DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSION EN LADERA

DISEÑO DE PEQUEÑOS SISTEMAS DE RIEGO  POR ASPERSION EN LADERA logo

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PRONAMACHCS

SNV 1

Por Michiel Anten y Has Willet, asesores de SNV en PRONAMACHCS PRONAMACHCS es el Proyecto Nacional de Manejo de Cuencas Hidrográficas y Conservación de Suelos. Entre sus líneas de promoción están las pequeñas obras hidráulicas para zonas rurales Altoandinas. SNV es el Servicio Holandés de Cooperación para el Desarrollo, especializado en asesoramiento a instituciones relacionados con el desarrollo de zonas rurales marginadas. Publicado en Cajamarca, Abril de 2000.

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Por Michiel Anten y Has Willet, asesores de SNV en PRONAMACHCS PRONAMACHCS es el Proyecto Nacional de Manejo de Cuencas Hidrográficas y Conservación de Suelos. Entre sus líneas de promoción están las pequeñas obras hidráulicas para zonas rurales Altoandinas. SNV es el Servicio Holandés de Cooperación para el Desarrollo, especializado en asesoramiento a instituciones relacionados con el desarrollo de zonas rurales marginadas. Publicado en Cajamarca, Abril de 2000.

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Indice: Introducción

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PARTE I: CONSIDERACIONES ONSIDERACIONES GENERALES 1 2

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Proceso de diseño El sistema de riego con sus componentes

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

Captación (ver figura 1-A) Línea de conducción (figura 1-B) Tanques de repartición (figura 1-C) Red de distribución (figura 1-D) Sectores de riego (figura 1-E) Reservorio regulador / cámara de carga (figura 1-F) Hidrantes (figura1-G) Línea de riego fijo, enterrado (figura 1-H) Línea de riego móvil (figura 1-I)

Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado

3.1 Costos de inversión por hectárea 3.2 Costo real del agua 3.3 Tipos de cultivo 3.4 Presiones Disponibles 3.5 Síntesis GOTEO 3.6 Conversión a riego por aspersión en canales de riego por gravedad

PARTE II:PASOS DEL DISEÑO 1

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3

4

5 5 6

6  8  8  8  8  8  8  8  9 

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10  11 11 12  12  12  12 

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Estudio de pre-factibilidad

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Levantamiento topográfico y catastral

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Demanda de agua

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Area neta regable

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1.1 Componente Social 1.2 Pre factibilidad Técnica 1.3 Pre factibilidad económica 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8

15  15  15 

Introducción Escala Elementos del terreno a mapear Organización del levantamiento Croquis Anotación de lecturas en la libreta de campo Dibujo topográfico con SURFER Cálculo de la superficie de las parcelas

3.1 Plan de cultivos por usuario 3.2 Definición del ETP, el K c c  y la eficiencia de riego Eficiencia de riego 3.4 Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema 4.1 El caudal de diseño del sistema

16  16  16  16  18  18  18  19  20  20  21 23  25 

2

4.2 El área total regable 4.3 El área regable

5

6 7

8

25  26 

Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores

27

Selección de sectores de riego Ubicación de los hidrantes

33 35

Redes de conducción, distribución, y líneas fijas de parcela

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5.1 El intervalo y la dotación de riego 5.2 La selección del aspersor 5.3 Velocidad básica de infiltración (VBI)

7.1 Diseño de la línea de riego móvil 7.2 Ubicaciones de la línea de riego móvil por el sector de riego 7.3 Diseño de las líneas de riego fijas (líneas de presión) 8.1 Introducción Líneas de conducción y de distribución 8.3 Obras de arte en las líneas de conducción y de distribución 8.4 Obras de repartición 8.5 Reservorios  /  cámaras de carga 8.6 Redes presurizadas

9 Costos y presupuesto 10 Análisis de costo / beneficio

35  37  38 

39  40  40  41 46  48 

50 53

PARTE III:OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO 1 2 3

27  29  31

Organización de los regantes Operación y mantenimiento de la infraestructura Desarrollo agrícola bajo riego

Anexo 1: Formato para informe de pre-factibilidad de un proyecto de riego tecnificado Anexo 2: Tablas de características de aspersores NAAN 427 y NAAN 501 Anexo 3: Estimación de costos de pequeños reservorios, revestimiento de concreto Anexo 4: Estimación de costos de pequeños reservorios, revestimiento de geomembrana de polietileno

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54 54 55 57

Introducción La elaboración de esta guía surge de la fuerte demanda que en los últimos años expresan los campesinos de la Sierra, por sistemas de riego mejorados que los permite aprovechar sus escasos fuentes de agua en forma más eficiente, y con bajo costo. Entre las diferentes soluciones: mejorar el riego por gravedad; mejoramientos de canales y de las formas de distribución del agua; y la introducción de diferentes formas de riego presurizado (micro aspersión, goteo, aspersión), hemos elaborado sobre el riego por aspersión, porque ya ha demostrado ser una técnica que fácilmente se adapta a las condiciones de Sierra, y los costos pueden ser reducidos a niveles aceptables para la agricultura de baja rentabilidad. Los costos de proyectos recientemente ejecutados con el concepto de diseño aquí expuesto está, todos los costos incluidos, entre $850 y $1750, dependiendo de la topografía, extensión y grado de dispersión de los terrenos a regar. Con técnicas de producción aún bastante tradicionales, estos niveles de inversión son recuperables en la agricultura campesina. Para un caso estudiado de pastos cultivados, la introducción del riego tuvo como impacto estimado el incremento del ingreso neto de $350 a $450 anuales. Problema es la limitada capacidad financiera de muchos agricultores de la Sierra. Para resolver esto sería oportuno la disponibilidad de créditos para este tipo de inversiones orientados a peques productores, con niveles de interés que permiten su recuperación. En el caso de inversiones subsidiados en riego tecnificado para campesinos de la Siera, se recomendaría de todas maneras que el subsidio sea solamente para aquellas inversiones duraderas de carácter comunal (bocatomas, líneas de conducción, obras de distribución), que serían más difíciles de realizarse con aportes financieros de los beneficiarios. Un criterio que con éxito se viene aplicando es que los equipos fijos y móviles a nivel de parcela (líneas de presión, hidrantes, mangueras, aspersores), es decir la parte de la infraestructura que está bajo la directa responsabilidad de los agricultores individuales, sea financiado por ellos mismos. La presente guía puede ser utilizada como acompañamiento de proyectistas que elaboran pequeños proyectos de riego por aspersión, sean ellos ingenieros civiles, agrícolas o agrónomos. Como habilidades se suponen presentes, el manejo de instrumentos topográficos y de los métodos de levantamientos topográficos sencillos; uso de computadoras (MSWINDOWS, EXCEL, SURFER) y algunos bases de hidráulica. Con esta guía y la utilización de algunos paquetes de software presentados, se pretende promover la elaboración de proyectos de calidad y con mayor rapidez, lo que permite realizar un número mayor de estudios en menor tiempo y con menor costo, y esto por ende puede dar un impulso a la tecnificación del riego en la Sierra. La guía tiene dos partes: Parte I contiene algunas consideraciones generales sobre el riego por aspersión en la Sierra que pueden ser tomadas en cuenta por los proyectistas, y especifica algunos conceptos utilizados en la guía. Parte II describe paso por paso el procedimiento de diseño. En dos cursos para profesionales realizados en Cajamarca sobre la base de la presente guía, de una semana cada uno, los participantes recibieron instrucciones previos de seleccionar un proyecto real en sus zonas de trabajo, y realizar un levantamiento topográfico y de datos adicionales del área de riego. Los datos de campo fueron procesados durante el curso, y la mayoría de los cursistas culminó durante la semana la elaboración del estudio técnico del proyecto seleccionado. 4

PARTE I:

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CONSIDERACIONES GENERALES

Proceso de diseño

Este documento presenta paso por paso las etapas por lo cual pasa el proceso del diseño de un proyecto: 1. La primera etapa es el estudio de la pre-factibilidad. En esta etapa se tiene que determinar si las condiciones físicas (disponibilidad de agua, condiciones agronómicas) y sociales (acuerdo sobre uso de la fuente de agua, disposición de tecnificar su riego), indican la viabilidad de un proyecto de riego por aspersión. 2. Levantamiento topográfico y catastral de la zona de riego y determinación de las características del suelo y del padrón de cultivos a regar 3. Cálculo de la demanda de agua de los cultivos previstos 4. Cálculo del área neta regable con el agua disponible, y determinación del área a regar por cada beneficiario, en base al plano topográfico/catastral. 5. Cálculo de la lámina de riego, del intervalo de riego, de la intensidad de riego, y selección de aspersores y su distanciamiento 6. Selección de los sectores de riego en función de la topografía, distribución parcelaria y área a regar por usuario. De allí sigue la ubicación de los reservorios/cámaras de carga para cada sector 7. Ubicación de los hidrantes para cada sector de riego, en base al equipo de riego móvil seleccionado (manguera con aspersores) y la topografía de cada parcela 8. Diseño de la red de distribución, de conducción, obras de arte, y líneas fijas (enterradas) de parcela, en base a un diagrama de caudales y presiones 9. Elaboración del presupuesto 10. Cálculo de la relación costo beneficio en base al presupuesto global, padrón de cultivos y fichas de rendimiento para cada cultivo seleccionado El proceso de diseño es un proceso cíclico, en que se va varias veces “de abajo hacia arriba” y “ de arriba hacia abajo” entre el nivel parcela y el sistema, y requiere de mucha interacción entre el técnico y los (futuros) beneficiarios en cada etapa aquí descrito, antes de llegar a un diseño final satisfactorio para todos los interesados, incluyendo una relación favorable de los costos por hectárea.

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2

El sistema de riego con sus componentes

Iniciaremos con la aclaración de algunos términos: ¿Qué es un sistema de riego ?. El sistema tiene tres componentes: La infraestructura, la organización para su operación y mantenimiento, y el sistema de producción agropecuario bajo riego. Esta guía trata los tres componentes en conjunto para que los proyectos sean sistemas de riego coherentes, es decir, cuyas partes forman un conjunto funcional. ¿Qué entendemos con pequeños sistemas de riego? El proceso de diseño aquí descrito fue hecho teniendo en mente un rango de tamaño de sistemas de entre ¼ ha a 100 has. Para sistemas menores el proceso es demasiado engorroso: Bastaría en realidad tomar una manguera y un aspersor y ya se puede regar un área muy pequeña sin mayor estudio. Por encima de los 100 has consideramos que los métodos de evaluación (técnica y económica) presentados son insuficientes. Posiblemente se tendrán que incluir algunas etapas de estudio y de concertación que no se prevén aquí. El aprovechamiento de la ladera para lograr la presurización por gravedad es el factor clave que nos permite diseñar para zonas montañosas sistemas de riego presurizados a un costo significativamente más bajo que en la costa. Utilizamos la altura de las fuentes naturales de agua y tuberías para obtener la presión necesaria para los aspersores. Otro elemento clave del concepto de diseño expuesto aquí es la distribución  proporcional , es decir en flujos contínuos, de los caudales de las fuentes de agua disponibles para el riego, entre usuarios individuales o pequeños grupos de 2 a 4 regantes. Con esta repartición del agua logramos que los gastos de cada regante sean limitados, porque los caudales repartidas son por lo general muy pequeñas y pueden aprovecharse con equipos de riego muy sencillos. Además se reducen los costos de las líneas de conducción y distribución porque desde el primer regante en el sistema los caudales se van disminuyendo y se reducen los diámetros de tuberías. Ventaja adicional es la facilidad de la operación del sistema que requiere de ningún manipuleo de caudales a nivel de la distribución. Revisaremos brevemente los componentes de un sistema típico (ver figura 1). 2.1

Captación (ver figura 1-A) 

Podemos captar a agua para nuestros sistemas presurizados de manantiales (caudales de 0.2 litros/segundo para arriba), quebradas, o canales de riego. En el último caso se debe asegurar que existe aceptación por parte del comité de regantes de asignar un caudal continuo al sector de riego a presurizarse, y el proyecto de riego por aspersión debe ubicarse en la parte alta del canal para asegurar un caudal (semi) permanente al sistema. Las captaciones de manantiales o quebradas pueden ser construidas de la misma manera que captaciones de agua potable. Captaciones de canales de riego tienen que ser equipados con un repartidor de agua que asegure que el caudal asignado al sistema de riego es medida.

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Figura 1: Componentes de un sistema típico de riego presurizado por gravedad

A: captación B: línea de conducción C: tanques de repartición

D: Red de distribución

F: Reservorio

E: sector de riego

G: Hidrante H:Línea de riego fijo

I: Línea de riego móvil 7

2.2

Línea de conducción (figura 1-B) 

Es el tramo de canal entre una captación y el primer tanque de repartición. Según el caso puede ser ejecutado como canal abierto (de tierra o concreto) o entubado. La última opción es generalmente preferible para evitar que el sistema trae sedimento a los sectores de riego 2.3

Tanques de repartición (figura 1-C) 

Son obras de arte que distribuyen el caudal de sistema en varios caudales continuos en forma proporcional, de acuerdo a las superficies de las áreas a regar de cada sector servido por estos tanques. Para la repartición proporcional de caudales se utilizan vertederos (caudales mayores) o orificios (caudales menores) 2.4

Red de distribución (figura 1-D) 

Son los canales (abiertos o entubados) que distribuyen el caudal de sistema a los diferentes sectores de riego. Podemos utilizar en sistemas entubadas obras adicionales como sifones, válvulas de limpia de y de desfogue, cámaras de rompe presión, etc. La capacidad de los canales o tuberías disminuye conforme se divide el caudal de sistema por los sectores. 2.5

Sectores de riego (figura 1-E) 

Son las unidades de riego que reciben un caudal continuo para regar. Al interior de los sectores de riego el caudal es rotado para regar toda su superficie en forma intermitente con un intervalo de riego de varios días. El sector de riego puede ser de una o varias parcelas. En el último caso la distribución del agua entre parcelas es por turnos. El caudal permanente de un sector de riego es recibido en una cámara de carga / reservorio regulador que se encuentra en la parte más alta del sector y donde se genera la presión para regar. 2.6

Reservorio regulador / cámara de carga (figura 1-F) 

El reservorio regulador / cámara de carga cumple la función de regular entre el caudal fijo que recibe el sector de riego de un tanque de repartición, y el caudal utilizado por los aspersores que se tiene funcionando en el sector. El desequilibrio que puede ocurrir entre los dos es absorbido por el reservorio. Además cumple la función de cámara de carga, donde se genera una presión constante en el sistema de riego presurizado del sector. 2.7

Hidrantes (figura1-G) 

Los hidrantes son los puntos de conexión de una línea de riego móvil en las parcelas a regar. Son equipados con una válvula y un acople rápido para una manguera. Desde un hidrante se pueden servir varias partes de la parcela, si son ubicados en lugares estratégicos. Los hidrantes son conectados entre ellos y con la cámara de carga con tuberías enterradas. 2.8

Línea de riego fijo, enterrado (figura 1-H) 

La línea de riego fijo distribuye el agua por todo el sector de riego, entregando el caudal de riego mediante los hidrantes a las líneas de riego móviles en forma presurizada. Consiste de tuberías de PVC enterradas cuyos diámetros con calculados de tal manera que en cada hidrante existe la presión suficiente para los aspersores. En algunos casos se tendrán que instalar cámaras de rompe presión.

