ELEMENTOS BÁSICOS DE RIEGO PRESURIZADO_DR. VICENTE ANGELES MONTIEL

ELEMENTOS BÁSICOS DE RIEGO PRESURIZADO PARA PRODUCTORES:

MICROIRRIGACIÓN Vicente Angeles Montiel Víctor Hugo Fernández Carrillo Khalidou M. Bâ Carlos Díaz Delgado

PRÓLOGO El agua es un elemento indispensable para la vida en nuestro planeta Tierra. Por ello, y de acuerdo con la información histórica, se tienen registros de que las grandes civilizaciones se desarrollaron principalmente a lo largo de las riveras de importantes ríos. Una de las principales razones del asentamiento de estas comunidades es que no sólo se disponía de agua, sino también que se podían cultivar las tierras para obtener el alimento necesario para toda la población. La falta o la inapropiada distribución espacio - temporal de la lluvia hace necesario el riego. Esta actividad tiene como objetivo dotar la cantidad de agua requerida por los cultivos en sus diferentes etapas de crecimiento, de forma tal que no se produzcan reducciones en la producción de alimentos. El riego es necesario, e incluso imprescindible para la producción en las zonas semiáridas y áridas. Por otro lado, el riego produce efectos ambientales que favorecen el crecimiento apropiado de los cultivos pues genera un microclima que disminuye la temperatura en las épocas cálidas y la aumenta en las frías, reduce los riesgos de golpe de calor y de heladas. Sin embargo, es importante mencionar que el aporte de agua debe realizarse con la máxima eficiencia a fin de evitar efectos no deseados (erosión, salinización, etc.) que reduzcan, o incluso imposibiliten, la producción. Así pues, la irrigación es una práctica agrícola de abastecimiento de agua a los cultivos, donde y cuando el abastecimiento natural, no es suficiente para cubrir las necesidades hídricas de las plantas. Hoy en día, el riego constituye una actividad imprescindible para la rentabilidad de la agricultura prácticamente en cualquier región del planeta. De acuerdo con la forma del suministro del agua a las plantas, la irrigación puede ser clasificada en dos categorías: irrigación por gravedad e irrigación presurizada. La irrigación por gravedad presenta ventajas en el ahorro de energía pero su empleo se limita a zonas topográficamente favorables y con la desventaja de presentar un gran derroche de agua. La irrigación presurizada necesita menos mano de obra, presenta una mayor uniformidad de distribución del agua sobre el terreno, un menor consumo de agua y sus sistemas se adaptan fácilmente a los diversos tipos de suelo, cultivo, clima y topografía del terreno. Como consecuencia de lo anterior, en las últimas décadas los sistemas de irrigación presurizada han tenido mayor auge, sobretodo en regiones donde se requiere mayor productividad agrícola y donde el volumen de agua disponible es un factor crítico. El presente manual aborda los elementos básicos de riego presurizado, particularmente de la microirrigación, las metodologías de dimensionamiento de las instalaciones hidráulicas requeridas, sus criterios de operación y mantenimiento y guía al productor paso a paso a través de un proyecto tipo de microirrigación. La elaboración de esta obra ha sido posible gracias al financiamiento otorgado a través del Fideicomiso Fondo Alianza para el Campo del Estado de México (FACEM), del apartado Investigación y Transferencia de Tecnología y ha sido autorizado por el H. Consejo de Administración del Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria, Acuícola y Forestal del Estado de México (ICAMEX), mediante convenio signado entre la Universidad

Autónoma del Estado de México a través del Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA- Facultad de Ingeniería). De igual manera, la elaboración del presente libro ha fortalecido los lazos de amistad y colaboración entre el Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA-UAEM) y la Universidad Autónoma de Chapingo (UACH), particularmente con el Departamento de Irrigación. Esperamos que el esfuerzo invertido en la elaboración del presente libro, pueda proporcionar las herramientas necesarias y suficientes para orientar al productor en su proyecto de producción agrícola bajo el empleo del riego por microirrigación y contribuya al logro de un incremento de producción y fomente un uso eficiente del agua. Toluca, Estado de México, 2002

Los autores

Contenido

Capítulo 1 INTRODUCCIÓN

1

1.1. Características generales de la microirrigación 1.1.1. Descripción General 1.1.2. Ventajas 1.1.3. Limitaciones 1.2. Descripción de los diferentes tipos de Microirrigación 1.2.1. Goteros 1.2.2. Cinta de riego 1.2.3. Microaspersores 1.3. Sistemas de Riego por Goteo 1.3.1. Goteo Puntual 1.3.1.1. Adaptabilidad 1.3.1.2. Ventajas 1.3.1.3. Limitaciones 1.3.2. Cinta Regante 1.3.2.1. Adaptabilidad 1.3.2.2. Ventajas 1.3.2.3. Limitaciones 1.4. Sistemas de riego por microaspersión 1.4.1. Adaptabilidad 1.4.2. Ventajas 1.4.3. Limitaciones

