SEP
SES
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Institut nst ituto o Tecno Tecnológ lógico ico de Zitácuaro Zitácuaro INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA ELECTROMECÁNICA RESIDENCIA PROFESIONAL
PROYECTO
“PROPUESTA DE SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO POR ASPERCIÓN PARA LAS ÁREAS VERDES Y GOTEO PARA PLANTACIÓN DE AGUACATE EN UN INMUEBLE UBICADO EN LA LOCALIDAD DE AVÁNDARO MUNICIPIO DE VALLE DE BRAVO, ESTADO DE MÉXICO. ”
EMPRESA: ELECTROINDUSTRAL ELECTROINDUSTRAL DE ZITÁCUARO CALLE MORELOS SUR #48 ZITÁCUARO MICHOACÁN TEL. (715)1539289
ESTUDIANTE:
C. FRANCISCO GABRIEL LÓPEZ ARTEAGA No. DE CONTROL: 11650419 ASESOR INTERNO:
M. EN C. OSCAR FERNANDO GUZMÁN ASESOR EXTERNO:
Ing. Agustín Arriaga Maya FECHA:
21/JUNIO/2016
AGRADECIMIENTOS AGR ADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS DEDICAT ORIAS.. A DIOS por bridarme la vida y la oportunidad de poder realizar mis residencias
profesionales y así poder concluir de manera satisfactoria la carrera que comencé hace a algunos años. A mi mi esposa esposa Brenda García Villalobos e hija hija Brenda Gabriela López García por todo
el apoyo, desvelos y dedicación para lograr este objetivo. A mis padres Ing. Dr. Agustín López Nuñez, Nazaria Arteaga Salas y Hermanos Hermanos Guadalupe Teresa López Arteaga y Jesús López Arteaga,
por todo el apoyo
brindado, esfuerzo y esmero por hacer de su hijo y hermano un profesional. Asesor interno. M.en C. Oscar Fernando Guzmán. Por conducir mi proyecto de residencia profesionales, por su tiempo, esfuerzo, dedicación y profesionalismo. Asesor externo. Ing. Agustín Arriaga Maya. Por conducir mi proyecto de residencia profesionales, por su tiempo, esfuerzo, dedicación y profesionalismo. Al personal del Departamento de Gestión y Vinculación Tecnológica del Instituto Tecnológico de Zitácuaro. Jefe del Departamento de Ciencias de la Tierra T ierra Mtro. Macario Esquivel Sánchez. Al personal del Departamento de Ciencias de la Tierra. T ierra. Mis más sinceras gracias. Ing. Cuauhtémoc Jiménez Olivares jefe Departamento de División de Estudios Profesionales Profesionales y personal. personal. Mis más sinceras gracias.
INDICE 1.1- Introducción Introducci ón ------------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.2.- Antecedentes históricos ----------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------- 2 1.3.- Definición del problema ---------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.4.- Justificación Justificac ión ---------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 1.5.- Alcances y limitaciones limitacione s ---------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------- 7 1.6.- Objetivo general ---------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 1.7.- Objetivos específicos específico s ------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------- 9 1.8.- Caracterización del área en que se participa ------------------------------------------------------------- ----------------- 10 1.9.- La empresa ---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 1.9.1.- Misión --------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10 1.9.2.- Visión ------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 10 2.- Marco teórico ---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 2.1.- Concepto de sistema de riego ------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------ 12 2.2.- Sistema de riego por aspersión ----------------------------------------------- ---------------------------------------------------------- 12 2.3.- Clasificación Clasific ación del del sistema de riego por aspersión ------------------------------------------------------ ----------- 12 2.3.1.- Sistema de riego de desplazamiento radial -------------------------------------------- ---------------------- 12 2.3.2.- Sistema de riego de cañón aspersor --------------------------------------- -------------------------------------------
13
2.3.3.- Sistema de riego estacionario estacionar io ----------------------------------------------- -------------------------------------------------- 13 2.3.4.- Sistema de riego por microaspersores microasper sores --------------------------------------------- -------------------------------
13
2.4.- Sistema de riego por goteo o gota a gota ------------------------------------------------------------------ ----------------- 14 2.4.1.- Comparativa de los sistemas de riego ------------------------------------------- ------------------------------------- 15 2.5.- Bombas hidráulicas en los sistemas de riego --------------------------------------- ------------------------------- 16 2.6.- Clasificación Clasifi cación de bombas -------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------ 16 2.6.1.- Bombas de desplazamiento desplazam iento positivo (bombas rotatorias) --------------- 17 2.6.1.1.- Bombas de engranes -------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------- 17 2.6.1.2.- Bombas de aspa ---------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------- 17 2.6.1.3.- Bombas de tornillo ----------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------- 18 2.6.1.4.- Bombas de lóbulo ---------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------ 18 2.6.2.- Bombas de desplazamiento desplazamie nto positivo (reciprocantes) ------------------------------------- ------ 19
2.6.2.1.- Bomba reciprocante de simple y doble efecto --------------------------- 19 2.6.2.1.- Bombas de diafragma -------------------------------------------------------
19
2.6.3.- bombas dinámicas ----------------------------------------------------------------
20
2.6.3.1.- Bombas centrifugas ---------------------------------------------------------- 20 2.6.3.1.1. Funcionamiento de las bombas centrífugas ------------------------ 20 2.6.3.1.2. Curvas de las bombas centrífugas ----------------------------------- 22 2.7.- Tubería en los sistemas de riego ---------------------------------------------------
23
2.7.1.- Tubería de hierro galvanizado -------------------------------------------------
23
2.7.2. Tubería de pvc y cpvc -------------------------------------------------------------
23
2.7.3.- Tubería de PPR (Polipropileno Random) o tubo plus --------------------
24
2.7.4.- mangueras de polietileno -------------------------------------------------------
25
2.7.4.1.- Manguera poliducto conduit liso ------------------------------------------
25
2.7.4.2.- Manguera de polietileno de alta densidad ------------------------------- 25 2.8.- La ecuación de la continuidad y el principio de Bernoulli ----------------------
26
2.8.1.- la ecuación de la continuidad ---------------------------------------------------
26
2.8.2- el principio de Bernoulli ----------------------------------------------------------- 27 2.9.- Tuberías en serie y paralelo ---------------------------------------------------------
28
2.9.1.- Sistemas de tuberías en serie --------------------------------------------------- 28 2.9.2.- Sistemas de tuberías en paralelo ----------------------------------------------- 33 2.10.- Pérdidas primarias y secundarias en tuberías --------------------------------- 37 2.10.1.- Pérdidas primarias: ecuación de Darcy ------------------------------------
37
2.10.2.- Pérdidas secundarias -----------------------------------------------------------
38
2.11.- Válvulas ---------------------------------------------------------------------------------
39
2.11.1.- Válvulas distribuidoras ---------------------------------------------------------
39
2.11.2.- Válvulas de cierre ---------------------------------------------------------------
39
2.11.3.- válvulas de flujo ------------------------------------------------------------------
39
2.11.4.- Válvulas de presión -------------------------------------------------------------
39
2.11.4.1.- Válvulas limitadoras -------------------------------------------------------
39
2.11.4.2.- Válvulas reductoras --------------------------------------------------------
39
2.11.5.- Válvulas secuenciadoras ------------------------------------------------------- 39 2.11.6.- Válvulas de frenado -------------------------------------------------------------- 39
2.12.- Tipos de válvulas hidráulicas ------------------------------------------------------- 40 2.12.1.- Válvula de bola -------------------------------------------------------------------
40
2.12.2.- Válvulas de globo ----------------------------------------------------------------
40
2.12.3.- Válvula de mariposa ------------------------------------------------------------- 41 2.12.4.- Válvula de aguja ------------------------------------------------------------------ 42 2.12.5.- Válvula de compuerta -----------------------------------------------------------
42
2.12.6.- Válvula de diafragma ------------------------------------------------------------ 43 2.12.6.1.- Weir (paso restringido) ----------------------------------------------------- 43 2.12.6.2.- Straightway (paso directo) ------------------------------------------------- 43 2.13.- Electroválvulas ------------------------------------------------------------------------- 44 2.14.- Criterios básicos para la selección de válvulas --------------------------------- 45 2.15.- Elección del tipo de válvula de acuerdo a su función ------------------------- 45 2.16.- Concepto de automatización -------------------------------------------------------- 46 2.17.- Automatización del sistema de riego ---------------------------------------------- 46 2.18.- Componentes de un sistema de riego automatizado -------------------------- 47 2.18.1.- Sensores o transductores ------------------------------------------------------- 47 2.18.2.- Actuadores ------------------------------------------------------------------------- 47 2.18.3.- Unidades de control -------------------------------------------------------------- 48 2.18.4.- sistemas de protección eléctrica y alarma ---------------------------------- 49 2.18.5.- Alimentación eléctrica ----------------------------------------------------------- 49 2.19.- Selección del calibre de conductores eléctricos (carga y tierra) en tubería conduit para equipo de riego de acuerdo con la norma de instalaciones eléctricas NOM - 001- SEDE – 2012 --------------------------------------------- 51 2.20.- Protecciones eléctricas de equipos de riego con la norma de instalaciones eléctricas NOM - 001- SEDE – 2012 ----------------------------------------------- 57 2.20.1.- Interruptores termomagnéticos ------------------------------------------------ 57 2.20.2.- Relevadores electromagnéticos ---------------------------------------------- 58 2.21.- Aplicación de sistema de riego por goteo al cultivo del aguacate ---------- 59 2.21.1.- Ventajas ------------------------------------------------------------------------------ 59 2.21.2.- Desventajas ------------------------------------------------------------------------ 61 2.22.- Exigencias del aguacate -------------------------------------------------------------- 62
2.22.1.- Origen --------------------------------------------------------------------------------- 62 2.22.2.- Clima ---------------------------------------------------------------------------------- 63 2.22.3.- Suelo --------------------------------------------------------------------------------- 64 2.22.4.- Humedad --------------------------------------------------------------------------- 64 2.22.5.- Salinidad ---------------------------------------------------------------------------- 64 2.22.6.- pH del suelo ------------------------------------------------------------------------ 65 2.22.7.- Agua --------------------------------------------------------------------------------- 65 2.22.8.- Condiciones climáticas y de suelo -------------------------------------------- 66 3.- Cálculos y desarrollo de las actividades correspondientes a la propuesta del diseño de sistema de riego automatizado ---------------------------------------------- 67 3.1.- Cálculo de área total de riego del inmueble en Avándaro, Edo. De México -------------------------------------------------------------------------------------- 67 3.2.- Áreas de riego por aspersión y goteo ---------------------------------------------------- 68 3.3.- Cálculo de área de riego por aspersión -------------------------------------------- 69 3.4.- Cálculo del número de aspersores requeridos ----------------------------------- 70 3.5.- Determinación de los aspersores y goteros que tendrán lugar en el Proyecto ------------------------------------------------------------------------------------ 71 3.5.1.- Goteros o emisores ------------------------------------------------------------------ 71 3.5.2.- Aspersores --------------------------------------------------------------------------- 72 3.6.- Cálculos del sistema de riego por goteo -------------------------------------------- 72 3.6.1.- Determinación de la bomba centrifuga y su potencia para el llenado de un depósito de agua con capacidad de 1100 litros ---------------------- 72 3.6.1.1.- Criterios de selección ---------------------------------------------------------- 72 3.6.1.2.- Determinación de la bomba centrífuga y su potencia ------------------ 73 3.6.2.- Cálculo del tiempo del llenado de un depósito con capacidad de 1100 litros que proporcionará agua al sistema de goteo, con la bomba WDM PUMPS, modelo DE 15 -1 de 0.5 Hp (horse power) ----------------------- 75 3.6.3.- Cálculo de la altura máxima de aspiración, Z1, a la que es posible Colocar la bomba centrifuga por encima de la superficie del agua sin que ocurra cavitación ---------------------------------------------------------- 77
3.6.3.1.- Problemática -------------------------------------------------------------------- 78 3.6.4.- Cálculo del tiempo de funcionamiento del sistema de goteo para la plantación de aguacate -------------------------------------------------------------- 82 3.6.5.- Cálculo de la cantidad total de agua que se aplica en un riego por goteo ------------------------------------------------------------------------------------- 83 3.6.6.- Cálculo de caudales y velocidades presentes en las tuberías ----------- 84 3.6.6.1.- Cálculo de caudales y velocidades presentes en la tubería de una pulgada de la figura 3.6.6 ------------------------------------------------------- 86 3.6.6.2.- Cálculo de caudales y velocidades presentes en las mangueras de polietileno de alta densidad de ¾” que estan conectadas en serie con
la tubería de pulgada ------------------------------------------------------------ 89 3.6.7.- Conclusiones del sistema de riego por goteo --------------------------------- 98 3.6.8.- Conexión eléctrica del sistema de bombeo automático y manual que aporta agua al sistema de goteo automatizado -------------------------------- 99 3.6.8.1.- Diagrama eléctrico del sistema de llenado automático y manual del depósito que aporta agua al sistema de riego por goteo -------------- 100 3.6.9.- Conexión eléctrica de la electroválvula --------------------------------------- 100 3.6.9.1.- Diagrama eléctrico del temporizador que da función a la electroválvula ------------------------------------------------------------------ 101 3.7.- Cálculos del sistema de riego por aspersión ------------------------------------- 102 3.7.1.- Capacidad de la bomba centrífuga -------------------------------------------- 102 3.7.2.- Presión de descarga, presión de succión y carga total ------------------ 102 3.7.3.- Necesidades de agua del césped (caudal mínimo requerido para cubrir el riego) --------------------------------------------------------------------------------- 103 3.7.4.- Determinación del caudal real que proporcionará cada aspersor ------- 105 3.7.5.- Cálculo de caudales y velocidades presentes en las tuberías del sistema de riego por aspersión --------------------------------------------------------- 105 3.7.6.- Cálculo de caudales y velocidades reales presentes en las tuberías de acero galvanizado del sistema de riego por aspersión en la tobera de descarga de la bomba ----------------------------------------------------------------------- 107 3.7.7.- Cálculo de las pérdidas de carga por unidad de longitud (j) en las
mangueras de polietileno de alta densidad con diámetro de 1.5 pulgadas --------- 110 3.7.8.- Cálculo de la cantidad de mangueras en serie de media pulgada que se pueden conectar a una manguera de 1.5 pulgadas en base a su área ------------- 112 3.7.9.- Cálculo de la velocidad, caudal y pérdidas de carga por unidad de longitud (j) al reducir el diámetro de 1.5 a 0.5 pulgadas --------------------------------- 112 3.7.10. Selección de la bomba centrifuga para el sistema de riego por aspersión 114 3.7.10.1.- Criterios de selección -------------------------------------------------------------- 114 3.7.10.2.- Cálculos de pérdidas de carga para selección de la bomba centrifuga y su potencia --------------------------------------------------------------------------------------- 114 3.7.11. Cálculo de la altura máxima hs a la que es posible colocar la bomba marca BONASA, modelo ME – 15.3 Bif sin que ocurra cavitación ------------------- 116 3.7.12.- Cálculo de la presión de succión de la BONASA, modelo ME – 15.3 Bif -119 3.7.13.- Cálculo de la presión de descarga de la bomba BONASA, modelo ME – 15.3 Bif -------------------------------------------------------------------------------------- 121 3.7.14.- Determinación del tiempo de operación del sistema de riego automatizado ------------------------------------------------------------------------------------- 121 3.7.14.- Determinación del volumen de agua consumido por día con la operación del sistema de riego automatizado ----------------------------------------------------------- 122 3.7.15.- Simbología y diagrama eléctrico de la conexión de las bombas bifásicas del sistema de riego por aspersión ----------------------------------------------------------- 123 3.7.16. – Tablas de costos de los sistemas de riego por aspersión y goteo automatizados -------------------------------------------------------------------------------------124 3.7.16.1.- Tabla de costos del sistema por goteo ------------------------------------------124 3.7.16.2.- Tabla de costos del sistema por aspersión ------------------------------------ 125 3.8.- Cálculo de los conductores eléctricos y tubería conduit de acuerdo a la norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 ------------------------------------- 126 3.8.1.- Selección de conductores eléctricos ------------------------------------------------126 3.8.2.- Selección de tubería conduit necesaria en base a los conductores Seleccionados -------------------------------------------------------------------------------------128 3.9.- Protecciones eléctricas -------------------------------------------------------------------129
3.9.1.- protecciones eléctricas en el sistema de goteo -----------------------------------129 3.10.- Resultados finales y recomendaciones --------------------------------------------- 130 3.10.1.- Resultados -------------------------------------------------------------------------------130 3.11.- Conclusiones generales a cerca de los sistemas de riego automatizados - 131 3.12.- Competencias aplicadas ----------------------------------------------------------------131
4.- Bibliografía ------------------------------------------------------------------------------------- 132 5.- Anexos ------------------------------------------------------------------------------------------ 134 5.1.- Anexos A ------------------------------------------------------------------------------------- 134 5.2.- Anexos B ------------------------------------------------------------------------------------- 135 5.3.- Anexos C -------------------------------------------------------------------------------------136 5.4.- Anexos D -------------------------------------------------------------------------------------136 5.5.- Anexos E -------------------------------------------------------------------------------------136 5.6.- Anexos F -------------------------------------------------------------------------------------137 5.7.- Anexos G -------------------------------------------------------------------------------------138 5.1.- Anexos H -------------------------------------------------------------------------------------139 5.1.- Anexos H1 -----------------------------------------------------------------------------------140 5.1.- Anexos I --------------------------------------------------------------------------------------141 5.1.- Anexos J -------------------------------------------------------------------------------------142 5.1.- Anexos K ------------------------------------------------------------------------------------ 142 5.1.- Anexos L --------------------------------------------------------------------------------------143 5.1.- Anexos M -------------------------------------------------------------------------------------143 5.1.- Anexos N -------------------------------------------------------------------------------------144 5.1.- Anexos O -------------------------------------------------------------------------------------146 5.1.- Anexos P -------------------------------------------------------------------------------------146 5.1.- Anexos Q -------------------------------------------------------------------------------------147 5.1.- Anexos R -------------------------------------------------------------------------------------147 5.1.- Anexos S -------------------------------------------------------------------------------------148 5.1.- Anexos T -------------------------------------------------------------------------------------152 5.1.- Anexos U -------------------------------------------------------------------------------------152
LISTA DE TABLAS Tabla 2.4. Cuadro comparativo sobre las características de los sistemas de riego --------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 Tabla 2.9.2. Propiedades del agua a diferentes temperaturas -------------------------- 34 Tabla 2.19.a. Fórmulas para obtener la corriente nominal en un circuito de corriente continua, corriente alterna monofásica o trifásica ----------------------------- 51 Tabla 2.19.b. Capacidad de conducción de corriente (A) permisible de conductores aislados para 0 a 2000 V nominales y 60°C a 90°C. No más de tres conductores portadores de corriente en una canalización o directamente enterrados, para una temperatura ambiente de 30°C ------------------- 53 Tabla 2.19.c. Factores de corrección para corregir la capacidad de conducción de corriente tomada de la tabla 2.9.b a diferentes temperaturas ----------------------- 53 Tabla 2.19.d. Factores de corrección por agrupamiento a diferentes temperaturas ---------------------------------------------------------------------------------------- 54 Tabla 2.19.e. Parámetros eléctricos generales de cables en tubo (conduit) -------- 55 Tabla 2.19.d. Tamaño nominal mínimo de conductores de puesta a tierra para equipos ---------------------------------------------------------------------------------------- 56 Tabla 2.21.1.a. Cantidad de fertilizante aplicado por árbol de aguacate ------------- 61 Tabla No.2.22.7.a. Volúmenes de riego en litros por árbol por semana de acuerdo con la edad de la plantación --------------------------------------------------------- 66 Tabla No.2.22.8.a. Requerimientos buenos y marginales del desarrollo del aguacate --------------------------------------------------------------------------------------------- 66 Tabla 3.6.6.1.- Valores reales de la tubería de una pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.1 ------------------------ 88 Tabla 3.6.6.2.a.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.a --------------------- 93 Tabla 3.6.6.2.b.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.b --------------------- 94 Tabla 3.6.6.2.c.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.c --------------------- 95
Tabla 3.6.6.2.d.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.d --------------------- 96 Tabla 3.6.6.2.d.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.d --------------------- 98 Tabla 3.7.9.a.- Valores relevantes en las mangueras de 0.5 pulgadas donde conectaran los aspersores --------------------------------------------------------------------- 113 Tabla 3.7.9.b.- Valores relevantes en las mangueras de 0.5 pulgadas donde conectaran los aspersores ----------------------------------------------------------------------113 Tabla 3.7.16. Tabla de costos del sistema de riego por goteo ------------------------- 124 Tabla 3.10. Tabla de costos del sistema de riego por aspersión ----------------------125
LISTA DE FIGURAS Figura 1. Ubicación de la empresa. Google Earth ----------------------------------------- 11 Figura 2.2. Aspersor y estaca para riego por aspersión --------------------------------- 12 Figura 2.3.1. A) Sistema de riego de pivote central, B) Sistema de riego de desplazamiento radial (360°) --------------------------------------------------------------- 12 Figura 2.3.2. Sistema de riego de cañón gigante o cañón aspersor ------------------ 13 Figura 2.3.3. Sistema de riego estacionario ------------------------------------------------ 13 Figura 2.3.4. Sistema de riego por microaspersión --------------------------------------- 13 Figura 2.4. A) Gotero regulable de sistema de riego por goteo, B) Gotero autocompensable de sistema de riego gota a gota -------------------------------------- 14 Figura 2.6. Clasificación completa de las bombas hidráulicas ------------------------ 16 Figura 2.6.1. Bomba de desplazamiento positivo ----------------------------------------- 17 Figura 2.6.1.1. Bomba de engranes ---------------------------------------------------------
17
Figura 2.6.1.2 Bomba de aspas deslizantes ----------------------------------------------- 18 Figura 2.6.1.4. Bomba de rotores múltiples del tipo tornillo ----------------------------- 18 Figura 2.6.1.4. Bomba de rotores múltiples del tipo lóbulos --------------------------- 18 Figura 2.6.2.1. Bomba de doble efecto reciprocante ------------------------------------- 19 Figura 2.6.2.2. Bomba de diafragma --------------------------------------------------------- 19 Figura 2.6.3.1. Componentes de una bomba centrífuga -------------------------------- 21 Figura 2.6.3.1.2.- Formas de curvas típicas para una bomba centrífuga ----------- 22 Figura 2.7.1.- Diversas conexiones y tubería de hierro galvanizado ----------------- 23 Figura 2.7.2.- A) Conexiones y tubería pvc. B) Conexiones, válvula y tubería cpvc ------------------------------------------------------------------------------------------------- 24 Figura 2.7.3.- Ejemplares de Tubería de PPR o tubo plus ----------------------------- 24 Figura 2.7.4.1. Ejemplares de manguera de polietileno ------------------------------
25
Figura 2.8.1. Tramo de tubería con sus respectivas secciones y velocidades ---
26
Figura 2.8.2. Ecuación de Bernoulli --------------------------------------------------------- 27 Figura 2.9.1.a.- Tuberías conectadas en serie -------------------------------------------- 28 Figura 2.9.1.b.- Gráfica de H calculada para valores seleccionados de Q ---------
30
Figura 2.9.1.c. Diagrama de Moody ---------------------------------------------------------
31
Figura 2.9.1.d. Pruebas de Nikuradze con tuberías con rugosidad de arena ------ 32 Figura 2.9.2.a. Sistema de tuberías en paralelo ----------------------------------------- 33 Figura 2.11. Sección de una válvulas -------------------------------------------------------
39
Figura 2.12.1. Válvula de bola ----------------------------------------------------------------- 40 Figura 2.12.2.- Válvula de globo -------------------------------------------------------------
41
Figura 2.12.3.- Válvula de mariposa --------------------------------------------------------
41
Figura 2.12.4.- Válvula de aguja -------------------------------------------------------------
42
Figura 2.12.5.- Válvula de compuerta ------------------------------------------------------
42
Figura 2.12.6.- Válvula de diafragma -------------------------------------------------------- 43 Figura 2.12.6.1 tipos de válvulas de diafragma ------------------------------------------
43
Figura 2.12.6.2.- tipos de válvulas de diafragma -----------------------------------------
43
Figura 2.13. Electroválvula y sus componentes ------------------------------------------
44
Figura 2.18.1. A) Relé de nivel o medidor de nivel, B) Detector de humedad, C) Flotador eléctricos para tinaco ------------------------------------------------------------- 47 Figura 2.18.3. A) Controlador Lógico Programable (PLC) Allen-Bradley, B) Temporizador, C) Contactor marca finder --------------------------------------------- 48 Figura 2.18.4. Sistemas de protección eléctrica y alarma utilizados en los sistemas de riego --------------------------------------------------------------------------------
49
Figura 2.18.5. Alimentación eléctrica de los sistemas de riego con bombas eléctricas -------------------------------------------------------------------------------------------- 50 Figura 2.20.2. Relevador electromagnético ----------------------------------------------
58
Figura 2.21.1.a. Distribución de la humedad en distintos suelos mediante riego por goteo -------------------------------------------------------------------------------------------- 60 Figura 2.21.1.b. Riego localizado en la base de la planta ------------------------------ 60 Figura 2.22.1.a. Regiones del origen del aguacate -------------------------------------- 62 Figura 3.1. División del inmueble (polígono irregular), en polígonos regulares, imagen de Google Earth ------------------------------------------------------------------------ 67 Figura 3.2. Áreas de riego por aspersión y goteo en el inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Google Earth ---------------------------------------------- 68 Figura 3.3. Área de riego aproximada por aspersión y sus magnitudes en el inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Google Earth ---------------------- 69
Figura 3.4. Área de riego de un aspersor metálico ajustable y de un aspersor metálico con ángulo de riego indicado ---------------------------------------------------------------- -------------------------------------------- 70 Figura 3.5.1. Gotero del tipo ajustable ------------------------------------------ ----------------------------------------------------------------- 71 Figura 3.6.1.2.a. Alturas y dimensiones del sistema de llenado del depósito de 1100 litros -------------------------------------------------------------------------------------------- 73 Figura 3.6.1.2.b. Esquema de la problemática 3.6.1.2 ------------------------------------ 74 Figura 3.6.1.- Bomba monofásica monofásica de 0.5 Hp, de la marca WDM PUMPS, modelo DE 1 5-1 -----------------------------------------------------------------------------------------------75 Figura 3.6.3.1.- Esquema de la problemática 3.6.3.1 --------------------------------------79 Figura 3.6.6.- Distribución de las mangueras de de polietileno y tubería PPR --------- 84 Figura 3.6.6.1.- Conexión en tubo plus y accesorios, de 1 pulgada con sus respectivas dimensiones ------------------------------------------------------------------------- 86 Figura 3.6.6.2.a.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 1 de la figura 3.6.6.1 ---------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 89 Figura 3.6.6.2.b.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 2 de la figura 3.6.6.1 ------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 94 Figura 3.6.6.2.c.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada pulgada con sus sus respectivas dimensiones, a la tubería tubería 3 de la figura 3.6.6.1 ------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 95 Figura 3.6.6.2.d.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 4 de la figura 3.6.6.1 --------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 96 Figura 3.6.6.2.e.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad de ½ pulgada y goteros con sus respectivas dimensiones, a la manguera 1 de la figura 3.6.6.2.a -------------------------------------------------------------------------------------- 97 Figura 3.6.8.- Sistema de llenado automático del rotoplas que aporta agua al sistema de riego ------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 99
Figura 3.6.8.1.- Diagrama eléctrico y simbolog s imbología ía del sistema de llenado automático automático y manual del depósito que aporta agua al sistema sistem a de riego ----------------------------------------- ------------ 100 Figura 3.6.9.- Conexión eléctrica de la electroválvula ------------------------------------100 Figura 3.6.9.1.- Diagrama eléctrico eléctrico y simbología simbología del sistema s istema de llenado Automático y manual del depósito depósi to que aporta agua al sistema de riego ------------ 101 Figura 3.7.2- Carga total dinámica (H) -------------------------------------------------------103 Figura 3.7.3.- Necesidades de agua de las plantas ---------------------------------------103 Figura 3.7.5.- Distribución de las mangueras en diferentes diámetros del sistema de riego por aspersión --------------------------------------------------------------------------- 105 Figura 3.7.6.- Bomba de agua a la descarga y sus conexiones ----------------------- 107 Figura 3.7.7.a.- Tubería de 1 ½” ---------------------------------------------------------------110 Figura 3.7.7.b.- Tubería de 1 ½” ---------------------------------------------------------------111 Figura 3.7.9.a.- Conexión de las mangueras de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas a la manguera 1 de polietileno de d e alta densidad de 1.5 pulgadas ---113 ---1 13 Figura 3.7.9.b.- Conexión de las mangueras de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas a la manguera 2 de polietileno de alta densidad d ensidad de 1.5 pulgadas ---113 Figura 3.7.10.2.a.-Dimensiones 3.7.10.2.a.-D imensiones del lado de succión de la bomba centrifuga ------ 114 Figura 3.7.10.2.b. 3.7.10.2.b. - Bomba bifásica de 3 Hp, de la marca BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif ---------------------------------------------------------------------------------------115 Figura 3.7.11.- Esquema de la problemática 3.7.11 --------------------------------------116
INTRODUCCION El presente proyecto de residencias tiene como finalidad dar conocer, como primer apartado, en que consiste el diseño de la propuesta del sistema de riego automatizado por asperción para las áreas verdes y goteo para plantación de aguacate en el inmueble ubicado en Avándaro Valle de Bravo, Edo. De México .
