Capitulo 9 Riego Por Aspersion Aamp

 

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CAPITULO VII: RIEGO POR ASPERSION

 

CAPÍTULO VII RIEGO POR ASPERSION

7.1 GENERALIDADES. La aspersión es un sistema de riego que distribuye el agua en forma de lluvia sobre el terreno. El agua no se transporta a cielo abierto, como en el caso del riego por surcos, en el cual el agua a medida que avanza se va infiltrando poco a poco. El agua va en conducciones cerradas a presión hasta llegar al aspersor, y desde éste se dispersa al aire desde donde cae en forma de lluvia sobre la parcela, infiltrándose sin desplazarse sobre el suelo. Para poder ser distribuida en forma eficiente es necesario que alcance una cierta presión, denominada presión de trabajo del aspersor. Para lo cual se instalan tuberías, aspersores y grupo de bombeo necesarios. Las principales características operativas de este método son: a) La velocidad de aplicación del agua debe ser menor que la velocidad de infiltración básica. b) En los laterales, las pérdidas de carga deben ser inferiores inf eriores al 20%. c) En la línea principal, la pérdida de carga debe ser inferior al 15%. d) Los laterales debieran colocarse en forma perpendicular a la dirección del viento. e) Los laterales debieran ir en el sentido de la pendiente p para ara ahorrar energía.

7.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL RIEGO POR ASPERSION. VENTAJAS:   Permite el riego de terrenos muy ondulados sin necesidad necesidad de sistematización sistemati zación de los mismos,

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como es el caso de riego por gravedad. A veces la nivelación del terreno presenta graves inconvenientes, sobre todo si la capa fértil del suelo es poco profunda o el subsuelo presenta condiciones impropias para el cultivo. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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  Permite el riego de terrenos que no se pueden nivelar o cuya pequeña o alta conductividad conductivi dad

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hidráulica no aconsejan el riego por gravedad, debido a las cuantiosas pérdidas que se producen por escorrentía y arrastre de terrenos en el primer caso y por percolación profunda en el segundo. La eficiencia de este sistema suele ser mayor que la del riego por gravedad, lo que permite un ahorro de agua, que es muy importante para zonas en donde este recurso en escaso.   Permite una disminución disminuci ón de la mano de obra obra necesaria en el riego, en comparación con los

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sistemas tradicionales. Este ahorro es muy variable depende del tipo de instalación diseñada, o sea que, se puede considerar como mano de obra el traslado de ala móviles de aspersores a sucesivas posiciones de riego, existiendo diferentes sistemas con necesidades variables. En general, la disminución de la mano de obre va acompañada de una mayor inversión inicial.  Además el regan regante te no necesita ninguna especialización, ya que el sistema no requiere manejo de agua, y por lo tanto, la eficiencia de manejo no influye en la eficiencia de riego.   Evita la construcción construcción de de canales y acequias acequias,, tanto provisionales como definitivos, definitivos, sobre sobre el

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terreno, y no presenta obstáculos para una fácil mecanización del riego, ni tampoco para las maquinarias de uso agrícola.   Desaparecen los trabajos de conservación conserv ación de dichas redes de distribución, distri bución, que tan necesarios necesario s

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son para una buena eficiencia en el uso del agua.   Conserva Conserva las propiedade propiedadess físicas óptimas óptimas del del suelo, al no necesitar movimientos de tierras tierras que destruyen su estructura. Al distribuir el agua en forma de lluvia no se producen, estando bien

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diseñado el riego, compactaciones ni costras. Todo esto favorece el desarrollo de los cultivos, pudiendo incrementar su producción.   Posibilita la distribución distribución en en el agua de riego de su sustancias stancias fertilizantes y de tratamientos tratamientos

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químicos, con una mejor dosificación de dicho elementos. Asimismo, produciendo un ahorro de productos usados, mano de obra y maquinaria necesarios para la distribución de los mismos.   Produce una gran oxigenación oxigenaci ón del agua, por lo que se pueden pueden emplear aguas ácidas y cierto tipo

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de aguas residuales, que no es posible usar en riego por gravedad.   En casos de tierras nuevas, la transformación transform ación se puede realizar realiz ar modulada, de modo que se

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puede obtener una inmediata puesta en marcha por sectores, obteniendo resultados en forma rápida, y por consiguiente una rentabilidad económica mayor.   Tiene buena buena aplicabilidad aplicabil idad para cultivos cultiv os sembrados al voleo y cultivos cultiv os de hortalizas en espacios espacio s

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reducidos.

DESVENTAJAS:   El elevado costo de de instalación debido a la nece necesidad sidad de de disponer, disponer, salvo raras raras excepciones excepciones en

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que exista una gran presión de agua disponible, de un equipo de bombeo, así como de tuberías y aspersores. Para pequeñas explotaciones el límite económico es muy difícil de determinar, pues intervienen factores de muy diversa índole. En general se puede aceptar la superficie de 10 has, superficies menores podrían agruparse para utilizar este método con instalaciones totalmente móviles tomando agua de diferentes puntos.