1 1 4 5 6 7 8 10 11 11 12 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18

Capítulo 2 INFORMACIÓN PARA ELABORAR PROYECTOS DE RIEGO POR MICROAPERSIÓN

21

2.1. Información meteorológica 2.2. Levantamiento topográfico de terrenos 2.3. Fuente de Agua 2.4. Caracterización del suelo con fines de riego 2.5. Cultivo 2.6. Sistema de Riego

21 24 24 26 29 33

Capítulo 3 PROYECTO DE SISTEMAS DE RIEGO POR MICROASPERSIÓN

35

3.1. Diseño agronómico 3.1.1. Esquema de cálculo de la necesidad total de agua de riego i

35

de los cultivos 3.1.2. Método del Tanque Evaporímetro tipo A 3.1.3. Método de Blanney- Criddle 3.1.4. Método de Penman-Monteith 3.1.5. Coeficiente de Cultivo 3.1.6. Adecuaciones de ETc para microirrigación 3.1.7. Ejemplo 3.2. Diseño geométrico 3.3. Diseño hidráulico 3.3.1. Hidráulica de emisores 3.3.2. Línea regante o lateral 3.3.3. Bloque de riego 3.3.4. Diseño de líneas laterales 3.3.5. Diseño de tuberías terciarias 3.3.6. Válvulas de seccionamiento 3.3.7. Diseño de tubería principal 3.3.8. Válvulas de admisión expulsión de aire 3.3.9. Filtración 3.4. Lista de materiales

36 37 43 47 48 61 65 78 81 81 89 93 96 104 107 115 119 128 153

Capítulo 4 INSTALACIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE MICROIRRIGACIÓN

173

4.1. Instalación del sistema de riego 4.2. Operación y mantenimiento del sistema de riego

173 194

BIBLIOGRAFÍA

210

ii

Índice de figuras Fig 1.1a. Elementos de un Sistema de Riego por Microirrigación Fig 1.1b. Componentes de un Sistema de Riego por Microirrigación Fig 1.1c. Cabezal de control Fig. 1.2. Tipos de goteros Fig. 1.3. Cinta de riego Fig. 1.4. Micraspersor, microjet y accesorios para su instalación Fig. 1.5. Sistema de riego con goteo puntual Fig. 1.6. Cultivos regados con goteo puntual Fig. 1.7. Sistema de riego con cinta Fig. 1.8. Sistema de riego por microaspersión Fig. 2.1. Elementos del clima Fig. 2.2. Estación meteorológica Fig. 2.3. Balance hídrico en una localidad Fig. 2.4. Topografía del terreno Fig. 2.5. Agua subterránea Fig. 2.6. Pozo profundo como fuente de agua Fig. 2.7. Proporción ideal de partículas sólidas en la textura de un suelo Fig. 2.8. Triángulo de texturas Fig. 2.9. Contenidos característicos de humedad del suelo Fig. 2.10. Clases de agua en el suelo Fig. 2.11. Máximo porcentaje de humedad aprovechable por el cultivo Fig. 2.12. Profundidad radicular del cultivo Fig. 2.13. Eficiencia de aplicación Fig. 3.1. Determinación de las necesidades totales de agua de riego de los cultivos Fig. 3.2. Efecto de los elementos del clima sobre un cultivo de referencia y sobre el Tanque tipo A Fig. 3.3. Casos de instalación del tanque de evaporación tipo A Fig. 3.4. Especificaciones del Tanque tipo A Fig. 3.5. Coeficiente de cultivo y etapas de desarrollo Fig. 3.6. Pantalla de captura de información de clima Fig. 3.7. Pantalla de captura de información de cultivo Fig. 3.8. Pantalla de resultados de requerimientos de agua del cultivo Fig. 3.9. Determinación de las Propiedades Hidráulicas del suelo Fig. 3.10. Modelos para estimar diámetro de humedecimientos de goteros Fig. 3.11. Una línea lateral por hilera de plantas, con cinta y con goteo puntual Fig. 3.12. Disposición de emisores en cultivos arbóreos Fig. 3.13. Números de emisores por árbol Fig. 3.14. Configuraciones de sistemas de riego por microaspersión Fig. 3.15. Pérdidas de carga en tubería con salidas múltiples Fig. 3.16. Longitud equivalente para conexiones de emisores iii