Durante este apartado se abordaran los objetivos generales y específicos que son las metas deseadas en el diseño de esta propuesta de riego automatizado. Se plasmara el ¿Por qué? o ¿Para qué? de llevarse a cabo, que responde a la justificación y definición del problema. problema. A su vez vez se darán darán a conocer los antecedent antecedentes es históricos, alcances y limitaciones que se tienen dentro del proyecto. Como segundo apartado se contempla el marco teórico referente a los conceptos, equipos y dispositivos, así como distintos métodos de riego en los que se basa este diseño. Que permitirán entender más a fondo para el lector los términos que se manejan y comprenda así, los procedimientos, procedimientos, cálculos, figuras, tablas, entre otras cosas. Posteriormente, y ahora ya, dentro de un tercer apartado se podrán observar los cálculos correspondientes a la propuesta del sistema de riego automatizado por asperción para las áreas verdes y goteo para plantación de aguacate . Es decir, los
procedimientos y descripción detallada de las actividades realizadas. Finalmente en el último apartado que contiene este documento, se abordara el análisis de resultados, así como, las conclusiones y recomendaciones recomendaciones obtenidas a partir de estos hechos.
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Según la AALPAUM (Asociación Agrícola Local de Productores de Aguacate de Uruapan, Michoacán, la APEAM (Asociación de Productores y Empacadores Exportadores de Aguacate de México A.C) y la SAGARPA (Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación). En la actualidad, los métodos de riego por aspersión y especialmente por goteo, representan un medio muy eficaz y productivo para el desarrollo de las plantas, los campos agrícolas, huertos, sembradíos, prados, viveros y vegetación en general, pero especialmente en la producción del aguacate. Por tal motivo llama así, en lo personal, el área de interés en la que pretendo aplicar los conocimientos adquiridos durante la estadía en el “I nstituto Tecnológico de
Zitácuaro”. Como lo es de mención y siendo pues, un medio eficiente de riego se pretende automatizar el sistema convirtiéndolo en un sistema sustentable que contribuye al ahorro del agua, aporte preciso, y suministro correcto a la plantación evitando enfermedades y deterioros en las plantas por el contacto directo de las hojas en cada instante, con el agua.
ANTECEDENTES HISTORICOS Uno de los métodos de riego que se utilizaron desde hace milenios fue el de aplicación de agua a las plantas con una regadera manual. Es evidente que ello solo podía aplicarse en pequeña escala, por lo cual predominó el riego por surcos. El riego por aspersión comenzó hace tres siglos cuando se inventó la bomba hidráulica accionada por vapor y después por motores eléctricos. Hoy en día es un método más generalizado. El riego por goteo ha sido utilizado desde la antigüedad cuando se enterraban vasijas de arcilla llenas de agua con el fin de que el agua se infiltrara gradualmente en el suelo. El riego por gota a gota moderno se desarrolló en Israel porque el país tenía escasez de agua, querían aprovechar cada gota.
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Con la llegada de los plásticos modernos después de la Segunda Guerra Mundial, fueron posibles numerosas mejoras. Microtubos de plástico y diversos tipos de goteros han sido empleados en invernaderos en Europa y en Estados Unidos. La moderna tecnología de riego por goteo fue inventada en Israel por Simcha Blass y su hijo Yeshayahu. En lugar de liberar el agua por agujeros minúsculos, que fácilmente se podían obstruir por acumulación de partículas minúsculas, el agua se libera por tuberías más grandes y más largas empleando el frotamiento para ralentizar la velocidad del agua en el interior de un emisor (gotero) de plástico. Actualmente se han añadido varias mejoras para evitar los problemas que podría tener este sistema:
Goteros autocompensantes: dan un caudal más o menos fijo dentro de unos márgenes de presión. Es útil para que los goteros del final del tubo no den menos agua que los del principio debido a la caída de presión debida al rozamiento. También son útiles cuando el tubo va en cuesta. Los goteros más bajos soportaran más presión y si no son adecuados pueden perder demasiada agua.
Goteros y filtros autolimpiables: este sistema de riego es muy sensible a las partículas sólidas y se suelen instalar filtros muy eficaces y con sistemas de autolimpiado periódico. Los propios goteros también pueden tener un sistema para eliminar pequeñas partículas que puedan atascarlos.
Goteros regulables: se puede regular el caudal con un mando mecánico.
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DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
La agricultura, como tal, es el conjunto de actividades y conocimientos desarrollados por el hombre, destinados a cultivar la tierra y cuya finalidad es obtener productos vegetales del campo (verduras, frutos, granos y pastos), para su alimentación, distribución y comercialización. Esta actividad utiliza gran porcentaje de los recursos hídricos disponibles en algunas zonas de Valle de Bravo, y seguirá siendo dominante el consumo debido al crecimiento demográfico y a la demanda creciente de alimentación. Así mismo, en México, observamos que algunas poblaciones y ciudades se encuentran envueltas en situaciones adversas a causa de la falta del agua. Por tal motivo existe la urgente necesidad de crear estrategias para el uso sostenido del agua, basada en la ciencia y la tecnología moderna, incluyendo mejoras técnicas, agronómicas, de gestión e institucionales relacionadas con el ahorro y manejo del agua, es decir, con fundamento en normas oficiales mexicanas (NOM). Que regulen y especifiquen los usos, lineamientos y características para el uso eficiente del agua para riego, tales como la NOM – 001 – SEMARNAT – 1996 (límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales), NOM – 002 – SEMARNAT – 1996 (límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal con el fin de prevenir y controlar la contaminación de las aguas y bienes nacionales, así como proteger la infraestructura de dichos sistemas), la NOM – 003 – SEMARNAT – 1997 (límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público, con el objeto de proteger el medio ambiente y la salud de la población), NORMA Oficial Mexicana NOM – 001 – CONAGUA – 2011 (Sistemas
de agua potable, toma domiciliaria
y alcantarillado sanitario,
Hermeticidad, Especificaciones y métodos de prueba.)
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Y el Reglamento de la Ley de Aguas Nacionales que especifica el uso agrícola que se le puede dar al agua. Así como la norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 (establecer las especificaciones y lineamientos de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica, a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades). Ejemplo de esto lo es la propuesta de sistema de riego automatizado que en comparación con los sistemas convencionales y tradicionales de riego, puede disminuir significativamente el consumo de agua y energía eléctrica, todo esto bajo el marco normativo que plasman las normas oficiales mexicanas mencionadas. Dentro del inmueble donde se sugiere la propuesta del sistema de riego automatizado, la situación está muy enmarcada por este problema. El agua es un recurso que debe cuidarse y mantenerse en buen estado y evitar el desperdicio de la misma pues es un recurso que se agota rápidamente. Al secarse el pozo y a consecuencia de esto vaciarse las cisternas, se ve en la necesidad de comprar agua en “pipas”, lo qu e refleja un significativo gasto económico por consumo de agua.
En definitiva los problemas que se presentan y pretenden solucionar son la baja eficiencia en el manejo y cuidado del agua y el gasto de energía eléctrica por operación.
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JUSTIFICACIÓN En algunas zonas del municipio de Valle de Bravo, el agua para riego en lugares agrícolas es muy escaza y la que actualmente se tiene, se encuentra bien regulada por el Organismo Descentralizado de Agua potable, Alcantarillado y Saneamiento (ODAPAS). Debido a esto se debe hacer buen uso de este recurso indispensable en muchas de las tareas agrícolas. Un método que evitara el desperdicio de agua por evaporación y error humano es a través de un sistema de riego automatizado por goteo, que funcione a determinadas horas del día para la plantación de aguacate, siendo así, satisfactoria la dotación de agua a cada planta para obtener su desarrollo deseado. Este método adoptara tecnología apropiada a fin de ser eficiente energéticamente hablando y así decrementar el posible gasto económico por consumo de energía eléctrica, conforme a las especificaciones de norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 (Instalaciones Eléctricas). Por otra parte, de acuerdo al Estudio de Sistemas de Bombeo Agropecuarios en México de Diciembre del 2011, expedido por la CONUEE (Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía). Debido a la falta de adecuación tecnológica en las técnicas de desarrollo de las plantas, los sistemas de riego y bombeo de agua, la eficiencia energética se ve afectada proporcionalmente. Se concluye que es necesario diseñar un sistema de riego automatizado capaz de cubrir las necesidades y requerimientos hídricos de esta especie de planta (Persea americana o comúnmente Aguacate), con el fin de obtener un máximo aprovechamiento del agua. Además debe permitir la dosificación adecuada durante el tiempo que dura el ciclo vegetativo, desde la siembra del árbol, hasta su maduración. Así también, debe ser un sistema energéticamente sustentable.
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ALCANCES Y LIMITACIONES Dentro del tiempo en que transcurren las residencias profesionales (cuatro meses) se pretende que la propuesta del diseño de sistema de riego automatizado, como proyecto de residencias tenga el impacto esperado por un servidor, que es el reforzar de manera práctica los conocimientos adquiridos en las diferentes materias impartidas en el aula, durante la estadía en el “Instituto Tecnológico de Zitácuaro” y
así mismo concluir con resultados satisfactorios el proyecto, pero a su vez hacia la empresa Electroindustrial de Zitácuaro. Uno de los principales alcances en el diseño de esta propuesta de riego automatizado lo es, su creación pero dentro de ciertas reglas. Donde cumpla con las características y especificaciones técnicas regidas por normas oficiales mexicanas NOM – 003 – SEMARNAT – 1997 (límites máximos permisibles de contaminantes para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público, con el objeto de proteger el medio ambiente y la salud de la población), NOM – 001 – SEDE – 2012 (Instalaciones Eléctricas). Y que además, a consecuencia de esto, sea un sistema con un máximo de eficiencia energética y de consumo de agua menor a los tradicionales métodos de riego, donde el desperdicio de agua suele ser mucho debido a la proliferación de plantas parasitas, riego a horas inapropiadas, evaporación, entre otras cosas. Ofreciendo por lo tanto, el aporte necesario a las plantas de aguacate en determinados instantes del día, aprovechando el agua y permitiendo el desarrollo del huerto. Para esto, se cuenta con la información necesaria obtenida de distintas fuentes bibliográficas principalmente las normas oficiales mexicana (NOM) descritas con anterioridad.
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Los conocimientos sobre las mismas y a su vez el dominio de los métodos de aplicación de riego para el aguacate (gravedad, aspersión y goteo), sistemas hidráulicos, máquinas de fluidos, circuitos eléctricos y sus protecciones. Permiten que el diseño de la propuesta del sistema de riego automatizado tenga el sustento oportuno. Ahora bien, se contempla en el presente, que no surgen limitaciones en el área tecnológica para poder ejecutarse la propuesta, si así se desea por la empresa. Pues actualmente, es factible y viable tecnológica y económicamente hablando hacerse de una gran variedad de dispositivos, equipo y material para poderse diseñar sistemas de riego capaces de ser eficientes en el uso y manejo del agua y a su vez con el consumo oportuno de energía eléctrica. Todo esto gracias al poder automatizar el proceso. Por parte de la empresa, se cuenta con la suficiente asignación de recursos económicos, que solventa los gastos de alimentación y transporte para sus residentes. Así mismo sus políticas hacen de la estancia dentro de esta, un ambiente de trabajo viable y de confort. Se brinda apoyo moral y asesorías para poder comprender y plasmar lo que se pretende realizar. En contraparte, algunas de las limitaciones que se tienen para alcanzar el proyecto son: Falta de información no proporcionada por los proveedores de equipo y material industrial, el tiempo que dura la residencia y problemas de horario debido al traslado desde la ciudad de Zitácuaro a Avándaro, Valle de Bravo, Edo. De México para la obtención de información y datos importantes.
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OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema de riego automatizado por asperción para las áreas verdes y goteo para plantación de aguacate que provea a las plantas la cantidad de agua necesaria para su óptimo desarrollo y que se encuentre dentro del margen normativo enmarcado por las normas oficiales mexicanas NOM – 003 – SEMARNAT - 1997 y NOM – 001 – SEDE – 2012 (Instalaciones Eléctricas), en un rancho ubicado en la localidad de Avándaro municipio de Valle de Bravo, Edo. De México.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer las normas oficiales mexicanas (NOM) para la aplicación en sistemas de riego.
Investigar los distintos métodos de aplicación: Riego por gravedad, por aspersión, microaspersión y goteo.
Diseñar un sistema de riego por asperción automatizado que contribuya al ahorro de agua en áreas verdes.
Diseñar un sistema de riego por goteo automatizado y eficiente que permita el uso racional del agua.
Realizar el diseño hidráulico de dicho sistema de riego.
Determinar los requerimientos hídricos (gasto o caudal).
Incluir y utilizar en el diseño del sistema de riego automatizado los dispositivos, y equipo que permitan el uso racional de la energía eléctrica.
Investigar las características de las bombas hidráulicas bifásicas y sus protecciones eléctricas.
Realizar las respectivas cotizaciones, valoraciones, presupuestaciones y obtener conclusiones.
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CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA EN QUE SE PARTICIPA El diseño de la propuesta del sistema de riego automatizado que abarcara este documento y siendo proyecto de residencias profesionales, está sujeto al departamento de diseño y planeación de la empresa, donde el propósito de diseñarlo es el obtener una memoria técnica que permita reflejar de manera tangible, si es decisión de la empresa, todo el contenido del misma, teniendo lugar este evento, en un rancho ubicado en Avándaro Edo. De México; donde existe la problemática del agotamiento temprano del agua de sus cisternas debido a su uso inadecuado en el riego tradicional. Además de que se pretende sustituir a las bombas actuales de gasolina por bombas hidroeléctricas. El área o las áreas de desempeño para poder llevarse a cabo el diseño dentro de la empresa, básicamente se basan en: sistemas eléctricos y sistemas hidráulicos.
LA EMPRESA MISIÓN Esta empresa, tiene la misión de “ controlar y automatizar diversos procesos industriales de manera competitiva” es una empresa privada y de s ervicios que
brinda apoyo, asesoría técnica así como cotizaciones y presupuestaciones a lo antes mencionado. Lleva a cabo sus proyectos con el apoyo de todos sus colaboradores y los desarrolla en los alrededores de la ciudad, así como en algunos otros estados de la república mexicana principalmente el Edo de México.
VISIÓN Su visión es ser la empresa líder en el control y automatización de calidad en el estado de Michoacán que contribuya al desarrollo tecnológico sustentable y equitativo de la región y del país.
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El diseño de la propuesta del sistema de riego automatizado es generado por la empresa ELECTROINDUSTRIAL DE ZITÁCUARO, con dirección Calle Morelos Sur # 48, TEL. (715) 1539289 o cel. 4433368624, en La H. Zitácuaro, Mich. De Ocampo. La cual dirige el Ing. Agustín Arriaga Maya en colaboración con un servidor, Residente del Instituto Tecnológico de Zitácuaro, C. Francisco Gabriel López Arteaga.
Monumento a Dr. Emilio García Empresa Electroindustrial de Zitácuaro. Sucursal Construrama Zitácuaro. Hotel Boutique. La casa de los Recuerdos. Figura 1.- Ubicación de la empresa. Google Earth.
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2.- MARCO TEÓRICO 2.1.- CONCEPTO DE SISTEMA DE RIEGO. Se denomina sistema de riego, al conjunto de estructuras, equipos y dispositivos que hacen posible que una determinada área pueda ser cultivada con la aplicación del agua necesaria a las plantas. Los sistemas de riego ofrecen una serie de ventajas que posibilitan racionalizar el agua disponible.
2.2.- SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN. El riego por aspersión es una modalidad de riego mediante la cual el agua llega a las plantas en forma de "lluvia" localizada. Es un sistema de riego que se produce asperjando el agua en un rociado de pequeñas gotas sobre o entre las plantas con un mecanismo llamado aspersor, roscado a una estaca que generalmente se encuentra enterrada en la superficie.
Figura 2.2. Aspersor y estaca para riego por aspersión. (http://www.losandes.com.ar/article/las-ventajas-del-riego-por-aspersion-808327)
2.3.- CLASIFICACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN. 2.3.1.- SISTEMA DE RIEGO DE DESPLAZAMIENTO RADIAL. También se le conoce como Sistema de riego de pivote central (figura 2.2.1.1). Sistema de riego que consiste en una tubería montada sobre ruedas, la cual gira en un desplazamiento radial con centro en un punto fijo en el cual recibe el agua por un tubo soterrado o una motobomba. Los campos de riego son circulares y de grandes dimensiones, lo cual a veces dificulta su mecanización y la diversidad de cultivos.
A)
B)
Figura 2.3.1. A) Sistema de riego de pivote central, B) Sistema de riego de desplazamiento radial (360°). (http://www.traxco.es/blog/pivotes-de-riego/alternativas-aspersion)
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2.3.2.- SISTEMA DE RIEGO DE CAÑÓN ASPERSOR. Sistema de riego constituido generalmente por un equipo que lleva una tubería que puede enrollarse y desenrollarse y que cuenta además con un aspersor gigante final que es capaz de abarcar grandes distancias de riego.
Figura 2.3.2. Sistema de riego de cañón gigante o cañón aspersor. (https://www.uclm.es/area/ing_rural/Hidraulica/PresentacionesPDF_STR/Ca%C3%B1onesRiego.pdf)
2.3.3.-SISTEMA DE RIEGO ESTACIONARIO. Sistema de riego superficial mediante el cual el agua se aplica en un área generalmente fija, pues cuenta con tuberías y sus aspersores que no se desplazan durante el proceso de riego. Hay un sistema de riego estacionario cubano de mucha utilización (pero que cuenta con facilidades para su desmonte manual y traslado a otro lugar, por lo cual también se le denomina como semiestacionario).
Figura 2.3.3. Sistema de riego estacionario. (http://www.magrama.gob.es/es/ministerio/servicios/informacion/plataforma-de-conocimiento-para-el-mediorural-y-pesquero/observatorio-de-tecnologias-probadas/material-de-riego/aspersion.aspx)
2.3.4.-SISTEMA DE RIEGO POR MICROASPERSORES. El riego por microaspersión es la forma de recrear una lluvia muy delgada en forma de rocío sobre los cultivos, con una intensidad que no sea mayor a la velocidad de filtración del agua en el suelo.
Figura 2.3.4. Sistema de riego por microaspersión. (http://hydroenv.com.mx/catalogo/index.php?main_page=page&id=220)
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2.4.- SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO O GOTA A GOTA. El riego por goteo, igualmente conocido bajo el nombre de “riego gota a gota”, es un método de irrigación utilizado en las zonas áridas pues permite la utilización óptima del agua y abonos. El agua aplicada por este método de riego se infiltra hacia las raíces de las plantas irrigando directamente la zona de influencia de las raíces a través de un sistema de tuberías y emisores (goteros), que incrementan la producción.
A)
B)
Figura 2.4. A) Gotero regulable de sistema de riego por goteo, B) Gotero autocompensable de sistema de riego gota a gota. (http://www.agrohuerto.com/riego-por-goteo-que-es/)
La mayor parte de los grandes sistemas de riego por goteo utilizan un cierto tipo de filtro de agua para impedir la obstrucción de los pequeños tubos proporcionadores. Ciertos sistemas utilizados en zonas residenciales se instalan sin filtros adicionales ya que el agua potable está filtrada. Prácticamente todos los fabricantes de equipos de riego por goteo recomiendan que se utilicen los filtros. El riego por goteo se emplea casi exclusivamente utilizando agua potable pues las reglamentaciones desaconsejan generalmente pulverizar agua no potable. En el riego por goteo, la utilización de abonos tradicionales en superficie es casi ineficaz, así los sistemas de goteo mezclan a menudo el abono líquido o pesticidas en el agua de riego. Otros productos químicos tales como el cloro o el ácido sulfúrico son igualmente utilizados para limpiar periódicamente el sistema. Si está correctamente montado, instalado, y controlado, el riego por goteo puede ayudar a realizar importantes economías de agua por reducción de la evaporación, además, el riego gota a gota puede eliminar muchas enfermedades por del contacto del agua con las hojas.
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2.4.1- COMPARATIVA DE LOS SISTEMAS DE RIEGO. Tipo de sistema de riego Características
Constitución principal.
Por aspersión
Por goteo
1.- Sistema de riego que opera generalmente con medianas y altas presiones. 2.- Hermeticidad muy alta en las tuberías. 3.- Opera solamente con aspersores. 4.- Caudales o gasto medianos y elevados. 5.- La cantidad de agua que se utiliza con este método es mayor. 6.- Se moja la parte aérea de las plantas así que hay que tener cuidado con los hongos.
1.- Utilización de pequeños caudales a baja presión. 2.- Localización del agua en la proximidad de las plantas a través de un número variable de puntos de emisión (goteros) 3.- Al reducir el volumen de suelo mojado, y por tanto su capacidad de almacenamiento, se debe operar con una alta frecuencia de aplicación, a caudales pequeños.
1.- Bomba o turbina. 2.- Aspersor. 3.- Tubería, válvulas o electroválvulas y diversos conectores. 4.- Captación de agua. 5.- Instalación y protecciones eléctricas. 6.- Temporizadores y relés de nivel de agua para riego.
1.- Captación de agua. 2.- Tubería, válvulas o electroválvulas y diversos conectores. 3.- Goteros o emisores. 4.- Temporizadores de riego.
1.- Imita al agua de lluvia, con lo que la calidad de entrega y el ahorro de agua son muy superiores a la distribución por surcos. 2.- Es apropiado para campos pequeños y grandes. 3.- Es más conveniente que el riego por goteo para la aplicación en el agua de fertilizantes, pesticidas y otros productos que beneficien la salud, crecimiento y desarrollo de los cultivos. 4.- Automatización del sistema de riego.
1.- Pocas pérdidas de agua por escorrentía (el agua que circula por la superficie). 2.- Bajos requerimientos de consumo de energía y de potencia en el sistema de bombeo. 3.- Automatización completa. 4.- Disposición exacta del agua en el lugar en el que necesita la planta (raíz). 5.- Fertirriego, es decir, administrar en el agua de riego los nutrientes necesarios para nuestro cultivo, de esta manera mejoraremos el rendimiento de nuestro huerto. 6.- Disminución de las malas hiervas. 7.- Reducción de los problemas de plagas en las hojas. 8.- Menor erosión del suelo.
Ventajas
Desventajas
Criterios selección
1.- Se requiere de componentes caros (bomba hidráulica de alta presión, tuberías, aspersores). 2.- Es necesario un constante cuidado de estabilidad de la presión, el caudal de entrega en las boquillas aspersoras, así como limpiar los aspersores cuando se tapen. 3.- Son altas las pérdidas de agua por evaporación. 4.- La constante humedad del ambiente favorece las enfermedades foliares. 5.- A alta presión contribuyen a la compactación del suelo por la fuerza del impacto. de
1.- Tipo de planta en el huerto. 2.- Superficie de riego. 3.- Clima de la zona. 4.- Humedad del amiente. 5.- Tipo de suelo. 6.- Cantidad de agua disponible. 7.- Costos de instalación y mantenimiento.
1.- Un inconveniente muy importante de este sistema es el tapado de los orificios, por lo tanto no regarán como nosotros esperamos. 2.- El costo elevado de la instalación. 3.- Taponamiento de los goteros. 4.- No se puede labrar el suelo una vez instalado. 5.- Utilización de sistemas de filtración.
1.- Tipo de planta en el huerto. 2.- Superficie de riego. 3.- Clima de la zona principalmente seco. 4.- Tipo de suelo. 5.- Costos de instalación y mantenimiento.
Tabla 2.4. Cuadro comparativo sobre las características de los sistemas de riego. (López, A. Francisco Gabriel (2016). Propuesta de sistema de riego automatizado por asperción para las áreas verdes y goteo para plantación de aguacate en un inmueble ubicado en la localidad de Avándaro Municipio de valle de Bravo, Estado de México). H. Zitácuaro, Michoacán.
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2.5.- BOMBAS HIDRÁULICAS EN LOS SISTEMAS DE RIEGO. Una bomba hidráulica es una máquina que transforma la energía eléctrica suministrada al motor en energía mecánica con la que es accionado el fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo.
2.6.- CLASIFICACIÓN DE BOMBAS.