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2.9

Línea de riego móvil (figura 1-I) 

La línea de riego móvil consiste de una manguera con aspersores que es conectado a los hidrantes para regar, en forma rotativa, todo el sector de riego. Si el sector de riego consiste de varias propiedades la línea de riego móvil es compartida entre los usuarios de este sector.

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3

Algunas consideraciones sobre técnicas de riego presurizado

En riego presurizado se distingue por lo general entre las técnicas siguientes: riego por goteo, riego por micro aspersión, y riego por aspersión. La aplicación de cada uno de las tres está sujeta a criterios distintos, porque cada uno tiene características técnicas diferentes, aplicaciones distintas, y costos por hectárea diferentes. Hasta la fecha PRONAMACHCS tiene mayor experiencia con riego por aspersión, un poco de experiencia en micro-aspersión, y para riego por goteo contamos tan sólo con información referencial de otras instituciones como la INIA. Por lo tanto este documento enfatiza en la tecnología de riego por aspersión, hasta tener más experiencia significativa en las otras tecnologías. Sin embargo, se presentará aquí algunas consideraciones para los que ya quieren orientarse hacia goteo y micro-aspersión. Seleccionar una de las tres depende de una gama de factores entre los cuales señalamos como más importantes: Costos de inversión por hectárea Costo real del agua Tipos de cultivo Presiones disponibles    

3.1

Costos de inversión por hectárea 

Como sistemas por goteo y por micro aspersión son fijos, estos requieren una cobertura completa del área a regar. La distancia entre líneas y entre emisores depende mucho del tipo de cultivo y de las distancias entre sus plantas. En árboles frutales el distanciamiento entre líneas y entre emisores puede subir hasta 8 o 9 m, mientras que en horticultura puede haber tan sólo 0,2 m entre emisores y 0,75m entre líneas. Se deja entender entonces que el tipo de cultivo influye mucho en la inversión por hectárea de estos sistemas, mientras que en sistemas móviles con aspersores la variación en espaciamientos no influye mucho en los costos del sistema. Como consecuencia de muchos factores, los costos por hectárea de cada tipo de sistema pueden variar considerablemente. Sin embargo, la tendencia de sistemas presurizados es la siguiente ranking de costos por hectárea: Cuadro 1: Ranking de costos por hectárea de sistemas de riego presurizados Tipo de sistema

Ranking de: bajo costo

Riego por aspersión

Bajo – mediano

Micro aspersión

Mediano – alto

Goteo

Bajo – alto (bajo sólo en cultivos permanentes de distanciamiento alto)

10

alto costo/ha

3.2

Costo real del agua 

Una indicación de eficiencias que se logran con los diferentes tipos de riego es: Riego por aspersión: 65%-75%; riego por goteo: 85%-90% (no tenemos datos sobre micro aspersión). Un factor que influye en la selección es por lo tanto, el valor productivo por m3 de agua, que depende dos factores: El valor de la producción agrícola por cada m3 de agua consumido por el cultivo, y la escasez del agua. Estas apreciaciones nos conducen a tener una indicación inicial para el uso de las técnicas en la Sierra: goteo en zonas más cálidas donde las fuentes de agua son más escasas con caudales limitados, y donde las oportunidades de producciones de alto valor sean mejores (diversificación, mercado); el riego por aspersión tendría mejores condiciones de aplicabilidad en zonas de altura, para el riego de pastos, forrajes y cultivos tradicionales. Micro aspersión sería especialmente apropiado para el riego de viveros, huertos, invernaderos, etc. 3.3

Tipos de cultivo 

En general, por ser sistemas fijos o semi-fijos (es decir, fijos durante una campaña agrícola), riego por goteo y micro aspersión son adecuados para cultivos permanentes y semi-permanentes , en lo cual se requiere una aplicación de agua localizada en la zona radicular de las plantas. Se puede pensar en arboricultura, viñas, viveros, invernaderos, etc. También hay experiencias en cultivos de papa y hortalizas (INIA) pero por ser fijo por lo menos durante la campaña del cultivo hay que tener toda el área cubierta con los dispositivos de riego lo que hace que la inversión sea mayor que en sistemas móviles con aspersores. En cultivos muy intensivos y rentables, de hortalizas en zonas cálidas por ejemplo, se puede justificar un riego por goteo o micro aspersión. Riego por aspersión es aplicable en la mayoría de cultivos anuales, y para zonas de pastos es lo más recomendable por tener que regar con mayor grado de homogeneidad ya que el pasto no se cultiva en surcos pero cubre toda el área. Para los cultivos más susceptibles a hongos tenemos que tener en cuenta las ventajas comparativas que el goteo presenta en comparación de un riego sobre las hojas. Como una primera orientación, presentamos en el Cuadro 2 algunas indicaciones sobre técnicas de riego y su aplicación en diferentes cultivos. Cuadro 2: Técnicas de riego más indicadas para algunos cultivos CULTIVO

GOTEO X Arboles frutales Viveros Pastos Zanahoria Betarraga Cebolla Alfalfa Alverja X Papa X Repollo X Rocoto X Viñas X Invernaderos

MICRO-ASPERSION X X X X X

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ASPERSION X X X X X X X X -

3.4

Presiones Disponibles 

Conforme la forma de administrar el agua, los sistemas de riego por goteo pueden funcionar con presiones mínimas, mientras que el riego por aspersión requiere presiones relativamente elevadas. Micro-aspersión ocupa una posición intermedia. En sistemas por goteo, existen ahora emisores que autoregulan la presión, que se autolimpian etc, y por lo tanto las descargas no cambian en un rango largo de presiones. En micro aspersores y aspersores las descargas varían bastante entre las presiones mínimas y máximas permisibles. La presión mínima con qué trabajan aspersores depende mucho del material de confección: más ligera que sean (plástico), menos presión que se requiere para que funcionen satisfactoriamente. Por eso, en sistemas presurizadas por gravedad se recomienda implementar aspersores de plástico. 3.5

Síntesis 

Como resumen, el cuadro siguiente da algunas características de los 3 tipos de riego presurizado. Cuadro 3: Características de sistemas de riego presurizados GOTEO − − − − −

−

− −

−

3.6

Presiones entre 4m y 35m Sistemas fijos Descarga por emisor entre 0.7 y 4.5 l/h Vida útil de cintas : 2 años Se presta para zonas más cálidas para poder producir con facilidad diferentes cultivos. Interesante para sistemas muy intensivos de producción, en zonas más cálidas, aplicando fertilizantes a través de los emisores . Adecuado para invernaderos. Indispensable para arboricultura y cultivos permanentes. Costo: $850 a $3000/ha (sistemas INIA).

MICRO ASPERSION − − − − − −

− −

Presiones entre 7m y 30 Distancia entre líneas y aspersores 1.5 –5 m. Sistemas fijos (por lo general). Area mojada por aspersor: .Entre 0.5 y 25 m2 Descargas por aspersor entre: 33 y 333 l/h Se presta para viveros en todos los pisos altitudinales y para cultivos en zonas más cálidas, donde se puede producir con facilidad una variedad de cultivos. Adecuado para invernaderos grandes. Costo ± $3000/ha hasta ± $5500/ha (viveros forestales).

ASPERSION − −

− −

− −

−

−

Presiones entre 12m y 45m Distancia entre líneas y aspersores: De acuerdo al tipo de aspersor (7-20m). Area mojada por aspersor: entre 50 y 200m2. Descarga por aspersor: entre 0.0625 y 0.9 l/s (225 a 3240 l/h) Sistemas móviles. Se presta para todas las alturas porque se puede implementar en pastos en zonas altas como en otros tipos de cultivo en todos los pisos altitudinales. El viento puede bajar considerablemente la eficiencia. Costo: $850 a $1750/ha.

Conversión a riego por aspersión en canales de riego por gravedad 

En muchos casos, el agua que se pretende emplear para riego por aspersión proviene de canales de riego, con un turnado preestablecido. En estos casos la propuesta de diseño generalmente es, almacenar el turno de riego en un reservorio para utilizar el volúmen almacenado mediante aspersión. Esta opción conlleva inevitablemente el costo adicional de una estructura de almacenamiento (salvo en casos que ya existe), y compromete fuertemente la relación beneficio/costo. Un ejemplo puede ilustrar esto: 12

Ejemplo:  El Caudal del canal es: 15 l/s  El turno de riego es: 4 horas cada 9 días  El caudal continuo equivalente es: 15 * 4 = 0.278 l/s  9 * 24  Area regable con este caudal cuando el módulo de riego es 0,46 l/s/ha (ejemplo  pár.3.4): 0.278 = 0,6 ha  0,46  Volúmen de almacenamiento = 3600 * 4 * (15 – 0,278) = 211997 lit. (212 m 3  ) El costo de un reservorio de 212 m 3  , utilizando geomembrana, estimamos en $800, entonces el almacenamiento aumenta el costo de la inversión por ha con:  $ 800 = $1333 / ha  0,6  El costo por hectárea de la inversión en riego por aspersión se duplica 

Este ejemplo demuestra que la opción de utlizar turnos de canales con riego tecnificado, utilizando reservorios para almacenar el turno de riego, incrementa fuertemente los costos/ha y por eso no se recomienda esta alternativa salvo en casos excepcionales (por ejemplo donde ya existen reservorios de suficiente volúmen). Más bien, el objetivo en sistemas de riego por gravedad existentes, cuyos usuarios aspiran tecnificar su riego con aspersión, debe ser de realizar módulos de riego en sectores del sistema que pueden contar con un caudal contínuo, derivado de un tramo inicial del canal, o cambiar el turnado del agua en un sistema de flujos contínous a sectores de riego tecnificado (es decir cambiar todo el sistema en un sistema de riego por aspersión). Ambas soluciones por lo general encuentran con resistencia de ciertos grupos de usuarios y por lo tanto podemos concluir que la conversión del riego en sistemas de riego por gravedad existentes es un ejercicio complejo que requiere de una reflexión profunda entre regantes e institución de apoyo. De ahí nuestra recomendación de iniciar en cualquier ámbito de intervención la tecnificación del riego con fuentes de agua menores, de 0,5 a 10 lit/seg, ya que estas fuentes aprovechadas con sistemas de riego por gravedad normalmente presentan fuertes dificultades, por un lado, y por otro involucran a menos regantes.

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PARTE II:

1

PASOS DEL DISEÑO

Estudio de pre-factibilidad

La identificación de un proyecto de riego tecnificado, debería pasar por un inventario de las fuentes de agua a nivel de caserío/comunidad, en que se aforan los caudales en estiaje y se determinan los usos actuales y potenciales. Luego se hace un taller comunal de planificación del uso de agua. En esta fase se puede detectar los intereses de la población en riego tecnificado, y se puede ver si hay fuentes de agua disponibles exclusivamente para riego, o si en caso contrario se presentan posibilidades para sistemas de uso múltiple en que se combinaría agua potable con riego tecnificado. Unos puntos de partida para el desarrollo de riego tecnificado son los siguientes: Se busca desarrollar riego tecnificado en un primer instancia a partir de fuentes y manantiales, y no tanto a partir de canales de regadío, dado la complejidad relacionado a la introducción de riego tecnificado en los últimos. Se partirá del principio de que los beneficiarios contribuyan financieramente a la inversión en riego tecnificado, específicamente los equipos que se instalen en sus propios parcelas, por ser esto un factor clave para la sostenibilidad de las inversiones. De no procederse de esta manera, el momento de desgastarse los equipos de riego aplicados en la chacra probablemente significará el fin de la vida útil del proyecto. Para lograr eso se puede buscar formas para facilitar esta contribución financiera, por ejemplo mediante un programa de créditos. Antes de tomar la decisión de elaborar un estudio técnico sobre un proyecto de riego, se tiene que saber en base a un diagnóstico en que se recogen informaciones y datos de campo, claves, si el proyecto tiene una alta probabilidad de tener éxito, tanto técnicamente como socioeconómicamente. El proyecto tiene que tener aceptación social, y sobre los siguientes puntos clave se deben tener acuerdos entre la institución y la población antes de iniciar la elaboración del expediente técnico: Identificación de posibles beneficiarios Repartición de agua y de tierras Participación financiera de los beneficiarios en la inversión del proyecto De igual manera, se tiene que saber si técnicamente el proyecto es factible, cuántas hectáreas se podrían regar con el caudal disponible, y cuales son los cultivos que los agricultores van a poner. Se debe tener una idea sobre los beneficios a generar con el proyecto para determinar la inversión permisible por hectárea. Siempre hay cosas que se determinarán recién con el estudio detallado del proyecto: por ejemplo, la participación de algunos agricultores cuyos terrenos están ubicados relativamente lejos dependerán de que si el costo por hectárea permite su inclusión. El estudio de pre-factibilidad tiene un componente social, técnico y económico. Para más detalles, véase el anexo 1. 









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1.1

Componente Social 

Se tiene que asegurar una aceptación de la propuesta de riego tecnificado por parte de todos los futuros beneficiarios, tener definido los derechos al uso del agua, quiénes participan y quiénes no. Los futuros beneficiarios tienen que estar dispuestos a contribuir financieramente al proyecto (a parte de la mano de obra ), con fondos propios o mediante un crédito. Un aspecto importante de tomar en cuenta es la ubicación de las parcelas a regar relativo a las viviendas, porque los equipos fijos y móviles de parcela difícilmente se conservarán sin la atención permanente de los regantes. Es indispensable tomar el tiempo para tener conversaciones amplias con los futuros beneficiarios sobre estos asuntos. 1.2

Pre factibilidad Técnica 

Se evalúa la disponibilidad de agua, el uso potencial de la fuente, el área total regable con el agua disponible, el área regable por usuario, las presiones disponibles, que tan dispersas se encuentran las parcelas a regar, el riesgo de erosión, y el viento. 1.3

Pre factibilidad económica 

Se evalúa el incremento neto en área regada con la implementación del riego tecnificado, y se hace una proyección de los tipos de cultivo que se piensa poner con sus respectivos rendimientos para determinar inversiones por hectárea permisibles.