2 3 3 7 8 10 12 12 14 16 21 21 23 24 25 25 26 27 27 28 29 31 29 36 37 39 42 49 68 69 70 73 75 79 79 79 80 91 92

Fig. 3.17. Distribución de presiones en un bloque de riego Fig. 3.18. Esquema de líneas laterales pareadas Fig. 3.19. Esquema de una línea lateral simple Fig. 3.20. Esquema de laterales horizontales y con pendiente positiva Fig. 3.21. Esquema de laterales con pendiente negativa débil en relación a la pérdida de carga unitaria Fig. 3.22. Esquema de laterales con pendiente negativa fuerte en relación a la pérdida de carga unitaria Fig. 3.23. Línea piezométrica en la tubería terciaria Fig. 3.24. Válvulas de seccionamiento Fig. 3.25. Pérdida de carga en válvulas de ángulo Fig. 3.26. Válvula de mariposa Fig. 3.27. Funcionamiento básico de una válvula hidráulica. Fig. 3.28. Cuatro casos de funcionamiento de la válvula hidráulica como reguladora de presión Fig. 3.29. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, modelo 75 Fig. 3.30. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, modelos 95 y 96 Fig. 3.31. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, varios tamaños Fig. 3.32. Especificaciones para excavaciones Fig. 3.33. Ubicación de válvulas de aire en un bloque de riego Fig. 3.34. Funcionamiento de la válvula de aire cinética Fig. 3.35. Válvula cinética, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento Fig. 3.36. Válvula automàtica, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento Fig. 3.37. Válvula de doble efecto, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento Fig. 3.38. Velocidad crítica para varios diámetros con distintas pendientes Fig. 3.39. Número de válvulas barak 2” (ARI) necesarias para el llenado de tuberías, dependiendo de la velocidad de llenado (0.6 kg/cm2 de diferencial de presión) Fig. 3.40. Hidrociclón Fig. 3.41. Curvas de funcionamiento de hidrocilones Fig. 3.42. Filtro de arena Fig. 3.43. Elementos filtrantes Fig. 3.44. Curvas de funcionamiento de filtros de arena Fig. 3.45. Retrolavado de filtros de grava Fig. 3.46. Filtro de malla Fig. 3.47. Gráfica de funcionamiento de los filtros de malla Rex Fig. 3.48. Funcionamiento de los filtros de mallas Yamit Fig. 3.49. Filtro de discos de limpieza manual Fig. 3.50. Filtro de discos de limpieza automática Fig. 3.51. Curvas de funcionamiento de filtros de disco Fig. 3.52. Filtros combinados Fig. 3.53. Filtros automáticos Fig. 3.54. Filtro automático ELI

iv

94 96 97 99 99 101 105 108 109 110 111 111 113 114 114 120 119 120 121 121 122 124 125 130 131 132 133 134 136 137 139 140 141 141 142 143 144 146

Fig. 3.55. Gráfica de funcionamiento de filtros automáticos Fig. 3.56. Diagrama de funcionamiento del filtro automático Fig. 3.57. Esquema de conexión del filtro automático Fig. 3.58. Filtro modelo AF-200 trabajando con aguas residuales en Tel Aviv Fig. 3.59. Gráfico de pérdidas de carga funcionando con agua limpia Fig. 3.60. Diagrama de conexión del filtro AF-200 Fig. 3.61. Kc de manzana según criterio de FAO Fig. 3.62. Plano topográfico del terreno a diseñar