Figura 2.6.- Clasificación completa de las bombas hidráulicas. (Almandoz Berrondo, Jabier Mongelos Oquiñena, Mª Belén Pellejero Salaberria, Idoia. Apuntes de máquinas hidráulicas 3º curso de ing. técnica en mecánica, Pag. 12 – 21).
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2.6.1.- BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (BOMBAS ROTATORIAS).
El principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. Son máquinas que desarrollan presión transportando líquidos en trayectoria definida en una sola dirección.
Figura 2.6.1. Bomba de desplazamiento positivo. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.1.1.- BOMBAS DE ENGRANES. Se compone de dos engranes que giran dentro de una carcasa en sentido contrario y muy ajustado uno del otro. Las bombas de engranes desarrollan presiones dentro del sistema de entre los 1500 a 4000 psi (10.3 a 27.6 MPa). Otra particularidad de estas bombas es que el flujo que entregan varia con el tamaño de los engranes y la velocidad de rotación que puede ser de hasta 4000 rpm.
Figura 2.6.1.1. Bomba de engranes. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.1.2.- BOMBAS DE ASPA. Consiste en un rotor excéntrico que contiene un conjunto de aspas deslizantes que corren dentro de una carcasa. Un anillo de levas en la carcasa controla la posición radial de las aspas. Las capacidades más comunes de presión van de 2000 a 4000 psi (13.8 a 27.6 MPa).
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Figura 2.6.1.2 Bomba de aspas deslizantes. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.1.3.- BOMBAS DE TORNILLO. Una desventaja de las bombas de engranes, pistón y aspas es que distribuyen un flujo por impulsos hacia la salida, debido a que cada elemento funcional mueve un elemento, volumen capturado, de fluido de succión a la descarga, las bombas de tronillo no tienen este problema.
El rotor de impulso central, semejante a una espiral, se acopla muy bien con los dos rotores impulsados y proporciona un flujo uniforme continuo. Las bombas de tronillo operan a 3000 psi (20.7 MPa) funcionan a velocidades altas y son más silenciosas que la mayoría de otros tipos de bombas hidráulicas.
Figura 2.6.1.4. Bomba de rotores múltiples del tipo tornillo. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.1.4.- BOMBAS DE LÓBULO. Es una bomba de levas que opera en forma similar a la de engranes, los dos rotores que giran en sentido contrario uno del otro tienen dos o tres o más lóbulos que coinciden uno con otro y se ajustan muy bien en su contenedor; por lo tanto el fluido se mueve alrededor de la cavidad formada entre los lóbulos contiguos.
Figura 2.6.1.4.- Bomba de rotores múltiples del tipo lóbulos. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.2.- BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO (RECIPROCANTES).
Son máquinas que suministran presión a un líquido por acción de un pistón o embolo en un cilindro. 2.6.2.1.- BOMBA RECIPROCANTE DE SIMPLE Y DOBLE EFECTO. Las bombas de simple efecto, aspiran y expelen el agua de manera similar a las bombas de diafragma, solamente que esto se realiza por acción del movimiento de un pistón que llena la cámara al succionar el agua y posteriormente la lanza con otro movimiento.
En las bombas de doble efecto, trabajan los dos lados del émbolo, de modo que aspiran y expelen el líquido alternativamente. La bomba de doble efecto es la combinación de dos bombas de simple efecto en trabajo paralelo, aspirando y entregando el agua alternativamente.
Figura 2.6.2.1. Bomba de doble efecto reciprocante. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
2.6.2.2.- BOMBAS DE DIAFRAGMA: En este tipo de bombas la extracción del agua se realiza mediante la succión a una válvula que abre y llena la cámara, mientras que otra se cierra, esto con un movimiento del diafragma hacia la derecha. Cuando se regresa el diafragma a su posición original, es decir, cuando realiza un movimiento hacia la izquierda, ahora la válvula que anteriormente abrió, se cierra y la que cerró, abre para permitir que el agua fluya por la tubería.
Figura 2.6.2.2. Bomba de diafragma. (http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos)
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2.6.3.- BOMBAS DINÁMICAS 2.6.3.1.- BOMBAS CENTRIFUGAS: Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes: ♣
♣
♣ ♣
♣
♣ ♣
No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émbolo equivalente. El espacio requerido es aproximadamente un octavo del de la bomba de émbolo equivalente. El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son. El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques del presa - estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño. 2.6.3.1.1.- FUNCIONAMIENTO DE L AS BOMBAS CENTRÍFUGAS
Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos constructivos de que constan son (ver figura 2.6.3.1.1). a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje.
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La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión. La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. c) Una tubería de impulsión.- La finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.
Figura 2.6.3.1. Componentes de una bomba centrífuga. (Almandoz Berrondo, Jabier Mongelos Oquiñena, Mª Belén Pellejero Salaberria, Idoia. Apuntes de máquinas hidráulicas 3º curso de ing. técnica en mecánica , Pag. 12 – 21).
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2.6.3.1.2.- CURVAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS.
Las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciar gráficamente por medio de una curva característica que, normalmente, tiene datos relativos a la altura geodésica total, a la potencia efectiva del motor (BHP), a la eficiencia, al NPSHr (acrónimo de Net Positive Suction Head ), también conocido como ANPA (Altura Neta Positiva en la Aspiración), informaciones indicadas en relación con la capacidad de la bomba.
Figura 2.6.3.1.2.- Formas de curvas típicas para una bomba centrífuga según el manual Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. (Severiano F. Pérez Remesal y Carlos Renedo Estébanez DPTO. DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ENERGÉTICA, Universidad de Cantabria).
Cada bomba centrífuga se caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entre su caudal y su altura de elevación. Esta representación gráfica, es la mejor manera para conocer qué caudal se puede obtener a una determinada altura de elevación y viceversa.
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2.7.- TUBERÍA EN LOS SISTEMAS DE RIEGO. 2.7.1.- TUBERÍA DE HIERRO GALVANIZADO
Utilizada principalmente para agua por su resistencia a la corrosión, además de que su ancho grosor soporta grandes presiones, esta tubería es de las menos pedidas en el mercado por su poca practicidad para el uso residencial. Anteriormente esta tubería era muy utilizada en instalaciones hidráulicas; sin embargo, con la nueva tecnología del CPVC (policloruro de vinilo clorado) y PPR (Polipropileno Random), es mucho más fácil instalar tuberías hidráulicas para calor y frío.
Figura 2.7.1.- Diversas conexiones y tubería de hierro galvanizado. (http://www.tecmaga.com.mx/blog/febrero/tipos-de-tuberias.html)
2.7.2. TUBERÍA DE PVC Y CPVC
La nueva tecnología ha permitido que contemos ahora con materiales avanzados como el PVC (policloruro de vinilo) y el CPVC (policloruro de vinilo clorado), ideales para tubería hidráulica de agua caliente y fría, además de que su costo es accesible, tiene gran resistencia a la corrosión, una gran variedad de piezas, así como conexiones; que la perfilan como una tubería de las más utilizadas en instalaciones hidráulicas. Al igual que la tubería de PVC, se unen las piezas con un pegamento (cemento) especial que sella la tubería. Este método de conexión de tuberías, facilita enormemente el proceso de instalación de tubería hidráulica. Además es compatible con la tubería de cobre, no se oxida, corroe o rompe, es más flexible y resiste la compresión.
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Figura 2.7.2.- A) Conexiones y tubería pvc. B) Conexiones, válvula y tubería cpvc. (http://www.tecmaga.com.mx/blog/febrero/tipos-de-tuberias.html)
2.7.3.- TUBERÍA DE PPR (POLIPROPILENO RANDOM) O TUBO PLUS.
Las tuberías de PPR producidas por Polygon son ampliamente utilizadas en sistemas para agua potable, gracias a sus características no tóxicas, su ligereza, su resistencia a la presión y a la corrosión. Adicionalmente el PPR resulta un material ideal a la hora de fabricar tuberías dedicadas al suministro doméstico de agua, de manera higiénica y segura. Al igual que la tubería de CPVC, esta tubería, utilizada principalmente para instalaciones hidráulicas, aunque muy frecuentemente también para instalaciones de gas. Es fácil de instalar y de gran resistencia al paso del tiempo; se utiliza una cortadora y soldadora especial para la unión por termofusión al hacer la instalación de esta tubería, vale la pena invertir en la mejor tecnología hasta el momento para instalaciones hidráulicas: 50 años de vida útil, alta resistencia a presión y temperatura más utilizada en agua potable, sin caídas de presión y un costo bastante accesible. Con esta nueva tecnología se reduce fuertemente las fugas residenciales de agua potable. Existen ejemplares de tubos que van de 16 a 315mm y soporta temperaturas de -5° a 95 °C.
Figura 2.7.3.- Ejemplares de Tubería de PPR o tubo plus. (http://www.tecmaga.com.mx/blog/febrero/tipos-de-tuberias.html)
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2.7.4.- MANGUERAS DE POLIETILENO. 2.7.4.1.- MANGUERA POLIDUCTO CONDUIT LISO.
Útil para alojar y proteger cables eléctricos encofrados en lozas de cemento o bajo tierra, en muros y sobre cielos falsos, acabado exterior e interior liso. Se fabrica en unicapa y doble capa (reforzado), disponible en colores naranja y negro.
Figura 2.7.4.1.- Ejemplares de manguera de polietileno. http://pvcdemonterrey.com/?page_id=129
2.7.4.2.- MANGUERA DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD.
Manguera con acabado exterior e interior liso, en color negro. USOS: ♣ Para conducir agua bombeada a presión. ♣ En sistemas de irrigación controlada. ♣ En sistemas de agua potable suburbanos. succión de pozos poco profundos ♣ En
a
baja
presión.
VENTAJAS: ♣ Bajo costo comparado con tubo de PVC, galvanizado y cobre. ♣ Gran durabilidad a la intemperie y bajo tierra. ♣ Soporta hasta 60° C y temperaturas de congelación sin que se deforme o reviente. ♣ No imparte olor, color ni sabor. ♣ Muy flexible, fácil de manejar e instalar, 100% segura y hermética. ♣ Acoplamiento sencillo con conexiones de inserción. ♣ Sellado mecánico con abrazaderas de acero inoxidable.
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2.8.- LA ECUACIÓN DE LA CONTINUIDAD Y EL PRINCIPIO DE BERNOULLI 2.8.1.- LA ECUACIÓN DE LA CONTINUIDAD
La conservación de la masa de fluido a través de dos secciones (sean éstas S 1 y S2) de un conducto (tubería) establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale.
Figura 2.8.1-Tramo de tubería con sus respectivas secciones y velocidades. (http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm)
La ecuación de continuidad se puede expresar como:
∗ ∗ = ∗ ∗ . 2.8.1. . ó 1= 2 ∗ = ∗ . 2.8.1.. ó , = ∴
Cuando , que es el caso general tratándose de agua, y flujo en régimen permanente, se tiene:
O de otra forma:
Que se cumple cuando entre dos secciones de la conducción no se acumula masa, es decir, siempre que el fluido sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condición la satisfacen todos los líquidos y, particularmente, el agua.
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2.8.2- EL PRINCIPIO DE BERNOULLI
El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y velocidad y energía potencial en forma de presión. Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo. El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica.
Figura 2.8.2.- Ecuación de Bernoulli. (http://es.slideshare.net/vicentz/la-ecuacion-de-bernoulli)
La ecuación que define el principio de Bernoulli conforme a la figura 2.8.2, es:
. 2 . 8 . 2 . . ó 12 +ℎ + = 12 +ℎ + 27
2.9.- TUBERÍAS EN SERIE Y PARALELO. 2.9.1.- SISTEMAS DE TUBERIAS EN SERIE.
Cuando dos tuberías de tamaños o rugosidades diferentes se conectan de tal manera que el fluido pase a través de una tubería y luego a través de la otra, se dice que estan conectadas en serie. Principios: El porcentaje de caudal por cada sección de tubería, es igual al caudal total. ♣ Q1 = Q2 = Q3 = QT
Ec.2.9.1.1.Caudal en tuberías serie
QT = Caudal en litros / segundo o metros cúbicos / segundo (L / seg o m 3 / seg) Q1 = Caudal de tramo de tubería 1 (L / seg o m 3 / seg). Q2 = Caudal de tramo de tubería 2 (L / seg o m 3 / seg). Q3 = Caudal de tramo de tubería 3 (L / seg o m 3 / seg). La pérdida de carga es igual a la sumatoria de las pérdidas por todas las tuberías (codos, tés, coples). H = hf1 + hf2 + hf3 ♣
Ec. 2.9.1.2. Pérdidas de carga en tuberías serie
Un problema típico de tuberías en serie se ilustra en la figura 2.9.1.a. En el cual se desea conocer la cabeza H para un caudal dado o el caso contrario, encontrar el caudal con una H dada. Aplicando la ecuación de energía desde A hasta B, incluyendo todas las perdidas menores, se obtiene:
+0+0=0+0+0+ 2 + 2 + 2 + 2 + 2 . 2.9.1. . ó
En donde los subíndices se refieren a las dos tuberías. El último término es la pérdida de cabeza a la salida de la tubería 2. .
Figura 2.9.1.a.- Tuberías conectadas en serie. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
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. 2 . 9 . 1 . 2.9.1. = ∴ = . 2.9.1..
Ahora despejando la ecuación de la continuidad ( ecuación , para eliminar se obtiene:
=
) y sustituyendo en la
2 + 2 + 2 + 2
( .2.9.1.
+ 2 )
Realizando las correspondientes factorizaciones se llega a:
2 = 2 + + 1 + + + .2.9.1. Con las longitudes y los tamaños de las tuberías conocidos, esto se reduce a:
= + + 2 .2.9.1..ó , , ,
En la cual (coeficientes de fricción y rozamiento) son conocidos. Con el caudal dado, se puede calcular el número de Reynolds y se puede determinar a partir del diagrama de Moody. Luego se encuentra mediante sustitución directa. Con dado, son desconocidos de la ecuación 2.9.1.e. Suponiendo valores para , pudiendo ser iguales, se encuentra un valor de prueba de , lo que permite el cálculo del número de Reynolds y puede determinarse los valores de . Con estos nuevos valores, se calcula una mejor aproximación de , utilizando la ecuación 2.9.1.e.
29
Otra solución, en lugar de suponer cuando esta dada, se puede utilizar una solución gráfica en la cual, para algunos valores de , se calculan los valores correspondientes de los cuales se representan gráficamente contra , tal como se muestra en la figura 2.9.1.b. Conectando los puntos con una curva suave, es fácil determinar el aproximado para el valor de dado.
Figura 2.9.1.b.- Gráfica de H calculada para valores seleccionados de Q. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
Para la resolución de algunos problemas específicos es recomendable es uso de las siguientes figuras:
30
Figura 2.9.1.c. Diagrama de Moody. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
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Figura 2.9.1.d. Pruebas de Nikuradze con tuberías con rugosidad de arena. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
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2.9.2.- SISTEMAS DE TUBERÍAS EN PARAL ELO.
Una combinación de dos o más tuberías conectadas, tal como se muestra en la figura 2.9.2.a, de tal manera que el caudal se divide entre las tubería y luego se une nuevamente, es un sistema de tuberías en paralelo. En tuberías en serie el mismo caudal fluye por todas las tuberías y las pérdidas de cabeza se acumulan, pero en el caso de tuberías en paralelo las pérdidas de cabeza son las mismas en cada una de las líneas y los caudales son acumulables.
Figura 2.9.2.a.- Sistema de tuberías en paralelo. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
Al analizar los sistemas de tuberías en paralelo, se supone que las pérdidas menores se añaden en las longitudes de cada tubería como longitudes equivalentes. De la figura 2.9.2.a, las condiciones que deben satisfacerse son:
ℎ =ℎ =ℎ = + + .2.9.2.. = = + + .2.9.2.. Donde:
son las elevaciones de los puntos 1 y 2 respectivamente.
es el caudal en la tubería de entrada o la salida.
Ocurren dos tipos de problemas:
.
Con elevaciones conocidas de la línea piezométrica en A y B, se requiere determinar el caudal conocido, se desea determinar la distribución del caudal y las ♣ Con pérdidas de cabeza. Los tamaños de las tuberías, las propiedades del fluido y las rugosidades se suponen conocidas. El primer tipo de problema es la solución de problemas de tuberías simples para el caudal, debido a que la pérdida de cabeza es la caída en la línea piezométrica. Estos caudales se suman para determinar el caudal total. ♣
33
El segundo tipo de problema es más complejo, ya que no se conoce ni la pérdida de cabeza ni el caudal para cualquiera de las tuberías. El procedimiento recomendado para la solución es el siguiente:
∗ = ∗∗ = . 2.9.2. . ú ♣
♣
Suponer una proporción de caudal a través de la tubería 1 (con base en el diámetro, la longitud y la rugosidad). Determinar el número de Reynolds
con la siguiente ecuación:
Donde: ( ) = densidad agua en Kg/m3 o Lb/ft 3 = velocidad en
= Diámetro de la tubería en m (metros) o ft (pies) = Viscosidad absoluta del agua a la temperatura requerida. (Ver tabla 2.9.2) = Viscosidad cinemática del agua a temperatura requerida. (Ver tabla 2.9.2)
Tabla 2.9.2.- Propiedades del agua a diferentes temperaturas. (L, Streeter V. (2000). Mecánica de los Fluidos 9 Edición. Santafé de Bogotá, Colombia: Editorial McGraw Hill)
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∈ ∈ ∈ = í ℎ, = ∴ = = .2.9.2..ó ó ℎ = 2 . 2.9.2. . é ó ∈ ∈ ℎ , , ℎ = 2 .2.9.2. ℎ = 2 .2.9.2. , = + + Determinar
♣
para obtener el valor del factor de fricción
que se utiliza en
la ecuación 2.9.2.e, extraído de la figura 2.9.1.d a partir de los valores de y :
Encontrar de la ecuación 2.9.2.e, utilizando el caudal supuesto despejando la formula correspondiente para obtener .
♣
Donde:
= caudal en
o pcs,
= velocidad en
, = área en
y gravedad = 9.81 m / seg 2 o 32.2 ft / seg 2
Determinar
♣
y
para obtener el valor del factor de fricción
de la
figura 2.9.1.d
Utilizando , para despejar y encontrar ecuación 2.9.2.e, en su forma.
♣
♣
con el uso de la
Realizar la sumatoria de caudales
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♣
♣
, = ∑ , = ∑ = ∑ .2.9.2.ℎ. ℎ, ℎ, ℎ, , , , ,, , , , .2.9.2.,.2.9.2.,.2.9.2.,.2.9.2. .2.9.2.
Con los tres caudales para una pérdida de cabeza común, suponer ahora que el caudal dado se distribuye en las tuberías en la misma proporción que . Luego:
Verificar los valores de sustituyendo los nuevos valores de los caudales ecuaciones cada tubería.
en las para
Este procedimiento funciona para cualquier número de tuberías, escogiendo cuidadosamente , estimando un porcentaje del caudal total del sistema que debería pasar por la tubería. La ecuación 2.9.2.h. produce valores correctos dentro de un pequeño porcentaje, lo cual está bien dentro del rango de exactitud de los factores de fricción.
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2.10.- PÉRDIDAS PRIMARIAS Y SECUNDARIAS EN TUBERÍAS. Las pérdidas de carga (o pérdidas de energía) en tuberías son de dos tipos, primarias y secundarias: ♣
♣
Pérdidas primarias: Son las “pérdidas de superficie” en el contacto del fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en flujo uniforme y por lo tanto, principalmente se producen en tramos de tuberías de sección constante. Pérdidas secundarias: S on las “pérdidas de forma” que tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías.
2.10.1.- PÉRDIDAS PRIMARIAS: ECUACIÓN DE DARCY.
Si se supone una tubería horizontal de diámetro constate D, por la que circula un fluido cualquiera entre dos puntos 1 y 2, se cumple la ecuación de Bernoulli con pérdidas:
Al ser la tubería de sección constante y horizontal
. 2.10.1. . é , ó . A finales del siglo XIX, se demostró que la pérdida de carga era proporcional al cuadrado de la velocidad media en la tubería y a la longitud de la misma, e inversamente proporcional al diámetro de la tubería. La relación anterior se expresa según la ecuación de Darcy.
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.2.10.1..é , ó . Esta fórmula es de uso universal para el cálculo de pérdidas de carga en conductos rectos y largos, tanto para flujo laminar como turbulento. La diferencia entre ambos tipos de flujo está en la definición y evaluación del factor de fricción. Existen multitud de tablas, curvas, ecuaciones etc. para obtener el valor del factor de fricción Sin embargo, a partir de 1940, se ha venido usando cada vez más un ábaco denominado “Diagrama de Moody”.
.
2.10.2.- PÉRDIDAS SECUNDARIAS.
La ecuación fundamental de las pérdidas secundarias, análoga a la ecuación de Darcy para pérdidas primarias, es la siguiente:
. 2.10.2. . é . 38
2.11.- VÁLVULAS. Las válvulas hidráulicas son mecanismos que sirven para regular el flujo de los fluidos. Pueden desempeñan distintas funciones, recibiendo en cada caso un nombre diferente, debido a estas funciones se pueden clasificar como: 2.11.1.- VÁLVULAS DISTRIBUIDORAS: Su función es dirigir el flujo por el circuito según nos convenga. Alimentan a los actuadores y a otras válvulas. 2.11.2.- VÁLVULAS DE CIERRE: Impiden el paso de fluido en un sentido, permitiendo la libre circulación en el sentido contrario. 2.11.3.- VÁLVULAS DE FLUJO: Permiten modificar la velocidad de un actuador. 2.11.4.- VÁLVULAS DE PRESIÓN: Limitan la presión de trabajo en el circuito, actuando como elemento de seguridad. A su vez se clasificar en: 2.11.4.1.- VÁLVULAS LIMITADORAS: Cuando se supera un determinado valor de presión descargan el circuito. 2.11.4.2.- VÁLVULAS REDUCTORAS: limitan o reducen la presión, en ocasiones un determinado componente del circuito necesita, para su correcto funcionamiento una presión inferior a la del fluido, en esta situación se utilizaría una válvula reductora. 2.11.5.- VÁLVULAS SECUENCIADORAS: En ocasiones dentro de un circuito interesa que dos cilindros que se alimentan simultáneamente, deseamos que uno actúe antes que el otro, en esta situación con el uso de una válvula secuenciadora se conseguiría producir un desfase entre los cilindros. 2.11.6.- VÁLVULAS DE FRENADO: Son utilizadas para el retorno de los motores hidráulicos, ya que evitan excesos de velocidad cuando el motor recibe una sobrecarga, así mismo evitan que se produzcan sobrepresiones cuando se desacelera o se detiene la carga.
Figura 2.11.- Sección de una válvulas. (https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_hidr%C3%A1ulica)
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2.12. –TIPOS DE VÁLVULAS HIDRÁULICAS. 2.12.1.- VÁLVULA DE BOLA: Son en donde el elemento de cierre “rota” en la vía de circulación para detener el
flujo. Las válvulas de bola ofrecen muy buena capacidad de cierre y son prácticas al abrir y cerrar girando la manivela 90°. Si se gira completamente, significa que la apertura de la válvula es del mismo tamaño que el interior de la tubería y esto resulta en una muy pequeña caída de presión. Otra característica principal, es la disminución del riesgo de fuga de la glándula sello. Cabe señalar, que esta válvula es para uso exclusivo en la posición totalmente abierta o cerrada, no es adecuada para su uso en una posición de apertura parcial para ningún propósito, tal como el control de caudal.
Figura 2.12.1.- Válvula de bola. (http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-valves.html)
2.12.2.- VÁLVULAS DE GLOBO:
La válvula de globo es adecuada para utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones, desde el control de caudal hasta el control abierto - cerrado (On-Off). Cuando el tapón de la válvula está en contacto firme con el asiento, la válvula está totalmente cerrada. Cuando el tapón de la válvula está alejado del asiento, la válvula está abierta. Por lo tanto, el control de caudal está determinado por el levantamiento del tapón de la válvula (la distancia desde el tapón de la válvula al asiento).
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Si esta válvula se utiliza en la posición parcialmente abierta, hay pocas posibilidades de daños al asiento o al tapón por el fluido. Sin embargo, que debido a que la vía de circulación en esta válvula es en forma de 'S', la caída de presión es mayor que el de otros tipos de válvulas.
Figura 2.12.2.- Válvula de globo. (http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-valves.html)
2.12.3.- VÁLVULA DE MARIPOSA:
Las válvulas de mariposa son válvulas muy versátiles, tiene una gran capacidad de adaptación a las múltiples aplicaciones. En tamaños, presiones, temperaturas, conexiones, etc. a un costo relativamente bajo. El funcionamiento de las válvulas de mariposa es sencillo, pues sólo requiere una rotación de 90º del disco para abrirla por completo. La pérdida de carga es pequeña, cuando la válvula está totalmente abierta, la corriente circula de forma aerodinámica alrededor del disco. Las válvulas de mariposa pueden estar preparadas para admitir cualquier tipo de fluido: gas, líquido y hasta sólidos.
Figura 2.12.3.- Válvula de mariposa. (http://www.valvias.com/tipo-valvula-de-mariposa.php)
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2.12.4.- VÁLVULA DE AGUJA:
La válvula de aguja es llamada así por el vástago cónico, obturador sobre un orificio de pequeño diámetro en relación el diámetro nominal de la válvula. El desplazamiento del vástago, si es de rosca fina, es lento y el hecho de que hasta que no se gira un buen número de vueltas la sección de paso del fluido es mínima, convierte esta válvula en una buena reguladora de caudal, por su estabilidad, precisión y el diseño del obturador que facilita un buen sellado metálico, con poco desgate que evita la cavitación a grandes presiones diferenciales. Es posible encontrar diseños con la disposición de los puertos de entrada y salida de la válvula de forma angular, recta (90º) o lineal (0º).
Figura 2.12.4.- Válvula de aguja. (http://www.valvias.com/tipo-valvula-de-aguja.php)
2.12.5.- VÁLVULA DE COMPUERTA:
Es utilizada para el flujo de fluidos limpios y sin interrupción. Cuando la válvula está totalmente abierta, el área de flujo coincide con el diámetro nominal de la tubería, por lo que las pérdidas de carga son relativamente pequeñas. Este tipo de válvula no es recomendable para regulación o estrangulamiento ya que la compuerta podría resultar erosionada. Parcialmente abierta puede sufrir vibraciones.
Figura 2.12.5.- Válvula de compuerta. (http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-valves.html)
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2.12.6.- VÁLVULA DE DIAFRAGMA.
Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte y estrangulación de líquidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión. En estas válvulas se aísla el fluido de las partes del mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. La estanqueidad se consigue mediante una membrana flexible, generalmente de elastómero, pudiendo ser reforzada con algún metal, que se tensa por el efecto de un eje-punzón de movimiento lineal, hasta hacer contacto con el cuerpo, que hace de asiento. Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y son de rápida obertura.