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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  Mayores costos de funcionamiento, ya que necesita una una presión de trabajo a la salida salida del

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aspersor, como mínimo del orden de los 20 m.c.a. Lo que implica que en cabeza de instalación la presión necesaria es mayor, debido a las pérdidas de carga que se producen en las tuberías.   Necesidad de una adecuada calidad cali dad de agua usada, ya que en casos de que contenga

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elementos disueltos o sustancias en suspensión, los equipos pueden resultar dañados por las posibles reacciones químicas o desgastes que se pueden producir. En estos casos los gastos de conservación aumentan, necesitándose dispositivos de protección y produciéndose un deterioro de los accesorios del equipo de riego. Se acorta la vida útil de la instalación y disminuye la calidad del riego, debido a una mala uniformidad de la distribución del agua.   Necesidad de un suministro de agua en forma form a continua o al menos lo más prolongada posible.

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La distribución discontinua del agua, caso típico de los turnos de riego, obliga a aumentar el equipo con el fin de poder utilizar toda la dotación durante el horario en que ésta se recibe, o bien a la construcción de un depósito de almacenamiento. En ambos casos se produce un aumento de los gastos de instalación.   No tiene buena aplicabilidad aplicabili dad para cultivos permanentes, tales como la vid, los frutales.

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7.3 RECOMENDACIONES GENERALES. De todo lo dicho anteriormente se puede considerar que, con carácter general, la aspersión se puede recomendar en los siguientes casos: 1. Terreno con topografía muy ondulada. La sistemati sistematización zación del mismo para riegos por gravedad gravedad puede resultar muy costosa. 2. Suelos poco profundos. La nivelación nivel ación de los mismos puede ser perjudicial o para e evitar vitar perjuicios perjuici os su correcta ejecución puede ser muy costosa. 3. Terrenos pocos o muy permeables. La aspersión permite obtener buenas eficiencias de riego y apreciables ahorros de agua. 4. Agua como factor limitante o muy cara. Es conveniente la utilización de un sistema de mayor eficiencia en el uso del agua. 5. Agua obtenida en pozos profundos. Son necesarias grandes elevaci elevaciones ones de agua con potencia de bombeo importantes. El aumento de energía que requiere la aspersión no tiene grandes repercusiones económicas. 6. Ausencia de mano de obra especializada en el manejo del agua de riego. Esta circunstancia puede producirse en zonas de nuevos regadíos donde, para riego por gravedad es necesario capacitar al regante. De igual manera la aspersión se puede desaconsejar en los siguientes casos: 1. Suministro de agua discontinuo. El riego está sujeto a horarios o turnos de cortos espacios espaci os de tiempo y gran caudal, que obliga a instalaciones de aspersión muy grandes, con mucho material de riego, o a la construcción de depósitos para la regulación del agua. 2. Agua con sustancias sustancias disueltas disuelt as o en suspensión. El material puede sufrir corrosión o eros erosión. ión. 3. Cuando el costo de una instalación instalaci ón de aspersión aspersión supere al más clásico, para lo cual es necesario un estudio económico, pero según según diversos autores se puede considerar como aceptable un aumento del 25%. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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7.4 ELEMENTOS QUE COMPONEN U UN N SISTEMA RIEGO POR ASPERSION. Las instalaciones de riego por aspersión comprenden las siguientes partes:

GRUPOS DE BOMBEO. El equipo de bombeo tiene por finalidad aspirar el agua desde la fuente de aprovisionamiento e impulsarla a través del sistema, creando una determinada carga o presión necesaria para compensar las pérdidas de energía de las tuberías. Para riego por aspersión se emplean bombas centrífugas de eje horizontal y bombas turbinas. Las instalaciones de bombeo pueden ser fijas o móviles. Están movidas por motores eléctricos, térmicos o por la toma de fuerza de un tractor. Se debe poner especial cuidado en la elección de la bomba, calcular adecuadamente la altura de elevación de la misma y su punto de funcionamiento (caudal y altura de elevación), que debe encontrarse en la zona de máximo rendimiento. La potencia necesaria se calcula teniendo en cuenta no sólo el desnivel geométrico, sino también la presión en los picos y las pérdidas de carga en el sistema. Es conveniente que los elementos de bombeo se encuentren protegidos de los factores atmosféricos, para una mayor duración y un funcionamiento óptimo de los mismos. Los motores eléctricos deben llevar los dispositivos de seguridad adecuados para evitar accidentes ya que, normalmente, existen siempre humedades que aumentan el peligro de descargas eléctricas.  