147 148 149 149 150 151 153 153

Fig. 3.63. Clasificación del agua de riego Fig. 3.64. Consumo máximo de agua (mm/día) Fig. 3.65. Determinación de las propiedades hidráulicas del suelo Fig. 3.66. Diámetro de cobertura del microaspersor Fig. 3.67. Curva de funcionamiento del microaspersor propuesto Fig. 3.68. Diagrama de presiones en un bloque de riego Fig. 3.69. Distribución de hf en el bloque de riego Fig. 3.70. Cálculo de secundaria con pendiente a favor Fig. 3.71. Cálculo de secundaria con pendiente en contra Fig. 3.72. Tuberías secundarias dimensionadas Fig. 3.73. Diámetros propuestos y presiones obtenidas en los nodos de la red Fig. 4.1. Equipo sugerido para la instalación Fig. 4.2. Trazo de los ejes de las tuberías Fig. 4.3. Instalación del equipo de bombeo Fig. 4.4. Instalación de filtración Fig. 4. 5. Dimensiones de zanja según diámetro de tubería Fig. 4.6. Excavación de zanja Fig. 4.7. Tendido en instalación de tubería de PVC Fig. 4.8. Corte de tubería Fig. 4.9. Rebabeo del tubo Fig. 4.10. Limpieza de conexiones Fig. 4.11. Aplicación del cemento Fig. 4.12. Unión de tubo y conexión Fig. 4.13. Remoción de cemento excedente Fig. 4.14. Limpieza de campana espiga Fig. 4.15. Acomodo de anillo Fig. 4.16. Aplicación de lubricante Fig. 4.17. Inserción de tubería Fig. 4.18. Instalación de tubería hasta 16” Fig. 4.19. Instalación de tubería mayor de 16” Fig. 4.20. Forma de colocar los atraques en conexiones de tubería Fig. 4.21. Elementos necesarios para la construcción de atraques Fig. 4.22. Dimensiones recomendadas de atraques Fig. 4.23. Instalación de cabezales secundarios Fig. 4.24. Prueba de presión y hermeticidad Fig. 4.25. Tapado de zanjas Fig. 4.26. Instalación de laterales en el campo

155 156 157 159 159 161 162 164 165 166 168 173 174 175 176 176 177 178 179 179 179 179 180 180 180 180 181 181 181 181 184 185 187 188 188 189 191

v

Fig. 4.27. Limpieza y pruebas hidráulicas del sistema Fig. 4.28. Filtración de arena con retrolavado automático Fig. 4.29. Controlador de funciones de riego Fig. 4.30. Lavado de elemento filtrante de malla Fig. 4.31. Limpieza de filtro de discos Fig. 4.32. Inyector venturi Fig. 4.33. Revisiones de presiones de funcionamiento Fig. 4.34. Elementos para aforar los emisores Fig. 4.35. Válvula hidráulica y de aire Fig. 4.36. Lavado de regantes

vi

192 195 196 196 197 198 199 200 201 202

Índice de cuadros Cuadro 2.1. Estación meteorológica Cazadero, Zacatecas Cuadro 2.2. Estimación de la Evapotranspiración del cultivo de referencia Cuadro 2.3. Estación meteorológica de Hermosillo, Sonora, información de evapotranspiración potencial (ETP) y precipitación observada (Pr), en mm Cuadro 2.4. Información de un análisis químico de agua, realizado en un laboratorio Cuadro 2.5. Valores de las propiedades físicas del suelo relacionadas con el riego Cuadro 2.6. Máximo agotamiento de humedad aprovechable en el suelo según el cultivo, expresado como tensión de humedad Cuadro 2.7. Máximo agotamiento de humedad aprovechable en el suelo según el cultivo y profundidad de raíz, en porcentaje Cuadro 2.8. Profundidad efectiva de raíces donde se concentra el 80% de la actividad de raíces, en un suelo profundo, uniforme y bién drenado, en m. Cuadro 2.9. Eficiencia de aplicación en microirrigación, en decimal Cuadro 3.1. Valores de la presión de vapor a saturación según temperatura en kPa Cuadro 3.2. Coeficiente de Tanque, Ktan Cuadro 3.3. Coeficiente global de uso consultivo (kg) para las especies más importantes Cuadro 3.4. Porcentaje de horas luz o insolación en el día para cada mes del año en relación al número total en un año Cuadro 3.5. Coeficientes de desarrollo kc para el uso en el cálculo de Uso Consuntivo con el Método de Blanney-Criddle Cuadro 3.6. Etapas de desarrollo del cultivo, según FAO Cuadro 3.7. Duración de etapas de desarrollo para varios cultivos y regiones Cuadro 3.8. Coeficientes de cultivo para usarse con el Método de Penman-Monteith recomendados por FAO Cuadro 3.9. Valores de conductividad eléctrica del estracto de saturación del suelo que no producen reducción en el rendimiento de los cultivos Cuadro 3.10. Rangos recomendados para la Uniformidad de Emisión Cuadro 3.11. Diámetro mojado por un emisor de 4 lph Cuadro 3.12. Tipos de emisores en distintas especies agrícolas Cuadro 3.13. Intensidad horaria para emisores de microirrigación Cuadro 3.14. Valor del exponente x, según tipo de emisor Cuadro 3.15. Gotero en línea Netafim. Para inserción en tubo de polietileno de 12 y 16 mm vii