Figura 2.12.6.- Válvula de diafragma. (http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-valves.html)
Existen dos tipos de válvulas de diafragma: 2.12.6.1.- WEIR (PASO RESTRINGIDO):
Las válvulas de diafragma tipo Weir se pueden usar en servicios de apertura y cierre y regulación. 2.12.6.2.- STRAIGHTWAY (PASO DIRECTO):
También llamadas Straight-Thru. Estas válvulas de diafragma de paso directo solo se usan en servicios de apertura y cierre.
Figuras 2.12.6.1 y 2.12.6.2.- tipos de válvulas de diafragma. http://www.valvias.com/tipo-valvula-de-diafragma.php
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2.13.- ELECTROVÁLVULAS. Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de un fluido por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide. Generalmente no tiene más que dos posiciones, es decir, abierto o cerrado. Las electroválvulas se usan en multitud de aplicaciones para controlar el flujo de fluidos. Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica mediante magnetismo en energía mecánica para hacer actuar a la válvula. Existen varios tipos de electroválvulas, en algunos tipos, el solenoide actúa directamente sobre la válvula dando la energía necesaria para su movimiento, también es posible observar electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso de corriente y cierra con el siguiente. Estas tienen dos contactos eléctricos, de modo que al cambiar de posición la válvula abre uno de ellos y cierra el otro. Existen de manera similar las válvulas motorizadas, en las que un motor acciona el mecanismo de la válvula, y permiten posiciones intermedias.
Figura 2.13.- Electroválvula y sus componentes. (http://www.hunterindustries.com/es/support/como-abro-una-valvula-manualmente)
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2.14.- CRITERIOS BÁSICOS PARA LA SELECCIÓN DE VÁLVULAS. La gran variedad de diseños y tipos de válvulas disponibles en el mercado actual es muy amplia, y ofrece múltiples posibilidades de aplicación. Por tanto, seguir una secuencia lógica de parámetros debe tenerse en cuenta ante una elección. Naturalmente todos estos parámetros están influenciados por factores ajenos al aspecto técnico tales como disponibilidad del producto, economía, mantenimiento y otros similares que deben de influir también en la justa elección del producto.
2.15.- ELECCIÓN DEL TIPO DE VÁLVULA DE ACUERDO A SU FUNCIÓN. La elección estará basada en la función de la válvula o equipo y o los procesos que se deben realizar, para ello distinguiremos las siguientes funciones: ♣
♣
♣
♣
Aislamiento: Deseamos interrumpir el flujo de la línea de forma total y cuando sea preciso. Retención: Necesitamos impedir que el flujo no retroceda hacia la zona presurizada cuando esta decrece o desaparece. Regulación: Queremos modificar el flujo en cuanto a cantidad, desviarlo, mezclarlo o accionarlo de forma automática. Seguridad: Necesitamos proteger equipos y personal contra la sobre presión.
El tipo de válvula dependerá de la función que debe efectuar, sea cierre (bloqueo), estrangulación o para impedir el flujo inverso. Estas funciones se deben determinar después de un estudio cuidadoso de las necesidades del sistema para los cuales se destina la válvula. Dado que hay diversos tipos de válvulas disponibles para cada función, también es necesario determinar las condiciones del servicio en que se emplearan las válvulas. También es de importancia primordial conocer las características químicas y físicas de los fluidos que se manejan.
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2.16.- CONCEPTO DE AUTOMATIZACIÓN. La automatización de un sistema se define como la trasferencia de las tareas realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: ♣ Parte de mando ♣ Parte operativa La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre el sistema. Son los elementos que hacen posible que los mecanismos se muevan y realicen sus debidas operaciones deseada por el usuario. Los elementos que forman la parte operativa son: motores, cilindros, compresores, finales de carrera, entre muchos otros. La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada o
PLC). Aunque también se utilizan relés electromagnéticos, temporizadores, relés de nivel, automáticos, contactores, etc. Estos dispositivos deben ser capaces de comunicarse con todos los constituyentes del sistema automatizado.
2.17.- AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO. Básicamente se refiere a sustituir la operación y control manual efectuado por humanos, por controles automáticos, pretende: ♣ ♣ ♣ ♣ ♣ ♣
Ahorro de mano de obra. Ahorro de agua. Ahorro de energía. Incremento de la eficiencia del riego. Control de costos. Incremento de productividad de los cultivos.
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2.18.- COMPONENTES DE UN SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO. 2.18.1.- SENSORES O TRANSDUCTORES:
Son los encargados de convertir una señal de temperatura, nivel, presión, caudal, altura, humedad o movimiento, en una señal equivalente eléctrica, la cual es leída e interpretada por la unidad de control del sistema y manipulada por la misma de tal manera que ejecuta ordenes sobre actuadores de manera automática dando funcionamiento al proceso. Ejemplos de estos transductores son: Caudalímetros, medidores de nivel o relés de nivel, automáticos en los tinacos (flotadores), sensores de humedad, entre otros.
Figura 2.18.1.- A) Relé de nivel o medidor de nivel, B) Detector de humedad, C) Flotador eléctrico para tinaco. (http://www.directindustry.es/prod/finder-france/product-7569-415458.html) (http://www.measureinstruments.com.ar/Medidor_humedad_suelos_MI-9_SH-9.html) (http://coparoman.blogspot.mx/2015/05/conexion-de-flotador-electrico.html)
2.18.2.- ACTUADORES:
Electroválvulas, arrancadores, motores eléctricos y motobombas.
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2.18.3.- UNIDADES DE CONTROL:
Es la que ejecutará el funcionamiento del sistema de riego de manera automática, suelen ser tableros o cuartos de control. En ellos se encuentran interconectados todos los dispositivos de los cuales se compone el sistema principalmente el PLC (Control Lógico Programable), temporizadores y contactores. Además contiene las indicaciones con focos pilotos que indican el buen funcionamiento, así como las posibles fallas y errores.
A)
B)
C) Figura 2.18.3.- A) Controlador Lógico Programable (PLC) Allen-Bradley, B) Temporizador, C) Contactor marca finder. (https://www.cram-a-lot.com/plc-pico-controller-allen-bradley) (http://ipsanet.com/te-102/) (http://www.ebay.es/itm/Finder-60-12-8-120-0040-Relay-10A-250V-120V-AC/200950134991?hash=item2ec98fb8cf:g:FsQAAMXQyfFR~9x-)
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2.18.4.- SISTEMAS DE PROTECCIÓN ELÉCTRICA Y ALARMA.
Dentro de los sistemas de protección generalmente se encuentran los relevadores de sobrecarga o sobrecorriente y pastillas termomagnéticas para la protección de la instalación eléctrica, dispositivos y motores, así como la de los usuarios. Los sistemas de alarma se componen de sirenas o focos indicadores pilotos.
Figura 2.18.4.- Sistemas de protección eléctrica y alarma utilizados en los sistemas de riego. (http://www.ecoconstruccion.net/noticias/schneider-electric-expande-la-gama-de-reles-de-sobrecarga-tesysx3b5i)
2.18.5.- ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA:
Generalmente al tamaño y capacidad del sistema de riego, pueden ser sistemas monofásicos, bifásicos y trifásicos. En México la Comisión Federal de Electricidad (CFE) conforme a la norma oficial mexicana NOM - 001-SEDE – 2012 (Instalaciones Eléctricas). Proporciona dos tipos de servicio de alimentación:
♣ ♣
red aérea red subterránea
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En cada una proporciona los servicios monofásicos, bifásicos y trifásicos, de voltajes alternos con frecuencia de 60 ciclos/segundo (Hz / seg) ♣
♣
♣
monofásico es el que tiene la mayoría de los hogares el llamado servicio a 2 hilos, fase y neutro de 127 volts. bifásico, para residencias y pequeños negocios, a 3 hilos. 2 fases y un neutro de 220 volts y 127 volts trifásico, principalmente para uso industrial a 4 hilos. 3 fases y un neutro.
Figura 2.18.5.- Alimentación eléctrica de los sistemas de riego con bombas eléctricas. (http://coparoman.blogspot.mx/2014/04/servicio-de-red-electrica-monofasica.html)
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2.19.- SELECCIÓN DEL CALIBRE DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS (CARGA Y TIERRA) EN TUBERÍA CONDUIT PARA EQUIPO DE RIEGO DE ACUERDO CON LA NORMA DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS NOM - 001- SEDE - 2012. La transmisión de energía eléctrica en forma segura y eficiente depende de una correcta selección del calibre del conductor. La capacidad de conducción de corriente de los conductores eléctricos depende de muchos factores, entre los cuales podemos mencionar los siguientes: tipo de instalación (Conduit, charola, ducto subterráneo, aérea, entre otros.), de la temperatura de operación de los conductores seleccionados y de la longitud del circuito, principalmente. Debido a lo anterior, se debe realizar un estudio de la instalación eléctrica a diseñarse. A continuación se indica como calcular la capacidad de conducción de corriente para conductores eléctricos de acuerdo con la norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE- 2012. 1. Elegir el tipo de producto requerido en función de su aplicación, materiales, construcción y temperatura del conductor. Se recomienda consultar distintos catálogos disponibles en el mercado de las marcas más reconocidas como: LATINCASA, CONDUMEX, VOLTECH, IUSA, CONDUCTORES ARSA, KOBREX, CONDULAC, KURA, ARGOS. 2. Determinar la corriente nominal de la carga, utilizando las fórmulas indicadas en la tabla 2.19.a, de acuerdo con el tipo de sistema eléctrico (de corriente continua, de corriente alterna monofásico o trifásico) y del tipo de carga (motores, alumbrado u otras cargas).
Tabla 2.19.a.- Fórmulas para obtener la corriente nominal en un circuito de corriente continua, corriente alterna monofásica o trifásica. (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables para construcción.pdf , obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
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Dónde: CP (HP) = Caballos de fuerza o potencia del motor kW = Potencia en kilowatt V = Tensión nominal del sistema en Volts ƞ = Eficiencia del motor (Valor típico 0,8) fp = Factor de potencia (Valor típico 0,9) Para conductores que alimenten un solo motor, la corriente nominal a plena carga se multiplicará por 1,25 (artículo 430-22) “los conductores que alimenten un solo motor usado en una aplicación de servicio, deben tener una ampacidad no menor al 125 por ciento del valor nominal de corriente de plena carga del motor .” (Artículo 430-24). En el caso de varios motores, a la suma de la corriente a plena carga de los motores se le sumará el 25% de la corriente del motor más grande. 3. Seleccionar el calibre del conductor de acuerdo con su capacidad de conducción de corriente del cable, que depende del tipo del aislamiento, de la temperatura de operación y del método de instalación, utilizando la tabla 2.19.b. De acuerdo al artículo 110-14 de la NOM-001-SEDE-2012, “si la corriente en el circuito es mayor a 100 A, se elige la capacidad de corriente a una temperatura de operación del conductor de 75°C. Si la corriente del circuito es menor de 100 A, se elige la capacidad de corriente a una temperatura de operación del conductor de 60°C ”.
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Tabla 2.19.b.- Capacidad de conducción de corriente (A) permisible de conductores aislados para 0 a 2000 V nominales y 60°C a 90°C. No más de tres conductores portadores de corriente en una canalización o directamente enterrados, para una temperatura ambiente de 30°C. (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables para construcción.pdf , obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
4. Una vez elegido el calibre del conductor, corregir la capacidad de conducción de corriente tomada de la tabla 2.19.b, en función de la temperatura ambiente del lugar de instalación, para ello se multiplica por el factor de corrección que se indica en la tabla 2.19.c.
Tabla 2.19.c.- Factores de corrección a diferentes temperaturas. (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables para construcción.pdf , obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
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5. Si existen más de 3 conductores en tubería (conduit) portadores de corriente, corregir la capacidad de conducción de corriente multiplicando ésta por los factores de la tabla 2.19.d.
Tabla 2.19.d.- Factores de corrección por agrupamiento a diferentes temperaturas. (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables p ara construcción.pdf , Pag. 1-7 obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
6. Calcular la caída de tensión de la instalación utilizando las fórmulas siguientes:
. 2. 2 . 1 9.9. .. á
. 2. 2 . 1 9.9. .. á
Donde: V = Caída de tensión en el cable, en % I = Corriente eléctrica que circula a través del conductor, en A L = Longitud total del circuito, en km Vo = Tensión de fase a neutro, en V Vff = Tensión entre fases, en V Z = Impedancia eléctrica del cable, en /km
La impedancia eléctrica del cable Z, expresada en ohm ( ) / km, está dada por la siguiente fórmula:
. 2.2.19.9. .. . 54
En forma aproximada sin considerar el factor de potencia (fp) la impedancia (Z) puede ser calculada con la fórmula:
. 2.2.19.9. .. . Dónde: R = Resistencia del conductor a la corriente alterna y a la temperatura de operación, en /km XL = Reactancia inductiva del conductor, en /km fp = Cos = Es el ángulo del factor de potencia (fp) La tabla 2.19.e, contiene la resistencia en corriente alterna a 75°C, la reactancia inductiva y la impedancia para cables de 600 V. Tres cables monopolares monopolares en un mismo tubo.
Tabla 2.19.e.- Parámetros eléctricos generales de cables en tubo (conduit). (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables p ara construcción.pdf , Pag. 1-7 obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
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La NOM-001-SEDE-2012 indica que “la caída de tensión máxima permitida en la instalación tomando en consideración los cables del circuito alimentador y del circuito derivado, no debe ser mayor del 5%. Para el caso del circuito derivado, la caída de tensión tens ión no deberá ser mayor de 3% y debe considerarse considerar se una caída de tensión máxima de 2% para el circuito alimentador. Si la caída de tensión resultante del cálculo es mayor a lo anterior, debemos considerar un calibre mayor, volver a realizar los cálculos y verificar que se cumplan los porcentajes de caída de tensión sugeridos .” 7. De acuerdo a NOM-001-SEDE-2012 “es necesario instalar el conductor de puesta a tierra de equipos en todos los alambrados. Para seleccionar el calibre de puesta a tierra de equipos nos basaremos en la Tabla 2.19.d, la cual indica el calibre mínimo para la puesta a tierra de canalizaciones y equipos. ”
Tabla 2.19.d.- Tamaño nominal mínimo de conductores de puesta a tierra para equipos. (Litincasa. Manual de Selección de calibre en cables p ara construcción.pdf , Pag. 1-7 obtenido de la Norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2012. Jueves 29 de noviembre de 2012. Diario Oficial de la Federación.)
Este conductor de puesta a tierra de equipos puede ser conductor desnudo o aislado. Si es aislado, el color de identificación del aislamiento debe ser verde.
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2.20.- PROTECCIONES ELÉCTRICAS DE EQUIPOS DE RIEGO CON LA NORMA DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS NOM - 001SEDE - 2012. 2.20.1.- INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS.
El interruptor termomagnético se utiliza con mucha frecuencia debido a que es un dispositivo de construcción compacta que puede realizar funciones de conexión o desconexión, protección contra cortocircuito y contra sobrecarga en instalaciones de baja tensión (hasta 600 V). Está constituido por una caja moldeada con terminales y una palanca para su accionamiento. En el interior están los contactos (uno fijo y otro móvil) que tienen una cámara para la extinción del arco. El sistema de disparo trabaja a base de energía almacenada: Al operar la palanca para cerrar los contactos, se oprime un resorte donde se almacena la energía; al operar los dispositivos de protección se libera la energía, y la fuerza del resorte separa los contactos. La protección contra sobrecarga está constituida por una barra bimetálica que, dependiendo del valor que tenga la corriente así como del tiempo que se mantenga, provoca el disparo que abre los contactos. Esta misma barra está colocada a cierta distancia de una pieza ferromagnética. Cuando la corriente se eleva a valores muy altos (cortocircuito) se crean fuerzas electromagnéticas de atracción capaces de provocar que los contactos se abran en un tiempo muy corto. De esta manera se logra la protección contra cortocircuito. Estos interruptores tienen una calibración que en algunos casos sólo el fabricante puede modificar. La capacidad interruptiva o la potencia máxima de cortocircuito que puede soportar un termomagnético está limitada por: a) La separación de los contactos en posición abierta. b) El tiempo que tardan en abrirse los contactos y llegar a la separación máxima. Este lapso a su vez depende de las masas en movimiento, de la fricción y de la energía que se almacena en el resorte. c) La capacidad de la cámara de extinción para enfriar los gases del arco.
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2.20.2.-RELEVADORES ELECTROMAGNÉTICOS.
Los relevadores electromagnéticos son elementos sensores que operan por la interacción de flujos electromagnéticos, producidos en diversos núcleos o trayectorias magnéticas por corrientes proporcionales a las corrientes o voltajes de los circuitos que se desea vigilar. La proporcionalidad puede ser: lineal, cuadrática, diferencial, integral o cualquier otra función en el tiempo, que al alcanzar cierto valor hace operar a uno o varios contactos del relevador y se transmite la señal a otro equipo. Los relevadores electromagnéticos más importantes son: de corriente maximal, de protección diferencial, de voltaje, de secuencia de fase, de pérdida de campo, instantáneos y de tiempo.
Figura 2.20.2.- Relevador electromagnético. (http://www.findernet.com/en/node/47493)
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2.21.- APLICACIÓN DE SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO AL CULTIVO DEL AGUACATE. Uno de los primeros experimentos de irrigación por goteo llevados a cabo en cultivos de aguacate, se realizó en el condado de San Diego (E. U. A.). Durante este experimento se comparó la irrigación por goteo y la irrigación por aspersión en un huerto comercial ligeramente inclinado. Se utilizó un aspersor por árbol con aplicación de agua semanal o tres emisores (con descarga de 4 L/h) por árbol con aplicación diaria de agua. La aplicación de agua fue regulada mediante tensiómetros que determinaban la humedad de la tierra a 30 y 60 cm de profundidad. Del sistema de goteo se obtuvieron actuaciones satisfactorias en cuanto a la inclinación del huerto, utilizando apreciablemente menos agua en los años siguientes. El crecimiento de los árboles fue similar por los dos métodos. Sin embargo, la cantidad de frutos producida por árbol fue ligeramente mayor en los árboles en los cuales se utilizó aspersión, probablemente porque la tierra estaba más húmeda. El riego por goteo es un sistema muy apropiado para el cultivo del aguacate y actualmente está bastante difundido en Israel, California, México y Europa. A continuación se sintetizaran las ventajas y los problemas a resolver empleando la irrigación por goteo en cultivos de aguacate: 2.21.1.- VENTAJAS.
Economización de agua: La bomba central, el sistema de tubos y los goteros conducen y localizan el riego alrededor de la planta. Los goteos mantienen permanentemente un nivel de humedad, el bulbo de humedad, reduciendo al mínimo las pérdidas de evaporación (figura 2.21.1.a). Este riego localizado en la base de la planta reduce la superficie total de riego (figura 2.21.1.b). En las plantaciones jóvenes se llega a regar el 10% de la superficie, y en cultivos adultos de aguacate se llega a un mínimo de 30 hasta 60% de la superficie total del huerto. El volumen del suelo mojado depende del tipo del mismo, de las condiciones ambientales (grados de evapotranspiración), del tiempo de riego y del número de goteros (por árbol y por hectárea). Los riegos pueden ser diarios, cada 3 días o semanales y el goteo evita un exceso de agua alrededor del árbol, evitando problemas de asfixia.
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Figura 2.21.1.a.- Distribución de la humedad en distintos suelos mediante riego por goteo. (Rodríguez Suppo, F. 1982. El aguacate. Agt Editor. México. pp. 127.)
Figura 2.21.1.b.- Riego localizado en la base de la planta. (Rodríguez Suppo, F. 1982. El aguacate. Agt Editor. México. pp. 127.)
Utilización de aguas salinas: El riego por goteo no permite el ascenso capilar de las sales; además, por controlar la evaporación, no se aumenta la concentración de éstas (Por ejemplo, si se produce mucha evaporación, es decir, pérdida de agua de la solución del suelo, la cantidad de sales aumenta proporcionalmente, de allí que manteniendo una humedad adecuada se puede controlar esta concentración.); utilizando aguas salinas la acumulación se efectúa lentamente por lo que se hacen lavados con grandes volúmenes de agua cada 6 o 12 meses.
Fertilización por riego. En Michoacán, donde el periodo de riego es de 6 meses (de febrero a agosto), las cantidades de nitrógeno y urea que se aplican con este sistema son: (Tabla No. 2.21.1.a)
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Edad del árbol (años) 1 2 3 4 5 Más de 5
Nitrógeno puro (g / árbol / año) 45 90 150 225 450 680
Urea (g / árbol / año) 15 25 40 65 125 185
Tabla 2.21.1.a.- Cantidad de fertilizante aplicado por árbol de aguacate. (C.J. Anguiano1, J.J. Alcántar1, B.R. Toledo1, L. M. Tapia1 y J. A. VidalesFernández1. Caracterización Edafoclim atica del área Productora d e Agu acate d e Mich oacán, Méxi co . Actas VI Congreso Mundial del Aguacate 2007, Viña Del Mar, Chile. 12-16 Nov 2007. ISBN No 978-956-17-0413-8)
Incremento de la produ cción de aguacate: La producción con el riego por goteo es notoriamente incrementada en cantidad y calidad, debido a la eficiencia del uso del agua, la fertilización, y a la anulación de periodos críticos para el cultivo. Los árboles de aguacate se presentan más vigorosos, el tamaño de los frutos es mayor, así como el porcentaje de aceite, lo que puede adelantar el inicio de la cosecha. Estos resultados obtenidos experimentalmente y en forma comercial en Israel y California son indicadores importantes de la potencialidad de este sistema de riego, actualmente extendido en muchas especies hortícolas y frutícolas. 2.21.2.- DESVENTAJAS.
Este sistema, como cualquier técnica agrícola, también presenta problemas, los cuales tienen su solución, debiéndose evaluar en cada caso comparativamente con todas las alternativas posibles. Entre estas posibles desventajas se citan:
Alto cos to in ic ial : Las inversiones iniciales son variables de acuerdo al tipo de cultivo, extensión, objetivos de producción, entre otros. Los equipos deben ser de buena calidad para que soporten las condiciones ambientales (las tuberías y goteros están en la superficie) y el comportamiento eficiente del campo. Se requiere una vigilancia constante para detectar las posibles irregularidades y lograr un mantenimiento adecuado del equipo.
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Problemas técnicos: Un buen equipo debe garantizar un mínimo de obturación de goteros por taponamientos de origen orgánico (algas, bacterias.), minerales (arcillas, arena, cieno, depósitos químicos) y óxidos de hierro.
Este problema se soluciona con la limpieza adecuada de los goteros mediante presión (para los taponamientos orgánicos) y con ácidos fuertes (2% de clorhídrico en taponamientos de origen químico, con depósitos de carbonato de calcio, de fertilizantes insolubles, por mencionar algunos). Es importante utilizar fertilizantes solubles para evitar los depósitos y obturaciones en tuberías y goteros (generalmente los problemas provienen de abonos fosfóricos poco solubles y de nitrato cálcico).
2.22.- EXIGENCIAS DEL AGUACATE. 2.22.1.- ORIGEN.
El aguacate (Persea Americana) proviene de una especie de árbol polimórfico, que tiene sus orígenes geográficos en regiones centrales y al este de México, Guatemala y en toda la costa del Pacifico en Centroamérica, figura 2.22.1.a. Evidencias arqueológicas indican que la cosecha de esta laurácea en México se ha llevado a cabo por más de 10,000 años. Restos de semillas encontrados en cuevas cercanas al valle de Teotihuacán y en el estado de Puebla, indican que por el aumento en el tamaño de las semillas, desde tiempos pasados se han hecho mejoras en las técnicas de producción para obtener este fruto con mejores cualidades.
Figura 2.22.1.a.- Regiones del origen del aguacate. (Whiley A. W. et al. (Eds.). 2002. The Avocado: Botany, Production and Uses. CABI Publishing. Inglaterra. pag. 1-12.)
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2.22.2.- CLIMA. Debido a que el aguacate tiene sus orígenes en las regiones cálidas de Centro América y México, se le considera una planta tropical y subtropical.
Entre los rasgos climáticos que inciden en el desarrollo de la planta deben tenerse en cuenta, entre otros, la temperatura, la humedad ambiental, las precipitaciones, la luminosidad y los vientos. Todos estos factores no actúan aisladamente sino que se condicionan mutuamente, constituyendo una unidad climatológica donde algunos de los elementos pueden actuar como limitante. La temperatura es un factor muy importante para el cultivo. Debido a su origen, el aguacate es sensible a bajas temperaturas, dependiendo su resistencia de las variedades e híbridos. En años cálidos hay, en general, una buena producción; en cambio, en años irregularmente frescos ésta puede ser nula. Las principales zonas productoras en México se pueden clasificar en dos grupos climatológicos: una zona de altura (Uruapan, Atlixco, Tenancingo, diversas zonas del Estado de Michoacán.), donde la temperatura media anual es de 17-18 ºC, y una zona subtropical (Morelos, Culiacán, Chiapas, Veracruz, etc.), con temperaturas medias anuales de 24 a 26 ºC, constituyendo el llamado trópico de altura mexicano, con pocas variaciones de temperatura. La temperatura junto con otros factores, determina el grado de evaporatranspiración (la suma de la evaporación del suelo y la transpiración de la planta), la cual es medida diariamente en los sistemas de riego por goteo para el cálculo general de la dosis de agua. Es necesario que las precipitaciones estén bien distribuidas durante el año. La altura sobre el nivel del mar es un dato importante en la clasificación de las razas (mexicana: 1500-2000 msnm (metros sobre el nivel del mar), guatemalteca: 5001000 msnm y antillana: 0-500 msnm), pues determina o condiciona la temperatura del lugar. Según la altura en que se implantará el huerto se seleccionarán las variedades que responden a su origen racial. La luminosidad es otro factor de importancia que garantiza la calidad del fruto. Las ramas demasiado sombreadas no producirán y actuarán parasitariamente en el árbol, de allí la necesidad de controlar la densidad de los árboles y eliminar las ramas sobrantes mediante podas. Por otro lado, la corteza del aguacate es sensible a la intensidad luminosa produciéndose quemaduras características en ramas y frutos, por lo que no se debe dejar la zona de injerto expuesta al sol de mediodía.
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La humedad relativa ambiental también influye en la calidad del fruto y en la salinidad de la parte aérea del árbol. Humedades altas inducen a la proliferación de las enfermedades en hojas, tallos y frutos (antracnosis, cánceres, etc.). Se considera una humedad ambiental óptima aquella que no supere el 60%. 2.22.3.- SUELO.