TUBERÍAS. Las tuberías principales suelen ser generalmente fijas, aunque en pequeñas instalaciones pueden ser móviles o incluso no existir, es el caso más sencillo donde la bomba generalmente se acopla a la toma de fuerza de un tractor, y alimenta directamente una pequeña ala de aspersores. Las tuberías fijas generalmente van enterradas y tradicionalmente se construían en fibrocemento pero, en pequeños diámetros, cada vez se usan más las tuberías de plástico, PVC y polietileno principalmente, debido a su más fácil montaje. En diámetros grandes no se suelen emplear por su mayor costo. Las tuberías móviles se construyen de aluminio o en plástico, principalmente para que sean elementos livianos. Pueden ser de dos tipos rígidas o flexibles, las primeras están compuestas por tramos de 6 ó 9 metros de longitud y sus diámetros varían entre 50 y 150 mm, aunque mayores mayores de 100 mm son raramente usados y sólo como tuberías auxiliares. Las tuberías flexibles no suelen tener diámetros superiores a los 40 mm, ni longitudes tan largas como las anteriores, debido a las mayores pérdidas de carga que se producen; están fabricadas de caucho perforado o materiales plásticos de alta calidad, con el fin de soportar los esfuerzos durante su traslado sobre el terreno. También pueden ser semifijos, equipo semifijo, con parte de la tubería fija y parte móvil. Sobre estas tuberías a intervalos regulares previamente calculados, o sino a nivel de cada parcela, se colocan tomas donde se conectan las alas de riego. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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Estas tomas presentan una gran variedad de dispositivos desde simple hidrantes, cuya apertura o cierre permite o evita el paso del agua, hasta las más sofisticadas.

ACCESORIOS. Junto a los tramos mencionados de tuberías existen numerosos accesorios, del mismo material, entre los que se pueden citar codos, tés, tapones, válvulas, reducciones, que permiten un fácil tendido de dichas tuberías y su puesta en marcha sin tener que interrumpir la circulación del agua en toda la red. Las uniones o acoplamiento de los tramos se realizan de tal forma que permitan un cierto movimiento angular de los elementos (30º, 12º), para adaptar las cañerías a las irregularidades del terreno.

ASPERSORES. Sobre las tuberías van instalados los aspersores, que son los aparatos que distribuyen el agua sobre el terreno. En algunos casos no se usan aspersores, sino que las tuberías tienen una serie de agujeros a lo largo de una o varias generatrices, por donde sale el agua. Son las llamadas rampas perforadas que, por su gran pluviometría, obligan a frecuentes desplazamientos y a su empleo en suelos muy permeables. Los aspersores normalmente usados son de dos tipos: chorro fijo y chorro rotativo. Los de chorro fijo, poco utilizados, tienen un alcance relativamente pequeño, generalmente menor a 12 metros y pluviometrías elevadas. Los de chorro rotativo son los normalmente usados en agricultura y se subdividen en dos grandes grupos: aspersores de giro rápido y de giro lento. Los de giro rápido sólo se usan en jardinería, invernaderos, pequeñas parcelas. Los de giro lento son los más empleados en el riego agrícola. Según la causa que produce el giro se clasifican en aspersores de reacción, de turbina y de choque. Los dos primeros están en desuso y el tercero es prácticamente el único empleado. Su rotación se realiza realiz a por lo movimientos movimient os alternativos de un un brazo, uno de cuyos extremos interrumpe el chorro y el otro, de mayor masa produce el giro, mediante choques. Dicho brazo va provisto de un muelle recuperador, con el fin de alternar su movimiento y provocar sucesivos choques y giros. El giro puede ser total o regulable para cubrir un sector circular. En cuanto a la presión de trabajo, los aspersores se clasifican en tres grupos: Baja Presión: En donde se puede alcanzar hasta un máximo de 2 kg/cm2. Su caudal y radio

mojados son pequeños y se usan principalmente en jardinería, huertos e invernaderos. Dentro de esta categoría se encuentran los aspersores de ángulo bajo, para el riego bajo árbol, que en ciertas condiciones, cuando no convenga mojar las hojas, pueden resultar muy útiles.

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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 Media pr esió es ión: n: Está comprendida entre 2,5 y 4 kg/cm2. Son los más comúnmente empleados ya

que alcanzan marcos bastante amplios, llegando hasta la disposición de 24 x 24, con una correcta distribución del agua y el consiguiente ahorro de material en parcela.  A lta pres ió ión: n:   La presión es mayor de 4 kg/cm2. Generalmente se les suele llamar cañones. Son

picos muy grandes adaptados para cultivos de elevado tamaño (maíz, caña de azúcar). Su marco puede alcanzar grandes dimensiones, con aparatos situados cada 60, 80 e incluso 100 metros. La distribución del agua no es buena, el viento ejerce mucha influencia y, debido a la gran altura de caída y al tamaño de las gotas, puede producir daños a los cultivos y compactar el terreno. Por todo ello sólo se suelen usar para el riego de praderas y forrajes en zonas con relieve ondulado.

7.5 SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSION. Los sistemas de riego por aspersión se pueden dividir en cuatro grandes categorías: sistemas móviles, sistemas semi móviles, sistemas fijos y sistemas mecanizados. mecanizados.