15

2 2.1

Levantamiento topográfico y catastral Introducción 

El levantamiento topográfico/catastral de la zona a regar, y de las fuentes de agua, es indispensable para lograr un buen diseño de un sistema de riego presurizado. Para obtener un resultado con mayor rapidez, se puede aplicar el diseño de mapas con uso del paquete de dibujo topográfico SURFER. Con este programa se puede procesar los datos topográficos de campo, previa su conversión en coordenadas XYZ, y construir el mapa de curvas de nivel a cada formato deseado. 2.2

Escala 

La escala más adecuada del mapa topográfico es de 1:1000, pero en algunos casos podemos optar por un mapa a escala 1:2000, caso que la zona de riego fuera mayor a 40 has. 2.3

Elementos del terreno a mapear 

El diseño del sistema de riego presurizado requiere los siguientes elementos a ser incorporados en el mapa topográfico (ver ejemplo, Figura 2): Curvas de nivel cada 5 metros Límites de parcelas Areas a regar y no regables (casas, parcelas de personas no involucradas, áreas rocosas, bosques, áreas demasiado inclinadas o pantanosas, etc.) Fuente(s) de agua Cada una de estos elementos tienen que estar claramente indicados con líneas, colores, sombreados, etc. y acompañados con una leyenda. La densidad de puntos a tomar en campo con teodolito depende de la topografía. Con una topografía bastante regular pueden bastar puntos de límite de terreno (cada 20 a 50 metros de lindero), pero donde la topografía es irregular (lomos y valles dentro de la misma parcela), o donde hay áreas en la parcela que no serán regadas, será necesario medir puntos adicionales. 







2.4

Organización del levantamiento 

Para la organización del levantamiento, se acuerda con la comunidad beneficiaria el día del levantamiento, y el número de personas y materiales necesarios. Tienen que presentarse el día del levantamiento todos los potenciales regantes para evitar que algunas parcelas no sean tomadas en cuenta y los reclamos posteriores que puedan hacer sus dueños. Primeramente se determina el orden de las parcelas a levantar y se planifica el trabajo con los presentes. En cada estación se deja una estaca pintada para uso posterior (por ejemplo cuando algún punto tuviera ser corregido posteriormente). 16

Figura 2: Ejemplo de un mapa topográfico/catastral para un proyecto de riego presurizado    0    5    1    1

   0    0    1    1

   l   a    j   o    C   o  a   n   h    i    b   7    2  a   1  ,    2   S   1

   0    5    0    1

   0    0    0    1

   0    5    9

   0    0    9

  z   e   u   g    i   r    d   o    R   o    b   o   c   7    9  a   0  ,    1   J   4   r   a   z   a    l   a    S   o    l    i    f    ó   m   r   5    1  e   2  ,    2   T   2

   0    5    8

   0    0    8

   0    5    7

  o    l    l   e  a    T   h    l   u   5    0  a   8  ,    2   R    4

   0    0    7

  z   e   u   g    i   r    d   o    R   s   e    d  a   a   h    i   c   8    l    8   i   1  ,    1   M    2

   0    5    6

   0    0    6

  r   a   z   a    l   a    S   o   n  a   a   h    i   c   2    i    l    6  e   2  ,    1   F   3

  r   a   z   a    l   a    S   o  a    i   r   h   e   c   5    i    5  r   7  ,    1   G    2

   l   a    j   o    C   o    l    b   9    7  a   6  ,    1   P   0

   0    5    5

   0    0    5

   l   a    j   o    C   n    ó    i   c   p   e   c   n   6    4  o   5  ,    1   C    1

   0    5    4

   0    0    4

   0    5    3

  a   v    i   e    L   o  a    l    h    i    f   4    ó    3  e   9  ,    1   T   0

   0    0    3

  o   n   e   r   o    M   o    i   c  a   n   h   a   7    5    2  m  ,    1   A    0

   0    5    2

04 Porfirio Vargas 0,55 ha    0    0    2

03 Felipe Rodriguez 0,54 ha

  a   v    i   e    L  a   o   h   r    d   2    0  e   6  ,    1   P   1

  z   e   u   g    i   r    d   o    R   s   e    d  a   a   h    i   c   5    l    5   i   5  ,    0   M    0

  o    l    l   e    T  a    l   h   u   2    9  a   7  ,    0   R    2

03 Eustaquio Vargas 0,39 ha

   0    5    1

  a   v    i   e    L

  o  a    l    i    f   h    ó   4    1  e   0  ,    0   T   1

   0    0    1

  s   a   g   r   a    V   o  a    t   r   h   e    b   0    l    i    8    4  ,    0   G    0

  a   v    i   e    L   o  a    l    i   h    f    ó   6    1  e   1  ,    1   T   0

   0    5

  e    d   n   e   u    D    l    E    l   a    i    t   n   a   n   a   m

  o   n   e   r   o   a    M    h   o   2    i    l    6  u   2  ,    0   J   1

   0

   0    5   -

   0    0    1   -

  r   a   z   a    l   a    S   o  a    i   r   h   e   c   6    i    7  r   4  ,    0   G    1

   0    5    1   -

   0    0    2   -

   0    5    2   -

17    0    0    2

   0    5    1

   0    0    1

   0    5

   0

   0    5   -

   0    0    1   -

   0    5    1   -

   0    0    2   -

   0    5    2   -

   0    0    3   -

   0    5    3   -

   0    0    4   -

   0    5    4   -

   0    0    5   -

   0    5    5   -

   0    0    6   -

   0    5    6   -

   0    0    7   -

   0    0    3    0    5     7   -

En áreas grandes (más de 50 has) puede ser conveniente levantar primeramente un polígono de estaciones, y después levantar las parcelas. 2.5

Croquis 

Es de mucha importancia elaborar durante los levantamientos croquis detallados de todos los detalles levantadas, con números de puntos que coinciden con los de la libreta topográfica. E1 E5

E2

E6

E3

En levantamientos que comprenden varias estaciones (puntos donde se ubica el teodolito), se debe además incluir a parte, un diagrama de estaciones en forma de polígonos (ver figura 3).

E4 E7

E8

Figura 3: Ejemplo de un diagrama de estaciones en forma de polígonos 2.6

Anotación de lecturas en la libreta de campo 

El nombre de la estación aparece solo en la primera fila de una serie de puntos tomados de la estación. Debajo del nombre de la estación apuntamos la altura del eje del teodolito sobre la estaca sobre la cual esta centrada la estación. Ejemplo: Nombre estación Observación

Nombre lectura Distancia Angulo horizontal Angulo vertical punto mira inclinada grados Minutos segundos grados minutos segundos

E-2

1

2

21

10

35

30

75

32

00

Altura teod

2

2

35

99

20

50

1 00

55

00

= 1,51 m.

3

3

80

110

01

00

94

40

30

vista atrás

4

2

109

123

30

30

95

55

00

en E-1

5

2

101

120

10

30

92

33

50

E-3

2

99

150

05

50

102

12

00

Manantial

Vista adel.

Cuando se ubica una nueva estación, las lecturas correspondiente con este punto, desde la estación anterior, son marcadas con vista adelante . Desde la nueva estación, se realiza primeramente una vista atrás hacia la estación anterior, u otra estación previamente utilizada, y se pone en cero el ángulo horizontal. 2.7

Dibujo topográfico con SURFER 

Una forma para facilitar bastante el trabajo de procesamiento de datos topográficos es con el uso del paquete de software SURFER. Este programa genera mapas topográficos con curvas de nivel. Para el ingreso de datos en el programa SURFER es necesario la conversión de coordenadas polares (ángulos y distancias) en coordenadas ortogonales (X, Y, Z). Para tal fin se requiere de un programa de conversión de datos topográficos. Hay varios programas que realizan esta operación, entre ellos un programa llamado PUNTO que 18

funciona bajo FOXPRO. Una vez generado la base de datos con coordenadas XYZ, esta es procesado por SURFER para generar, primeramente una malla de coordenadas XYZ representando el modelo topográfico del terreno (con el procedimiento [ grid]), y luego el plano con curvas de nivel (escoger [contours] del menu [plot]), y puntos del levantamiento ([post]). SURFER tiene algunas posibilidades de dibujo, que podemos utilizar para dibujar los límites de las parcelas, otros elementos relevantes como casas, caminos, quebradas, bosques, etc. y además para dibujar en el mismo plano los componentes del sistema de riego como son: Líneas de conducción, obras de arte, reservorios, hidrantes y líneas fijas de parcela. Para trabajos de diseño más ámplios y para proyectistas que se dedican con mayor frecuencia al dibujo computarizado conviene cargar los planos topográficos elaborados con SURFER en AUTOCAD para realizar los trabajos de diseño. 2.8

Cálculo de la superficie de las parcelas 

Para los próximos pasos del proceso de diseño necesitaremos las superficies de las parcelas levantadas. Para eso podemos utilizar un planímetro, o cuando no se cuenta con este instrumento podemos planimetrar con papel milimetrado transparente. Se coloca el papel milimetrado encima de la parcela y se cuentan los cuadrículas de centímetro cuadrado que caben dentro de la parcela. Las cuadrículas que caben parcialmente se cuentan como ¼, ½, o ¾. Luego se suman todas las cuadrículas y se multiplica por el área representada por un centímetro cuadrado (si la escala es de 1:1000, un centímetro cuadrado representa 100 metros cuadrados). Luego se resumen los resultados de esta operación en un cuadro. Cuadro 4: Superficies de las parcelas Proyecto:

Fecha levantamiento:

Caserío:

caudal disponible:

Parcela Nº

Beneficiario

Area total (ha)

Area regable (ha)

Lit/seg Area a ser regada (ha)

TOTAL

Se reserva una última columna para introducir el resultado de la determinación de las áreas que realmente se podrán regar, en función del caudal disponible, los requerimientos hídricos del padrón de cultivos seleccionado y las áreas regables de cada usuario.

19

3

Demanda de agua

3.1

Plan de cultivos por usuario 

Aunque en este momento no sabemos exactamente cual es el área que se puede regar, lo que sí sabemos a partir de la ficha de pre-factibilidad es cuantas familias están interesadas y podrán razonablemente beneficiar del proyecto porque cumplen con los criterios establecidos. También tenemos una idea aproximada del área total a regar y el área regable por familia, datos que van a tener que ser determinados con más precisión en los capítulos siguientes. Ejemplo:  El agricultor Juan Alvarez todavía no sabe exactamente cuantas ha podrá regar con el  futuro proyecto de riego por aspersión, pero su idea es de poner en la mitad del  terreno (50%) maíz, y en la otra mitad (50%) alfalfa.

Se tiene que determinar en una primera instancia cuáles son los cultivos que los agricultores quieren poner con el riego por aspersión, y más o menos en que proporción del área a regar. También se tiene que definir la cédula de los cultivos, es decir los momentos de siembra y de cosecha. Se establecerá el cuadro siguiente: Cuadro 5: Plan de cultivos Proyecto: Nombre agricultor: Cultivo

Caserío:

% del área a regar época de siembra Epoca de cosecha

Total: 100% poner. 3.2

Eso nos dará para el conjunto de los usuarios el plan de cultivos que se piensa Definición del ETP, el K c  y la eficiencia de riego 

La evapotranspiración potencial ETP, un valor que indica la evaporación de agua a través de un cultivo referencial, en este caso pasto, está relacionado a factores climáticos incluyendo (en órden de importancia) insolación, temperatura promedio diária, humedad relativa y viento y se expresa en mm/día. Para las condiciones de los Andes ecuatoriales, la altura, por su fuerte influencia en la temperatura promedia diaria, es el factor principal en determinar de la ETP. Tomando referencia a investigaciones hechos en el valle de Cajamarca, en lo cual se ha determinado un ETP de 3,5 a 4 mm/día a un 2,750 msnm, y notando que con Penman y 20

Hargreaves se calcula para Cajamarca a una altura de 2500 msnm una ETo de aproximadamente 3,5 mm/día, se puede establecer la relación siguiente entre ETP y altura, sin equivocarse mucho: Cuadro 6: Valores estimados de ETP Altura (msnm) ETP (mm/día) (condiciones de Cajamarca) 1500 4,5 2500 3,5 en función de altura 3500 2,5 Para zonas intermedias habría que interpolar entre estos valores. Con los coeficientes de cultivo (K c) se puede determinar los requerimientos en agua que necesita un cultivo en cada etapa de su ciclo vegetativo. El K c es un factor que corrige la evapotranspiración para un cultivo diferente al pasto, tomando en cuenta características específicas del cultivo y las etapas de su ciclo vegetativo. Normalmente, para diseñar un sistema de riego, se toma como referencia la etapa con el requerimiento más alto para estar seguro que el cultivo no carece de agua. Sin embargo, en la práctica campesina, en situaciones con limitada disponibilidad de agua, y además condiciones sub optimales del desarrollo de los cultivos por otros factores (fertilidad del suelo, calidad de semillas, condiciones fitosanitarias), conviene disminuir ligeramente los niveles de requerimiento hídrico calculados con las tablas de FAO. Por ello, podemos tomar como referencia el requerimiento promedio de los cultivos sobre su ciclo vegetativo para estimar el consumo de agua en las parcelas. El Cuadro 7 muestra para algunos cultivos el coeficiente de cultivo K c promedio. Cuadro 7: Valores de coeficiente de cultivo promedio K c CULTIVO Alfalfa Alverja Avena Berenjena Caña de azúcar Cebada Cebolla seca Cebolla verde Col Espinaca Frijol seco

Kc 0,9 0.89 0.80 0.82 0.95 0.80 0.90 0.74 0.86 0.73 0.87

CULTIVO Frijol verde Lechuga Lenteja Maíz dulce Maíz grana Papa Pasto Pimiento Rábano Trébol Trigo Zanahoria

Kc 0.75 0.70 0.79 0.88 0.83 0.83 1.00 0.83 0.73 1.00 0.80 0.84

Para un plan de cultivo con varios cultivos a la vez se tiene que estimar el consumo total de las parcelas con el porcentaje de cubrimiento que tiene cada cultivo: una parcela con por ejemplo 40% alfalfa y 60 % papa tendrá un coeficiente de cultivo  total de 0,4 x K c  alfalfa + 0,6 x K c  papa. 3.3

Eficiencia de riego 

Para la eficiencia de un sistema de riego por aspersión se considera que las pérdidas de agua ocurren mayormente a nivel de la parcela, porque la conducción entubada desde la fuente minimiza las perdidas a este nivel. Podemos estimar bajo condiciones normales un 75%. Sin embargo, bajo ciertas condiciones la eficiencia puede ser más baja: Eficiencias de aplicación de 75% son obtenibles con un buen distanciamiento de aspersores y tendida de líneas de riego, si las presiones de trabajo de los aspersores 21 





son apropiadas, es decir entre 20 y 30 metros de carga de agua. Presiones demasiado bajas causan menor uniformidad de la distribución del agua entre los aspersores y la consecuencia es que la eficiencia baja. Si la presión de trabajo estuviera entre 10 y 15 metros de carga de agua, por ejemplo cuando hay poco desnivel entre la fuente y la parcela a regar, podemos contar con una eficiencia de entre 65% y 70%. En el caso de pequeñas parcelas y aspersores con diámetros de Figura 4: Franja exterior con menor intensidad de humedecimiento grandes, pueden riego en una parcela de riego por haber importantes pérdidas en los aspersión bordes: para tener un buen humedecimiento de toda la parcela, es inevitable regar una franja alrededor de la parcela que recibirá menos agua que la parcela misma (ver Figura 4). Se puede solucionar eso escogiendo aspersores sectoriales, aspersores con diámetros más pequeños, o plantar en esta franja otros cultivos que se adapten al riego deficiente y aprovechen el agua al máximo. En zonas con vientos fuertes, puede haber pérdidas grandes por que el viento lleva parte del agua pulverizada fuera de las parcelas de riego. Eso ocurre aún más con aspersores que dan una pulverización alta del agua (ejemplo: Naan 501), sobre todo si están funcionando en partes del sistema con presiones altas. Se lo puede remediar buscando un tipo de aspersor que pulveriza menos el agua, o escoger momentos en el día o en la noche con menos viento. Barreras de viento serían una solución a más largo plazo.