La textura del suelo y proporción de arcilla determinan sus principales características físicas. Los mejores suelos para aguacate son los de textura media y profundos, como los arcillo-arenosos. Los suelos muy pesados (mayor proporción de arcilla) tienen una gran capacidad de campo (retención de agua) y se encharcan periódicamente; sin una buena cantidad de materia orgánica (3 a 5%) esto provoca problemas de aireación y drenaje del agua. Los suelos muy livianos (mayor proporción de arena) tiene muy baja capacidad de campo, se pierde mucha agua por percolación y la aireación puede resultar excesiva. Los suelos medios y profundos, en cambio, garantizan el desarrollo radicular del aguacate; cuánto más profundo el suelo, mejor será éste desarrollo, siendo necesario evitar los de los subsuelos rocosos y muy arcillosos. 2.22.4.- HUMEDAD.
El aguacate es muy sensible al exceso de humedad en el suelo debido a que su sistema reticular posee pocos pelos absorbentes y realiza la absorción de agua y nutrientes principalmente por las puntas de las ramificaciones radiculares. El exceso de agua provoca una rápida asfixia radicular y favorece la proliferación de hongos, como la Phytophthora cinnamomi. 2.22.5.- SAL INIDAD.
Las principales sales solubles del suelo son los sulfatos, cloruros, carbonatos, bicarbonatos y nitratos. Cuando se aumenta la concentración de esta solución por encima de un límite óptimo, comienzan los efectos salinos (físicos y químicos). Una forma de medir la salinidad de la solución es a partir de la conductividad eléctrica de un extracto a 25 ºC, que se expresa en mS/cm (milisiemens por centímetro). Los suelos por debajo de 2 mS/cm se consideran normales. El aguacate es un cultivo muy sensible a la salinidad, se desarrolla normalmente con concentraciones menores de 3 mS/cm, pasando este nivel comienzan los efectos tóxicos de los cloruros de sodio y magnesio, produciendo quemaduras en las plantas y bordes de las hojas, y defoliaciones intensas. En la implantación del huerto, respecto a la salinidad, se tiene en cuenta: ♣
Realizar un análisis de la solución del suelo, ésta debe tener menos de 3 mS/cm de salinidad. 64
♣
♣
♣
En caso de salinidad superior a la recomendable, se aplicarán fuertes riegos para un adecuado lavado de sales. En caso de suelos salinos emplear la raza antillana (más resistente a estas condiciones). No utilizar abonos a base de cloruros, como el de cloruro de potasio. 2.22.6.- pH DEL SUELO.
El rango de acidez óptimo para el desarrollo de la planta de aguacate es el comprendido entre un pH de 5.5 y 6.5. Esta baja acidez posibilita una buena absorción de los principales nutrientes. Se cultiva a veces en suelos con un pH 8 (alcalino, que indica la presencia de caliza), pero se producen severas clorosis (producción deficiente de clorofila), pues por encima de un pH 7 disminuye la absorción de hierro. En suelos muy ácidos (por debajo de un pH 5.5) comienzan los efectos tóxicos del aluminio. Los suelos alcalinos pueden corregirse con prácticas acidificantes como la incorporación de sulfatos o azufre. Los suelos demasiado ácidos, se pueden encalar, haciendo elevar su pH a un óptimo deseado, aplicando caliza. 2.22.7.- AGUA.
Para producción de aguacate, el agua de riego debe reunir algunas características importantes para su implementación en lo que respecta al contenido total de sólidos disueltos y al contenido de sodio, cloruros y boro:
Total de sólidos disueltos: menor de 850 ppm (partes por millón). Sodio: menos de 3 meq/L (Indica los miliequivalentes por litro. Para obtener este valor se divide la concentración en mg/L por el Peso Equivalente (ver conceptos técnicos del producto.)
Cloruros: menos de 107 ppm.
Boro: menos de 0.7 ppm.
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La cantidad de agua necesaria es variable según el estado de la planta (joven o adulta), el clima (grado de evapotranspiración) y el estado de desarrollo (reposo, crecimiento, floración, fructificación), además del sistema utilizado (con el riego por goteo se llega a ahorrar hasta un 40% de agua respecto a otras técnicas). Según la AALPAUM (Asociación Agrícola Local de Productores de Aguacate de Uruapan, Michoacán) las necesidades de agua por semana por árbol de aguacate son las que proporciona la tabla 2.22.7.a. En la que se muestran los requerimientos en litros según el tipo de riego. Edad (meses) <6 6 - 36 >36
Goteo 21 30 60
Microaspersión Aspersión 100 46 50 65 35 170
Manguera 50 75 200
Tabla No.2.22.7.a.- Volúmenes de riego en litros por árbol por semana de acuerdo con la edad de la plantación. Según la AALPAUM (Asociación Agrícola Local de Productores de Aguacate de Uruapan, Michoacán)
2.22.8.- CONDICIONES CLIMÁTICAS Y DE SUELO. Las condiciones agroambientales prevalentes en la región productora de aguacate son propicias para el desarrollo favorable del árbol y la obtención del fruto a lo largo del año. A continuación se presenta la Tabla No. 2.22.8.a, donde se muestran las características requeridas para el cultivo del aguacate.
Variable Altitud (msnm, metros sobre el nivel del mar) Temperatura (°C) Periodo libre de haladas (No. De días) Lluvia (mm) Evaporación (mm) Humedad relativa % Tipo de suelo Pendiente
Marginal mínimo <1200
Optimo
Marginal máximo
1600 - 2200
2200 - 2400
4 -10 ----
20 - 25 Más de 360
28 - 31 ----
---650 50 ---2
600 más riego 1168 57 - 63 Andosol y lluvioso ----
---1600 ------15
Tabla No.2.22.8.a.- Requerimientos buenos y marginales del desarrollo del aguacate. Según la AALPAUM (Asociación Agrícola Local de Productores de Aguacate de Uruapan, Michoacán)
66
3.- CÁLCULOS Y DESARROLLO DE LAS ACTIVIDADES CORRESPONDIENTES A L A PROPUESTA DEL DISEÑO DE SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO. 3.1.- CÁLCULO DE ÁREA TOTAL DE RIEGO DEL INMUEBLE EN AVÁNDARO, EDO. DE MÉXICO. De acuerdo a datos proporcionados por el ingeniero asesor el área total del rancho ubicado en la localidad de Avándaro Municipio de Valle de Bravo, Estado de México es igual a 5 ¼ hectáreas (ha). Corroborando este dato y haciendo uso de la tecnología disponible, actualmente se conoce el área total y áreas de riego por aspersión aproximadas que fueron obtenidas de imágenes satelitales que facilitan los cálculos. Para el cálculo del área de un polígono irregular cualquiera, tendremos que descomponerlo o dividirlo en polígonos regulares y ya que el inmueble no tiene una figura regular es necesario basarse en métodos indirectos: triangulándolo (no triangulado arbitrariamente, hay que sistematizarlo), usando una trama cuadriculada preferentemente o descomponiendo el polígono irregular en cuadriláteros conocidos . Al observar la siguiente figura se aprecia que contiene la división del inmueble (polígono irregular), en polígonos regulares. Se obtendrá el área de cada uno de ellos, para posteriormente realizar una sumatoria y obtener el aproximado del área total del terreno. La división consta de 6 figuras diferentes; 4 triángulos rectángulos (amarillo, verde, morado y rosa), uno equilátero (el marcado con rojo) y un rectángulo (marcado en azul).
Figura 3.1.- División del inmueble (polígono irregular), en polígonos regulares. Google Earth.
67
SUMATORIA DE AREAS:
√ = √ 250 = = 27063.3 = 2.70633 =1∗2=67 ∗106 = 7102 = 0.7102 = = Á= 3813 = 0.3813 = = Á= 12485 = 1.2485 Á= = = 493 =0.0493 = = Á= = 0.1122 1122 ∑á ≈5 = 2. 7 0633 + 0. 7 102 0. 3 813 +1. 2 485 + 0.0493 + 0.1122 ≈5 ≈5
Triángulo equilátero (color rojo):
Rectángulo (color azul cielo):
1° Triángulo rectángulo (color amarillo):
2° Triángulo rectángulo (color verde):
3° Triángulo rectángulo (color rosa):
4° triangulo rectángulo (color morado):
2
2
+
Hectáreas
5.2 hectáreas
hectáreas
3.2.- ÁREAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN Y GOTEO.
Figura 3.2.- Áreas de riego por aspersión y goteo en el inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Google Earth.
68
3.3.- CÁLCULO DE ÁREA DE RIEGO POR ASPERSIÓN.
257 m
252 m
182 m Figura 3.3.- Área de riego aproximada por aspersión y sus magnitudes en el inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Google Earth.
En la figura anterior se puede apreciar el área de riego por aspersión total en el inmueble que semeja la figura de un triángulo isósceles; ya que dos de sus lados son casi idénticos. Su área aproximada se puede calcular mediante:
= √66049 8281 = ℎ = 2 57 √65958 =256.822 . = Á ó = . = 11685.44 = 1.168544 1.- calcular la altura:
2.-
69
3.4.- CÁLCULO DEL NÚMERO DE ASPERSORES REQUERIDOS. A partir de lo anterior se puede deducir el número de aspersores totales que se necesitan para poder regar, por el método de aspersión, el total del área verde. Sabiendo que un aspersor del tipo metálico – ajustable tiene un diámetro de riego de 13 metros, y que a su vez un aspersor metálico con ángulo de riego indicado por el usuario tiene un diámetro de riego de 10.3 metros. Se puede obtener el área de riego un aspersor realizando un promedio de distancias.
= 13 +10.2 3 = 11.65
Radio de riego del aspersor metálico – ajustable (13 m)
Aspersores
Radio de riego del aspersor Metálico con ángulo de riego indicado por el usuario (10.3 m)
Figura 3.4.- Área de riego de un aspersor metálico ajustable y de un aspersor metálico con ángulo de riego indicado.
Á =3.1416∗135. = ∗ =3. 1 416∗ 1 1. 6 5 7225 = 426.3858
Ahora bien, para conocer un aproximado de la cantidad de aspersores que se necesitan para cubrir el césped será, el área total del riego por aspersión dividida entre el área de riego de un solo aspersor.
11685. 4 4 ≈ 426.3858 ≈ 27.4057
A criterio de petición para el diseño de la propuesta de sistema de riego por aspersión se debe considerar un margen de error de +/- 5%, debido al posible margen de error de la figura 3.1, obtenido de Google Earth.
70
Aplicando una regla de 3 conocemos el porcentaje equivalente a esa cantidad.
27.4"057" 5% 100% 27.27.44057057 1. 3 702 =26. 0 355 + 1.3702 =28.7759
= 1.3702 aspersores.
Por lo que la cantidad de aspersores totales se resumen en:
= 26 28 3.5.- DETERMINACIÓN DE LOS ASPERSORES Y GOTEROS QUE TENDRÁN LUGAR EN EL PROYECTO. Obtenidas las áreas de riego por aspersión y goteo es más sencillo conocer y determinar el tipo de aspersores y goteros que podrán contemplarse como posibles candidatos a operar. 3.5.1.- GOTEROS O EMISORES.
Dentro de un sistema de goteo se requiere de goteros autocompensantes para liberar el riego sobre el cultivo en zonas a desnivel o en su conveniencia de goteros ajustables para aumentar o disminuir la cantidad de riego según el tamaño de los árboles sin importar el desnivel. Dentro de la propuesta del sistema de riego automatizado, se optara por utilizar un gotero ajustable que tenga la capacidad de ser ajustado mediante un mando mecánico, que aporte el agua adecuada según el tamaño de los árboles y que además sea económico y de fácil adquisición.
Figura 3.5.1.-Gotero del tipo ajustable. (http://www.aluxdemexicoga.com.mx/inicio/accesorios-para-riego/riego-por-gotero/)
71
3.5.2.- ASPERSORES.
En la selección de los aspersores se consideran los siguientes criterios:
Aspersores metálicos: Debido a su mayor durabilidad en comparación con aspersores plásticos y a su resistencia a golpes y mordidas de animales. Aspersores ajustables: Cuando solo se requiera regar cierto sector o área se necesitan aspersores ajustables con límite de riego. Aspersores con alcance radial de entre 10 y 15 metros de diámetro: Para cubrir las necesidades de riego, en el área total del inmueble. De uso o aplicación agrícola. Aspersores de giro 360°: En sectores donde el agua de riego no tenga impedimentos para llegar al césped, el aspersor gira en vueltas completas sin límite. Costo promedio de $150.00 pesos. Conexión de alimentación de agua en media pulgada.
En base a estas características se seleccionan los aspersores metálicos de tipo ajustable y giro completo ubicados en el anexo A y B.
3.6.- CÁLCULOS DEL SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO 3.6.1.- DETERMINACIÓN DE LA BOMBA CENTRÍFUGA Y SU POTENCIA PARA EL LLENADO DE UN DEPÓSITO DE AGUA CON CAPACIDAD DE 1100 LITROS. 3.6.1.1.- Criterios de selección
La elección de la bomba centrifuga que se ha de utilizar en esta propuesta está relacionada básicamente con los siguientes criterios:
Uso agrícola o aplicación para sistemas de riego. Operación con agua limpia. Caudal a la altura requerida y funcionamiento sin peligro de cavitación. Tiempo de llenado del depósito, menor o igual a 15 minutos Precio no mayor a $3,000.00 M.N. Alimentación monofásica a 127 voltios (V). Facilidad de montaje y de operación. De muy poco mantenimiento correctivo y preventivo.
72
3.6.1.2.- Determinación d e la bomba cent rífuga y su po tencia
Se requiere elevar agua desde una cisterna que puede albergar hasta 50000 litros a un depósito situado en una cota más elevada con capacidad de 1100 litros que proporcionará el agua al sistema de riego por goteo. Para evitar facturaciones por costos elevados de energía eléctrica la bomba que se seleccione debe operar solamente el tiempo que se requiera. El depósito debe de ser llenado a su máxima capacidad en un tiempo menor o igual a 15 minutos; debido a esto es necesario establecer un caudal en función del volumen del depósito y el tiempo que se desea que opere la bomba y, a partir de esto, seleccionar la que cumpla con estas condiciones.
Caudal Q = VolTieumpomentV = 151100minliuttrooss = 3220minliuttrooss =73.33 militnrutoso Ec. 3.6.1.2. Formula para obtener un caudal o gasto Los datos generales a partir de las figuras 3.6.1.2.a y 3.6.1.2.b, son los siguientes:
2.4 metros
0.25 metros Depósito de 1100 litros
4.5 metros Tubos PPR de 1 pulgada
2.8 metros
Bomba de agua Cisterna de agua
Figura 3.6.1.2.a.- Alturas y dimensiones del sistema de llenado del depósito de 1100 litros. (AUTOR)
73
Figura 3.6.1.2.b.- Esquema de la problemática anterior. (AUTOR)
Altura geométrica = altura de aspiración + altura de impulsión: (2.8 + 4.5) metros = 7.3 metros Longitud total de tubería PPR = (2.8 + 4.5 + 2.4 + 0.25) metros = 9.95 metros. Diámetro interior de la tubería: 25.4 milímetros = 0.0254 metros
Características de la aspiración:
Altura de aspiración = 2.8 metros Longitud de la tubería = (2.8 + 2.4) metros = 5.2 metros Número válvulas de pie = 1 válvula Número de codos de 90° = 1 codo
Características de la impul sión:
Altura de impulsión = 4.5 metros Longitud de la tubería = (4.5 + 0.25) metros = 4.75 metros Número de codos de 90°: 1 codo
74
Pérdidas de carga en la aspiración:
Longitud de la tubería: 5.2 metros Pérdidas singulares (datos de anexo O y P): 0.2 metros de 1 codo 90°. Longitud equivalente de la tubería: 5.4 metros.
Con el valor de la longitud equivalente se pueden obtener las pérdidas en mca (metros columna de agua) a través de la tabla de pérdidas de carga el anexo P.
=4000
Es decir, en una tubería de 25.4 mm de diámetro corresponden a 21.5 metros por cada 100 metros lineales de tubería de las características dadas. Entonces las pérdidas de carga en la aspiración son: (21.5 x 5.4) / 100 = 1.161 mca Pérdidas de carga en el lado de impu lsión:
Longitud de la tubería: 4.75 metros Pérdidas singulares (datos de anexo O y P): 0.2 metros de 1 codo 90°. Longitud equivalente de la tubería: 4.95 metros.
Se procede igual que en el punto anterior y por lo tanto, las pérdidas de carga en la impulsión son: (21.5 x 4.95) / 100 = 1.06425 mca Selección de la bomba y s u potencia:
Altura manométrica total = Altura de aspiración + Altura de impulsión + Pérdidas de carga en la aspiración + Pérdidas de carga en la impulsión = 2.8 m + 4.5 m + 1.161 mca + 1.06425 mca = 9.52 mca. En consecuencia, se debe seleccionar una bomba que eleve 73.33 litros / hora a una altura de 9.52 mca. La bomba centrifuga que se presenta a continuación es la más oportuna conforme a los criterios y cálculos anteriores. Sus datos técnicos se encuentran en el anexo G y H:
Figura 3.6.1.- Bomba monofásica de 0.5 Hp, de la marca WDM PUMPS, modelo DE 15 - 1. (http://www.wdmpumps.com/Bombas/Bombas-Caseras/Bombas-Caseras/DE/Detail/fb849593-a6ae-448bbbde-1778dc6f5493/3ad98d39-0618-4fad-aa6e-09f5d5279162#)
75
3.6.2.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE LLENADO DE UN DEPOSITO CON CAPACIDAD DE 1100 LITROS QUE PROPORCIONARA AGUA AL SISTEMA DE GOTEO, CON LA BOMBA WDM – PUMPS, MODELO DE 15 – 1 DE 0.5 HP (HORSE POWER). Según las curvas características del fabricante de la bomba (anexo G). A 9.52 mca, la bomba WDM – PUMPS, modelo DE 15 – 1 de 0.5 Hp, ofrece un caudal Q = 124 litros / minuto. Volumen del rotoplas en litros = 1100 litros
1 m Volumen del rotoplas en m =1100 litros 1000 litros= 1.1 m 124 l i t r o s 1 m 0 . 1 24 m Q = minuto 1000 litros= min 0.0254 metÁreroas 0 . 0 254 m í = 4 =5.06708664 x 10 − m v =0.1Ár24emaQí m v = 5.06708664minx 10− m = 244.7165577 min Vol u men V en m 1 . 1 m Tiempo = Caudal = Q = 0.1mi24nm = 27531 minutos
Debido a que el diámetro de descarga de la bomba está dada en una pulgada = el área de la tubería es:
Por lo que la velocidad:
Por lo que:
=8.87 minutos
El tiempo de llenado del depósito con la bomba de la marca WDM PUMPS, modelo DE 15 -1; en comparación con otras de mayor potencia que poseen un diámetro de succión inferior a 1 ¼” , es muy similar, sin embargo, comparada con bombas que tienen el mismo diámetro de aspiración que está (1 ¼”), a mayor potencia, el tiempo
de llenado seria aún menor; pero el gasto de energía eléctrica se eleva considerablemente.
76
Una vez instalada la bomba eléctrica gastaría:
ó =0.7461 0.5 27531 = 3.309
3.6.3.- CÁLCULO DE ALTURA MÁXIMA DE ASPIRACIÓN, Z1, A LA QUE ES POSIBLE COLOCAR LA BOMBA CENTRÍFUGA POR ENCIMA DE LA SUPERFICIE DEL AGUA SIN QUE OCURRA CAVITACIÓN. Sobre el lado de aspiración de una bomba es común que halla bajas presiones, con la posibilidad de que dentro de la bomba ocurra cavitación.
P V CANP= γ + 2g Pγ Ec.3.6.3. a Carga de aspiración neta positiva P V γ P
Donde: = presión de succión, = velocidad de succión al cuadrado, = densidad del fluido a la temperatura requerida (agua), g = gravedad y = presión de vapor. En realidad existen 2 valores de interés de la CANP. El primero es la carga de aspiración neta positiva requerida, denotada CANP R, que es necesaria mantener o exceder de modo que no ocurra cavitación. El segundo valor de la carga de aspiración neta positiva de interés es la carga de aspiración neta positiva disponible denotada CANPD, que representa la carga que realmente ocurre para el sistema de flujo en particular:
CANP = P γ é Z Σh Pó Pγ Ec.3.6.3.b .Carga de aspiración neta positiva disponible Pé γ Z Σh P ó P V Σh = K 2g Ec.3.6.3.c .Sumatoria de pérdidas singulares
Donde: = presión atmosférica, = altura, = Sumatoria de pérdidas singulares (m o ft), = densidad del fluido (agua) a la temperatura requerida, = pérdidas de fricción (usando datos de la figura 2.9.1.d.) y = presión de vapor.
77
Σh
Dónde: = Sumatoria de pérdidas singulares (m o ft), V = Velocidad de succión del agua (m / seg o ft / seg), g = gravedad (9.8 m/s 2 o 32.2 ft / s 2), KL = Constante adimensional de coeficiente de resistencia que depende de los accesorios que se contemplan en el diseño (Anexo F).
L V Pó = f D 2g Ec.3.6.3. d . pérdidas por fric ión Dónde: V = Velocidad de succión del agua (m / seg o ft / seg), g = gravedad (9.8 m/s2 o 32.2 ft / s 2), L = longitud de la tubería, D = diámetro de la tubería y f = coeficiente de fricción (obtenido de la figura 2.9.1.d.)
3.6.3.1.- PROBLEMÁTICA
Se debe bombear agua con una bomba centrifuga de 0.5 Hp a una altura de 4.5 metros (ver figura 3.6.3.1), llenando un depósito que proporcionara agua al sistema de riego goteo por gravedad, de 1100 litros de agua, en un tiempo no mayor a 15 minutos. El agua, es agua limpia, que proviene de una cisterna de 2.5 metros de alto, por 10 metros de largo y 2 metros de ancho que se encuentra enterrada en el suelo, con un volumen igual a 50 metros cúbicos. En la bomba de la marca WDM – PUMPS, modelo DE 15 -1 HF (figura 3.6.1), con succión de 1 ¼ pulgada y descarga en 1 pulgada. El régimen es de 145 litros / minuto, a este caudal, la carga de aspiración neta positiva es de 9.18635 pies (ft) = 2.8 metros, según especificaciones de fabricante (anexo G). La temperatura promedio del agua, generalmente es 23° C = 73.4 °F y la presión atmosférica en la zona de Avándaro, Edo. De México es de 81.99 Kpascales. Se determinara la altura máxima, Z 1, a la que es posible colocar la bomba por encima de la superficie del agua sin que ocurran efectos de cavitación en su interior. La mayor pérdida de carga ocurre entre el depósito y la entrada de la bomba debido a la pichancha y al filtro, colocados a la entrada de esta, debe tener un coeficiente de perdida de K L = como se aprecia en el anexo F.
6.1
78
2.4 metros
0.25 metros Rotoplas de 1100 litros
4.5 metros Tubo plus de 1 pulgada Bomba de agua
2.8 metros
Cisterna de agua
Figura 3.6.3.1.- Esquema de la problemática anterior. (AUTOR)
Datos:
. =
Q=
Diámetro de aspiración = 1 ¼ pulgada = 0.03175 metros
Área =
ó = . = 7.917322875 10− m
. .
= . Pé a 1500 msnm la presion atmosferica →638 mmHg a 1820a 2000msnmmsnmla prlaeprsioensiatonmatosmfeosfricearic→mmHg a conocer a →602 mmHg
Velocidad =
=
= Usando el anexo C y D
79
Interpolando:
m1500 m mmHg a conocer =638 mmHg+ 1820 2000 m1500 m602 mmHg638 mmHg
mmHg a conocer =638 mmHg23.04 mmHg=614.96 mmHg Presión atmosférica en Kpa=614.96 mmHg 0.1333219921Kpa 1 mmHg =81.99 Kpa P .° ° P . ° lb / pulPg ° lb / pulg P ° = y + xx xx y y Ec.3.6.3.1. a . Fórmula para interpolar la presión de vapor a 23 ° C=73.4 ° F P ° = 0.3pul6334g lb + 73.754°F°F7070 °°FF 0.4pul3016g lb 0.3pul6334g lb l b 0. 4 087776 l b P ° = 0.3pul6334g lb + 0.0454376 = pulg pulg 0. 4 087776 l b 1 pul g o n P ° = pulg 0.0254 m 0.00441KNewt lb =2.818 Kpa
Longitud de la tubería de tubo plus medido con flexómetro = 9.95 metros
Interpolando para
x0 = A 70° F se tiene x = A 73.4° C se tiene x1 = A 75 ° F se tiene
(usando datos del anexo I)
se tiene la siguiente ecuación:
y0 = 0.36334 Dato que se desea conocer ( y1 = 0.43016
)
80
γGU ° γGU ° =997.6 mKg9.81 1NewtKg ons=9.7865 KNewtmons Σh = K KK==2.5 K =1.8 K =1.8+2.5+1.8=6.1 9. 3 17014928 met r o s 3 . 0 52378569 met r o s s e g Σh =6.1 29.s8e1gm =6.1 19.62sseemetgg ros =2.896 metros Pó =6.299212598 x 10− ϵ=0.000002 metros f=0.021 dato obtenido de la figura 2.9.1. d. Pó = f V2g 2 3 . 0 52378569 met r o s =0.0110.9.0317595 metmetrorsos 19.62sseemetgg2 ros ( ) Pó = =1.637 metros
= densidad del agua a 23 ° C de la tabla 2.9.2 * (9.80665002864 Newtons / 1 kg)
Con los datos del anexo F y observando la figura 3.6.3.1: -
2 codos de 90° 1 válvula de pie 1 yee
1.8
Con Donde:
se calcula el valor de f , dato del anexo L
CANPD = 2.8 metros de carga de aspiración neta positiva disponible.
Despejando
Z
de la ecuación
3.6.3.b
se tiene ahora, la ecuación:
81
Z = P γ é CANP Σh Pó Pγ Ec. 3 . 6 . 3 . 1 . c . Despej e de l a ecuaci o n 3. 6 . 3 . b par a e n cont r a r Z 9 Kpaons 2.8 metros2.896 metros1.637 metros 9.78652.818KNewtKpaons Z = 9.786581.9KNewt m m Z = Z = 2.8 metros2.896 metros1.637 metros0.288 metros 8.378 metros
0.757 metros = 75.7 cm sin que exista cavitación
3.6.4.- CÁLCULO DEL TIEMPO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE GOTEO PARA LA PLANTACIÓN DE AGUACATE. El tiempo de funcionamiento del sistema de riego automatizado por goteo para la plantación de aguacate en el inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Se encuentra en función del gasto o caudal (Q) que estos requieren. Si cada aguacate de más de 3 años según la tabla 2.22.7.a. Requiere de significa que:
60semanalitros = 1 s7edimanaas = 607 dilitarsos = 8.571428571 l i t r o s dia
Cada gotero regulable es capaz de suministrar de 0 a 50
=
generalizadamente en funcionan como microaspersores.