22 23 23 26 29 30 30 32 33 40 41 44 45 46 49 50 57 63 64 74 76 77 81 82

Cuadro 3.16. Goteros botón Plastro. Sellados, desmontables y Autocompensados Cuadro 3.17. Goteros Integrados en tubo de polietileno Plastro-Plásticos Rex No autocompensados y autocompensados Cuadro 3.18. Microaspersores con dispersor giratorio y estático Cuadro 3.19. Radio de mojado de los microaspersores, según el tipo de dispersor Cuadro 3.20. Radio de mojado para microjet Cuadro 3.21. Microaspersores autocompensados Cuadro 3.22. Pérdida de carga en el tubín de alimentación de los micrapaersores, según diámetro del tubín y caudal, en m Cuadro 3.23. Parámetros para el diseño de sitemas con Cintas de Riego Cuadro 3.24. Diámetros de tuberías de polietileno Cuadro 3.25. Fórmulas para calcular la pérdida de carga por fricción Cuadro 3.26. Pérdida en la inicial Cuadro 3.27. Valores de EU recomendados por ASAE EP405 Cuadro 3.28. Valores de coeficentes para laterales alimentados por un extremo Cuadro 3.29. Fórmulas para el cálculo de líneas laterales alimentadas por un extremo Cuadro 3.30. Valores de coeficientes para laterales alimentados por un punto intermedio Cuadro 3.31. Valor de Kv para válvulas angulares Cuadro 3.32. Valores de Kv para válvulas de mariposa marca Bray, a diferentes ángulos de apertura Cuadro 3.33. Válvulas hidráulicas Dorot Cuadro 3.34. Criterios para dimensionar las tuberías de la red principal Cuadro 3.35. Tubería de PVC, serie métrica Cuadro 3.36. Tubería de PVC, serie inglesa Cuadro 3.37. Longitud de campana o bocina, según el diámetro de la tubería Cuadro 3.38. Regla empírica para dimensionar válvulas de aire Cuadro 3.39. Tipos de filtro, según el contaminante Cuadro 3.40. Relación Mesh vs tamaño de orificios. Malla de acero inoxidable Cuadro 3.41. Especificaciones de los filtros de malla automáticos de la serie 800 Cuadro 3.42. Especificaciones del filtro de la serie AF-200 Cuadro 3.43. Información climática Estación Cuauhtemoc, Chih. Cuadro 3.44. Información proporcionada por el laboratorio Cuadro 3.45. Determinación de la longitud máxima de regante Cuadro 4.1. Rendimiento de lubricante para uniones por campana anger, en tubería serie inglesa Cuadro 4.2. Rendimiento de lubricante para uniones por campana anger, en tubería serie métrica Cuadro 4.3. Rendimiento de cemento para uniones cementadas. Tubería inglesa (IPS) viii

82 83 85 85 87 87 88 88 89 90 92 94 100 102 103 108 110 112 116 117 118 119 124 129 138 146 150 152 155 163 182 182 183

Cuadro 4.4. Rendimiento de instalación para la tubería de PVC Cuadro 4.5. Resistencia del suelo a la introducción del atraque Cuadro 4.6. Superficie de apoyo de atraques (cm2) por cada kg/cm2 de presión en la tubería de conducción Cuadro 4.7. Descripción de problemas en el equipo de riego según lectura en amperímetro y manómetro Cuadro 4.8. Causas físicas, químicas y biológicas que contribuyen a la obstrucción de los emisores Cuadro 4.9. Criterios relativos para indicar el grado de obstrucción de los Emisores según la calidad del agua Cuadro 4.10. Concentración recomendada de cloro libre en el agua (ppm) Para propósitos varios Cuadro 4.11. Secuencias de labores de mantenimiento y limpieza de equipos De riego localizado