SISTEMAS MÓVILES. Como su nombre lo indica ninguna de sus partes es fija, la superficie regada suele ser pequeña. Se emplean generalmente para dar riegos de complemento. No suelen emplear un punto fijo de toma de agua, sino uno diferente en cada posición de riego, generalmente a lo largo de un cauce, embalse. Es el más simple de los sistemas. El grupo motobomba móvil, en numerosas ocasiones bomba acoplada a la toma de fuerza de un tractor, envía el agua a una tubería con acoplamientos rápidos, generalmente de aluminio, que se tiende sobre el terreno. Sobre dicha tubería van instalados los aspersores, aunque más modernamente, con el fin de disminuir el número de posiciones de la bomba y de dicha tubería, se acoplan a ella mangueras con un aspersor en su extremo. Éste es el que se desplaza y para facilitar su movimiento suele ir montado sobre ruedas. Cada aspersor ocupa sucesivamente varias posiciones antes de ser necesario mover toda la instalación. Este sistema tiene la desventaja de ocupar mucha mano de obra, sobre todo si no se usan mangueras.

SISTEMAS SEMIMÓVILES. Cuando la superficie regada aumenta, tanto el grupo motobomba como las tuberías abastecedoras son mayores y en consecuencia más pesados y de más difícil manejo. Al mismo tiempo su precio sube si se necesita que sean móviles. Por ello es más aconsejable una instalación fija de la motobomba y la tubería enterrada, con la finalidad de aumentar la vida útil y no presentar obstáculos a las maquinarias agrícolas. Generalmente las alas de riego se mantienen sobre el terreno, moviéndolas manualmente de una posición de riego a la siguiente. La unión con las tuberías enterradas se hace mediante hidrantes, que fuera de la época de riego son los únicos elementos que sobresalen por encima del terreno. La mano de obra disminuye respecto del sistema móvil, ya que transportan menos tuberías.

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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En esta misma categoría podemos incluir el sistema llamado de cobertura total, que consiste en tender sobre el terreno todas las alas de riego y transportar únicamente los aspersores de una posición a la siguiente. Está indicado en el caso de cultivos altos (maíz), en donde el traslado, carga y descarga de los tubos es difícil, de esta forma sólo se mueven dos veces al año: principio y fin del período de riego. La mano de obra disminuye, aunque aumenta la inversión inicial.

SISTEMAS FIJOS. En los sistemas fijos las instalaciones están fijas, casi siempre enterradas, donde solamente se desplazan los aspersores. Este sistema se ha visto favorecido con la industria de los plásticos, con tuberías de diámetro menor que las de fibrocemento, y por lo tanto, más económicas, suelen ser de pequeño diámetro, ya que por ellas únicamente circula el caudal de pocos aspersores, que son los que van ocupando posiciones sucesivas a lo largo del ala. Otro sistema ha derivado de éste, es aquél en que los aspersores también son fijos y en consecuencia la mano de obra es muy pequeña, sólo dirigir el riego abriendo y cerrando válvulas de paso, para que el agua llegue hasta los diferentes aspersores. Un paso más de avance son los  si  s i s temas temas de asper as perss ión ió n automatizados automatizados , en los que la puesta en marcha y parada de los aspersores se efectúa mediante la recepción de una señales enviadas desde un programa central. O sea que, existe un programa de riego preestablecido, o más modernamente, sensores situados sobre el terreno indicando la humedad en cada punto, datos en función de los cuales se efectúan los riegos. Además de los elementos ya citados, tuberías, aspersores, accesorios, se incluyen además órganos ejecutivos para la automatización de la distribución del agua y una central de mando desde la cual se envían las diferentes órdenes de riego. Los órganos ejecutivos son los elementos fundamentales en la automatización de la distribución del agua, normalmente son válvulas con dos posiciones, apertura y cierre. Según el carácter de la transmisión de las órdenes se clasifican en: de amando eléctrico (señales eléctricas en una red de cables), de mando hidráulico (señales transmitidas por las presiones en las tuberías) y de mando neumático (bajo la acción de la presión del aire se envían señales eléctricas). La puesta en marcha o parada de los regadores se puede efectuar de forma individual o por grupos. En el caso de la individual se conectan a la tubería abastecedora los regadores por separado, y cada uno debe estar equipado con su correspondiente válvula. En caso de poner en marcha los aspersores en grupo, se conectan separadamente las alas de riego de varios regadores en forma conjunta, regando simultáneamente. La primera opción (individual) tiene la ventaja de necesitar diámetros mínimos de las tuberías, porque se calculan con el caudal de un solo aspersor, pero el inconveniente es que se necesitan una gran cantidad de válvulas, una para cada posición del aspersor.

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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Todos los sistemas automatizados deben contar con válvulas de control manual estratégicamente ubicada, con el fin de disponer de un control en la distribución del agua si ocurriese alguna avería, tanto en las válvulas como en el programador central.