. Todos se regulan
, debido a que después de este caudal,
Entonces sucede que:
El tiempo de funcionamiento del sistema de riego automatizado por goteo= Litrocaudal s por diQaquedelrgotequiereorereungulaguacat e able El tiempo de funcionamiento del sistema de riego automatizado por goteo= 8.571428571 l i t r o s di9horlitaraos = 0.952380952dia horas T= 0.857142857dia horas 601mihornutaos ≈ 58 midinautos 82
3.6.5.- CÁLCULO DE LA CANTIDAD TOTAL DE AGUA QUE SE APLICA EN UN RIEGO POR GOTEO.
.
Un aguacate de más de 3 años necesita agua necesaria proveniente del rotoplas es:
. Por lo que la cantidad de
l i t r o s 3428. 5 71428 l i t r o s 8.571428571 4 00 aguacat e s = dia dia
Entonces, la cantidad de veces de llenado del depósito de 1100 litros debido al gasto en litros / día, será:
l i t r o s 1r o t o pl a s depos i t o s de 1100 l i t r o s 3428.571428 =3. 1 16883117 dia 1100 litros dia
83
3.6.6.- CÁLCULO DE CAUDALES Y VELOCIDADES PRESENTES EN LAS TUBERÍAS. Tubería de 1 pulgada Manguera de 3/4 pulgada Manguera de 1/2 pulgada
Manguera de 3/4 pulgada, 60 metros
Manguera de 3/4 pulgada, 38 metros
Línea de plantación con 20 aguacates y goteros cada una
Manguera de 3/4 pulgada, 20 metros
Válvulas de paso y reducción
Manguera de 3/4 pulgada, 10 metros
Figura 3.6.6.- Distribución de las mangueras de polietileno y tubería PPR . (AUTOR)
Ec.2.9.1.1 Ec. 2.9.1.2, Ec. 2.9.2. a Ec.2.9.2.b.
De manera ideal las condiciones que deben satisfacerse según las ecuaciones , , Del apartado dos son las siguientes:
El caudal Q de un gotero regulable se establece de manera arbitraria para cada aguacate en 10 litros / hora = 1litro / 360 segundos.
84
El caudal Q de una línea de pulgada = (el caudal Q de un gotero regulable) * (cantidad de goteros por línea).
tro 20 = caudal Q de una línea de 12 pulgada = 3601lseigundos itros caudal Q de una línea de 12 pulgada =0.055555555 selgundo
Área en pulgada = 1.26677166 x10 -4 m2
La velocidad en la manguera de
pulgada =
0.438560139
El caudal Q en 5 líneas de pulgada = ( (5 líneas) =
Área en pulgada = 2.850236235 x10 -4 m2
La velocidad en la manguera de 0.974578087
1
=
caudal Q de una línea de
á
pulgada) *
de pulgada =
á /
=
Área en pulgada = 5.06708664 x10 -4 m2
El caudal Q en 1 pulgada = (caudal Q en 5 líneas de pulgada) * (4 líneas) =
La velocidad en la manguera de
2.192800696
1
pulgada =
á
=
Debido a las pérdidas que se tienen en las tuberías por el efecto de fricción y las longitudes equivalentes de los diferentes dispositivos hidráulicos. Las condiciones anteriores se ven afectadas de cierta manera como se mostrará a continuación. El procedimiento del apartado 2.9.2 permite conocer los caudales y las velocidades reales del sistema considerando estas pérdidas.
85
3.6.6.1.- CÁLCULO DE CAUDALES Y VELOCIDADES PRESENTES EN LA TUBERÍA DE UNA PULGADA DE LA FIGURA 3.6.6.
Q T = 10 litros /9 segundos
.
0.0565 metros
Tubería 3 Q 3I y v3I
0 . 5 m e t r o s
Conexión al rotoplas
3.1 metros
Electroválvula de 1”
Tubería 2 Q 1I y v1I
t
t
.
.
.
0.30 metros
Reducción bushing de 1” a ¾”
1”
t
.
Tubería 1 Q 2I y v2I
Conductores de alimentación eléctrica de la electroválvula de
0.0605 metros
0 . 0 7 5 m e t r o s
Tubería 3 Q 1I y v1I
Tubería 4 Q 2I y v2I
Conector con rosca macho de tubo plus en 1”
Válvula de bola de 1”
Cople botella en ¾”
Figura 3.6.6.1.- Conexión en tubo plus y accesorios, de 1 pulgada con sus respectivas dimensiones. (AUTOR)
86
Q = Q = πD π 0 . 0 254 met r o s A= 4 = 4 =5.06708664 X 10− m v 5 litros 1 m gundosX100010−l imtros =0.548200174 ms v = QA = 185.s0e6708664 m 0. 5 48200174 − 0.0m254 metros = 14813.06853 v D s = = 9.4 X 10 segundo ∈ ∈D = 20.X025410−met metroross =0.00007874015748 ∈ ∈ f =0.011 2.10.1.b. m 0. 5 48200174 H =f DL v2g = 0.0110.4.0325445 metmetrrooss 29.81 sm s = H =0.0125H177.=0.0669291 0 . 0 15317198 met r o s 0 28822263 met r o s L v 2.10.1.bQ. H L v H =f D 2g
1) Suponer una porción de caudal
, que circula por la tubería 1
conocida como
2) Obtener el área de la tubería de 1 pulgada
3) Obtener la velocidad
4) Conocer el número de Reynolds
Dónde: = Viscosidad cinemática a 23° C obtenida de la tabla 2.9.2.b 5) Determinar
Dónde: = Valor de la rugosidad del anexo L
6) Obtenidos los valores de y
de la figura 2.9.1.d determinara el valor de
7) Conocer las pérdidas de carga por fricción con la ecuación
Dónde:
= Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.1
8) Se calcula ahora, la velocidad y el caudal paso anterior, despejando la ecuación
a partir del valor de
del
87
Dónde:
0.0125 L f 4. 4 975 met r o s v 0.028822263 metros=0.011 0.0254 metros29.81 sm = Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.1 y
=
v = 0.290333359 ms =0.538825908 ms
Q = vA =0.538825908mms 5.06708664 Xl10itr−os m =
2.730277561 X 10− s =0.273027756 s ∑Q
9) Realizar la sumatoria
Como las magnitudes de la tubería plus del extremo izquierdo de la figura 3.6.6.1, son las mismas que las magnitudes del lado derecho de dicha figura.
tros 2 tuberías similares ∑Q =0.273027756 litrsos2 tuberías similares +185seligundos
2.9.2.h.
∑Q =1.101611068 litrsos
10) Rectificar los valores de los caudales y las velocidades con la ecuación
5 l i t r o s Q litros 0.28017327 litrsos 18 segundoslitros910segundos Q = ∑QQ = 1.101611068 s l i t r o s 0. 2 73027757 Q litros 0.275382286 litrsos s Q = ∑QQ = 1.101611068 litrsos 910segundos
11) Realizar la tabla de valores reales incluyendo caudal, velocidad, número de Reynolds y las pérdidas de carga por fricción, con el uso de las ecuaciones anteriores.
litrsos metsros 0.0.2275382286 8017327 0.0.2275382286 8017327 Caudal Q
Tubería 1 Tubería 2 Tubería 3 Tubería 4
Velocid ad v
Numero de Reynolds R
Perdidas de carga por fricción Hr (metros)
0.543472621 0.552927727 0.552927727 0.543472621
14685.32401 14940.81306 14940.81306 14685.32401
0.033319908 0.033350641 0.033350641 0.033319908
Tabla 3.6.6.1.- Valores reales de la tubería de una pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.1. (AUTOR)
88
3.6.6.2.- CÁLCULO DE CAUDALES Y VELOCIDADES PRESENTES EN LAS MANGUERAS DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD DE ¾” QUE ESTAN CONECTADAS EN SERIE CON LA TUBERÍA DE PULGADA.
2.9.1.1
Obtenidos los valores de los caudales de las tuberías PPR (tubo plus) de una pulgada y sabiendo por la ecuación . Que dos conductos de diferente diámetro conectados en serie, tienen el mismo caudal. Se puede hacer el análisis de la figura 3.6.6.2.a que se muestra a continuación:
Figura 3.6.6.2.a.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 1 de la figura 3.6.6.1. (AUTOR)
89
Q =0. 2 75382285 Q = 0.055076457 πD π 0 . 0 1905 A= 4 = 4 =2.850236235 X 10− m v litros 1 m m s 1000 l i t r o s v = QA = 0.055076457 =0. 1 93234709 2.850236235 X 10− m s m 0. 1 93234709 1905 met r o s v D = = 9.4 X 10s−s0e.0gundo m = 3916.086394 ∈ ∈D = 0.2 0X190510− metmetrrooss =0.0001049868766 ∈ ∈ f =0.012 2.10.1.b. m 0. 1 93234709 L v 65. 1 6 met r o s s H =f D 2g = 0.0120.01905 metros 29.81 sm = H =0.012H177.=0.0669291 0 . 0 15317198 met r o s 0 78115751 met r o s L v 2.10.1.bQ. H
1) Suponer una porción de caudal
, que circula por la
tubería 1 conocida como
2) Obtener el área de la tubería de pulgada
3) Obtener la velocidad
4) Conocer el número de Reynolds
Dónde: = Viscosidad cinemática a 23° C obtenida de la tabla 2.9.2.
5) Determinar
Dónde: = Valor de la rugosidad del anexo L
6) Obtenidos los valores de y de
de la figura 2.9.1.c se determinará el valor
7) Conocer las pérdidas de carga por fricción con la ecuación
Dónde:
= Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.2.a
8) Se calcula ahora, la velocidad y el caudal paso anterior, despejando la ecuación
a partir del valor de
del
90
L v H =f D 2g
0.012 L f 70. 2 8 met r o s v 0.078115751 metros=0.012 0.01905 metros29.81 sm v = 0.034619404 ms =0.186062905 ms m s 2.850236235 X 10− m = Q = vA =0.186062905 5.30323235 X 10− ms =0.053032323 litrsos v 2.10.1.b. Q H L v H =f D 2g 0.012 L f 70. 2 met r o s v 0.078115751 metros=0.012 0.01905 metros29.81 sm v = 0.034658857 ms =0.186168894 ms ms 2.850236235 X 10− m = Q = vA =0.186168894 5.306253275 X 10− ms =0.053062532 litrsos v 2.10.1.b. Q H L v H =f D 2g 0.012 L f 75. 3 2 met r o s v 0.078115751 metros=0.012 0.01905 metros29.81 sm
Dónde:
= Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.2.a y
9) Se calcula ahora, la velocidad y el caudal conocido, despejando la ecuación
Dónde:
Dónde:
a partir del valor de
= Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.2.a y
10) Se calcula ahora, la velocidad y el caudal conocido, despejando la ecuación
=
=
a partir del valor de
= Valor de la longitud obtenido de la figura 3.6.6.2.a y
=
91
v = 0.032302864 ms =0.179729977 ms
ms 2.850236235 X 10− m = Q = vA =0.179729977 5.122728933 X 10− ms =0.051227289 litrsos ∑Q
11) Realizar la sumatoria
Como las magnitudes de la manguera 3 y manguera 4 de polipropileno de alta densidad del extremo izquierdo de la figura 3.6.6.2.a, son las mismas que las magnitudes del lado derecho de dicha figura, las velocidades y el caudal se entienden por iguales.
∑Q =litrQo′1s+ Q′2 + 2 Q′3 + Q′4litros
∑Q =0.051227289 s + 0.053062532 s +0.055076457 litrsos2 +0.053032323 litrsos ∑Q =0.267475058 litrsos 2.9.2.h. l i t r o s 0. 0 51227289 Q Q = ∑Q Q = 0.267475058 litsrsos0.275382285 litrsos Q =0.052741694 litrsos l i t r o s 0. 0 53062532 Q Q = ∑Q Q = 0.267475058 litsrsos0.275382285 litrsos Q =0.054631192 litrsos
12) Rectificar los valores de los caudales y las velocidades con la ecuación
92
l i t r o s 0. 0 55076457 Q Q = ∑Q Q = 0.267475058 litsrsos0.275382285 litrsos Q =0.056704653 litrsos l i t r o s 0. 0 53032323 Q Q = ∑Q Q = 0.267475058 litsrsos0.275382285 litrsos Q =0.05460009 litrsos
13) Realizar tabla de valores reales incluyendo caudal, velocidad, número de Reynolds y las pérdidas de carga por fricción, con el uso de las ecuaciones anteriores.
litrsos metsros 0.0.0052741694 54631192 0.0.0056704653 56704653 0.05460009 Caudal Q
Manguera 1 Manguera 2 Manguera 3 Manguera 4 Manguera 5
Velocidad v
Numero de Reynolds R
Perdi das de carga por fricción Hr metros
0.18504324 0.191672505 0.198947204 0.198947204 0.191563384
3750.078436 3884.42 4031.855573 4031.855573 3882.2154
0.082802609 0.82802607 0.082802608 0.082802608 0.82802607
Tabla 3.6.6.2.a.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.a. (AUTOR)
De manera similar para la siguientes conexiones de manguera de polietileno de alta densidad. Se usa el mismo procedimiento ya explicado con anterioridad, para encontrar los caudales y velocidades, así como otros datos importantes; presentes en cada etapa del circuito hidráulico. A continuación se muestra la figura y tablas correspondientes con los resultados obtenidos de cada sección usando dicho procedimiento, pero tomando en cuenta las diferentes magnitudes a las que se encuentran conectados.
93
0.28017327
2
38
Figura 3.6.6.2.b.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 2 de la figura 3.6.6.1. (AUTOR)
litrsos metsros
Manguera 1 Manguera 2 Manguera 3 Manguera 4 Manguera 5
Caudal Q
Velocidad v
Numero de Reynolds R
Perdi das de carga por fricción Hr metros
0.052608318 0.055331949 0.058473457 0.058473457 0.055286087
0.18457529 0.194131098 0.205153022 0.205153022 0.193970193
3740.59499 3934.252577 4157.622415 4157.622415 3930.991678
0.058320941 0.058320941 0.0580942 0.0580942 0.05832094
Tabla 3.6.6.2.b.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.b. (AUTOR)
94
0.28017327
3
20
Figura 3.6.6.2.c.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 3 de la figura 3.6.6.1. (AUTOR)
litrsos metsros
Manguera 1 Manguera 2 Manguera 3 Manguera 4 Manguera 5
Caudal Q
Velocidad v
Numero de Reynolds R
Perdi das de carga por fricción Hr metros
0.050653919 0.054779735 0.060016145 0.060016145 0.054707324
0.177718563 0.192193668 0.210565511 0.210565511 0.191939613
3601.636847 3894.988715 4267.311686 4267.311686 3889.840037
0.035815708 0.03581561 0.035815612 0.035815612 0.03581561
Tabla 3.6.6.2.c.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.c. (AUTOR)
95
4
10
Figura 3.6.6.2.d.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad y accesorios, de ¾ de pulgada con sus respectivas dimensiones, a la tubería 4 de la figura 3.6.6.1. (AUTOR)
litrsos metsros
Manguera 1 Manguera 2 Manguera 3 Manguera 4 Manguera 5
Caudal Q
Velocidad v
Numero de Reynolds R
Perdi das de carga por fricción Hr metros
0.047302991 0.052959608 0.061132317 0.061132317
0.165961652 0.185807787 0.214481582 0.214481582 0.18544094
3363.371793 3765.572709 4346.674625 4346.674625 3758.138217
0.022390637 0.022390637 0.022390638 0.022390638 0.022390637
0.52855048
Tabla 3.6.6.2.d.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.d. (AUTOR)
96
0.052741694 litrsos Caudal Q T =
Conexión a la manguera 1 de la figura 3.6.6.2.a
Gotero 1
49.5 metros
5 metros 0.18 metros 0 . 5 m e t r o s
95 metros
5 metros
Gotero 20
Figura 3.6.6.2.e.- Conexión de manguera de polipropileno de alta densidad de ½ pulgada y goteros con sus respectivas dimensiones, a la manguera 1 de la figura 3.6.6.2.a. (AUTOR)
97
litrsos
0.00226 0.00233 0.00239 0.00247 0.00255 0.00264 0.00274 0.00285 0.00298 0.00312 0.00312 0.00298 0.00285 0.00274 0.00264 0.00255 0.00247 0.00239 0.00233 0.00226
metsros
0.017913 0.01844 0.018936 0.019518 0.020156 0.020862 0.021656 0.022530 0.023529 0.024673 0.024673 0.023529 0.022530 0.021656 0.020862 0.020156 0.019518 0.018936 0.018440 0.017913
242.028 248.648 255.843 263.702 272.332 281.869 292.590 304.379 317.892 333.360 333.360 317.892 304.379 292.590 281.869 272.332 263.702 255.843 248.648 242.028
Hr metros 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593 0.001593
Tabla 3.6.6.2.d.- Valores reales de la tubería de ¾ de pulgada del sistema de riego automatizado por goteo, en relación con la figura 3.6.6.2.d. (AUTOR)
Al analizar los datos de la tabla anterior se puede identificar según las condiciones ideales del sistema del apartado 3.6.6, que realmente no se satisface el caudal que requiere cada aguacate por día; generalizando la regulación de los goteros a 1 litro / 400 segundos, en todos los casos, debido a la longitud de la tubería y la fricción. Los goteros marcados en gris de la tabla 3.6.6.2.d, son aquellos a los que les hace falta gasto para llegar al caudal necesario. Sin embargo, siendo pues, la diferencia poco representativa en los goteros marcados, respecto con los goteros que satisfacen las condiciones ideales; se deduce que es aceptable el margen de error existente. Ya que varían solo las diezmilésimas de unidad, afectando levemente el riego por goteo en algunos aguacates.
3.6.7.- CONCLUSIONES DEL SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO La conclusión satisfactoria es generalizar la regulación de los goteros a un caudal de 1 litro / 400 segundos. Esto permite que la dosificación que aporta cada gotero a cada árbol de aguacate sea aproximadamente la necesaria por día.
3.6.8.- CONEXIÓN ELÉCTRICA DEL SISTEMA DE BOMBEO AUTOMATICO Y MANUAL QUE APORTA AGUA AL SISTEMA DE GOTEO AUTOMATIZADO. 98
Contactos con flotador (automático)
Conductores calibre 12
Purga de la bomba de agua de 1 Hp Bomba de agua de 1 Hp
Relevador de nivel identificador de agua en la cisterna
Cisterna
Conductores calibre 14
Protección eléctrica (pastilla electromagnética monofásica)
Alimentación monofásica (127 volts)
Figura 3.6.8.- Sistema de llenado automático del rotoplas que aporta agua al sistema de riego. (AUTOR)
3.6.8.1- DIAGRAMA EL ÉCTRICO DEL SISTEMA DE LL ENADO AUTOMÁTICO Y MANUAL DEL DEPÓSITO QUE APORTA AGUA AL SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO. 99 Fase
Alimentación del relevador de nivel 127 volts
Neutro Neutro
SIMBOLOGIA Neutro 127 volts
Relevador de nivel
Contacto normalmente cerrado (NC) Contacto normalmente abierto (NA)
Flotador automático
Fase
Bomba centrifuga Pastilla electromagnética Switch cola de rata (normalmente abierto) para operación manual del sistema
Figura 3.6.8.1.- Diagrama eléctrico y simbología del sistema de llenado automático y manual del depósito que aporta agua al sistema de riego. (AUTOR)
3.6.9.- CONEXIÓN ELÉCTRICA DE LA ELECTROVÁLVULA Entrada de agua a la electroválvula proveniente del rotoplas
Temporizador
Fase
Aporte de agua al entrante al sistema de riego por goteo
Neutro
Clavija
Contacto del relevador de nivel
Figura 3.6.9.- Conexión eléctrica de la electroválvula. (AUTOR)
3.6.9.1- DIAGRAMA ELÉCTRICO DEL TEMPORIZADOR QUE DA FUNCIÓN100 A LA ELECTROVÁLVULA.
SIMBOLOGIA Temporizador
Electroválvula Pastilla electromagnética Relevador de nivel
Figura 3.6.9.1.- Diagrama eléctrico y simbología del sistema de llenado automático y manual del depósito que aporta agua al sistema de riego. (AUTOR)
3.7.- CÁLCULOS DEL SISTEMA DE ASPERSIÓN AUTOMATIZADO. 3.7.1.- CAPACIDAD DE LA BOMBA CENTRÍFUGA
101
Se refiere al volumen del fluido bombeado por unidad de tiempo. También llamado “gasto”, y se expresa en litros por minuto, metros cúbicos por minuto, galones por minuto (gpm), o unidades equivalentes. Algunos factores de conversión útiles son los siguientes:
1 ft3/seg = 448.8 gpm 1’000,000 galones/día = 694.4 gpm 1,000 barriles por día = 29.2 gpm 1 litro por segundo = 15.95 gpm
3.7.2.- PRESIÓN DE DESCARGA, PRESIÓN DE SUCCIÓN Y CARGA TOTAL
En un sistema típico de bombeo, se involucran tres términos diferentes de presión, que deben identificarse, estos son: presión de descarga, presión de succión y presión o carga total, de donde: La presión de descarga se refiere a la altura a la cual puede ser bombeado un fluido, expresándose en unidades de longitud de columna de agua (o en Kg / m 2 o Psi). La presión de succión se refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por la bomba, pudiendo ser presión de succión positiva o negativa, dependiendo de la posición relativa de la bomba con el nivel el fluido. La presión total se refiere a la diferencia entre la presión de descarga y la presión de succión. Pt = Pd – (Ps)
Ps puede ser negativa o positiva.
En una bomba centrífuga, la carga total dinámica se expresa (ver figura 3.7.2): H = Hd - Hs + (Vd 2 / 2g) – (Vs2 / 2g)
Donde:
Hd = Carga a la salida o descarga de la bomba, medida en la tobera de descarga, expresada en pies columna de agua o metros columna de agua. Hs = Carga de succión, expresada en pies columna de agua o metros columna de agua Vd = Velocidad del flujo de descarga de la bomba. Vs = Velocidad del flujo de succión de la bomba.
102
Figura 3.7.2- Carga total dinámica (H). (AUTOR)
3.7.3.- NECESIDADES DE AGUA DEL CÉSPED (CAUDAL MÍNIMO REQUERIDO PARA CUBRIR EL RIEGO)
Las necesidades de agua del césped plantado en el inmueble ubicado en Avándaro Edo. De México. Están representadas por la suma de la evaporación directa desde el suelo y de la transpiración de las plantas, lo que se denomina evapotranspiración (ET).
Figura 3.7.3.- Necesidades de agua de las plantas. (http://www.fagro.edu.uy/hidrologia/paisajismo/riegojardines.pdf)
El valor de ET depende del clima y del tipo de planta, valores mutuamente relacionados. Así la evapotranspiración es el producto de un valor que representa al clima, evapotranspiración de referencia (ETr), por un valor que representa, el coeficiente de jardín (Kj). En general, la evapotranspiración se expresa en milímetros de altura de agua evapotranspirada por día (mm/día).
EvapotranspiraciónET= EvapotEc.3ra.7nspi.3.a.rEavapot ción deranspireferreancicióanETr ∗ Coeficiente de jardín Kj 103
COEFICIENTE DE JARDÍN: El coeficiente de jardín (Kj) describe las necesidades hídricas en las plantas del jardín, teniendo en cuenta tres coeficientes en función de este: Las especies que componen el jardín (Ke), la densidad de plantación (Kd) y las condiciones microclimáticas (Km). Por lo que:
Coeficiente de jardín = Coeficiente de Kjespeci= Kee xxCoefKd ixciKmente de densidad∗ Coeficiente microclima Ec. 3.7.3.b.Obtención del coeficiente de jardín
Entonces de las tablas de los anexos S, T y U se obtienen los siguientes datos:
KeKd deconceplspedantaencióépoca c a l i e n t e =0. 8 5 n mi x t a en el i n muebl e y t o mando como r e f e r e nci a el ni v el máxi m o=1. 3 Kmmáxiconmo=1.plant4ación mixta en el inmueble y tomando como referencia el nivel Kj = Ke x Kd x Km= 0.851.31.4 =1.547
Por lo tanto:
La ubicación del inmueble permite catalogar la zona de riego como un lugar templado con temperatura oscilante entre los 20 y 23 °C al mediodía en la temporada seca. Debido a esto, del anexo R se puede obtiene el valor de referencia de la evapotranspiración (ETr).
ETr = 4 mm / día
EvapotranspiraciónET= 4 mmdía1.547 =6.188 mmdía
Ahora sustituyendo los valores de ETr y Kj en la ecuación 3.7.3.a, se obtiene:
Finalmente para determinar el caudal o gasto Q que debe proporcionar cada aspersor por día se requiere, multiplicar el valor de la evapotranspiración (ET) ya conocido, por el área de riego que cubre un aspersor obtenida en el apartado 3.4. De esta manera se sabe que:
Q minimo requerET∗Áridoequea dedeberiegoprqueoporcubrcionare uncadaasperaspersorsor por día = Q minimo requerido que debe proporcionar cada aspersor por día = 104
mm 1m m 6.188 día 1000 mm426.385806 m =2.638475368 día itros 2638.475368 lidítraos =0.030537909 selgundo 3.7.4.- DETERMINACIÓN DEL CAUDAL REAL QUE PROPORCIONARÁ CADA ASPERSOR.
En base a la elección de los aspersores en el apartado 3.5 y sabiendo que:
Los aspersores tienen diámetro de boquilla de 4 mm y su alcance radial de riego máximo, 11.65 metros (dato del apartado 3.4); lo alcanzan a una presión de 50 psi = 3.5 Kg / cm 2.
Del anexo Q, se sabe que, un aspersor con boquilla de 4 mm operando a 50 psi ofrece un caudal Qsalida = 0.33 litros / segundo = 28512 litros / día 3.7.5.- CÁLCULO DE CAUDAL ES Y VELOCIDADES PRESENTES EN LAS TUBERÍAS DEL SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN.
Caudal de 2.64 litros / segundo en cada manguera de 1 1/2”
Caudal de 0.33 litros / segundo en cada manguera de 1/2”
Caudal de 5.28 litros / segundo en tubería de 1.5”
Bomba hidráulica
Tubería de succión de la bomba hidráulica
Figura 3.7.5.- Distribución de las mangueras en diferentes diámetros del sistema de riego por aspersión. (AUTOR)
105
Ec.2.9.1.1 Ec. 2.2.9.1.2, EcEc. 2.2.9.2. a Ec.2.9.2.b.
De manera ideal las condiciones que deben satisfacerse según las ecuaciones , , Del Del apartado dos, son las siguientes:
El caudal Q máximo de un aspersor está determinado por la presión de trabajo y el diámetro de la boquilla en Qsalida = 0.33 litros / segundo = 28512 litros / día.
El caudal Q de una manguera de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas = el caudal Q de un aspersor.