ix

183 185 184 195 199 200 203 207

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

1.1. Características generales de la microirrigación 1.1.1. Descripción general El sistema de riego por Microirrigación consiste en un conjunto de elementos apropiadamente diseñados o seleccionados, instalados en un campo para proveer de agua a presión a un cultivo de una manera controlada. El término Microirrigación se refiere a aquel sistema de riego que incluye todos los modos de aplicación de agua en forma frecuente y con baja presión, con emisores de caudal pequeño, sobre la superficie del terreno o por debajo de ella. La aplicación del agua es directamente en la zona de raíces en intervalos cortos de tiempo, de acuerdo con las necesidades hídricas de los cultivos y con la capacidad de retención de humedad en el suelo. Los elementos básicos de cualquier sistema de microirrigación son: la fuente de abastecimiento, la unidad de bombeo, la unidad de control general (equipo de filtración, fertilización, medición y control), la tubería de conducción y de distribución que van generalmente enterradas, las tuberías regantes y los emisores (figura 1.1). El agua llega al cabezal del sistema con la presión necesaria mediante un equipo de bombeo o por gravedad desde un depósito. El cabezal tiene un conjunto de elementos que permiten el tratamiento de agua de riego si ello es necesario, su filtrado, medición, control de presión, admisión-expulsión de aire, aplicación de fertilizantes y en ocasiones dotado de un control computarizado de las funciones del riego. Del cabezal parte una red de tuberías que se denomina principal; la característica fundamental de esta red es que siempre está presurizada cuando se encuentra en funcionamiento el equipo de bombeo. Luego está la línea secundaria, la cual funciona sólo cuando la válvula de seccionamiento se encuentra abierta, en ocasiones, dependiendo del diseño, se coloca una tubería terciaria sobre la que se instalan reguladores de presión. 1

Microirrigación

Se llama bloque de riego o subunidad a la superficie de terreno que es controlada por una sola válvula de seccionamiento. La línea lateral es la tubería de último orden, a ella se conectan los emisores y puede estar conectada a una línea terciaria o secundaria. El conjunto de bloques de riego que trabajan juntos conforma la sección de riego o unidad. La diferencia en la cantidad de agua aplicada de los emisores críticos (los que proporcionan el caudal máximo y el mínimo) de un sistema de riego por Microirrigación, bien diseñado y operado, no debe exceder el 10%. Así pues, en los últimos años se ha producido un avance significativo en el desarrollo de este tipo de sistemas de riego a presión, en sus dos grandes modalidades: goteo y microaspersión.

Fig. 1.1a. Elementos de un Sistema de Riego por Microirrigación

Microirrigación

2

Cabezal

Tubería principal

Válvula de seccionamiento

Tubería secundaria

Regulador de presión

Tubería terciaria Laterales Emisores

Bloque de riego

Fig. 1.1b. Componentes de un Sistema de Riego por Microirrigación

Fig. 1.1c. Cabezal de control En el riego por goteo, cada gota de agua va directamente al suelo y a las raíces que alimentan la planta; entregando la cantidad requerida de agua que esta última necesita. El riego por microaspersión, consiste en la aplicación localizada de agua en forma de lluvia artificial, que se forma como consecuencia del agua que fluye por efecto de la presión a través de pequeños orificios llamados boquillas. En general, los sistemas de riego a presión permiten la mecanización y automatización de las operaciones agrícolas como la aplicación de fertilizantes, de herbicidas, de químicos y de trabajos de cosecha.

3

Microirrigación

1.1.2. Ventajas a) Baja dosis de aplicación. Significa a menudo un sistema de riego más económico y una mayor eficiencia en la utilización de bombas, filtros y tuberías, ya que estos componentes están diseñados para una cantidad más baja de caudal y usados en períodos más largos de tiempo. b) Uniformidad en la aplicación del agua. Esto supone un ahorro de agua, energía y fertilizantes, lo que da lugar a un rendimiento más uniforme. c) Localización del agua. Los caminos y las hileras entre plantas permanecen secos, lo que supone más ventajas ya que la recolección y las labores del cultivo son más fáciles. La erosión se reduce o es eliminada y existe un mejor tratamiento de malas hierbas al encontrarse localizadas en las áreas húmedas. d) Mejora del control fitosanitario. La humedad del terreno y los niveles de sustancias químicas añadidas pueden ser controladas y programadas fácilmente. e) Incorporación al riego de terrenos con suelos marginales o con problemas. Estos sistemas pueden instalarse en suelos muy permeables (arenas, gravas, rocas, etc.); suelos poco permeables con problemas de falta de aireación, con mucha pendiente, parcelas de forma irregular, restauración de terraplenes, escombros, barrancos, etc. f) Ahorro del agua. Los sistemas de microirrigación eliminan pérdidas de agua tales como evaporación y filtración a través de las paredes de canales de conducción y embalses, también suprimen las pérdidas dentro de la parcela, como escurrimientos, filtración profunda y pérdidas por evaporación del suelo y transpiración de malas hierbas. Además se tiene la posibilidad de medir y controlar el agua aplicada. g) Mejora la tolerancia a la salinidad. Por medio de la aplicación frecuente del agua se reduce la concentración de sales desplazándolas de la zona radicular y llevándola hacia sus bordes, de esta manera los cultivos son más tolerantes a las condiciones de salinidad del agua y/o del suelo. h) Ahorro de energía. Se ahorra energía de bombeo al requerir menor cantidad de agua que en los sistemas de riego por gravedad y requerir una presión más baja que los sistemas de aspersión. i) Aumento de la producción. El sistema de microirrigación mantiene el grado de humedad del terreno ligeramente por debajo de la capacidad del campo (bajas tensiones) y ello con el objeto de lograr el máximo rendimiento posible. j) Mejora la calidad de la cosecha. La lenta, regular y uniforme aplicación del agua y nutrientes, dan lugar a un crecimiento y maduración igual, produciendo una cosecha más uniforme, y de mayor calidad. Incluso se eliminan los daños y pérdidas debidas al contacto del agua con los frutos o el follaje, así como las pérdidas y daños debidos

