130
Hierro fundido, 40 años de edad
64-83
Acero rolado
110
Concreto
120-140
Lata
130
Cobre
130-140
Madera
120
Hierro dúctil
120
Hormigón
120-140
Scimeni (1925) Se emplea para tuberías de fibrocemento. La fórmula es la siguiente: h = 9,84 * 10-4 * (Q1,786/D4,786) * L En donde:
h: pérdida de carga o energía (m) Q: caudal (m3 /s) D: diámetro interno de la tubería (m) L: longitud de la tubería (m)
Scobey (1931) Se emplea fundamentalmente en tuberías de aluminio en flujos en la zona de transición a régimen turbulento. En el cálculo de tuberías en riegos por aspersión hay que tener en cuenta que la fórmula incluye también las pérdidas accidentales o singulares que se producen por acoples y derivaciones propias de los ramales, es decir, proporciona las pérdidas de carga totales. Le ecuación es la siguiente: h = 4,098 * 10-3 * K * (Q1,9/D1,1) * L En donde:
h: pérdida de carga o de energía (m) K: coeficiente de rugosidad de Scobey (adimensional) Q: caudal (m3 /s) D: diámetro interno de la tubería (m) L: longitud de la tubería (m) Se indican a continuación los valores que toma el coeficiente de rugosidad "K" para distintos materiales:
COEFICIENTE DE RUGOSIDAD DE SCOBEY PARA ALGUNOS MATERIALES Material
K
Material
K
Acero galvanizado con acoples
0,42
Acero nuevo
0,36
Aluminio
0,40
Fibrocemento y plásticos
0,32
Veronesse-Datei Se emplea para tuberías de PVC y para 4 * 10 4 < Re < 10 6:
h = 9,2 * 10-4 * (Q1,8/D4,8) * L En donde:
h: pérdida de carga o energía (m) Q: caudal (m3 /s) D: diámetro interno de la tubería (m) L: longitud de la tubería (m)
Pérdidas de carga en singularidades Además de las pérdidas de carga por rozamiento, se producen otro tipo de pérdidas que se originan en puntos singulares de las tuberías (cambios de dirección, codos, juntas...) y que se deben a fenómenos de turbulencia. La suma de estas pérdidas de carga accidentales o localizadas más las pérdidas por rozamiento dan las pérdidas de carga totales. Salvo casos excepcionales, las pérdidas de carga localizadas sólo se pueden determinar de forma experimental, y puesto que son debidas a una disipación de energía motivada por las turbulencias, pueden expresarse en función de la altura cinética corregida mediante un coeficiente empírico (K): h = K * (v2 / 2g) En donde:
h: pérdida de carga o de energía (m) K: coeficiente emp�rico (adimensional) v: velocidad media del flujo (m/s) (m/s2) El coeficiente "K" depende del tipo de singularidad y de la velocidad media en el interior de la tubería. En la siguiente tabla se resumen los valores aproximados de "K" para cálculos rápidos:
VALORES DEL COEFICIENTE K EN PÉRDIDAS SINGULARES Accidente
K
L/D
Válvula esférica (totalmente abierta)
10
350
Válvula en ángulo recto (totalmente abierta)
5
175
Válvula de seguridad (totalmente abierta)
2,5
-
Válvula de retención (totalmente abierta)
2
135
Válvula de compuerta (totalmente abierta)
0,2
13
Válvula de compuerta (abierta 3/4)
1,15
35
Válvula de compuerta (abierta 1/2)
5,6
160
Válvula de compuerta (abierta 1/4)
24
900
Válvula de mariposa (totalmente abierta)
-
40
T por salida lateral
1,80
67