Foto 1 El efecto del viento sobre la uniformidad de riego en la parcela

50%!

Al no solucionar los dos puntos arribamencionados, la eficiencia puede bajar a un 22

3.4

Definición de la demanda de agua de la parcela y del módulo del sistema 

Con la información de los capítulos anteriores, se puede determinar ahora la demanda de agua a nivel de la parcela y a nivel del sistema. La demanda de agua de una parcela con determinadas plantas está dada por: Ln = ETP * Kc, donde: Ln = Lámina neta (mm/día) ETP= Evapotranspiración potencial (mm/día) Kc = Coeficiente de cultivo promedio de las plantas

Ln da la demanda de las plantas en la parcela. Para saber la cantidad de agua que se tiene que dar a la parcela se debe tomar en cuenta la eficiencia del sistema del capítulo 3.3. De esta manera se calcula la demanda bruta de la parcela, aplicando la fórmula siguiente: Lb = Ln * 100 Eff Lb = Lámina bruta (mm/día) Eff = Eficiencia del sistema (%)

El módulo de esta parcela se calcula a través del razonamiento siguiente: Una lamina de 1 mm de agua por día en 1 hectárea equivale a un volumen de agua de 0,001 x 100 x 100 = 10 m3 = 10 000 litros/día. 1 día (24 horas) tiene: 24 x 60 x 60 = 86 400 segundos

Por hectárea, 10 000 litros/ día equivalen a 10 000 = 0.116 litros/seg. 86 400

Entonces, una dotación de 1 mm/día equivale a un caudal fijo de 0.116 litros/seg/ha. El módulo de riego de una parcela (M r) está dado por: Mr = Lb * 10 000 86 400

(litros/segundo/hectárea)

Mr = Módulo de riego Lb = Lámina bruta

evapotranspiración de la parcela = L n = ETP x Kc

Ln = 2,6 mm/día = 26 000 lit/día/ha

1 ha

= 26 000 = 0,3 lit/seg/ha 86 400 23

Ejemplo:  Supongamos un agricultor que quiere hacer una parcela con riego por aspersión con  50% papas, 25% alfalfa y 25% col. Su parcela se encuentra a 3000 msnm. La  eficiencia total del sistema se estima a 65%. El ETP en esta parcela será 3 mm/día (interpolado del Cuadro 6). El coeficiente de cultivo promedio K c  en esta parcela será (véase Cuadro 7  ) Kc = 0,5 * 0,83 + 0,25 * 0,9 + 0,25 * 0,86 = 0,86 Ln = ETP * Kc = 3 * 0,86 = 2,6 mm/día Lb = Ln * 100 = 2,6 * 100 = 4 mm/día Eff 65 Mr = Lb * 10 000 = 4 * 10 000 = 0,46 l/s/ha 86400 86400

24

4 4.1

Area neta regable El caudal de diseño del sistema 

En el caso de la Sierra Peruana, donde el agua es un recurso escaso mayormente disponible en forma de manantiales, pequeñas fuentes, o ríos y quebradas que llevan agua todo el año, el área total que se puede regar a partir de un manantial (o manantiales), quebrada o canal depende del caudal disponible en la época de estiaje. Es necesario analizar de cada fuente cuáles son sus otros usos, a parte del riego. Véase la ficha de evaluación de la pre-factibilidad de un proyecto de riego por aspersión, anexo 1. Hay que tomar referencia al plan de cultivos que se propone por los agricultores, y analizar cómo la cédula de los cultivos se relaciona con la disponibilidad de agua en diferentes momentos. En el mes de mayo / junio, cuando terminan las lluvias y empieza la campaña de riego, los caudales son todavía altos. En los meses de agosto / setiembre, los caudales bajan hasta su mínimo, limitando el área a regar en este momento a un mínimo también. Entre Octubre y Febrero se realiza la campaña grande con el agua de lluvia. En esta época el riego puede complementar las lluvias en periodos cuando estas se ausentan (las llamadas veranillas). Si existen fuertes variaciones entre los caudales disponibles al inicio de la época de estiaje, meses Junio-Julio, y el final de estiaje, se puede aumentar al caudal de diseño con un 20 a 30%, a fin de aprovechar la mayor disponibilidad hídrica en Mayo-Julio y en época de lluvias. Pero no debemos sobredimensionar demasiado el sistema, ya que esto implica un importante aumento de inversión. Hay que tener en cuenta también que al inicio de la época de estiaje por lo general la demanda de agua aún no es muy fuerte. La decisión sobre el dimensionamiento del sistema en función al caudal mínimo de estiaje medido, deberá ser tomada en diálogo con los futuros beneficiarios y con juicio, analizando la utilización del agua de riego en las diferentes épocas del año, costos de inversión, etc. Lo más sensato es, sobredimensionar en mayor medida (por ejemplo 30% o más) las partes iniciales del sistema (captación, líneas de conducción), y dejar a nivel de los sectores de riego una posibilidad de ampliación de los redes de distribución para aprovechar aguas más abundantes del inicio de la época de sequía, con futuras inversiones. 4.2

El área total regable 

El área regable del sistema está dada por: A=

Q Mr

(Ha)

A = Area regable (Ha) Q = Caudal (l/s)

25

Mr = Módulo de riego (l/s/ha)

Ejemplo:  Con el ejemplo del capítulo 3, suponiendo que la fuente que se piensa utilizar tiene  un caudal de 2,5 l/s en setiembre que es 100% utilizable para riego, el área a regar  sería dado por:  Caudal de diseño:  Q = 2,5 + 20% = 3 l/s A =

4.3

3 0,46

= 6,5 Ha.

El área regable 

Una vez determinado el área total que se podrá regar con el caudal disponible, se tendrán que fijar las áreas netas de cada usuario. Hay varias formas para determinar la distribución del área total regable entre usuarios, de los cuales podemos mencionar los tres variantes más relevantes: La forma equitativa, en que cada uno tiene una parcela de la misma área. Eso se aplica cuando cada uno de los usuarios tiene mucho más terreno de lo que se puede regar. La forma proporcional, de acuerdo al área total que tiene cada uno: eso se aplica cuando el área que puede regarse con el caudal disponible se aproxima al área total regable La forma limitativa: Se irriga todo el área de las parcelas hasta un cierto tope definido por el área regable con el caudal disponible 





Cuadro 8. Ejemplo de las tres formas para distribuir el área a regar Equitativa Proporcional parcela área total área a regar parcela área total Área a regar 1 4.2 0.3 1 4.2 2.80 2 1.5 0.3 2 1.5 1.00 3 0.5 0.3 3 0.5 0.33 4 0.8 0.3 4 0.8 0.53 5 0.4 0.3 5 0.4 0.27 6 1.1 0.3 6 1.1 0.73 7 2.8 0.3 7 2.8 1.87 8 1.8 0.3 8 1.8 1.20 9 0.6 0.3 9 0.6 0.40 10 0.3 0.3 10 0.3 0.20 tot. 14 3 tot. 14 9.33

Limitativa parcela área total área a regar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 tot.

4.2 1.5 0.5 0.8 0.4 1.1 2.8 1.8 0.6 0.3 14

1.41 1.41 0.50 0.80 0.40 1.10 1.41 1.41 0.60 0.30 9.34

La propuesta de una parcela comunal se puede considerar, pero es mucho más complejo en términos de quién dará el terreno, quienes son responsables para el mantenimiento del equipo, que se hará con la cosecha, etc.

26

5 5.1

Lámina e intervalo de riego y selección de aspersores El intervalo y la dotación de riego 

Tenemos que saber aquí con qué tipo de suelo contamos, que profundidad tiene, y hasta qué profundidad van las raíces de las plantas. El agua disponible en el suelo se expresa en porcentaje de volumen del suelo, y varía con el estado de humedecimiento del mismo. Los dos extremos son: Capacidad de campo: el suelo está totalmente mojado, pero no saturado; el agua que no está adherida a las partículas del suelo por fuerzas capilares ha sido drenada. Punto de marchitez permanente: el suelo contiene tan poco agua que las plantas sufren un estado de marchitez irreversible. El volumen de agua entre estos dos extremos se llama Agua Rápidamente Aprovechable (ARA), y constituye el agua que teóricamente está a la disposición de las plantas. Este volumen de agua disponible varía considerablemente con el tipo de suelo. Cuadro 11 da valores para 3 tipos: suelos arcillosos, limosos y arenosos. Del agua disponible en el suelo, entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente, solamente una parte es fácilmente aprovechable para la planta para evitar que la planta sufra de una escasez de agua: la Fracción de Agua Rápidamente Aprovechable (FARA, ver Cuadro 9). 



Cuadro 10: Datos sobre profundidad de raíces de cultivos en media estación y la Fracción de Agua Rápidamente Aprovechable (FARA).

CULTIVO

PROFUNDIDAD F A R A RAICES (m) Ln>3mm/día Ln< 3mm/día Alverja 0.45-0.60 0.35 0.45 Alfalfa 1.5 0.55 0.7 Caña de azúcar 0.45-1.05 0.65 0.85 Cebada 1.25 0.55 0.7 Cebolla 0.3 0.25 0.3 Col 0.60 0.45 0.6 Espinaca 0.60-0.90 0.2 0.25 Frijol 0.45-0.60 0.45 0.6 Lechuga 0.15-0.45 0.3 0.4 Legumbres 0.4 0.2 0.25 Maíz 0.6-0.9 0.55 0.7 Papa 0.6-0.9 0.25 0.3 Pasto 0.3-0.75 0.5 0.65 Pimiento 0.75 0.25 0.3 Trigo 0.75-1.05 0.55 0.7 Zanahoria 0.45-0.60 0.35 0.45 Fuentes: Doorenbos y Pruitt, 1977 / ILRI publicación 46 27

Cuadro 11: Capacidades de retención de agua de diferentes tipos de suelo TIPO DE SUELO

Agua Rápidamente Aprovecha(ARA) (volumen %) Arcilloso 20% Limoso 14% Arenoso 6% Fuente: Doorenbos y Pruitt, 1977 La cantidad de agua que una planta puede extraer del suelo está determinada por la profundidad de sus raíces en m, el agua rápidamente aprovechable en el suelo (ARA) en decimales, y la fracción de esta agua (FARA), igualmente en decimales, que depende del cultivo y de la evapotranspiración en la zona. Esta cantidad es expresada en una lámina de agua, (LARA, Lámina de Agua Rápidamente Aprovechable), y generalmente tiene la dimensión de mm. CUIDADO: si el suelo es menos profundo que los valores en el Cuadro 10, se toma como profundidad de raíces la profundidad del suelo! En fórmula LARA = prof.raíces(m) * ARA * FARA * 1000 (mm)

El intervalo de riego (IR) depende de la lámina que evapora la planta por día (L n) y la cantidad de agua que puede extraer del suelo (LARA), y está dado por: IR (días) = LARA (mm) Ln (mm/día)

La dotación neta de riego D n (en mm) es la lámina de agua que se requiere dar al suelo cuando la planta ha extraído la fracción de agua rápidamente aprovechable (FARA) de su zona de raíces. Una dotación más grande significa una pérdida de agua, por que significa que el nivel de humedad en la zona de raíces superará la capacidad de campo, y parte del agua percolará por debajo de la zona de raíces. Por lo general, D n es igual a LARA (ambos en mm), específicamente cuando el intervalo de riego escogido es el calculado con la anterior fórmula. Sin embargo si el intervalo de riego adoptado es de menos días, entonces D n = Ln * IRreal. Por ejemplo, si calculamos un intervalo de riego de 17 días, puede ser práctico (y prudente) seleccionar un intervalo de riego de 14 días. La dotación neta será igual a 14 * L n. La dotación bruta de riego Db (en mm) es mayor que la dotación neta (D n) porque parte de la lámina de riego aplicado es perdida como consecuencia de desuniformidad de la lámina aplicada, y otros factores: Db = Dn * 100 Effap Effap = Eficiencia de aplicación (65-75% para riego por aspersión, 85-90% para riego por goteo)

Para los pequeños sistemas a que se refiere esta guía, y dado el hecho que las conducciones y distribuciones serán generalmente entubadas, se asume que las principales pérdidas ocurrirán a nivel de parcela, justamente en la aplicación del agua a la planta. Por eso se considera que la eficiencia de aplicación prácticamente equivale a la eficiencia total del sistema. La dotación bruta D b tiene que ser asegurado por los aspersores que tienen una intensidad de precipitación P (mm/hora), y eso determina el tiempo de riego, es decir las 28

horas que los aspersores tienen que estar en una sola posición. En parcelas con diferentes cultivos la solución más práctica es de adoptar el intervalo más corto de los calculados para los diferentes cultivos. Ejemplo:  Con el ejemplo del capítulo 3, para el caso de la papa la Lámina neta Ln  será dado por:  Ln papa = Kc papa * ETP = 0.83 * 3 = 2,5 mm/día (Cuadro 13) Entonces Ln papa < 3mm/día

FARA papa = 0,3 (Cuadro 13)

Suponiendo un suelo limoso de 0.75 m de profundidad, donde las raíces de papa llegan a 0,6  m, la cantidad de agua que la planta de la papa puede extraer del suelo está dado por:  LARA papa = prof. Raíces papa x ARA limoso x FARA papa = 0.6 * 0.14 * 0.3 = 0.025 m. = 25 mm.