SISTEMAS MECANIZADOS. Su finalidad es disponer de un sistema de riego por aspersión, que sustituya al riego fijo, con una mayor versatilidad y a un mejor precio, conservando necesidades mínimas de mano de obra. Presentan la gran ventaja de permitir regar en el momento más conveniente y en consecuencia, no es necesario depender de los horarios de riego. Por ello permiten reponer rápidamente, incluso diariamente, el agua consumida por los cultivos con las ventajas del mejor desarrollo y producción del mismo. Inicialmente se mecanizó el avance de un aspersor de gran tamaño, con el fin de que la superficie cubierta fuese mayor para un mismo desplazamiento longitudinal, con diferentes sistemas de tracción. Ese aspersor se fue transformando en diferentes aparatos de riego, hasta llegar modernamente al desplazamiento de toda el ala de riego (pivotes y sistemas de traslación frontal). Todos estos aparatos presentan una mayor complejidad técnica, que puede repercutir en su buen uso y, sobre todo en su mantenimiento, un mayor costo del material de riego, o sea, una inversión inicial más importante, mínimo costo de mano de obra, una mayor presión de trabajo que conlleva un mayor costo de energía para su funcionamiento.  Al mismo mi smo tiempo el desplazamiento desplazamiento del equipo, cada vez más m ás pesado, puede presentar dificultades en función principalmente, de la topografía y edafología de la parcela a regar. El sistema más empleado es el  piv  pivote, ote, que consiste del giro de un ala de riego (en la cual están ubicados los aspersores) alrededor de uno de sus extremos anclado en el suelo. El punto de anclaje se usa para el suministro de agua al ala. El ala de riego está sustentada por torres metálicas móviles, sobre ruedas, que describen círculos alrededor del punto fijo. La superficie mojada es una circunferencia de radio sensiblemente igual a la longitud del aparato. El desplazamiento del pivote se realiza con velocidad angular uniforme w, lo que obliga a que las diferentes torres tengan velocidad de desplazamiento U variable de acuerdo al radio de giro de cada una. El movimiento se puede producir por diversos sistemas, de los cuales actualmente se usan los hidráulicos y mayormente los eléctricos; en los eléctricos en cada torre hay instalado un motor pequeño de 1 HP. Las ventajas de los eléctricos sobre los hidráulicos, son que se pueden desplazar sin necesidad de regar, y representa un ahorro de agua; además la velocidad de desplazamiento puede variarse fácilmente con lo cual se puede ajustar la pluviometría según el tipo de terreno, incluso hasta reponer diariamente el consumo del cultivo; y por último, la topografía de la parcela no influye en el movimiento, lo que en terrenos irregulares puede tener una importancia decisiva. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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La longitud de estos aparatos suele variar entre 100 y 1000 metros, aunque habitualmente se usan de 400 metros. La superficie regada se calcula como el área de un círculo, y por lo tanto aumenta proporcionalmente al cuadrado del radio de giro: S = p R2 .

Las torres son los elementos de sustentación y transporte. Su separación, a lo largo del ala, varía generalmente entre 30 y 50 metros. La pendiente del terreno es el principal factor limitante de la longitud de los pivotes, para pendientes superiores al 10% son necesarios tramos más cortos. Las torres van montadas sobre ruedas para facilitar el movimiento, que pueden ser metálicas o neumáticas. La distribución del agua se realiza a través de aspersores, modernamente se están usando boquillas que tienen menor presión de trabajo, aunque presentan el inconveniente de una mayor pluviometría, lo que no suele ser recomendable para terrenos pesados o con pendientes pronunciadas. La distribución de los aspersores y boquillas sobre el ala no es uniforme, ya que al aumentar la velocidad lineal conforme nos alejamos del punto central, la pluviometría debe aumentar, al disminuir el tiempo durante el cual se está aplicando el agua. Ello obliga a disminuir la distancia entre aspersores o boquillas o bien a instalar aspersores o boquillas con mayor caudal y pluviometría a medida que nos alejamos de la cabeza del sistema. Como consecuencia de esto la pluviometría instantánea en el extremo de la superficie regada puede llegar a ser muy elevada, especialmente en caso de pivotes de gran longitud. La presión de trabajo necesaria en la cabeza de la instalación es la de los aparatos regadores, más las pérdidas de carga que se producen en todas las tuberías. Dichas pérdidas aumentan con la longitud del equipo de riego. Se suelen emplear aspersores de media presión (3 kg/cm2) y boquillas (1 kg/cm2). Una práctica habitual es la instalación en el extremo del aparato de un ala en voladizo con el aspersor de gran alcance en su extremo, que riega una longitud r. Por lo tanto, la superficie regada será un círculo de radio (R+r) y aumentando substancialmente dicha superficie. El uso del pivote como sistema de riego por aspersión mecanizado, está siendo usado cada vez más, debido al ahorro de mano de obra que representa, respecto de los sistemas tradicionales. Al mismo tiempo ofrece una buena uniformidad de riego, que suele alcanzar el valor de 90%. Además es posible regar de noche, sin gasto adicional, o en el momento más adecuado para que las pérdidas por evaporación sean las mínimas, de modo que la eficiencia de aplicación también es elevada. Pero presenta inconvenientes o limitaciones en su uso, debido al elevado precio, su difícil uso en terrenos pesados ya que puede producir atascamientos, dificultades de manejo en parcelas muy irregulares o que presentan obstáculos, y no se pueden regar cultivos de altura, como los árboles frutales. Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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7.6 DISEÑO DEL SISTEMA. Este sistema de riego, como cualquier otro tiene dos partes bien diferenciadas como son: Diseño agronómico y Diseño hidráulico. Con el diseño agronómico se considera la adecuación del sistema a todos aquellos aspectos relacionados con las condicionantes del medio (suelo, cultivo, clima, parcela miento, etc). Con el diseño hidráulico se realiza el dimensionamiento más económico de la red de tuberías, partes y equipos con el objetivo de conseguir un reparto uniforme del agua de riego. La información de partida necesaria será:   Plano de la parcela con curvas de nivel, en la cual se represente los limites, puntos de captación,