Área en la manguera de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas = 1.26677166 x10 -4 m2
La velocidad en la manguera de 0.5 pulgadas = 2.605047227
á /
=
El caudal Q de una manguera de 1 pulgada = (el caudal Q de un aspersor)
* (cantidad de aspersores conectados en la manguera de 1 pulgada).
tros 7 = caudal Q de una manguera de 1 12 p1ulgada = 0.33 selligundo itros caudal Q de una línea de 1 2 pulgada =2.31 segundo
Área en 1 pulgada = 1.140094494 x10 -3 m2 La velocidad en la manguera de 1 2.315597535
pulgada =
á /
=
caudal Q de una línea de 1
El caudal Q en 2 líneas de 1 pulgada = ( * (2 líneas) = 4.62
pulgada)
La velocidad en la tubería de acero galvanizado de 1.5 pulgadas pulgadas =
á .
= 4.052295686
106
Debido a las pérdidas que se tienen en las tuberías por el efecto de fricción y las longitudes equivalentes de los diferentes dispositivos hidráulicos. Las condiciones anteriores se ven afectadas de cierta manera como se mostrará en el análisis siguiente. El procedimiento del apartado 2.9.2 permite conocer los caudales y las velocidades reales del sistema considerando considerando estas pérdidas.
3.7.6.3.7.6.- CÁLCULO CÁL CULO DE CAUDAL ES Y VELOCIDADES REALES REAL ES PRESENTES PRESENTES EN LAS LA S TUBERÍAS DE ACERO GALVANIZADO GAL VANIZADO DEL SISTEMA DE RIEGO RIEGO POR ASPERSIÓN EN L A TOBERA TOB ERA DE DESCARGA DESCA RGA DE L A BOMB B OMBA. A.
En la tobera de descarga de la bomba que se establezca se requiere de un caudal mínimo de 4.62 litros / segundo para cumplir con las necesidades del riego del césped, esto en base al análisis ideal anterior.
Tubería 1 de acero galvanizado de 1.5 pulgadas: Q 1, V1
Tubería 2 de acero galvanizado de 1.5 pulgadas: Q 2, V2
Figura 3.7.6.- Bomba de agua a la descarga desc arga y sus conexiones. (AUTOR).
107
Realizando el siguiente procedimiento se pueden conocer los caudales y velocidades, en las tuberías conectadas en la descarga de la bomba centrifuga que se coloque o ínstale.
Q =4.62 Q =2.31 π r = 3.1416 0.01905 m = 1.1400944 4009449494 x 10 − m . v = = . =2.026147843 ∈ = .. = 3.9370078 3700787474 x 10− ∈ ’ = = á ° .. . =82123.65194 . ∈ ’ f met r o s 2. 0 26147843 met r o s s e gundo h = f LD v2g=0. 0 280.0.686816 ( 2 9.81 0 381 met r o s ) h = 0.105612839 metros L D El caudal caudal total necesario o caudal caudal mínimo requerido requerido es:
,
calculando para la tubería 1 de la figura 3.7.6:
La proporción supuesta de caudal total por la tubería 1 es:
El área de la tubería de acero galvanizado es igual a:
La velocidad
Donde se obtiene de la tabla del anexo L
El número de Reynolds
Con los valores de y de
de la figura 2.9.1.c. El valor de
= 0.028
Las pérdidas de carga por fricción fricci ón estan dadas por:
Donde: se obtiene de las dimensiones de la figura 3.7.6 y el diámetro es igual a 2 pulgadas.
108
Calculando para la tubería 2 de la figura 3.7.6, sabiendo que las pérdidas de carga por fricción en tuberías conectadas en paralelo son las mismas en ambos conductos:
h =f LD v2g
L D 0. 6 86816 met r o s v 0.105612839 metros=0.028 0.0381 metros 2 9.81 semetgundoros v =2.026147843 smetegundoros − m Q = vA =2.026147843 1 . 1 40094494 x 10 met r o s itros − Q =2.31 x 10 segundo = 2.31 selgundo ∑Q = Q + Q =4.62 l i t r o s 2. 6 4 Q l i t r o s l i t r o s gundo Q í = ∑ Q=4.62 sseelgundo 4. 6 2 =2. 6 4 itros segundo segundo l i t r o s 2. 6 4 l i t r o s l i t r o s gundo Q í = ∑Q Q = 4.62 sseelgundo 4. 6 2 =2. 6 4 itros segundo segundo l i t r o s 1met r o 2. 6 4 s e gundo 1000 l i t r o s v í = A = 1.140094494 x 10− m =2.3156 smetegundoros l i t r o s 1met r o 2. 6 4 s e gundo 1000 l i t r o s v í = A = 1.140094494 x 10− m =2.3156 smetegundoros Donde: se obtiene de las dimensiones de la figura 3.7.6 y el diámetro igual a 2 pulgadas.
El caudal
Se realiza la sumatoria de caudales
es
De estos cálculos, los caudales que circulan por las tuberías 1 y 2, dados como respectivamente son:
Las velocidades son:
109
3.7.7.- CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA POR UNIDAD DE LONGITUD (J) EN LAS MANGUERAS DE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD CON DIAMETRO DE 1.5 PULGADAS.
Manguera de polietileno 1
Tubería 1 de acero galvanizado
Cople botella para conectar la manguera de polietileno de alta
de 1.5”
densidad de 1 ½”
Figura 3.7.7.a.- Tubería de 1 ½”. (AUTOR)
La velocidad es igual a:
2.3156
Las pérdidas de carga por unidad de longitud J en la manguera de polietileno 1 de alta densidad conectada a la tubería 1 de acero galvanizado (ver figura 3.7.7.a) son puramente por fricción, en consecuencia, las pérdidas de carga estan expresadas por la ecuación de Darcy - Weisbach como:
L v h í =f D 2 g met r os =100 ∈L=5. 249343832 x 10− h metros í = 2. 3 156 100 met r o s s e gundo 0.0110.0381 metros (2 9.81 semetgundoros) = 7.89 metros met r o s J = 7.890324456 =0.0789 mca 100 met r o s J =0.11222 psi
La longitud inmueble y coeficiente f = 0.011
, esta es la longitud necesaria para el riego en el , con este último valor, de la figura 2.9.1.c el
110
Para la manguera 2, las pérdidas de carga por unidad de longitud son:
Manguera de polietileno 2
Tubería 2 de acero galvanizado
Cople botella para conectar la manguera de polietileno de alta
de 1.5”
densidad de 1 ½”
Figura 3.7.7.b.- Tubería de 1 ½”. (AUTOR)
La velocidad es igual a
2.3156
Las pérdidas de carga por unidad de longitud J en la manguera de polietileno 2 de alta densidad conectada a la tubería 2 de acero galvanizado (ver figura 3.7.7.b) son puramente por fricción, en consecuencia, las pérdidas de carga estan expresadas por la ecuación de Darcy - Weisbach como:
L v h í =f D 2 g met r os =175 ∈L=5. 249343832 x 10− h metros í = 2. 3 1559753 175 met r o s s e gundo 0.011 0.0381 metros ( 2 9.81 semetgundoros ) = 13.81 metros J = 13.10081metmetrrooss =0.138 mca J =0.1963 psi
La longitud inmueble y coeficiente f = 0.011
, esta es la longitud necesaria para el riego en el , con este último valor, de la figura 2.9.1.c el
111
3.7.8.- CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE MANGUERAS EN SERIE DE MEDIA PULGADA QUE SE PUEDEN CONECTAR A UNA MANGUERA DE 1.5 PULGADAS EN BASE A SU ÁREA.
La sumatoria del área de la cantidad de mangueras de media que se desean conectar a una manguera de 1.5 pulgadas debe de ser siempre menor o igual al área de esta última para que la presión y el caudal no se vean afectados de manera significativa en el circuito hidráulico, esto es:
área total de mangueras de 0.5 pulgadas≤Area de la manguera de 1.5 pulgadas
El área de la manguera de polietileno de alta densidad de 1.5 pulgadas es: 1.140094494 x 10 - 3 m2 La sumatoria del área total de mangueras de 0.5 pulgadas es igual a: (la cantidad de mangueras de 0.5 pulgadas que se necesitan conectar a la manguera de 1.5 pulgadas * (1.26677166 x 10 - 4 m2)) = (7 * (1.26677166 x 10- 4 m2)) = 8.86740162 x 10 - 4 m2
Nota: Se pueden conectar hasta 9 mangueras de media pulgada a una manguera de 1.5 pulgadas, sin embargo, por el número total de aspersores que se requieren para el riego en el inmueble, calculados en el apartado 3.4, solo se contemplan 7 mangueras de media pulgada para la conexión de aspersores en el diseño de la propuesta de riego. 3.7.9.- CÁLCULO DE LA VELOCIDAD, CAUDAL Y PÉRDIDAS DE CARGA POR UNIDAD DE LONGITUD (J) AL REDUCIR EL DIAMETRO DE 1.5 A 0.5 PULGADAS.
Debido a que las mangueras de media pulgada se encuentran conectadas en serie a la manguera de 1.5 pulgadas, se sabe que el caudal presente en cada manguera de 0.5 pulgadas es 0.33 litros / segundo, sin embargo las pérdidas de carga se suman para cada manguera por la conexión tipo serie. Las pérdidas pueden ser calculadas mediante la ecuación de Darcy – Weisbach sustituyendo los valores de la longitud, diámetro, coeficiente f y la velocidad en la manguera de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas.
112
1 2 3
4
7
5
6
Figura 3.7.9.a.- Conexión de las mangueras de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas a la manguera 1 de polietileno de alta densidad de 1.5 pulgadas. (AUTOR)
Número de manguera de 0.5 pulgadas de la figura 3.7.9.a 1 2 3 4 5 6 7
Longitud de la tubería en metros
Caudal en litros por segundo
Velocidad en metros por segundo
Pérdidas de carga J por cada 100 metros en mca
Pérdidas de carga J por cada 100 metros en psi
10 22 34 46 8 20 32
0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33
2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156
0.02689883335 0.05917743337 0.09145603339 0.1237346334 0.02151906668 0.0537976667 0.08607626672
0.03826 0.08417 0.13 0.176 0.0306 0.07652 0.1225
Tabla 3.7.9.a.- Valores relevantes en las mangueras de 0.5 pulgadas donde conectaran los aspersores.
1 2 3
5
4
7 6
Figura 3.7.9.b.- Conexión de las mangueras de polietileno de alta densidad de 0.5 pulgadas a la manguera 2 de polietileno de alta densidad de 1.5 pulgadas. (AUTOR)
Número de manguera de 0.5 pulgadas de la figura 3.7.9.b 1 2 3 4 5 6 7
Longitud de la tubería en metros
Caudal en litros por segundo
Velocidad en metros por segundo
Pérdidas de carga J por cada 100 metros en mca
Pérdidas de carga J por cada 100 metros en psi
13 25 38 50 10 22 34
0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33
2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156 2.3156
0.04396848336 0.06724708338 0.1022155667 0.1344941667 0.02689883335 0.05917743336 0.09145603338
0.06254 0.09565 0.1454 0.1913 0.03426 0.04817 0.13
Tabla 3.7.9.b.- Valores relevantes en las mangueras de 0.5 pulgadas donde conectaran los aspersores.
113
3.7.10. SELECCIÓN DE LA BOMBA CENTRIFUGA PARA EL SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN. 3.7.10.1.- CRITERIOS DE SELECCIÓN
La bomba centrifuga a seleccionar debe cumplir los siguientes puntos:
Uso agrícola o aplicación a sistemas de irrigación. Caudal mínimo proporcionado por la bomba igual a 4.62 litros / segundo a la altura requerida. Operación con agua limpia. Rango de temperatura del fluido permisible entre 19 y 30 °C Voltaje bifásico a 220 voltios Funcionamiento a altura neta positiva de succión adecuada sin peligro de cavitación. Succión de 1.5 pulgadas y descarga de 1.5 pulgadas de diámetro. Costo promedio de $10,000.00 M.N. De mediana presión.
3.7.10.2.- CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE CARGA PARA SEL ECCIÓN DE LA BOMBA CENTRIFUGA Y SU POTENCIA.
2.6 metros 0.25 metros
2.5 metros
Bomba de agua
Cisterna de agua
Figura 3.7.10.2.a.-Dimensiones del lado de succión de la bomba centrifuga. (AUTOR)
114
Pérdidas de carga en la aspiración:
Longitud de la tubería = 5.1 metros Altura de aspiración (figura 3.7.10.2) = 2.5 metros Pérdidas singulares (datos del anexo O) = 8 metros (válvula de pie), 0.6 metros (codo 90°) Longitud equivalente de la tubería = 13.7 metros
Con este valor se puede obtener las pérdidas de carga en mca (metros columna de agua) a través de la tabla de pérdidas de carga del anexo P. Es decir, 4.62 litros / segundo = 16632 litros / hora en una tubería de 50.8 mm de diámetro corresponden 9.742 metros por cada 100 metros lineales de tubería de las características dadas. Entonces: 9.742 x 13.7 / 100 = 1.335 mca Pérdidas de carga en la impuls ión:
Con los datos del apartado 3.7.7. y 3.7.8) = sumatoria de las pérdidas de carga J = 1.58 mca Altura de impulsión (figura 3.7.10.2) = 0.25 metros
Selección de la bomba c entrifuga:
Altura manométrica total = Altura de aspiración + Altura de impulsión + Pérdidas de carga en la aspiración + Pérdidas de carga en la impulsión = 2.5 metros + 0.25 metros + 1.335 mca + 1.58 mca = 10.885 mca En consecuencia, se debe seleccionar una bomba que eleve 277.2 litros / minuto a una altura de 5.66 mca La bomba centrifuga que se presenta a continuación es la más oportuna conforme a los criterios y cálculos anteriores. Sus datos técnicos se encuentran en el anexo N:
Figura 3.7.10.2.b. - Bomba bifásica de 3 Hp, de la marca BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif. (http://www.stihl-bosch.com/catalogos/bonasa.pdf)
115
3.7.11. CÁLCULO DE LA ALTURA MÁXIMA Hs A LA QUE ES POSIBLE COLOCAR LA BOMBA MARCA BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif SIN QUE OCURRA CAVITACIÓN.
Se requiere colocar una bomba centrifuga en la parte superior de una cisterna con capacidad de 100,000 litros de agua filtrada y limpia de 2.5 metros de altura, 10 metros de largo y 4 metros de ancho; como se muestra en la figura 3.7.3. Esta bomba debe proporcionar agua para el sistema por aspersión. Se busca el menor tiempo de operación, debido al gasto de energía eléctrica. Con la bomba marca BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif, el régimen máximo es de 310 litros / minuto, a este caudal, la carga de aspiración neta positiva es de 2.5 metros de altura, según especificaciones del fabricante en las curvas características de esta bomba del anexo N. Si la temperatura del agua es 23 °C máxima y la presión atmosférica es de 81.99 Kpascales en Avándaro, Edo. De México. Se determinará la altura de succión Hs, a la que es posible colocar la bomba por encima de la superficie del agua sin que ocurra cavitación.
Figura 3.7.11.- Esquema de la problemática anterior. (AUTOR)
Datos:
= 5.166666667 x 10− ó = . =1.140094494 x 10 − m
Q=
Diámetro de aspiración = 1.5 pulgada = 0.0381 metros
Área =
116
. = . . Pé 8360.653230 Velocidad =
=
= 81.99 Kpascales =
Longitud de la tubería de acero galvanizado medido con flexómetro = 5.1 metros
P °
Interpolando para
=
P °
se tiene la siguiente ecuación:
KPaP ° KPa P ° = y + xx xxy y Ec. 3.7.11. a. Fórmula para interpolar la presión de vapor a 23 °C
x0 = A 70° F se tiene x = A 73.4° F se tiene x1 = A 75 ° F se tiene
y0 = 2.505141115 Dato que se desea conocer ( y1 = 2.9658487972
)
P ° =2.505141115 KPa+ 73.754°F°F7070 °°FF 2.9658487972 KPa 2.505141115 KPa
P ° = 2.505141115 KPa + 0.313281223 KPa=2.818422339 KPa P ° =2.818422339 KPa=287.39909541 mkg
ρGU °
Kg / m ρ GU ° = y + xx xx y y Ec. 3.7.11.b . Fórmula para interpolar la densidad del agua a 23 ° C
se calcula con la tabla del anexo I (volumen especifico -1 es igual a la densidad del agua a la temperatura requerida en
117
Interpolando para
ρGU °
x0 = A 70° F se tiene x = A 73.4° F se tiene x1 = A 75 ° F se tiene
se tiene la siguiente ecuación:
10−− γmGU/ kg ° 10 m / kg
y0 = 1.001967936 x Dato que se desea conocer ( y1 = 1.002592215 x
)
ρGU° =1.001967936 x 10− mkg +73.754°F°F7070 °°FF 1.002592215 x 10 − mkg 1.001967936 x 10− mkg 3 3 3 m m m 3 7 3 ρGU ° =1.001967936 x 10 kg + 4.245097405 x 10 kg =1.002392446 x 10 kg
− m − ρGU ° = 1.002392446 x 10 kg =997.6132644 mkg
Σh = K KK=0. =2.9 5 K =0.4.5329 +2.m 5 =3.4 s e g Σh = 3.4 (29.81 semg) = 3.56 metros Pó f=0.011 dato obtenido de la figura 2.9.1. c. 4. 5 32 m L V 5. 1 met r o s s e g Pó = f D 2g =0.0180.0381 metros (29.81 semg) Pó =1.5412 metros Con los datos del anexo F y observando la figura 3.6.3.1: -
1 codo de 90° 1 válvula de pie
118
CANPD = 2.5 metros de carga de aspiración neta positiva disponible.
Z 3.6.3.b Z = Pρ é CANP Σh Pó Pρ Ec. 3.7.11. c. Despeje de la ecuacion para encontrar Z kg kg 8360. 6 53230 287. 3 9909541 Z = 997.6132644mmkg 2.5 m3.56 m1.5412 m 997.6132644 mkgm Z 2.5 m3.56 m1.5412 m– Z =Hs máxima= 0.49 m=49 cm
Despejando de la ecuación términos de densidad:
= 8.38 m
se tiene ahora, la ecuación3.7.3.c en
0.288 m
3.7.12.- CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE SUCCIÓN DE LA BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif.
La NPSH disponible (altura neta positiva de aspiración disponible) está dada por la ecuación 3.7.4.
P V NPSHd= γ + 2g Pγ Ec. 3.7.12. Altura neta positiva de aspiración γ
Donde:
es el peso específico del líquido (Newtons / metro 3).
Ps es la presión a la succión de la bomba (Pascales).
Vs es la velocidad de succión de la bomba (metros/segundo).
Pv es la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo (Pascales).
119
Usando algunos datos del apartado 3.7.3 y despejando la ecuación 3.7.4 se puede conocer la presión de succión P s de la bomba BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif. Datos:
2818. 4 22339 Pa , porpor lo que: ρ deldel aguaagua a 23 ° C=C γ=del997.agua6132644 que : newtmons a 23° C= C = 9776. 6 09991 . NPSHd=2. NPSHd= 2.5 metros
1. Pv = 2.
3. Vs = 4.
al que se instalará la bomba centrifuga seleccionada.
Despejando se obtiene:
P γ V2g + NPSH NPSHdd γ = P
4. 5 32 m 2818. 4 22339 Pa newt o ns s e g + 2. 5 met m et r os o s 9776. 6 09991 = P newt o ns met r o s met r o s 9776. 6 09991 29. 8 1 ( metros segundo newtons ) newtons
P = 1.1.74154metross 9776.609991 m = 17026.346 m P = 17.02 Knewtmons =KPa
3.7.13.- CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE DESCARGA DE LA BOMBA BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif.
Se sabe, del análisis del apartado 3.7.10.2, que la altura en la descarga desc arga de la bomba es igual a 5.66 mca. Mediante las curvas características de la bomba BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif, de 3 Hp, ubicadas en el anexo N, e interpolando los valores se puede conocer el caudal Q que bombeará la bomba: Qmáximo = 310.34 litros / minuto A este caudal la carga de la bomba es igual a 6.05 mca = 8.6 psi = 59.32 KPa
120
3.7.14.- DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO
Si un aspersor proporciona 28512 litros por día y el caudal mínimo requerido para cubrir las necesidades del riego del césped, calculado en el apartado 3.7.3 es igual a 2638.47537 litros por día. Se pude conocer el tiempo de operación del sistema mediante:
2851 282638.51224li7537trosros →litr1odís →"a =X24" horhoras hoarass ≈
El tiempo de operación del sistema X= 2.220938864 horas 134 minutos 3.7.14.- DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE AGUA CONSUMIDO POR DIA CON LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO RIEGO AUTOMATIZADO
Cabe aclarar que para cubrir el riego en el área total del inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Se requiere de la instalación de 2 bombas de la misma capacidad y potencia, los cálculos de los apartados anteriores permiten deducir la similitud de operación una con respecto de la otra, por tal motivo, los cálculos se reducen a una sola para evitar redundancias.
Volumen = numer n∗umerTiempoo dedebombas i n s t a l a das Caudal C audal de un as p er s o r funcionamiento Volumen == 2 1188 lhoritroas ∗ 2.220938864 horas= horas= 5276.95 litros
121
3.7.15.3.7.15.- SIMBOLOGÍA Y DIAGRAMA DIAGRA MA ELÉCTRIC EL ÉCTRICO O DE LA CONEXIÓN CONEXIÓN DE LAS BOMBAS BOMB AS BIFÁSICAS B IFÁSICAS DEL SISTEMA DE RIEGO RIEGO POR ASPERSIÓN ASPERSIÓN
SIMBOLOGIA
Relevador de nivel
Bomba centrifuga
Contactor trifásico
Pastilla electromagnética
Relevador térmico de sobrecarga
Foco piloto indicador
Temporizador T
SIMBOLOGIA
Switch cola de rata (normalmente abierto) para operación manual del sistema
122
123
3.7.16. – TABLAS DE COSTOS DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN Y GOTEO AUTOMATIZADOS 3.7.16.1.- Tabla de costos d el sistema de riego po r go teo PRECIO UNITARIO $ 1,500.00 $ 700.00 $ 145.00 $ 115.00 $ 2,000.00 $ 195.00 $ 11.50 $ 9.00 $ 99.00 $ 82.00 $ 63.00 $ 14.5.00 $ 14.00 $ 63.00 $ 20.00 $ 10.00 $ 63.00 $ 70.00 $ 2.50 $ 600.00 $ 1,200.00
EQUIPO, MATERIAL O INSTRUMENTO
CANTIDAD
MONTO
Rotoplas de 1100 litros
Goteros regulables Rollo de manguera de polietileno de alta densidad
1 1 4 1 1 4 3 5 6 8 2 4 4 1 2 1 4 8 400 29
$ 1,500.00 $ 700.00 $ 435.00 $ 115.00 $ 2,000.00 $ 780.00 $ 34.50 $ 45.00 $ 594.00 $ 656.00 $ 126.00 $ 58.00 $ 56.00 $ 63.00 $ 40.00 $ 10.00 $ 252.00 $ 560.00 $ 1,000.00 $ 17,400.00
½” de 100 metros Rollo de manguera de ¾” de polietileno de alta
3
$ 3,600.00
4 12 8 8 1 1 1 1 2
$ 80.00 $ 216.00 $ 56.00 $ 64.00 $ 3,000.00 $ 1,500.00 $ 300.00 $ 350.00 $ 200.00
1 1 1 130
$ 15.00 $ 350.00 $ 780.00 $ 2,470.00
Válvula de flotador de 1” Válvula manual de globo de 1” Válvula de pie de 1” con rejilla de acero inoxidable Electroválvula de 1” Tubo plus de 1” Tee de tubo plus de 1”
Codo 90° de tubo plus Tuerca unión de tubo plus de 1” Conector macho con rosca de tubo plus de 1” Conector hembra con rosca de tubo plus de 1” Reducciones bushing de 1” a ¾” Niple botella de ¾” Ye de 1” de acero galvanizado 2 niples de 10 cm de largo x 1”
Tapón macho de acero galvanizado Bolsa de abrazaderas en ¾” Bolsa de abrazadera de 1 ¼”
densidad de 150 metros $ 20.00 $ 18.00 $ 7.00 $ 8.00 $ 3,000.00 $ 1,500.00 $ 300.00 $ 350.00 $ 100.00 $ 15.00 $ 350.00 $ 780.00 $ 19.00
Tees de inserción de ¾ ” Tees de inserción con reducción ¾“ x ½ ” x ¾“ Codo de 90° insertable de ¾ “ cople de inserción con reducción ¾“ x ½ ”
Bomba centrifuga de 1Hp monofásica relevador de nivel finder, modelo 72.01 Temporizador ipsa, modelo TE-102 Interruptor de flotador automático Pastilla termomagnética monofásica de 10 amperes Switch cola de rata Centro de carga bifásico Caja de control 2 Conductores de aluminio calibre 6 AWG con asilamiento y un conductor de aluminio calibre 6 AWG desnudo
$ 4.50
Manguera conduit e 1” color naranja para
130
$585.00
$ 15.00
conductores eléctricos Cinta de aislar Costos de instalación
4
$ 60.00 SUBTOTAL $ 40,050.50 IVA 16% $ 6,408.08 TOTAL $ 46,458.5800
124
3.7.16.2.- Tabla de cos tos del sis tema de riego p or aspersión
PRECIO UNITARIO
$ 6,500.00 $ 32.00 $ 12.50 $ 40.00 $ 20.00 $ 300.00 $ 300.00 $ 27.50 $ 63.00 $ 115.00
EQUIPO, MATERIAL O INSTRUMENTO
CANTIDAD
MONTO
Bomba bifásica de 3 Hp, marca BONASA, modelo ME – 15.3 Bif succión y descarga de agua en 1.5 pulgadas
2
$ 13,000.00
4 1 4
$ 128.00 $ 12.50 $ 160.00
6
$ 120.00
2 1
$ 600.00 $ 300.00
28 2 2
$ 770.00 $ 126.00 $ 230.00
1 1 2 2
$ 1,500.00 $ 15.00 $ 2,400.00 $ 1,850.00
1
$ 1,225.00
1
$ 1,025.00
4
$ 248.00 $ 3,600.00
Tee de acero galvanizado de 1.5 pulgadas Tapón macho de acero galvanizado Niple botella de 1.5 pulgadas Codo 90° de acero galvanizado de 1.5 pulgadas Válvula de pie de 1.5 pulgadas Temporizador IPSA, modelo TE - 102 Tee insertable de 1.5 pulgadas X 0.5 pulgadas Bolsa de abrazaderas en ¾” Bolsa de abrazaderas en 2”
Relevador de nivel finder, modelo72.01 $ 1,500.00 $ 15.00 $1,200.00 $ 925.00 $ 1225.00 $ 1025.00 $ 62 $ 600.00 $ 1500.00 $455.00 $ 1410.00
Switch cola de rata Contactor LC1- D09P7 Relevador térmico de sobrecarga
LRD3355
Caja de conductor de cobre calibre 10 AWG Caja de conductor de cobre calibre 12 AWG Focos piloto led, varios colores Rollo de manguera de 0.5 pulgadas de 100 metros Rollo de manguera de 1.5 pulgadas de 100 metros Tubería de acero galvanizado con roscas Pastilla bifásica de 50 amperes Costos de instalación
6 2
$ 3,000.00
4 1
$1820.00 $ 1410.00
SUBTOTAL $ 33,539.5000 IVA 16% $ 5,366.3200 TOTAL $ 38,905.8200
125
3.8.- CÁLCULO DE LOS CONDUCTORES ELÉCTRICOS Y TUBERÍA CONDUIT DE ACUERDO A LA NORMA OFICIAL MEXICANA NOM – 001 – SEDE – 2012. 3.8.1.- SELECCIÓN DE CONDUCTORES ELÉCTRICOS.