El intervalo de riego, usando los datos anteriores, es de:  IR = LARA papa = 25mm = 10 días Ln papa 2,5 mm/día

Para los otros dos cultivos del mismo ejemplo se calculan de la misma manera intervalos de:  (Col) 0,6 * 0,14 * 0,6 * 1000 = 19 días; y (alfalfa) 0,75 * 0,14 * 0,7 * 1000 = 27 días. 0,86 * 3 0,9 * 3  Se puede optar por regar toda la parcela cada 10 días, o por una rotación más compleja de  diferentes intervalos para diferentes cultivos. Si la dotación neta D n  para papa es de 25 mm., se tiene que saber la eficiencia de aplicación  del riego para conocer la dotación bruta D b.  Suponiendo una eficiencia de aplicación 70%, esta última será de 25 / 0,7 = 35,7 mm. El Tiempo de riego: Depende básicamente del tipo de aspersor. Si el aspersor seleccionado  tuviera una intensidad de precipitación de 4 mm/hora, el tiempo de riego sería 35,7 / 4 = 8,9  horas. En este caso se tomarían 8 horas (dos cambios de aspersores por 24 horas).

5.2

La selección del aspersor 

La elección del tipo de aspersor a aplicar en un sistema de riego por aspersión está sujeta a varios factores: Velocidad básica de infiltración: la intensidad de precipitación del aspersor, expresada en mm/hora, no debe superar la velocidad básica de infiltración del suelo, para evitar escorrentía. El tamaño de las parcelas: en parcelas grandes se puede aplicar aspersores con una diámetro mojado grande, mientras que en parcelas pequeñas se deberían aplicar aspersores con diámetros mojados más pequeños para adecuarse al área más pequeña, o aplicar aspersores sectoriales. Tipo de cultivos: Si la parcela será dedicada a hortalizas con rotaciones muy estrechas, será conveniente un aspersor con un diámetro pequeño (micro aspersores) para poder ajustar el riego a las necesidades de cada parte de la parcela. Presiones de trabajo disponibles: para condiciones de la sierra se quiere aspersores que 

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puedan trabaja trabajar en un rango largo, desde presiones de 1 atm. hasta 4.5 atm. Existe una gama larga de modelos de aspersores, adaptados a diferentes condiciones del terreno, cultivos, características del sistema, etc. Sin embargo, no todos los tipos se adaptan igualmente a las condiciones específicas de un riego presurizado por gravedad, que es el tipo sistema que se adecua especialmente a la agricultura campesina de la Sierra (por su bajo costo: no se emplean estaciones de bombeo). Los siguientes criterios pueden servir para hacer una selección entre los modelos presentes en el mercado: Material de confección: existen aspersores de bronce (de varias calidades) y de plástico (igualmente de varias calidades). Por lo general, a pesar de que el bronce es más duradero, las marcas conocidas (VYR, Naan, Rainbird, Nelson, etc.) tienen aspersores de plástico de alta calidad. Aspersores de bronce requieren por lo general una presión mínima de 2 a 2,5 Bar (20 a 25 metros de carga de agua), lo que limita su aplicación para sistemas presurizadas por gravedad. Aspersores de plástico son más ligeros y pueden funcionar (aunque deficitariamente) con 10m de carga de agua. Las conexiones de aspersores varían de ½” a 1” , y los aspersores pueden tener 1 o 2 boquillas. Aspersores con 2 boquillas tienen generalmente conexiones ¾” o 1” y emiten caudales mayores por lo cual necesitan presiones relativamente altas. Pueden tener impactos fuertes, que lleva el riesgo de la destrucción de la estructura del suelo en terrenos con pendientes fuertes. Para nuestros sistemas escogeremos preferiblemente aspersores de ½” con una boquilla. Hay aspersores que son sectoriales y aspersores que funcionan a círculo completo. Aspersores sectoriales tienen la ventaja de acomodarse con mayor facilidad en parcelas pequeñas. Micro aspersores y aspersores tipo KARPAY, obtienen su movimiento rotativo de la misma reacción del chorro de agua, contrario a los aspersores de tipo martillo que obtienen su rotación de un contrapeso y resorte que impulsa la cabeza giratoria. El impulso necesario para lograr la rotación disminuye la velocidad del agua y el radio mojado, con la consecuencia de que este tipo de aspersores tienen un diámetro más pequeño y una intensidad de precipitación mayor. Las desventajas son que se tiene que cambiar los aspersores más frecuentemente (cada 2 a 4 horas), y existe un mayor peligro de erosión por mayor de intensidad de precipitación. Ventaja es que este tipo de aspersores pueden dar una uniformidad aceptable con presiones más bajas (hasta mínimo 6 metros de carga de agua). En resumen, para las condiciones de la sierra en dónde se quiere regar permanentemente con pequeños caudales, aprovechando al máximo de los desniveles en el terreno, eso nos lleva a tener preferencia para pequeños aspersores de plástico (1/2”) de tipo martillo, con 1 boquilla, y si posible sectoriales, porque: Tienen precipitaciones relativamente bajas Su costo es relativamente bajo Se aprovecha de presiones a partir de 10m Son aptos para pequeñas áreas En el mercado, se encuentran entre otros los modelos siguientes: NAAN 5OI, NAAN 427, VYR 802, y muchos otros. En situaciones donde los desniveles del terreno a regar con la fuente de agua son insuficientes para aplicar aspersores de tipo martillo, podemos optar por micro aspersores o aspersores tipo KARPAY. Las características de los aspersores de plástico que presentamos a continuación se encuentran en anexo 2, y se pueden verificar utilizando el software proporcionado por el 

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fabricante (se lo encuentra en el Internet, buscando www.naan.co.il.): NAAN 501, espaciamiento recomendado hasta 8.5 m (con una altura de 0.8 metros sobre el suelo). Ventajas: Precipitación relativamente baja: entre 1,6 y 7,3 mm/ hora. Caudal bajo y diámetro mojado reducido: se adapta a pequeñas áreas (huertos) y a caudales pequeños Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.) Desventajas: Pulveriza mucho el chorro de agua, lo que efectúa pérdidas grandes en áreas con mucho viento. Comparado con aspersores de mayor diámetro, el costo por metro cuadrado irrigado es mayor NAAN 427, espaciamiento recomendado hasta 15 m. Ventajas: La precipitación está entre 4 y 8,2 mm/hora, que puede servir para dotaciones más grandes de agua en menos tiempo, siempre y cuando la velocidad de infiltración del suelo lo permita. Diámetro mojado más grande, para áreas más extendido, y el costo por metro cuadrado irrigado es más bajo Sectorial, facilita el riego en pequeñas parcelas, y puede evitar el choque del chorro contra la ladera en caso de pendientes fuertes. Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.) Desventajas: Puede tener un diámetro mojado grande para parcelas pequeñas, por ejemplo huertos. En casos de parcelas mayores con bastante presión puede ser ventajoso utilizar aspersores de mayor alcance y más robustos (metálicos de ¾”).

Foto 2. Aspersor NAAN 501

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Foto 3. Aspersor NAAN 427

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5.3

Velocidad básica de infiltración (VBI) 

La mejor manera de determinar la velocidad básica de infiltración VBI es mediante mediciones en situ, utilizando por ejemplo un cilindro infiltrómetro o el método del surco infiltrómetro. Para más información, véase “Necesidades hídricas de los cultivos”, Soto Hoyos 1997. Algunos datos indicativos y referenciales sobre la taza de infiltración de diferentes tipos de suelos presenta el cuadro siguiente:

31

Cuadro 14: Velocidades de infiltración típicas Textura del suelo Velocidad básica de Infiltración (mm/hora) Arena 50 Franca 25 Limosa 12,5 Franco arcilloso 8 Arcillo 2,5 Una manera sencilla para hacer una estimación de la intensidad de precipitación de un tipo de aspersor, es a través de los cálculos siguientes: Se determina, a través del anexo 2 o a través del programa NAANCAT, el caudal que corresponde con determinada presión y determinada boquilla, expresado en m 3 /h. De acuerdo al espaciamiento entre los aspersores, se puede considerar que el área de influencia directa de cada aspersor, incluyendo todos los efectos de traslape, corresponde a la distancia de espaciamiento elevado al cuadrado Si el caudal del aspersor es Q (m 3 /h) y la distancia de espaciamiento entre 2 aspersores es D (m), la precipitación del aspersor será P = Q * 1000 D²

(P en mm/h)

Para una elección de un tipo de aspersor el criterio es entonces que VBI P

Ejemplo:  En el ejemplo del capitulo 3, el suelo es de tipo limoso. Un aspersor NAAN  427, trabajando a una presión de 15m (1.5 bar), con una boquilla de 4 mm  (negra) tendrá un caudal Q de 0.72 m3/h (o sea 0.2 l/s). Con un  espaciamiento entre aspersores D de 12 m, la precipitación será  P = 0.72 * 1000 = 5 mm/h 144 VBI > P

12.5 > 5

O.K.

El tiempo de riego del ejemplo del capitulo 5 con este aspersor bajo estas  condiciones esta dado por:  Dotacion bruta = 35,7 mm P 5 mm/h

7 horas

Entonces, el agricultor puede cambiar la posición de los aspersores cada 7  horas, y para una determinada posición pasarán 10 días entre 2 riegos de  7 horas. Más práctico en este caso sería modificar el distanciamiento a 12  x 13,5 m (13,5 m entre líneas), y regar 8 horas en cada posición para  aplicar la misma lámina de 35,7 mm.

32

6

Selección de sectores de riego

Para sistemas de riego de un solo usuario se diseña una línea de presión con hidrantes ubicados estratégicamente para que el regante pueda alcanzar con su línea de riego móvil a todas las partes de la parcela. Toda la red será alimentada desde una cámara de carga/reservorio, entonces el sistema consiste de un solo sector. Cuando hay más usuarios, se puede decidir que cada uno tiene su propia cámara de carga, con caudales contínuos asignados a cada una. Entonces hay más de un sector de riego y el caudal de riego disponible tiene que ser repartido proporcionalmente entre sectores mediante tanques repartidores (ver parágrafo 8.4). Un aspecto crucial en el proceso de diseño sistemas de riego para un número mayor de familias es la selección de los sectores de riego. Aunque sea difícil de dar pautas exactas para establecer esta sectorización, mencionaremos los principales factores que intervienen: Número de parcelas: El número de parcelas del sector es de preferencia uno, porque esto significará que el equipo de riego móvil con que se riego el sector pertenece a un solo regante, con todas las ventajas que esto implica. Sin embargo, cuando las áreas de riego de cada parcela son muy pequeñas, no quedará otra alternativa que juntarlas para tener caudales de riego manejables y para evitar gastos excesivas en reservorios, líneas de parcela, tanques de repartición, mano de obra para cambiar aspersores, etc Area a regar por usuario: El área a regar por usuario está determinado con criterios dados en capítulo 4. Cuando el área promedio a regar es pequeño por escasez de agua o parcelas muy pequeñas (entre 0,1 y 0,3 has), se juntarán varias parcelas para formar un sector. Para evitar grandes números de usuarios que deben compartir los equipos de riego de un sector, se harán los sectores pequeños, con un área a regar de 0,5 has aproximadamente (2 a 5 regantes por sector). Cuando el área a regar por usuario es mayor, por ejemplo 0,6 has o más, podemos hacer de cada parcela un sector. Topografía: En la selección de sectores se tomará en cuenta la topografía del terreno. Se seleccionan áreas compactas que pueden ser abarcadas fácilmente desde un solo punto alto (cámara de carga). A veces es importante tomar en cuenta la disponibilidad de terrenos apropiados para la construcción de reservorios. Para las partes más altas estos tienen que estar en elevaciones que permiten abarcar la mayor parte de los terrenos con suficiente presión. También se evaluará la forma en que se puede distribuir al agua al interior de los sectores. Solidaridad entre regantes: Es obvio que cuando se juntan varias parcelas en un sector, lo mejor es seleccionar parcelas cuyos propietarios tienen confianza entre ellos. Esto porque las líneas fijas y el equipo móvil de riego tendrá que ser adquirido y administrado en forma compartida. Además, el riego de diferentes parcelas en un sector se realiza mediante turnos, y esto requiere de una coordinación fluida entre los usuarios. En la práctica esto significa muchas veces que se juntarán en un sector las diferentes parcelas de una sola herencia, o parcelas de vecinos que tienen buenas relaciones de confianza. Todos estos elementos se tienen que intentar de conciliar simultáneamente en la división en sectores del área de proyecto. Por eso esta etapa de diseño requiere de mucha pacienca, no se puede esperar que en el primer intento se encuentre la mejor solución. Con práctica el trabajo se hace con cada vez mayor facilidad. Una vez que se tienen definido los límites de los sectores de riego y la ubicación de las cámaras de carga de cada uno, se puede delimitar las áreas netas a regar, tomando para ellos todas las partes regables que se encuentren por debajo de los 12 metros de la 

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altura del reservorio (las partes no regables podemos marcar con una sombrilla). Luego nos queda sumar las superficies neta regables de cada parcela en los sectores, obteniendo así las superficies regables de cada sector. Estas a su vez van a determinar los caudales de riego de cada sector, el número de aspersores, los diámetros de tubería, etc. Figura 5: Línea de riego móvil

hidrante: válvula de 1" acople rosca

    )     d  o    a    r   r     t  e    n   e    (    o     j      i    f    g   o     i  e    r    d  e    a   e     í   n     L

espaciamiento entre aspersores

  s    e   a     í   n     l     t   r   e    e   n   o     t    n     i   e    m     i   a    c    p   a    e  s