caminos, cursos de agua, etc.    Caudal disponible y calidad del del agua: agua: con el ca caudal udal se puede hacer hacer una estimación del área área



regable.     Datos de suelo, suelo, como almacenador y regulador de la humedad y como como factor fact or complementario complement ario a



la precipitación.    Datos de cultivo; cultiv o; hay que considerar la alternativa alternativ a de cultivos, cultiv os, profundidad radicular máxima, necesidades hídricas punto, marco de plantación, labores a realizar, etc. 



  Datos de de clima: información información climática climática neces necesaria aria para para calcular las necesidades necesidades hídricas de los



cultivos, condiciones de viento. v iento.   Datos de de riego; tiempo disponible disponible de riego riego al d día ía y los días libres de riego durante u un n ciclo de



riego. Una posible secuencia de pasos a seguir para diseñar el sistema, se presenta en el organigrama.

A. DISEÑO AGRONOMICO.

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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El objetivo del riego es suministrar, a los cultivos, de manera eficiente y sin altera la fertilidad del suelo, el agua adicional a la precipitación, que necesitan para su optimo crecimiento y para cubrir las necesidades de lavado de sales, de forma que evite su acumulación en el perfil del suelo. El diseño agronómico es parte fundamental del proyecto de riego, presentando dificultades, tanto del tipo conceptual como de cuantificación de ciertos parámetros, debido al gran número de condicionantes que debe tomarse en cuenta (suelos, cultivos, etc). El diseño agronómico se puede dividir en tres fases: 1. Calculo de las necesidades necesidades de agua de los cultivos. 2. Determinación Determinaci ón de los parámetros de riego: láminas, frecuenci frecuencia, a, tiempo de riego, riego, número de aspersores, caudal necesario, etc. 3. Disposición Disposici ón de los aspersores en el el campo.

CALCULOS BASICOS. 1. CALCULO DE LA EVAPOTRANSPIRACION POTENCIAL.  A partir de la información climatológica empleand empleando o el método más adecuado adecuado a la zona del proyecto se debe determinar la evapotranspiración evapotranspirac ión potencial diaria.

2. DETERMINACION DE LA LAMINA DE RIEGO. En el primer riego, la lámina requerida para llevar la humedad del suelo del PMP hasta la CC está dado por:

 Lr  

  (CC   PMP ) *  ap * Pr    100

Dónde: Lr

: Lámina de riego que se debe aplicar en cada riego (cm)

CC

: Contenido volumétrico volumétr ico de humedad a capacidad de campo (cm3/cm3) 3

3

PMP Pr

: Contenido volumétrico volumétr ico de humedad a punto de marchitamiento marchit amiento permanente (cm /cm ) : Profundidad de raíces (cm)

δa 

: Densidad aparente.

Los riegos sucesivos, se deben efectuar cuando se ha consumido el 50% de la humedad disponible (CC-PMP), en este caso haciendo la corrección por este factor, la lámina neta se expresa por:

 Lr   0.50

  (CC  PMP )     *  ap * Pr  100

Esta lamina es la que se debe usar para el diseño, pues es la que se aplicara con mayor frecuencia, por otro lado, para satisfacer el primer riego podemos aumentar el tiempo de Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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aplicación. La lámina de riego a aplicar (lamina de riego bruta), se consigue castigando a la lámina de riego por la eficiencia, es decir:  Lb 

 Lr     Ea

Dónde: Lb Lr

: Lámina de riego bruta. : Lámina de riego.

Ea

: Eficiencia Eficienci a de aplicación.

3. FRECUENCIA DE RIEGO. El intervalo entre riego y riego, se encuentra con a siguiente relación.    Fr   

 Lr (mm)

 Et (mm / dia)

Dónde: Fr

: Frecuencia de riego (días).

Lr

: Lámina de riego (mm).

Et

: Evapotranspiración Evapotranspir ación del cultivo cultiv o (mm/día).