Microirrigación

4

a enfermedades que son difundidas o favorecidas por los sistemas convencionales de riego. k) Ahorro de mano de obra. Las pequeñas dosis de aplicación permiten regar áreas más grandes de una sola vez, además estos sistemas se pueden automatizar. Hay ahorro indirecto de mano de obra debido al menor número de labores requeridas. l) Mejora del control del cultivo. El agricultor puede aplicar el agua, o no, como respuesta a los cambios del clima, puede suministrar más o menos fertilizantes para acelerar o retardar el crecimiento; puede proyectar un calendario de riegos y operaciones del cultivo para evitar conflictos y puede rápidamente aplicar, en forma precisa, nutrientes o pesticidas seleccionados como respuesta a una necesidad del cultivo. m) Posibilidad de riego en cultivos acolchados o con microtúneles. n) Se puede regular el tiempo de cosecha, lo que permite ingresar a los mercados con los mejores precios de venta. 1.1.3. Limitaciones a) Facilidad de taponamientos de los emisores. Éste es el principal problema de los sistemas de microirrigación. b) Costo de las instalaciones. En comparación con la aspersión, el riego localizado generalmente es más caro para cultivos herbáceos (hortalizas principalmente) y sólo un poco más barato para cultivos arbóreos. c) Se necesita presión para su funcionamiento, a diferencia del riego por gravedad. d) Ocasiona el lavado localizado de las sales, creando zonas de acumulación salina. e) En lugares en donde la lluvia es insuficiente o en invernaderos, en los cuales es necesario lavar las sales, hay que hacerlo por otros sistemas, tales como inundación o aspersión. f) No permite la defensa contra heladas; a menos que el sistema haya sido diseñado para cubrir esta necesidad. En conclusión, la microirrigación es más que un método de aplicación de agua. Es un sistema complejo de soporte de la planta que mediante un buen diseño y un cuidadoso manejo, permite obtener alta producción, reducción de costos y excelente calidad del producto.

5

Microirrigación

1.2. Descripción de los diferentes tipos de Microirrigación El riego es la aplicación artificial del agua al suelo. Existen tres métodos para aplicar el agua en el suelo: superficial, en donde el agua se aplica sobre la superficie del suelo; a presión, en el cual el agua es conducida a presión por tuberías hasta un emisor en el punto de aplicación; y subsuperficial, en el que el agua se aplica por debajo de la superficie del suelo. En el método de riego a presión, por el tipo de emisor empleado se tienen los siguientes sistemas: aspersión, en el cual el agua se aplica sobre el cultivo en forma de lluvia; microaspersión, en donde el agua se aplica como una lluvia de gotas a baja altura y distribuida en una superficie amplia, y finalmente, goteo, en el cual el agua se aplica en pequeñas gotas sobre la zona radical. Los emisores de los Sistemas de Riego por Microirrigación, se pueden clasificar en: a) Gotero o tubería de goteo b) Cinta c) Microaspersor o Microjet. Existe una amplia gama de tipos o modelos en cada uno de estos grupos, que se pueden clasificar de distintas maneras. Sin embargo al elegir un emisor, los aspectos más importantes a considerar son: • • • • • • • • • • • •

Precio unitario Caudal relativamente bajo, pero uniforme y constante, y que sea poco sensible a las variaciones de presión Fabricación robusta Buena uniformidad de fabricación Resistencia a la agresividad química y/o ambiental Estabilidad de la relación caudal-presión a lo largo de su vida útil Poca sensibilidad a los cambios de temperatura Reducida pérdida de carga en el sistema de conexión Diámetro y velocidad de paso de agua, suficiente para que no se tapone fácilmente Facilidad de reemplazo en la línea lateral Ángulo vertical del chorro de agua en microjet y microaspersores Hábito de crecimiento del sistema radicular (profundo o superficial)