Elevador PVC 1/2"

manguera de polietileno (PE)

collarín

Línea de riego móvil

Figura 6: ubicación de las líneas de riego, adecuándose a las curvas de nivel 24

Reservorio

100

50

20

23 22 28

A 21

27

29

19

25 z e

H2

0

18

17

casa

30

16

H1

26 31

-50

32 11 13

15

H3

9

12

-100 8

H6

10

-150

14 7

H5

H4

H7

1

6

2 3

34 -150

-100

-50

4 5

0

7 7.1

Ubicación de los hidrantes Diseño de la línea de riego móvil 

Una vez que se tiene definidos los sectores de riego y la ubicación de las cámaras de carga, se puede proceder a la ubicación de los hidrantes. Pero primeramente tenemos que diseñar la línea de riego móvil que va a regar el sector. El caudal de riego del sector es dado por: Qsector = Asector x Mr

El número de aspersores es dado por: Naspersores = Qsector / Qaspersor

Para el caudal del aspersor tomaremos el caudal dada por la tabla de característica del aspersor seleccionado, y para la presión promedia que se espera obtener en las líneas de riego (1,8 o 2,0 Bar generalmente). El resultado de Q sector / Qaspersor redondeamos hacia arriba (por ejemplo: 4,3 aspersores redondeamos a 5). Una vez determinado el número de aspersores del sector se debe definir el distanciamiento entre aspersores. Para eso se tiene que respetar el criterio de: Dist. entre aspersores 0,65 x Diámetro área mojado

Este criterio deriva de la condición que nunca deben quedarse partes de la parcela sin regar entre los aspersores, y para que los círculos mojados de dos aspersores en la diagonal de un cuadrado de x por x metros se encuentren, la condición es que x ≤ D / √2 (ver figura). Para determinar el diámetro mojado consultamos la tabla de característica del aspersor. Si nuestra intención es, elevar el aspersor con un elevador de x metros (para regar encima de cultivos altos), el diámetro indicado en tablas se aumentará 4 x0,71 , x * x. x √2 El distanciamiento real entre aspersores se determina evaluando en el plano topográfico el ancho de la parcela a regar en sentido paralelo a las curvas de nivel (A ncho parcela ). En la mayoría de los casos ubicaremos una fila de hidrantes en en centro de la parcela, y las líneas de riego se extenderán a ambos lados de estos hidrantes (ver figura 7). Entonces se calcula la distancia entre aspersores por: Dist. entre aspersores = ½ Ancho parcela / Naspersores

Si Dist. entre aspersores resulta demasiado grande, entonces se tendrán que ubicar dos o más hidrantes a lo ancho de la parcela. Ahora podemos calcular el diámetro de la manguera portador de los aspersores, con ayuda del programa NAANCAT. Se lo encuentra en el Internet, buscando www.naan.co.il. En este se escoge el aspersor y la boquilla. En la pantalla “cálculo hidráulico” se escoge el distanciamiento determinado, y la distancia máxima de la línea de riego. Luego se escoge una presión de cabecera de la línea de riego (se coloca el valor mínimo esperado) y un tipo de tubería. Si la curva de presiones se mantiene dentro de los límites permitidos (1 Bar normalmente), el diámetro escogido es suficiente. 35

Ejemplo: Area del sector = 0,8 ha; El módulo de riego M r  = 0,4 l/s/ha:  Qsector = 0,8 * 0,4 = 0,32 l/s

El caudal de un aspersor NAAN427 con una presión de 1,8 Bar, interpolado de las tablas  de características es: Q aspersor  = 0,22 l/s;  Naspersores = 0,32 / 0,22 = 1,45 => se emplean 2 aspersores.

El ancho de la parcela a regar, medido paralelo a las curvas de nivel, es de 65 metros: Se  puede ubicar una fila de hidrantes en el centro de la parcela, entonces habrá para cubrir el  ancho de la parcela dos posiciones de la línea con dos aspersores. El distanciamiento de  los aspersores es:  Dist. entre aspersores = ½ Ancho parcela / Naspersores = (0,5 * 65) / 2 = 16 ¼ m;

El diámetro mojado según las tablas de características de los aspersores NAAN427 es de  23 metros, los aspersores estarán colocados sobre un elevador de 0,8 m, entonces la Distancia entre aspersores permitida es de  0,65 * (23 + 4 * 0,8) = 17 m => OK

Foto 4. Hidrante con línea de riego acoplado

Foto 5. Línea de riego tendida en el sentido de las curvas de nivel

36

7.2

Ubicaciones de la línea de riego móvil por el sector de riego 

En el plano topográfico se diseña la línea de riego determinado, y se trata de ubicarlo de la manera más conveniente por todo el sector a regar. Para eso se tienen que marcar primeramente las áreas no regables por falta de presión hidrostática, relativa a la altura de la cámara de carga/reservorio proyectado para el sector, o por otras razones. Las ubicaciones de las líneas de riego se proyectan luego sobre el área a regar, pensando en el requisito de que la línea de riego no debe tenderse mucho en sentido hacia abajo o hacia arriba de la pendiente, porque esto produce desuniformidad de precipitación entre aspersores (es decir, la línea de riego sigue el sentido de las curvas de nivel, ver Figura 6). Figura 7: Rotación de la línea de riego móvil por el sector reservorio

1  a d a  e n t e r r  r  ie g o  e  d  l  ín e a

2  3  4  5 

hidrante

l ín   ea d e r  ie  

go mó vi  l 

6  7  8  9  10  11 12 

En la distancia entre las líneas de riego tenemos que tener en cuenta el distanciamiento recomendado (por ejemplo 12 x 12 m = 144 m 2), y el distanciamiento entre aspersores obtenidos arriba por la división del ancho de la parcela a regar por el número de aspersores. Dividimos el distanciamiento recomendado al cuadrado por el distanciamiento entre aspersores para obtener el distanciamiento entre líneas. Ejemplo: Distanciamiento recomendado = 12 x 12 = 144 m2. Ancho de la mitad de  la parcela medido paralelo a las curvas de nivel = 65 m. Número de aspersores =  4. Distancia entre aspersores = 60 / 4 = 16¼ m. Distancia entre líneas =  144 / 16,25 = 8,9 m. Podemos redondear a 9 metros.

Cuando se determinaron de esta manera las posiciones que la línea de riego móvil tendrá para cobertura de todo el sector, se escogen los puntos de entrega, los hidrantes, tomando en cuenta lo siguiente: Los hidrantes son componentes relativamente caras en la red de parcela, por lo tanto su número tiene que limitarse. Como regla se puede tomar para 37

la distancia entre hidrantes 3 veces la distancia entre líneas (ver Figura 7). Para determinar la longitud de la manguera de la línea de riego móvil, utilizamos la siguiente fórmula: LM = (Naspersores – ½) * Daspersores + Dlíneas LM = Longitud de la manguera de la línea móvil Naspersores = número de aspersores de una línea Daspersores = Distanciamiento entre aspersores en la línea de riego Dhidrantes = Distanciamiento entre líneas

Ejemplo: Distancia entre aspersores = 16¼ m. Número de aspersores = 4. Distancia entre líneas = 9 metros. Longitud de la línea móvil es 3½ * 16,25 + 9 =  65,9 m 

7.3

Diseño de las líneas de riego fijas (líneas de presión) 

Para el diseño de las líneas de riego fijas, basta conectar los hidrantes del sector con el reservorio / cámara de carga por la vía más corta. Por lo general esto significa conectar los hidrantes con líneas rectas. Donde los puntos a conectar forma triángulos con lados equidistantes puede ser conveniente conectarlos en forma de “polígonos de Thiessen” (ver Figura 8). Figura 8: Conexión de hidrantes con polígonos de Thiessen Hidrante 2 120

o

120o 120o

Hidrante 2

Hidrante 2 o 120o 120 120o Hidrante 2

Hidrante 2

38

8 8.1

Redes de conducción, distribución, y líneas fijas de parcela Introducción 

Una vez determinado los planes de cultivos, los requerimientos en agua, el área total regable, la repartición del área total entre los usuarios, el caudal de diseño, y la distribución de los sectores de riego y de los hidrantes, se puede proceder al diseño de la infraestructura desde la fuente hasta los hidrantes. Figura 9: Esquema de la distribución de agua, conducción, distribución proporcional, línea fija y línea móvil

El concepto básico del planteamiento hidráulico de los pequeños sistemas de riego 39

desarrollado en este curso, consiste en: Una repartición del flujo de agua desde la captación o de la fuente, a través de una red de conducción y distribución, en forma proporcional hasta los sectores, en caudales continuos que alimentan pequeños reservorios / cámaras de carga. Esta parte del sistema tiene que ser diseñado de tal manera que en las obras de repartición haya presión atmosférica para poder asegurar una repartición proporcional correcta. Significa que esta parte del sistema consiste de canales abiertos y/o tubería con presión atmosférica, con en algunas partes si necesario tramos presurizados para atravesar pendientes fuertes o quebradas (con sifones) que luego desembocan en una obra repartidora o en un reservorio/cámara de carga. A partir de los reservorios/cámaras de carga el flujo continuo que corresponde a cada sector entra en una red de tubería presurizada, que tiene como salida uno o varios hidrantes. En esta red no se puede lograr reparticiones del agua en forma proporcional entre los hidrantes, y por lo tanto la distribución es en forma de turno o rotación (ver Figura 9). 8.2

Líneas de conducción y de distribución 

De acuerdo al caudal que tiene que pasar por la tubería, se puede considerar 2 opciones: conducción con tubos llenos, y conducción con tubos con tirante hasta 75% del diámetro del tubo. Con tubos llenos, se aplicará la siguiente formula para tubos de PVC o con rugosidad igual a PVC, basada en Hazen Williams, : D = (0.349 * Q * S -0.5701) 0.369 Con: Q = caudal en l/s S = pendiente del tubo en m/m D = diámetro del tubo en pulgadas

El resultado D de este calculo tiene que ser redondeado hacia arriba para obtener valores de diámetros existentes. También se puede hacer los cálculos utilizando la hoja de cálculo en Excel “perdida de carga.xls”. Para calcular los tirantes de agua en tubos parcialmente llenos, se puede utilizar el programa HCANALES. 8.3

Obras de arte en las líneas de conducción y de distribución 

A continuación van a ser presentados algunos tipos de obras que podemos necesitar en las líneas de conducción y de distribución. Captación o bocatoma Sedimentador Obras de repartición Cámara rompe-presión Cajas de válvulas de purga y de desfogue Reservorio/cámara de carga Se asume que los diseños de pequeñas captaciones, bocatomas, sedimentadores, cámaras rompe-presión y válvulas de purga y de desfogue son suficientemente conocidos, y nos limitamos a dar más detalles sobre las obras de repartición, y las reservorios/cámaras de carga. 

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40

8.4

Obras de repartición 

El objetivo de una obra de repartición en el contexto de riego por aspersión es: asegurar una repartición proporcional del flujo de agua de acuerdo a una proporción preestablecida: 50% - 50%, 60% - 40%, 1/3 – 2/3, independientemente de la variación del caudal que pasa por la obra. Eso para asegurar que las diferentes secciones del sistema siempre reciban la misma proporción del caudal total. Se han desarrollado experiencias con 2 tipos de obras de repartición: Los vertederos triangulares de cresta aguda, en que el ángulo de la apertura tiene una relación directa con el caudal que pasa por el vertedero (ver Figura 10). Los orificios circulares, en que el numero de orificios con diámetro determinado determina la repartición de agua entre 2 o más partes (ver Figura 13) 

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Ejemplo: un caudal de 2 l/s puede pasar por 10 orificios de 0.2 l/s cada uno, y 6 de  estos orificios separan el agua para un ramal mientras que 4 llevan el resto del flujo a  otro ramal, asegurando de esta manera una repartición 60% - 40%.

La elección del tipo de obra repartidora depende de los caudales que se van a repartir: Un repartidor con vertederos es apropiado cuando se requiere un repartidor de un caudal relativamente grande en dos o tres caudales menores, por ejemplo cuando luego de la captación principal se divide la zona de riego en dos partes grandes. La repartición es poco sensible a manipuleos o atascos porque los vertederos son metálicos. Repartición mediante orificios tienen la ventaja de ser muy transparente para los usuarios, de tal manera que existiría la opción de que la misma organización puede modificar los números de orificios si hubiera cambios en la repartición del agua. Para modificar un vertedero la intervención de un ingeniero siempre es necesario. Figura 10: Tanque repartidor con vertederos triangulares

 0   .1    0  

rejilla protectora 

1   .  0    0  

 0   .1    0  

0.10

1.00

1.00 

 

0.10 

Vista en Planta 

Corte Longitudinal 

Corte Transversal  tapa de concreto armado 

 0   .2    0  

 0   .1    0  

vertederos triangulares  de ángulo variado 

 0   .4    0  

plancha de fierro 3/16"  tubo de  entrada 

tubo de salida 

 0   .1    0  

0.10 

1.00 

0.10 

41

Vertedero triangular Para repartir el flujo de agua proporcionalmente en 2, 3 o más partes, se construye una caja en concreto con una sección donde entra el caudal a repartir. Esta sección esta separada de las secciones de salida mediante una placa metálica de 2 o 3 mm que tiene para cada sección de salida una apertura triangular. Variando el ángulo entre 2 vertedores, se llega a una diferencia entre los caudales que pasan por cada vertedero con una proporción constante. El Cuadro 15 muestra 3 ángulos de vertederos y la relación entre los caudales que pasan por cada vertedero. Cuadro 15: Angulos específicos para vertederos triangulares Proporción del caudal Q Angulo del vertedero θ Q 90° ½*Q 53° 8’ 1/3*Q 35° 46’ Ejemplo: si colocamos en una caja repartidora un vertedero de 90 °  y un de 35 °  46’, dividiremos un caudal de entrada de 1 l/s en 2 caudales: 0.75 l/s y 0.25 l/s. En el caso de remplazar el vertedero de 35 °  46’ por uno de 53 °  8’, la división del  mismo caudal sería: 0.66 l/s y 0.33 l/s.

La formula para determinar la relación entre el caudal Q y el ángulo θ del vertedero es la siguiente: Q = Ce 8 2g tan (h1 + Kh) 2.5 15 2 Con: Q = caudal en m3/s = ángulo del vertedero en grados g = 9.81 m/s² h1 = altura del nivel del agua, aguas arriba del vertedero, medido a partir del punto del ángulo (m) Ce = coeficiente en función de , véase figura 12 Kh = coeficiente en función de , véase Figura 11 (la lectura es en mm, se convierte en m para introducir en la formula).