4. TRAZO Y COLOCACION D DEL EL SISTEMA EN EL C CAMPO. AMPO. En este punto considerar lo siguiente: a. Localización Localiz ación de la fuente de agua con respecto a la zona de riego. b. Colocar las líneas principales principal es (tubería principal) siguiendo la pendiente principal del terreno. c. Colocar las tuberías laterales lateral es en ángulo recto con rrelaci elación ón a la dirección de la pendiente principal y si es posible que queden también perpendiculares a la dirección predominante del viento.

5. CALCULO DEL NUMERO MAXIMO D DE E POSICIONES D DE E LATERALES. Esto está en función del número de laterales que operan simultáneamente, el número de desplazamiento por día y de la frecuencia de riego. Por ejemplo si la frecuencia de riego es de 12 días funcionando una sola lateral diaria, con dos posiciones por día, el número total de posiciones de laterales será: 12x1x2=24 posiciones.

6. ESPACIAMIENTO ENTRE LATERALES (EL) El espaciamiento entre laterales y aspersores está en función del diámetro de humedecimiento, velocidad del viento (que se deben chequear más adelante) y de la longitud de los tramos estándar de tubería que venden los fabricantes.

7. ESPACIMIENTO ENTRE ASPERSORES (EA).

Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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En este caso, también se asume varios valores de longitud de tubería (E A es igual a esta longitud o un múltiplo de ella), luego se divide la longitud total donde se trazó la tubería lateral entre estos valores, este resultado da el número de aspersores por lateral. Hay que recordar que los espaciamientos más cerrados son preferibles si los vientos son fuertes. De la combinación del EL  y E A  se obtienen varias posibilidades de espaciamiento E A  x EL, las cuales se deben realizar.

8. CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL SISTEMA. El gasto total del sistema o capacidad de bombeo se calcula por medio de la siguiente ecuación:

Q

27.80 A. Lr    Fr . H . Ea

Dónde: Q

: Gasto requerido (l.p.s).

 A

: Área (has). (has).

Lr

: Lamina de riego neta (cm).

Fr H

: Frecuencia de riego (días). : Horas de operación diaria (hrs).

Ea

: Eficiencia Eficienci a de aplicación.

9. CALCULO DEL CAUDAL POR ASPERSOR (QA). Se obtiene dividiendo el caudal total entre el número de aspersores totales.   Q Q

 A



 Naspersore s

Dónde: Q A 

: Gasto por aspersor (l.p.s). (l.p. s).

Q N A 

: Gasto del sistema (l.p.s). : Numero de aspersores.

10. CALCULO DE GRADO DE APLICACIÓN. Se determina al despejar la ecuación del gasto por aspersor: 360Q    I    A

 E  . E   A

 L

Dónde: Q A 

: Gasto necesario en el aspersor (l.p.s). (l.p. s).

E A 

: Espaciamiento Espaciamient o entre aspersores (m).

EL 

: Espaciamiento Espaciamient o entre laterales (m).

I

: Grado de aplicación (m).

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11. COMPARACION DEL GRADO DE APLICACIÓN (I) CON LA VELOCIDAD DE INFILTRACION BASICA (Ib). Para que no se produzca encharcamiento ni escorrentía es necesario que el grado de aplicación sea menor o igual que el valor de la velocidad de infiltración básica, es decir se debe cumplir que:  I      I    b

Comparar los valores obtenidos de I con el valor de I b  y seleccionar la disposición más adecuada, en base a la relación anterior.

12. SELECCIÓN DEL ASPERSOR. La selección del aspersor se efectúa en base a catálogos que proporcionan los fabricantes. El fabricante generalmente da a conocer los siguientes datos: Ø

: Dimensiones de la boquilla.

PA

: Presión de operación del aspersor.

QA

: Gasto del aspersor.

D

: Diámetro de humedecimiento.

E AxEL  : Espaciamiento Espaciamient o entre aspersores y laterales. I Cu

: Grado de aplicación. : Coeficiente Coeficient e de uniformidad.

13. REVISION DEL TRASLAPE. Conocido el diámetro de humedecimiento se debe chequear la superposición que existe entre ellos. El porcentaje de traslape está en función de la velocidad del viento y chequear estos valores con E A y EL.

14. REVISION DE LOS DATOS OBTENIDOS. Efectuado el diseño es necesaria la revisión para ver si hay necesidad de realizar algún ajuste. Colocar en orden todos los datos de diseño.

B. DISEÑO HIDRAULICO. 1. SELECCIÓN D DEL EL D DIAMETRO IAMETRO DE LA TUBERIA LA LATERAL. TERAL. El diámetro de los laterales con determinados en función de: economía, facilidad de manejo, gastos por lateral, carga de presión y numero de aspersores. El proyecto hidráulico del lateral está relacionado principalmente con el cálculo de las pérdidas de carga, esta es debida a las perdidas por fricción que ocurres cuando el agua fluye a través de la tubería. La máxima perdida de carga a lo largo del lateral se define arbitrariamente, de modo que la diferencia entre los gastos máximos y mínimos a lo largo del lateral sea el 10%. El gasto en un aspersor está dado por: Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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Q



 A

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 K  h  

O sea que el gasto es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la carga. De acuerdo a esto, el gasto en el primer y último aspersor está dado por: Q

  

 K  h  

Q

  

 K  h  

 Ap

 Au

 p

u

Dónde: Q Ap 

: Gasto en el primer aspersor.