Siguiendo las formulas y el procedimiento indicado en el apartado 2.19; para la selección del calibre de conductores portadores de corriente y neutro, de manera correcta. Es necesario conocer algunos datos importantes que proporciona el fabricante de bombas y equipos eléctricos. Estos datos generalmente se encuentran en la placa de datos o manual de operación de cada equipo; para así determinar la corriente máxima que se circulará en dichos conductores. Los equipos y sus características que se encontraran conectados a la red eléctrica necesarios son: 1) 3 lámparas de 127 voltios, 9 watts del tipo led, factor de potencia de 0.95. 2) 2 bombas centrifugas de 3 Hp a 220 voltios y 2.238 Kwatts con un factor de potencia de 0.7 de la marca BONASA, MODELO ME – 15.3 Bif. 3) 1 bomba de 0.5 Hp centrifuga a 127 voltios, con factor de potencia de 0.7. 4) Dispositivos varios (relevadores, focos piloto y electroválvula) 30 watts, con factor de potencia de 0.99.
I M = 12727volwattiosts0.95 = 0.224 Amperes I BMB UG = 2 bombas 2.223820Kwatvoltiotss10000.7 =2 bombas14.54 Amper e s=29. 0 8 Amper e s I BMB UG . = 0.317327Kwatvoltiotss10000.7 =4.2 Amperes I Y U = 12730volwattiosts.95 I Y U =0.249 Amperes I =4.2+29.08=32.28 Amperes I =33.753Amperes = 0.224+29.08+4.2+0.249
Por lo que:
126
El artículo 430 – 24 de la norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 especifica que en el caso de varios motores que se encuentren conectados a la red de alimentación, a la suma de la corriente a plena carga de los motores se le sumará el 25% de la corriente del motor más grande.
% − = 25 %31002.28%Amperes =8.07 Amperes % − =8.07+33.753= 41.823 Amperes
De la tabla 2.19.b se selecciona el calibre del conductor:
Calibre 6 AWG (American Wire Gauge) de aluminio a 75 °C con área transversal de 13.3 mm 2 con capacidad de 50 amperes. CAIDA DE TENSIÓN:
∆ V=2 ZVIL 100 % Z= R +X = 1.61 ohms / kilometro +0.167 ohms / kilometro Z= 2.619989 ohms / kilometro = 1.619 ohms / kilometro
Dónde: R = 1.61 ohms / kilometro y X L = 0.167 ohms / kilometro, datos obtenidos de la tabla 2.19.e y L = 125 metros aproximadamente, longitud obtenida a partir de medición del terreno desde la acometida y centro de carga hasta el lugar donde se encontrarán los equipos.
e s . 1 25 Ki l o met r o s ∆ V=2 1.619 ohms / kilometro22047.vol113tioAmper 100 % s ∆ V=8.66 voltios
A través de estos cálculos se puede concluir los conductores más propios para la instalación siendo:
2 conductores de aluminio cubiertos calibre 6 AWG a 75 °C con área transversal de 13.3 mm 2 con capacidad de 50 amperes, para cada fase, ya que el sistema es bifásico. 1 conductor desnudo de aluminio calibre 6 AWG a 75 °C con área transversal de 13.3 mm 2 con capacidad de 50 amperes para la conexión del neutro. 127
Para las conexiones de longitud corta no mayor a 10 metros, para bombas hidráulicas y motores es conveniente utilizar cables de cobre cubiertos en calibre 10 y 12 como indican las especificaciones de requerimientos mínimos de conexión para estos equipos, que proporciona el fabricante en su ficha técnica. 3.8.2.- SELECCIÓN DE TUBERÍA CONDUIT NECESARIA EN B ASE A LOS CONDUCTORES SELECCIONADOS.
El área total que los 3 conductores dentro de una tubería esta expresada a partir de la suma del área de cada uno de ellos. La norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 establece que “dentro de una tubería conduit fuera su diámetro cualquiera, la sumatoria del área de los conductores no debe de ser mayor al 40 % del área total de la tubería que los aloje”
En la tabla del anexo M se encuentran algunas características de conductores eléctricos de aluminio donde:
Diámetro Exterior de conductor de cobre calibre AWG con aislamiento = 6.7 mm = 6.7 x 10 -3 metros Área del conductor de aluminio calibre 6 AWG sin aislamiento = 13.3 mm 2 = 1.33 x 10 -5 m2
− 3. 1 416 6 . 7 x 10 m Área de 2 conductores con aislamiento = 2 4 − m Ár e a de 2 conduc t o r e s con ai s l a mi e nt o =7. 0 513212 x 10 − m +1.33 x 10− m SumatoriaSumatde ároeraiadedeloárs conduc t o r e s= 7. 0 513212 x 10 ea de los conductores=8.38132123.1x41610−0 m.0254 m Área de la tubería conduit de polietileno de 1 pulgada= 4 − Área de la tubería conduit de polietileno de 1 pulgada= 5.06708664 x 10 m 2.026834656 x 10− m
El 40 % de la tubería conduit de polipropileno es , si se compara con la sumatoria del área que ocupan todos los conductores, el área que se encontraría aprovechada es el 16.54 %. Con esto se concluye el diámetro de la tubería conduit en 1 pulgada donde serán alojados los 3 conductores de aluminio calibre 6 AWG, dos con aislamiento y uno desnudo. 128
3.9.- PROTECCIONES ELÉCTRICAS. 3.9.1.- PROTECCIONES ELÉCTRICAS EN EL SISTEMA DE GOTEO.
Con las corrientes que demandan las bombas y equipos obtenidos en el apartado anterior, se puede seleccionar el tipo de protección eléctrica para estos. La protección más viable técnica y económicamente hablando son las pastillas termomagnéticas, pues, son fáciles de operar y adquirir, además de que es una protección segura y muy concurrida en muchas aplicaciones comunes e industriales:
Por el nivel de corriente total se necesita una pastilla bifásica para el centro de carga general de 50 amperes (sugerencia: marca squared d) El motor eléctrico de la bomba de 0.5 Hp que llena el rotoplas para aportar agua al sistema de goteo demanda 4.2 amperes, por lo que necesita como protección una pastilla monofásica de 10 amperes (sugerencia: marca squared d) Para los dispositivos varios (relevadores y electroválvula) se recomienda una pastilla electromagnética de 10 amperes. Cada motor eléctrico de las bombas de 3 Hp que aportan agua al sistema de aspersión demanda 29.08 amperes por fase, por lo que necesitan como protección un relevador electromagnético de sobrecarga y su contactor (sugerencia: LRD3355 relé de sobrecarga térmica para motor Schneider Electric, de 30 - 40 amperes - clase 10 A con su contactor LC1D09P7)
129
3.10.- RESULTADOS FINALES Y RECOMENDACIONES. 3.10.1.- Resultados
Datos obtenidos mediante encuesta, al personal del inmueble ubicado en Avándaro, Edo. De México. Acerca del riego tradicional en la plantación de aguacate y riego al césped; arrojó un promedio de gasto total de 100,000 litros aproximadamente cada 8 días, en la temporada seca. Al automatizar el proceso de riego, con los cálculos del apartado 3.6.5 y 3.7.14, se sabe que, la suma de gasto es 8705.65 litros / día, o lo que es lo mismo 69645.2 litros cada 8 días. En comparación con el riego tradicional, esto significa un ahorro del 30.3548 % de agua cada 8 días. Las necesidades de riego en la plantación de aguacate y el césped son cubiertas con estos sistemas de riego automatizados. El sistema de riego por goteo es apto para el fertiriego. El riego al césped utilizando el sistema de riego por aspersión automatizado, se distribuye de manera equitativa y generalizada en el total del área de riego que cubre dicho sistema. La operación de los sistemas de riego se realiza de manera automática, pero ademas de manera manual si el usuario así lo desea. Se requiere de un solo operador que sepa manejar y programar el sistema. Al cambiar las bombas de riego de gasolina por eléctricas el gasto económico se reduce notablemente 3.10.2.- Recomendaciones
El mantenimiento del sistema de riego automatizado debe realizarse de entre 6 y 12 meses si se aplica abono a los aguacates (fertiriego) mediante el riego por goteo siguiendo lo indicado en los apartados 2.21.1 y 2.21.2. Precaución al arar el terreno debido a que las mangueras estan enterradas y se pueden presentar fugas. Inactivar el sistema de riego en la temporada húmeda debido a las descargas eléctricas atmosféricas. Observar el funcionamiento del sistema periódicamente en los focos pilotos indicadores. Operar las bombas centrifuga 1.5 horas por media hora de descanso, esto se realiza en la programación del timmer. Purgar las bombas en el primer uso y cuando no se esté seguro si la tubería contiene agua; para evitar que las bombas funcionen en seco. Lavar los depósitos de agua cada 6 meses para evitar la proliferación de algas que obstruyan los goteros del sistema de riego por goteo. Usar preferentemente fumigantes y abonos líquidos para el fertiriego.
130
3.11.- CONCLUSIONES GENERALES A CERCA DE LOS SISTEMAS DE RIEGO AUTOMATIZADOS
El diseño de la propuesta de riego automatizado por goteo y aspersión cumple con las normativas contenidas en normas oficiales mexicanas NOM. La inversión total, para el diseño tangible de los sistemas de riego automatizado es elevada debido a los costos de los equipos y materiales que se necesitan para su instalación, además de la mano de obra. El ahorro del agua es significativo. Los gastos económicos por combustible se reducen, ya que la energía eléctrica es más barata que la gasolina. Se incrementa la productividad de la plantación. Es eficiente el uso y manejo del agua, pues la dosificación es 99 % similar en cada aguacate. Áreas verdes con riego más equitativo Debido a que el riego en los aguacates es por goteo se elimina la proliferación de plantas parasitas y crecimiento de hongos en las hojas de estos. Eliminación de los costos de mano de obra para el riego continúo de manera tradicional. Bajo costo y muy poco mantenimiento del sistema en tiempos prolongados. 3.12.- COMPETENCIAS APL ICADAS
Aplicación de los conocimientos adquiridos en las materias de “maquinas
eléctricas, instalaciones eléctricas, sistemas y máquinas de fluidos, mecánica de fluidos, sistemas hidráulicos y neumáticos de potencia y controles eléctricos” a problemas reales que posibiliten nuevas soluciones o enfoques
novedosos sobre los mismos. Seleccionar, instalar, operar y mantener sistemas y equipos hidráulicos, y desarrollar proyectos hidráulicos contemplando normas y reglamentos vigentes. Conocer y aplicar las normas oficiales mexicanas NOM a sistemas de riego. Conocimiento sobre de los métodos y técnicas de riego, necesarios para realizar un análisis riguroso de la conveniencia de la elección de un sistema o método de riego. Reflexionar de forma crítica sobre el método de riego más propicio, teniendo en cuenta los pros y contras. Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en el planteamiento y resolución de problemas relacionados con el transporte de fluidos. Seleccionar y calcular los principales elementos de protección para motores. Aplicación de los conocimientos sobre la automatización de los sistemas de riego, mediante sensores, timmers y relevadores. 131
BIBLIORAFÍA 1.- Cengel, A. Yunus. Termodinámica Sexta edición. México DF: Editorial Mc Graw Hill. 2.- Zubicaray Viejo Manuel, Fernández Álvarez Javier. Bombas teoría, diseño y aplicaciones tercera edición. México DF: Editorial Limusa. 3.- Saldarriaga, Juan G. Hidráulica de Tuberías . McGraw-Hill, 1998. 4.- Rodríguez Suppo, F. (1982). el aguacate , 1ra edición, Editor: México. 5.- Rodríguez Suppo, F. (1982). Riego por goteo . Editor: México. 6.- CORIAS, A. V. M. 2009. Tecnología para la producción de aguacate en México. Instituto Nacional de investigaciones, Forestales, Agrícola y Pecuarias (INIFAP). Segunda edición. Libro técnico número 8, Uruapan, Michoacán, México. 7.- Whiley A. W. et al. (Eds.). 2002. The Avocado: Botany, Production and Uses . CABI Publishing. Inglaterra. 8.- Norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 “INSTALACIONES ELECTRICAS”
9.- Norma oficial mexicana NOM – 001 – SEDE – 2012 “INSTALACIONES ELECTRICAS”
10.- Galán Sauco, Víctor. (1988). Los frutos tropicales en los subtrópicos. 1. Aguacate, mango, litchi y lougan. Ediciones Mundi - Prensa. México. pp. 25-53. 11.- Streeter, L. Víctor. Mecánica de fluidos novena edición. Colombia: Editorial Mc Graw Hill. 12.- Allen G. Richard, Pereira S. Luís. Evapotranspiración del cultivo. Guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos. ROMA: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación 2006. 13.- Rodríguez Martin Antonio, Alavarces Ávila Ricardo. Manual de riego de jardines. Consejería de agricultura y pesca. Ediciones ilustres. 14.- Medina Camaraza. Yanán. Síntesis del análisis del flujo de fluidos en tuberías ramificadas.
15.- Reglamento de la ley federal de aguas nacionales . Última reforma publicada DOF 25-08-2014. Cámara de diputados del H. congreso de la unión, secretaría general secretaría de servicios parlamentarios.
132
16.- Universidad autónoma de nuevo león. Lineamiento técnico para el uso eficiente SECRETARÍA DE DESARROLLO SUSTENTABLE, del agua para riego. COORDINACIÓN DEL SISTEMA DE MANEJO AMBIENTAL 17.- Jagüey Gutiérrez Joaquín, Gándara Porta Miguel Ángel. “Innovación tecnológica de sistemas de producción y comercialización de especies aromáticas y cultivos élite en agricultura orgánica protegida con energías alternativas de bajo costo” .SISTEMA DE RIEGO AUTOMATIZADO
18.- Selección del calibre de un conductor eléctrico en tubería (conduit) de acuerdo con la norma de instalaciones eléctricas NOM - 001- SEDE – 2005. Litincasa 19.- www.aproam.com 20.- http://grupoindustrialbonasa.com.mx/english/centrifugas-electricas.php 21.-http://www.wdmpumps.com/Bombas/Bombas-Caseras/BombasCaseras/DE/Detail/fb849593-a6ae-448b-bbde-1778dc6f5493/3ad98d39-06184fadaa6e-09f5d5279162 22.- bonasa.pdf 23.- Almandoz Berrondo, Jabier Mongelos Oquiñena, Mª Belén Pellejero Salaberria, Idoia. Apuntes de máquinas hidráulicas 3º curso de ing. técnica en mecánica. 24.- http://es.slideshare.net/RakelAlcoser/bombas-y-tipos 25.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/197.php 26.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/310.php 27.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/311.php 28.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/320.php 29.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/247.php 30.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/355.php 31.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/355.php 32.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/356.php 33.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/357.php 34.- https://www.truper.com.mx/CatVigente/363.php 35.- http://es.slideshare.net/erslide71/calculo-de-instalacion-de-tuberias 36.- https://www.uclm.es/area/ing_rural/Trans_hidr/Tema5.PDF 37.http://www.conagua.gob.mx/CONAGUA07/Noticias/NormasOficialesMexicanas. pdf
133
ANEXOS ANEXO A
Anexo A.- ASPERSORES METÁLICOS, EJUSTABLES.(https://www.truper.com.mx/CatVigente/197.php)
134
ANEXO B
Anexo B.- ASPERSORES METÁLICOS CON ANGULOS DE GIRO. (https://www.truper.com.mx/CatVigente/197.php)
135
ANEXO C
Anexo C.- Datos referentes al clima en Avándaro, Valle de Bravo, Edo. De México. (http://www.ocdemexico.org.mx/Mexico/Valle-de-Bravo/)
ANEXO D ALTURA (METROS) 0 500 1000 1500 2000 3000
PRESIÓN ATMOSFÉRICA (MILIMETROS DE MERCURIO, mmHg) 760 717 679 638 602 536
Anexo D.- Tabla comparativa de la presión atmosférica en función de la altura en metros sobre el nivel del mar (msnm). (http://cdigital.dgb.uanl.mx/la/1020124117/1020124117_004.pdf)
ANEXO E MATERIAL PVC Acero Asbesto Cemento Hormigón Vibrado Plástico Corrugado Polietileno
C 150 140 135 130 125 120
Anexo E.- Tabla de coeficientes de rugosidad de Hazen - Williams para diferentes materiales. (https://fisica-2.wikispaces.com/file/view/Hidr%C3%A1ulica+de+Tuber%C3%ADas+1.pdf)
136
ANEXO F
Anexo F.- Tabla de coeficientes de pérdida de carga K para singularidades. (https://fisica-2.wikispaces.com/file/view/Hidr%C3%A1ulica+de+Tuber%C3%ADas+1.pdf)
137
ANEXO G
Anexo G.- Datos técnicos de la bomba WDM PUMPS, modelo DE 15 - 1. (http://www.wdmpumps.com/Bombas/Bombas-Caseras/Bombas-Caseras/DE/Detail/fb849593-a6ae-448bbbde-1778dc6f5493/3ad98d39-0618-4fad-aa6e-09f5d5279162#)
138
ANEXO H
Anexo H.- Datos técnicos de la bomba WDM PUMPS, modelo DE 15 - 1. (http://www.wdmpumps.com/Bombas/Bombas-Caseras/Bombas-Caseras/DE/Detail/fb849593-a6ae-448bbbde-1778dc6f5493/3ad98d39-0618-4fad-aa6e-09f5d5279162#)
139
ANEXO H1
Anexo H1.- Características de la bomba WDM PUMPS, modelo DE 15 - 1. (http://www.wdmpumps.com/Document/Brochure/Spanish/Folleto%20Bombas%20CaserasWDM%202014.pdf)
140
ANEXO I
Anexo I.- Tabla A - 4E. (Yunus A. Cengel. Termodinámica, 6ta Edición)
141
ANEXO J
Anexo J.- Dimensiones de los codos de 90°. (http://www.brbdelnte.com.mx/docs/tuboplus/hidraulico.pdf)
ANEXO K
Anexo K.- Dimensiones de tees. (http://www.brbdelnte.com.mx/docs/tuboplus/hidraulico.pdf)
142
ANEXO L Material Vidrio PVC Polietileno (PE) Asbesto cemento Acero Hierro forjado Hierro fundido asfaltado Hierro galvanizado Arcilla vitrificada Hierro fundido Hierro dúctil Madera cepillada Concreto Acero bridado
Rugosidad absoluta K en mm 0.0003 0.0015 0.002 0.030 0.046 0.06 0.12 0.15 0.15 0.15 0.25 0.18 – 0.9 0.3 – 3.0 0.9 - 9
Anexo L.- Rugosidades absolutas de algunos materiales. (http://es.slideshare.net/alucarddns/modelamiento-de-redes-de-agua-a-presin)
ANEXO M
Anexo M.- Tabla de características de algunos conductores eléctricos. (http://www.viakon.com/pdf/categorias/24.pdf)
143
ANEXO N
Anexo N.- Datos técnicos de la bomba WDM PUMPS, modelo ME – 15.3 Bif. (http://www.wdmpumps.com)
144
ANEXO N
Anexo N (continuación).- Datos técnicos de la bomba WDM PUMPS, modelo ME – 15.3 Bif. (http://www.wdmpumps.com)
145
ANEXO O Diámetro del tubo (mm) Curva 90° Codo 90° Tee Conos difusores Válvula de pie Válvula de retención Válvula de compuerta 100% abierta Válvula de compuerta 75% abierta Válvula de compuerta 50% abierta
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
400
500
600
700
0.2 0.3 0.6 5 6 4
0.3 0.4 0.8 5 7 5
0.4 0.6 1.2 5 8 6
0.5 0.7 1.4 5 9 7
0.7 0.9 1.8 5 10 8
1 1.3 2.6 5 12 9
1.2 1.7 3.4 5 15 10
1.8 2.5 5 5 20 15
2 2.7 5.4 5 25 20
3 4 8 5 30 25
5 5 10 5 30 25
5.5 7 14 5 45 35
7 9.5 19 5 60 50
8 11 22 5 75 60
14 19 38 5 90 75
16 22 44 5 100 85
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
1.5
2
2
2
3
3.5
4
5
2
2
2
2
2
2
4
4
6
8
8
8
12
14
16
20
15
15
15
15
15
15
30
30
45
60
60
60
90
105
120
150
Anexo O.- Pérdidas de carga en accesorios, longitud equivalente de tubería recta (en metros). (http://www.reboja.com/Productos/ESPA/pdf/Calculo_Perdidas_Carga_ESPA.pdf)
ANEXO P Diámetros interiores de las tuberías en mm Litros 14 19 25 32 38 50 63 75 89 hora 500 8.9 2.2 0.6 800 20.2 4.7 1.3 0.4 1000 29.8 7 1.9 0.6 1500 14.2 3.9 1.2 0.5 2000 23.5 6.4 2 0.9 2500 9.4 2.9 1.3 0.4 3000 13 4 1.8 0.5 0.2 3500 17 5.3 2.3 0.6 0.2 4000 21.5 6.6 2.9 0.8 0.3 0.1 4500 8.2 3.6 1.0 0.3 0.1 5000 9.8 4.3 1.2 0.4 0.2 5500 11.6 5.1 1.4 0.5 0.2 6000 13.5 6 1.6 0.5 0.2 6500 15.5 6.9 1.9 0.6 0.3 7000 17.7 7.8 2.1 0.7 0.3 8000 22.4 9.9 2.7 0.9 0.4 0.2 9000 12.1 3.3 1.1 0.5 0.2 10000 14.6 4 1.3 0.6 0.3 12000 20.1 5.5 1.8 0.8 0.4 15000 29.7 8.1 2.7 1.2 0.5 18000 11.1 3.7 1.6 0.7 20000 13.3 4.5 1.9 0.9 25000 19.7 6.6 2.9 1.3 30000 9 4 1.8 35000 11.8 5.2 2.3 40000 15 6.5 2.9 45000 18.4 8 3.6 50000 9.7 4.3 60000 13.3 5.9 70000 7.7 80000 10.4 90000 12.9 Metros de pérdida de carga por 100000 125000 cada 100 metros de tubería nueva 150000 y recta 175000 200000 Para otras tuberías recomendamos multiplicar los valores de las PÉRDIDAS DE CARGA, obtenidos en coeficientes: tuberías de fibrocemento1.2 y tuberías de acero galvanizado 1.5
100
125
150
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.3 1.7 2 2.5 3.4 4.4 5.6 7.3 8.9
0.1 0.2 0,3 0,3 0.1 0.5 0.2 0.6 0.2 0.7 0.3 0.9 0.4 1.2 0.5 1.5 0.6 1.9 0.8 2.4 1 2.9 1.2 4.5 1.8 6.3 2.6 8.4 3.5 10.7 4.4 la tabla por los siguientes
146
Anexo P.- Ábaco de pérdidas de carga en tuberías lisas de PVC y Polietileno. (http://www.reboja.com/Productos/ESPA/pdf/Calculo_Perdidas_Carga_ESPA.pdf)
ANEXO Q Presión de trabajo, en Kg / cm 2
m m n e a l l i u q o b a l e d o r t e m á i D
1.5 2 2,5 3 3.5 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36
1.5 0.03 0.05 0.07 0.12 0.13
2 0.04 0.06 0.09 0.14 0.17 0.25
2.5 0.04 0.07 0.10 0.15 0.18 0.26 0.41 0.58
3 0.05 0.07 0.11 0.17 0.20 0.31 0.46 0.65 1.15
3.5 0.05 0.08 0.12 0.18 0.24 0.33 0.50 0.70 1.26 2.10 2.72 3.80
4 0.06 0.08 0.12 0.19 0.27 0.34 0.53 0.75 1.36 2.23 2.92 4.09 4.90
4.5
5
0.31 0.36 0.56 0.80 1.45 2.36 3.15 4.38 5.32 6.50 8.60 10.9 12.9 15.7 17.3 20.0 23.0
0.31 0.38 0.58 0.83 1.51 2.45 3.24 4.55 5.63 7.43 9.70 11.8 13.9 16.9 18.6 22.3 25.2
6
7
8
9
2.73 3.59 5.05 6.12 8.30 10.8 13.0 15.4 18.7 20.3 24.3 27.8 30.5 33.3
2.99 3.88 5.50 6.63 8.95 11.6 14.0 16.5 20.1 22.6 26.5 29.9 33.0 36.0
9.65 12.5 15.0 17.9 21.9 24.0 28.6 32.0 35.3 38.6
38.0 41.1
Anexo Q.- Caudales orientativos consumidos por los aspersores, en litros / segundo. (http://es.slideshare.net/erslide71/calculo-de-instalacion-de-tuberias)
ANEXO R Regiones
Temperatura promedio durante el día en °C Templada Moderada Caliente < 10° C 20 – 23 ° C > 30° C
Trópicos y subtrópicos -
Húmedos y subhúmedos Áridos y semiáridos
2 – 3
3 – 5
5 – 7
2 – 4
4 – 6
6 – 8
1 – 2
2 – 4
4 – 7
1 – 3
4 – 7
6 – 9
Regiones templadas -
Húmedas y subhúmedas Áridas y semiáridas
Anexo R.- Valores de la evapotranspiración (ETr) de referencia promedio para diferentes regiones agroclimáticas en mm / día. (ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf)
147
ANEXO S Ke inicial
Ke medio
Ke final
Altura (m)
Anexo S.- Valores del coeficiente (Ke) inicial, medio y final de las especies que componen al jardín o plantación. (ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf)
148
Ke inicial
Ke medio
Ke final
Altura (m)
Anexo S.- Valores del coeficiente (Ke) inicial, medio y final de las especies que componen al jardín o plantación (continuación). (ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf)
149
Ke inicial
Ke medio
Ke final
Altura (m)
Anexo S.- Valores del coeficiente (Ke) inicial, medio y final de las especies que componen al jardín o plantación (continuación). (ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf)
150
Ke inicial
Ke medio
Ke final
Altura (m)
Anexo S.- Valores del coeficiente (Ke) inicial, medio y final de las especies que componen al jardín o plantación (continuación). (ftp://ftp.fao.org/agl/aglw/docs/idp56s.pdf)
151