Figura 11: Valor de K h, función de θ

Ce

Fuente: Bos M.G.,1976

ángulo del vertedero en grados

42

Figura 12: Coeficiente de descarga C e, funcion de θ

Fuente: Bos M.G., 1976

ángulo del vertedero en grados

Manteniendo constante la altura h 1, se puede variar el ángulo θ y iterativamente calcular los caudales parra llegar a proporciones de caudal entre dos vertedores, diferentes de los presentados en el cuadro 8. Foto 6. Tanque repartidor proporcional con Condiciones a respetar: vertederos triangulares Sabiendo los caudales máximos que tienen que repartirse y la proporción, se determina el h 1max. La caja repartidora tiene que ser diseñado de tal manera que la distancia P entre el fondo de la caja y el punto de los vertedores respeta la condición: 

P 2.5 * h 1max. 

La anchura de la caja tiene que ser suficiente para que sea igual a la suma de los anchos de flujo B mínimos de cada vertedor. Para cada uno, B tiene que respetar la condición: B 5 * h 1max.

Para una caja con 2 vertedores, B caja será entonces: Bcaja

2 * 5 * h 1max

En general, con un numero X de vertedores: Bcaja

X * 5 * h 1max

El nivel del agua, aguas abajo de los vertedores, no tiene que superar 0.05 m por debajo del punto de los vertedores, para garantizar una caída libre del agua a través de los vertedores Es de suma importancia para el buen funcionamiento de esta obra la fabricación correcta de los vertedores, que se hace preferiblemente en un taller especializado (en Cajamarca: Herrandina, ESMEPRE). Luego, su instalación debe de hacerse con la máxima precisión para que los vertedores estén en una posición perfectamente horizontal. 

43

Repartidor con orificios Cuando nos interesa incorporar cierta flexibilidad en las proporciones, se puede optar por el repartidor con orificios perforados en tubos de PVC verticales como demuestra la Figura 13. Los orificios son perforados en tubo de PVC de 6” o 8”, si los caudales de salida son menores de 3 lit/seg. Para repartir caudales mayores es preferible optar por repartidores del tipo vertedero. El pedazo de tubo perforado no debe pegarse en su unión/reducción que se está anclado en el fondo del tanque, para que pueda ser removida. A parte de ser una solución relativamente flexible, el costo es bajo porque las dimensiones de los tanques son reducidas. Figura 13: Tanque repartidor con orificios en tubos verticales

10 cm 

tubo de salida 

  m   c    0    8

tubo de entrada 

tubo PVC 6" SAL con oreficios 1/2" 

tubo PVC 6" 

tubo limpia  2" 

80 cm 

tubo de salida  tubo de limpia 

Esquema de funcionamiento

tubo de entrada  a sectores de riego "C" ..... a sector de riego "A"  a sector de riego "B" 

La descarga de un orificio sumergido que descarga libremente en el aire es: Q = Cd * ¼ * * d2 * (2g * h) Cd = coeficiente de descarga (ver tabla siguiente) d = diámetro del orificio g = 9,8 h = carga hidráulica

Cuadro 16 presenta los valores de la coeficiente de descarga C d en función del diámetro de orificios con salida libre en el aire.

44

Foto 7. Tanque repartidor de tubos verticales con orificios

Cuadro 16: Valores de C d como función de d, orificios con salida libre diámetro orificio (metros)

Cd (coeficiente de descarga)

.02

.61

.025

.62

.035

.64

.045

.63

.05

.62

.065

.61

> .075

.60

Orificios de ½” (12 mm), sumergidos con 0,1 metros de agua tiene una descarga de aproximadamente 0,1 lit/seg. Entonces, si los aspersores a usar tuvieran un caudal aproximado de 0,2 lit/seg, podríamos establecer la repartición proporcional del agua mediante dos orificios de este tamaño por cada aspersor que en el sistema de riego estuviera operando bajo el repartidor. Cuando por algún motivo, la repartición tiene que ser cambiada posteriormente, los mismos usuarios podrán realizar los cambios con la ayuda de un mecánico que puede perforar los orificios. Orificios que están demás pueden ser tapados temporal- o permanentemente. Para asegurar la proporcionalidad, es necesario que las alturas de los orificios respecto a la altura del agua en el tanque sean perfectamente iguales. Esto significa que todos los orificios deben estar a la misma altura, o se puede perforar en dos o más filas si esto se hace proporcionalmente (es decir, cuando la proporción tiene que ser 1/3 – 2/3, se debe asegurar que hay dos orificios a cada altura, en un lado, por un orificio a la misma altura al otro lado). Ejemplo: en un tubo de 6” se pueden perforar 20 orificios con un diámetro de 12  mm a una sola altura. Sumergidos con 0,1 metros de agua, por los 20 orificios  pasarán cerca de 2 lit/seg.

45

8.5





Reservorios  cámaras de carga 

El tipo de obra descrito en este capitulo tiene 2 funciones: cámara de carga para generar la presión para la red presurizada obra de regulación para permitir el buen funcionamiento del sistema con caudales variables.

Figura 14: Reservorio / cámara de carga de 8 m3, concreto reforzado con malla galvanizada

0.40 

1.13 

1.13 

1.50 

0.40 

tubo de salida con filtro 

tubo de rebozo 

0.07 

refuerzo con malla gallinera galvanizada

tubo de rebozo 

1.4 

filtro de PVC con malla 

0.1

tubo de salida con filtro 

La regulación es necesaria por el hecho que el sistema de riego está diseñado con un caudal máximo pero que debe de poder funcionar con caudales más pequeños sin que la red presurizada aspire aire: el reservorio permite almacenar el agua entrando durante cierto tiempo, para que después se pueda regar con toda la capacidad del sistema. Más que todo esta obra asegura la flexibilidad del sistema cuando los caudales disminuyen, y deja a los agricultores de escoger las opciones que ellos prefieren para regar: pueden regar con toda la capacidad que tienen, es decir con todos los aspersores y boquillas con qué también regan en la época de máximos caudales. En este caso los tiempos de riego serán más cortos, y van a tener que esperar con más frecuencia que se llene de nuevo el reservorio. pueden sacar unos aspersores, poner boquillas más pequeños, o poner otro tipo de aspersor que gasta menos, para adecuar el riego al caudal disminuyente, maximizando 46 



así los tiempos de riego y minimizando las veces que tienen que esperar que se llene el reservorio. En todo caso, dado que es con dificultad. prácticamente imposible ajustar en cada momento el caudal con El volumen de un reservorio depende de los factores qué se riega exactamente Foto entrando, 8. Fases de al caudal la construcción de reservorio/cámara de carga: 1) Preparación delestos vaso necesidad de reservorios se justifica para no desperdiciar agua o estar regando

Foto 10: Reservorio: 3) Acabado y protección Foto 9. Reservorio: 2) Pañoteado

siguientes: La diferencia entre el caudal máximo y mínimo con qué funciona el sistema El tiempo de riego que se considera conveniente para los agricultores, entre dos llenadas del reservorio. Eso se puede determinar conversando con los usuarios, y generalmente generalmente es conveniente hacerlo encajar en unidades de 6, 8 o 12 horas. 



47

:  El sistema de riego por aspersión de San José, Shirac, ha sido diseñado tomando en  consideración un caudal mínimo de 0.3 l/s (aforado en setiembre) y un caudal máximo  de 0.5 l/s (estimado para el mes de junio). La capacidad del sistema está entonces  para poder funcionar con 0.5 l/s. El reservorio/ cámara de carga se diseñó de la siguiente manera:  se determinó que los agricultores tienen que poder regar un mínimo de 8 horas en el  tiempo de caudales mínimos (0.3 l/s), con toda la capacidad del sistema, es decir con  un caudal de 0.5 l/s. el volumen de la diferencia entre 0.3 l/s y 0.5 l/s durante 8 horas tiene que ser  entonces almacenado en un reservorio:  V reservorio = (0.5 – 0.3) * 8 * 3600 = 5760 litros = 5.76 m3

se consideró construir un reservorio de 6 m 3 , que se llenaría en 6000/ 0.3/ 3600 = 5,5  horas.

La construcción de los reservorios puede hacerse (en orden descendiente de costos) en concreto armado, en mampostería, en concreto reforzado con malla galvanizada (ferrocemento), o con revestimiento de geomembrana de PVC o de polietileno. Preferiblemente Preferiblemente se les da una forma trapezoidal para mayor estabilidad y una construcción menos costoso en el caso de concreto. Para revestimientos con geomembrana geomembrana esta forma es indispensable. indispensable. Es difícil de dar criterios para la selección del tipo de impermeabilización impermeabilización de los reservorios, por la multitud de factores que pueden infuir: Experiencias locales; disponibilidad de materiales y de asesoramiento; tipo de suelos; calidad del manejo y de la vigilancia de las obras; presupuesto disponible. disponible. Los anexos 3 y 4 muestran un análisis de costos de 2 tipos de revestimiento: concreto armado y manta de polietileno de 0.1 mm. 8.6

Redes presurizadas 

Una vez que se conoce el caudal que tiene que pasar por una red presurizada, a partir de su reservorio/cámara de carga, se puede jugar con la topografía del terreno y varios diámetros de tubería para llegar a las presiones optimas al nivel de cada hidrante, a través de las pérdidas de carga dentro de la tubería. Para calcular la pérdida de carga en un tubo de PVC o de PE se aplica la fórmula de Hazen-Williams: H = 10,64 * L * Q1,85 C1,85 * D4,87

con:

H = Pérdida de carga hidráulica en m L = longitud del tubo en m D = diámetro interno del tubo en m

48

Q = caudal en m3 / s C = coeficiente de rugosidad cuyo valor es 140 para PVC y PE

Las pérdidas de carga de un tramo de tubería (de un solo diámetro o compuesto de varios diámetros) se calcula calcula con esta fórmula, utilizando utilizando una hoja de cálculo cálculo para facilitar el trabajo. Existen para tal fin un sinnúmero de herramientas de cómputo muy prácticos, en PRONAMACHCS Cajamarca se ha diseñado una hoja de calculo en Excel “pérdida de carga.xls” para determinar las presiones en los diferentes puntos de la red presurizada, las cantidades de tubos de diferentes diámetros necesarios, y el costo por tramo y total. Para las redes de presión de riego es importante lograr mediante la selección de diametros de tuberías que en cada hidrante la presión dinámica sea mayor a 14 metros, y que no haya muchas variaciones de presión dentro del sector, para evitar grandes diferencias en los caudales de los aspersores. Algunas veces no se logrará que la presión dinámica a nivel de un hidrante sea la adecuada con un solo diámetro de tubería. En estos casos se pueden combinar tubos de diferentes diámetros en un solo tramo, cuidando que el mayor diámetro se encuentre en la parte baja del tramo, para evitar obstrucciones en la reducción. Figura 15 presenta en croquis los elementos y accesorios necesarios para una red presurizada, un hidrante, y un equipo móvil de aspersión. Figura 15: Esquema de red presurizada, presurizada, hidrante, equipo móvil de aspersión filtro 2”

aspersor

RED PRESURIZADA

unión mixta ½” válvula 1” unión mixta rosca macho 1” º codo 90 PVC1”

enlace rosca hembra 25mm-¾”

elevador PVC½”

LINEA MOVIL

collarín 25mm-½” reducción1½ “’-1”

unión rosca macho ¾”-1” tee 1½”

49

8.7

Tanque hidrante 

Los hidrantes generalmente se ubican en medio de las chacras y es necesario protegerlos contra golpes de arado y otro tipo de amenazas con un pequeño tanque de concreto. Es recomendable además fijar los codos y las válvulas en estos tanques con cemento, a fin de evitar el robo y para asegurar que en el manipuleo de las mangueras no podrán ser arrancadas las partes fijas del hidrante (tubos de PVC, codos, válvula). Además es importante ubicar la salida de la válvula pocos centímetros encima de la cota del terreno para facilitar el acople de las mangueras. Una tapa de concreto sirve para evitar que personas ajenas y niños fácilmente metan la mano. En la siguiente figura presentamos un diseño de un tanque hidrante que cumple los requisitos. Aun así, el hidrante sigue siendo un elemento vulnerable del sistema y hay que insistir en el cuidado que requiere. Figura 16: Diseño de un tanque hidrante

0,06  0,10  válvula 1" o 1,5"  0,35  Tubo de PVC, 1" o 1,5" 

Tubo de PVC 1,5" o 2" 

collarin con toma lateral 

0,07 

0,50 

0,07 

0,40 

50

9

Costos y presupuesto

Para calcular los costos de un sistema de riego presurizado hemos definido los rubros siguientes, con referencia a los componentes del sistema: Captación Conducción (que incluye los tanques de repartición y las redes de distribución) Reservorios reguladores/ cámaras de carga Redes presurizadas (que incluye líneas de riego fijas y enterradas, hidrantes, y líneas de riego móviles) Mano de obra calificada (maestros, residentes de obra) Mano de obra no-calificada Elaboración de proyecto y supervisión (Ing o que diseña y supervise el sistema, topógrafo, etc.) Capacitación Como ejemplo están presentados aquí los costos de 2 proyectos ejecutados en 1998 y 1999 por la Dirección Departamental de PRONAMACHCS Cajamarca. Los proyectos distintos en su concepción. Cuadro 17 da un resumen de los costos totales del proyecto de riego por aspersión Hierba Santa que capta el agua de un manantial con Q = 0.3 l/s y lo reparte entre 8 familias de tal manera que cada familia pueda regar unos 1250 m 2. Hay varios cultivos (papa, hortalizas, alfalfa, alverja, cebada), para autoconsumo y para venta al mercado. Los beneficiarios tenían que comprarse los aspersores y la manguera pero fueron apoyado en eso por el Municipio Distrital. Cuedro 18 muestra los costos del proyecto de riego Pedregal que se alimenta de una fuente de 8.5 l/s y es un sistema de riego por gravedad que ha sido convertido en riego por aspersión. Cada beneficiario recibe un caudal proporcional al área que puede regar. Los beneficiarios son ganaderos vendedores de leche, regando mayormente pastos y algunos cultivos en limpio (papa). Los beneficiarios asumen todo el gasto para las redes presurizados (rubro D) mediante un crédito. 