Q Au 

: Gasto en el último aspersor.

hp 

: Carga de operación en el primer aspersor.

hu 

: Carga de operación en el último aspersor.

K

: Constante. Constante.

Dividiendo estas últimas ecuaciones se tiene: Q

 Ap

Q



 Au

 K  h    p

 K  h

u

De donde:

Q      h Q  2

h

 p

 Ap

u

 Au

Si hay una diferencia de gasto del 10% entre el último y el primer aspersor del lateral, se cumple que: Q   0.91Q    Au

 Ap

Sustituyendo en la ecuación anterior, se tiene:

 

h

 p

h



1.23

u

h   1.23h    P 

h

u

u

  0.81h  



 p

Lo que demuestra que la perdida de carga permisible será del 20% y por lo tanto se acepta que la máxima perdida de carga permisible a lo largo de un lateral, Msc. Abel A. Muñiz Paucarmayta

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debe ser menor del 20% de la presión media de operación del aspersor que significa una diferencia del 10% entre los gastos del primer y último aspersor del lateral es decir: 20% P      10%Q   La pérdida de carga se calcula para diversas alternativas de diámetro de lateral y se tomara la que se adapte a las consideraciones técnicas económicas. La ecuación general de perdida de carga tiene ti ene la siguiente forma:  K . L.V     H    D m

 f  

n

Dónde: Hf  

: Perdida de carga en la tubería (m).

L

: Longitud del tubo (m).

V

: Velocidad promedio del agua en la tubería (m/seg).

D K

: Diámetro interno de la tubería (m). : Factor de fricción que depende de la rugosidad relativa de las paredes de la tubería.

m

: Exponente que varía de 1.85 (Hazzen – W  Williams) illiams) y 2.00 (Darcy-Weisbach).

n

: Exponente que varía de 4.8720 (Hazzen  – Williams).  W illiams).

En esta ecuación la pérdida por fricción o pérdida de carga en términos del gasto Q será:  K . L.Q   m

 H 

 f  



 D

2 mn

En base a estas fórmulas se han preparado diversas tablas que permitan realizar en forma rápida el cálculo de perdida de carga por fricción en la tubería lateral y la principal.

2. PRESION REQUERIDA EN LA ENTRADA DEL LA LATERAL. TERAL. La presión calculada por aspersor representa “la presión promedio de diseño” (P a), considerada en la mitad del tramo de la tubería. La perdida por fricción a lo largo de una tubería lateral de diámetro uniforme disminuye rápidamente de manera que las ¾ partes de la pérdida total ocurr ocu rr e en la pr primera imera mitad y la ¼ parte res tante tante en la s eg unda und a mitad mitad de la tuberí a.

La carga total a la entrada del lateral y la pérdida de presión admisible varían si los laterales están colocados sobre un terreno plano, tendidas cuesta arriba o cuesta abajo. a. L ateral ateral colocado coloc ado s obre obr e terreno terr eno plano. plano.

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En este caso la pérdida de presión admisible debida a la fricción (P fadm) en la línea lateral deberá ser igual al 20% de la presión de operación de los aspersores (P a), es decir:  P 

 fadm

  0.20 P  



a

La carga total a la entrada del lateral está compuesta por: 3  P    P    h 4 0

a

 f  



 H 

 

a

Dónde: P0  : Presión a la entrada del lateral perdida de carga en la tubería (m). promedio de operación de los aspersores. Pa  : Presión promedio hf   : Perdida de la presión debida a la fricción. fricci ón. Ha  : Presión debido a la altura de los elementos.

b. Latera Laterales les tendidas tendidas cuesta arriba. arri ba.

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En este caso, la perdida de presión admisible (Pfadm) debido a la fricción es igual al 20% de la presión de operación de los aspersores (P a) menos la presión requerida para vencer la elevación de la tubería (Pe), es decir:

 P 

 fadm



0   .20 P   P   a

e

La carga total a la entrada del lateral está compuesta por:  P  m

c.



 g 

 P   4  h a

 

 H 

3  f  



2



 H 

a

Latera Laterales les tendidos cues ta abajo: abajo:

En este caso, la pérdida de presión admisible (Pfadm) debido a la fricción es igual al 20% de la presión de operación de los aspersores (P a) más la presión que se gana por la diferencia de alturas en la tubería (Pe), es decir:

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 P 



 fadm

 

0   .20 P    P   a

e

La carga total a la entrada del lateral está compuesta por: Caso I: hf >Hg (desnivel).  P    P   3  h 4 0

a

 f  



 H  2

 g 

  

 H 

a

Caso II: hf