51

Cuadro 17: Resumen de costos del proyecto de riego Hierba Santa Proyecto: Hierba Santa, provincia San Marcos Area regada: 1 ha Beneficiarios: 8 familias Rubro Especificación Cantidad A. Captación Captación 1 B. Conducción Tubería + accesorios 296 m Tanque repartidor 1 3 C. Reservorios Reservorios 3m 2 reguladores D. Redes presurizados Líneas de riego fijas 645 m Mangueras 100 m Aspersores 8 Hidrantes 8 Accesorios E. Mano de obra calificada F. Mano de obra nocalificada G. Elaboración de proyecto y supervisión H. Capacitación TOTAL Costo por hectárea * Valor del dólar Abril 2000 es S/.3,50 Cuadro 18: Resumen de costos del proyecto de riego Pedregal Proyecto: Pedregal, provincia Celendín Area regada: 20 ha Beneficiarios: 15 familias Rubro Especificación Cantidad A. Captación Captación 1 B. Conducción Tubería + accesorios 2570 m Tanques repartidor 7 Tanques de valvula 3 3 C. Reservorios Reservorios 3m 13 reguladores D. Redes Líneas de riego fijas 2020 m presurizados Mangueras 800 m Aspersores 43 Hidrantes 52 Accesorios E. Mano de obra calificada F. Mano de obra nocalificada G. Elaboración de proyecto y supervisión H. Capacitación TOTAL Costo por hectárea 52

Costo US$ * 94 133 37 131 484

143 429 229 57 1737 1737

Costo US$ 174 6954 520 2000

2743 943 1857 2571 1571 19333 967

10 Análisis de costo / beneficio Una vez determinado el presupuesto para la obra planteada, y el área neta a regar, se puede realizar un análisis de los costos en relación a los beneficios esperados. Una relación favorable entre estos dos es necesario para que las inversiones en este tipo de obras, tanto de las instituciones como de los agricultores, sea justificable. Para las condiciones de la Sierra, por lo general los beneficios no deben ser sobreestimados, ya que la realidad agraria tiene bastantes limitaciones, fuera del agua de riego, que impiden altas tasas de renta. Para los dos casos presentados en el capítulo anterior se han hecho estimaciones de los beneficios de la introducción del riego tecnificado. Para el caso de Chirac, donde el riego posibilita una segunda campaña (chica) en el año, en el caso estudiado con papa, se encontró una renta neta de la inversión en riego de $714/ha/campaña. En el caso de Pedregal el riego permite una mayor constancia en la producción de los pastos y el beneficio es estimado en $350/ha/año. Las inversiones totales, presentadas en el capítula anterior, de $1737/ha y $967/ha parecen ser justificadas por estos aumentos de ingresos campesinos, ya que las inversiones se recuperan en entre 2 y 3 años en ambos casos. Esta guía no puede proporcionar unas indicaciones para el cálculo de la rentabilidad de las inversiones con más detalle, sin embargo se recomienda analizar el nivel de costos por hectárea de riego incrementado por medio de la inversión. Los valores dados como ejemplo pueden servir de comparación. Si se encuentra un nivel de costos demasiado alto, se debe reconsiderar algunos decisiones de diseño tomados en los pasos del proceso de diseño, por ejemplo la inclusión de algunas parcelas más alejadas, e incluso reconsiderar la viabilidad del proyecto. Foto 11. Riego por aspersión de papas

53

PARTE III:

OPERACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO

A pesar de que este manual tiene como objeto el diseño de los pequeños sistemas de riego presurizados, queremos tocar brevemente aspectos de operación de estos sistemas, especialmente porque se deben tomar en cuenta estos aspectos ya en la fase de diseño. Para un adecuado acompañamiento de los agricultores en la fase despues de la construcción, a fin de que aprendan utilizar el sistema para su mejor provecho, se requererá de un tratamiento más ámplio del tema.

1

Organización de los regantes

Para el buen mantenimiento y la operación del sistema se requiere la organización de los regantes en un comité, integrando a todos los usuarios y encabezado por una directiva elegida democráticamente entre ellos. Este comité debe tener un reglamento donde detallan las funciones de cada uno de los integrantes de la directiva y de los usuarios, sus obligaciones y derechos. Además el comité tiene la obligación de estar legalmente reconocido por la Autoridad de Aguas. Las funciones principales del Comité son la operación del sistema de riego, su vigilancia, el mantenimiento, limpieza, reparaciones y mejoramientos. Además tiene que velar por el buen uso del agua, por la protección de la fuente hídrica, intervenir en cualquier conflicto que pueda surgir entre usuarios del sistema, y representar a los regantes ante terceros, entre otras tareas. Es importante señalar que la institución promotora del mejoramiento de la infraestructura de riego debe responsabilizarse de la conformación de un comité de regantes (caso no existiera) y preocuparse por su capacitación y acompañamiento hasta lograr su autogestión. Sin estas precausiones la inversión solo puede durar pocos años. Foto 12. Riego por aspersión de pastos

54

2

Operación y mantenimiento de la infraestructura

La operación de la red de distribución de agua es muy sencilla, ya que el agua se reparte en forma automática en los tanques de reparticióna los sectores de riego. Las únicas intervenciones del comité consisten en la apertura y cierre de la captación en función a las necesidades de riego de los cultivos, y la vigilancia y limpieza de los repartidores, las rejillas, bocatoma, etc. La frecuencia de la vigilancia se determinará en cada lugar en función del hábito de los ciudadanos de respetar las pertenencias, la cantidad de impurezas que contenga el agua, las características de la infraestructura, y la modalidad de la vigilancia la definirá la organización. Para un mejor control conviene instalar un medidor de caudal en la captación o en algún punto de la línea de conducción. Para caudales pequeños (1 a 35 lit/seg) se puede aplicar un vertedero triangular metálico, y una escala limnigráfica que indique directamente los caudales (vea parágrafo 8.2 para calcular descargas). El vigilante del sistema tendría que realizar lecturas por los menos semanales de caudal. El mantenimiento de la red de distribución se limita a la remoción de sedimentos, algas y otras impurezas de los tanques, reservorios y válvulas de purga. Dependiendo de la calidad de agua y la configuración del sistema la limpieza puede ser necesario entre cada mes y dos veces al año. Válvulas de purga deben abrirse por lo menos una vez por semana. Reparaciones a los tubos, tanques y otros componentes son esporádicas si no hay actos de vandalismo. Quizas la principal amenaza sea la obstrucción de tuberías por piedras, terrones, hojas o animales muertos. Válvulas pueden malograrse por mal manejo o defectos de fabricación. En sectores con más que un beneficiario, se reparte el agua por turnos. Generalmente no habrá más de 3 o 4 usuarios en un sector (para evitar que la responsabilidad de los equipos de riego recae en grupos demasiado grandes). El turnado se escogerá en función del área que cada regante va a regar. A veces los regantes harán valer la inversión hecha por cada regante en el sector para determinar las proporciones de los turnos. Como el intervalo de riego no necesita ser menos de 7 días normalmente, los turnos serán de algunos días cada uno. Puede ser conveniente cuando el intervalo sea 7 días, para que cada regante sepa los días de la semana que le toca. El manejo de los aspersores para obtener un buen resultado del riego es de mucha importancia. Con los valores calculados de LARA y L n se calcula el intervalo de riego (IR, vea parágrafo 5.1). El caudal de los aspersores variará entre las diferentes partes de un sector, ya que no habrá una presión uniforme en todo el sector. Donde hay más presión la precipitación por hora de riego de un aspersor será mayor. Estas diferencias pueden (y deben) ser corregidas con el tiempo de riego o con el distanciamiento entre aspersores. En la siguiente tabla indicamos algunos valores referenciales resultantes de una investigación en uniformidad de la precipitación con aspersores tipo NAAN 427 y boquilla de 4mm.

55

Cuadro 19. Recomendación para el distanciamiento entre aspersores NAAN427(4mm) en función de la presión de trabajo presión (Bar) caudal aspersor tiempo de riego distanciamiento (lit/seg) intervalo de riego entre aspersores 0,26 12 horas 15 x 15 m 14 días A parte del distanciamiento entre aspersores debe recibir la suficiente atención, la forma en que las líneas de riego móviles son tendidas en los terrenos irregulares. Para evitar demasiada diferencia de presión entre el primero y el último aspersor en una línea de riego, debemos estar atentos que no haya mucho desnivel entre los aspersores. Las pendientes permisibles en las líneas de aspersores van de 0% (horizontal) a ligeramente inclinado hacia abajo (10%). Una ligera inclinación hacia abajo promueve la uniformidad entre el primero y el último aspersor porque la pendiente recompensa la pérdida de carga por f ricción en la manguera.

56

3

Desarrollo agrícola bajo riego

Un aspecto importante a tomar en cuenta para el periodo después de la construcción del sistema de riego presurizado es el mejoramiento productivo. No por haber mejorado el sistema de riego solamente se puede esperar un impulso importante en las economías de los regantes. Apenas que mejore la disponibilidad de agua para los cultivos se presentarán nuevas limitaciones que impiden su óptimo aprovechamiento: fertilidad de los suelos Por lo general los suelos Andinos son bastante pobres y requieren de una fertilización para obtener cosechas buenas. Bajo condiciones de secano los agricultores muchas veces no acostumbran la fertilización porque encuentran un factor más limitante en el agua. Resuelto esta limitación se tiene que fertilizar los suelos para que se realicen los incrementos esperados del riego. selección de cultivos y calendario agrícola Muchos cultivos que se cultivan en secano (como el maiz y la papa en Cajamarca), no serán regados facilmente (por temor a enfermedades). Además las épocas de siembra son elegidos para que las lluvias dan mayor garantía de logro de una cosecha. Requiere de un proceso de familiarización con el riego para que cultivos que se sembraron a secano pasan a ser regados, para que se modifiquen las épocas de siembra, y para que se introduzcan otros cultivos aptos para agricultura bajo riego. manejo de los cultivos (semillas, controles fitosanitarios, riego) También en el manejo de los cultivos en secano pueden presentarse elementos que deben adaptarse a la nueva condición con riego. La intensificación de la producción con riego y fertilización justifica también mayores inversiones en, por ejemplo, semillas y controles fitosanitarios. Pueden haber interferencias entre el riego y la sanidad vegetal, por ejemplo cuando se irrigan papas en pleno sol (rancha). Los cambios de los sistemas de producción se darán, en forma paulatina, ya que los agricultores buscarán siempre mejorar sus condiciones económicos. Sin embargo este proceso puede demorar demasiado tiemo por la inversión financiera hecha. Conviene promover el proceso de cambio y adaptación al riego con algunos impulsos que podrían acelerarlo. Un método interesante para lograr esto es el Desarrollo Participativo de Tecnologías (DPT), donde, con acompañamiento técnico y con financiemiento del riesgo que implican los cambios tecnológicos para los agricultores, se promuevan estas innovaciones mediante ensayos campesinos. 





57

BIBLIOGRAFIA Bos M.G. 1976. Discharge Measurement Structures. ILRI Publication 20. Wageningen. Doorenbos, J., y W.O.Pruitt, 1977. Guidelines for Predictung Cropp Water Requirements. FAO publicación 24, Roma. Soto Hoyos, 1997 ILRI publicación 46

58

Anexo 1: Informe de evaluación de pre-factibilidad de un proyecto de riego tecnificado Caserío Distrito Microcuenca Nombre Fuente de Agua Fecha del Informe Evaluador

: : : : : :

1.-

Caudal de la Fuente (caudal en estiaje) Qmin

l/s

2,.

Fecha del Aforo

3.-

Altura de la Fuente

4.-

Usos que se quieren dar a la Fuente Agua potable Si / No N° Familias Q ap Agua para bebederos Si / No N° Cabezas Q beb Agua para otro uso Si / No Tipo de uso Q otro Agua para riego: Q Riego = Qmin - Q ap - Q beb - Q otro = Tipo de Proyecto: Sistema de Uso Múltiple Sistema de Riego

m.s.n.m. l/s l/s l/s l/s

5.-

Area regable A regable Ha (formula: A regable = Q Riego * 0.0864*Eff/ETP) N° Familias Beneficiarias (puede ser una sola) Area Regable por Familia Ha

6.-

Las familias beneficiarias están todas interesadas en Riego Tecnificado Si Favorable, seguir con 7 No Cancelar el proyecto

7.-

Las parcelas a regar se encuentran cerca de las viviendas? Si Favorable, seguir con 8 No Cancelar el proyecto

8.-

Las familias beneficiarias están dispuestos a asumir parte del costo del Proyecto, por lo menos a nivel de su parcela (en el caso de una sola familia, tiene que asumir el 100% del costo del Proyecto) Si Favorable, seguir con 9 No Cancelar el proyecto 1

9.-

Solamente en el caso del tipo de proyecto: “ Sistema de Riego”: Area total de lo cual dispone el conjunto de las familias beneficiarias (Area bruta) ha Area regable A regable X 100 = % Area Bruta A bruta Este valor > 10% Favorable, seguir con 10 Este valor < 10% Cancelar el proyecto

10.-

Desnivel existente entre la fuente y las parcelas a regar más altas: desnivel > 12 m condiciones favorables para riego por aspersión, riego por micro-aspersión, riego por goteo, todos cultivos posibles. 7 m < desnivel < 12 m condiciones favorables para microaspersión, y para goteo. 4 m < desnivel < 7 m condiciones favorables para goteo desnivel < 4 m reducir parcelas/ ubicar áreas regables más abajo/ cancelar proyecto

11.-

Pendientes en los terrenos a regar: hasta 40% Favorable para todo tipo de explotación de 40 % hasta 60% Favorable para cultivos en limpio con medidas deconservación de suelos. Hay que monitorear erosión en la fase posproyecto; favorable para pastos de 60% hasta 70% Tan solo favorable para pastos

12.-

Tipo de explotación que los beneficiarios piensan poner (por ejemplo: pastos, horticultura para mercado, cultivos para auto-consumo): ………………………………………. Inversión máxima permisible / ha : S/.

13.-

Area regada antes del proyecto A inicio Incremento en área regada por el proyecto A incr = A regable - A inicio =

2

ha ha

14.-

Conclusiones sobre el proyecto No favorable, proyecto cancelado, por las razones siguientes:

............................................................................................................................... .................................................................................................................................. ................................................................................................................................ Favorable considerando el proyecto como Sistema de Uso Múltiple (el costo para el riego esta incorporado en el costo total del sistema ) ............................................................................................................................... .................................................................................................................................. ................................................................................................................................

Favorable considerando el proyecto como Sistema de Riego con las condiciones siguientes: ............................................................................................................................... ..................................................................................................................................

15.-

Inversión máxima permisible para el proyecto = inversión máxima por ha * A incr = S/.

3