El riesgo de obturación de estos emisores depende del diámetro mínimo de paso y de la velocidad del agua. Los diámetros son menores en emisores de bajo caudal que en los de alto caudal. En los de bajo caudal, goteo y cinta, pueden variar entre 0.3 mm y algo más de 1.0 mm. En los de alto caudal, microaspersores y difusores, los diámetros pueden llegar hasta 2.0 mm por lo que el riesgo de obturación es menor. Así, si el diámetro mínimo del orificio del emisor es menor de 0.7 mm el riesgo de obturación es alto; si está entre 0.7 y Microirrigación

6

1.5 mm el riesgo es medio y si es mayor de 1.5 mm el riesgo es bajo. 1.2.1. Goteros Estos emisores, corresponden al tipo de emisor más antiguo dentro de los sistemas de riego localizado, siendo por ende el más difundido. Existen distintos tipos de goteros (figura 1.2), los cuales se diferencian principalmente por la forma en que se incorporan a los laterales de riego. Estos emisores trabajan comúnmente a 10 mca con caudales de 1.0 a 24 l/h, haciendo pasar el agua a través de un orificio, laberinto de varias formas, incorporando diafragmas para el mecanismo de autocompensación si es el caso.

Tipo de Gotero

Imagen

Observación

En línea

Generalmente disponible en 1,2,4 y 8 l/h para tuberías de 12 mm y 16 mm. La presión de trabajo normal es de 10 mca. No son autocompensados.

De botón

Corresponden a goteros que se insertan en una perforación hecha a la pared de la línea regante, generalmente de polietileno. Los caudales comunes están en 1, 2, 3, 4 y 8 l/h. Pueden ser autocompensados y no autocompensados. Cuando son autocompensados pueden trabajar en el rango de 6-35 mca sin que haya variación considerable de caudal.

Integrados

Corresponden a goteros de laberinto, sin cubierta, insertados directamente a la tubería regante durante el proceso de fabricación. Los caudales comunes para esos goteros son de 1, 2, 3, 4, 8 l/h. Pueden ser autocompensados y no autocompensados. Fig. 1.2. Tipos de goteros

7

Microirrigación

1.2.2. Cinta de Riego Las cintas son fabricadas en polietileno y su durabilidad está en directa relación con el espesor del material empleado, que fluctúa entre 0.1 mm (calibre 4 mil) y 0.6 mm (calibre 25 mil); y con los manejos de mantenimiento y limpieza que se realicen. Este tipo de emisores se caracterizan por estar compuestos por dos conductos paralelos, uno principal (tubo de transporte) de donde el agua pasa a uno secundario (tubo de reparto) a través de un orificio que provoca una primera pérdida de carga; del conducto secundario el agua sale al exterior por un segundo orificio. El orificio que comunica los conductos principal y secundario lleva un pequeño filtro, en tanto que el conducto secundario presenta un canal regulador de flujo turbulento que produce la pérdida de carga final para la emisión del caudal especificado. En la figura 1.3, se presenta un esquema de este tipo de emisor.

Fig. 1.3. Cinta de riego El espaciamiento entre los orificios de salida varía de 20 a 60 cm. La presión de trabajo está comprendida entre 7 y 10 mca y proporcionan caudales entre 0.8 y 9.5 l/h por metro lineal (l/h/m), según la presión de operación, espaciamiento y tipo de orificios. Las cintas más utilizadas actualmente tienen orificios cada 30 cm y descargan un caudal de aproximadamente 4 l/h por metro lineal a una presión de trabajo de 8 mca. Actualmente se usan tubos de pared delgada con una banda que contiene el laberinto o goteros inyectados adheridos en la parte interna del tubo. Aunque estrictamente no son cintas de riego; se comercializan como tales. Tipos de Cintas •

Tubería o cinta de pared sencilla En este tipo de tuberías es posible identificar aquéllas que llevan orificios uniformemente espaciados o aquéllas que llevan un cosido a lo largo de todo un borde (rizza), por cuyos orificios fluye el agua. Entre las primeras, merece citarse la desarrollada por Stander, en Karlsruhe (Alemania), de polietileno y cuyas perforaciones en forma de aspa se abren cuando la presión en el interior de la

Microirrigación

8

tubería alcanza un determinado valor, al cesar la presión la tubería se cierra. Se utiliza generalmente enterrada y con este sistema se evita la obstrucción por las raicillas. •

Tubería o cinta de doble pared Entre estas tuberías se pueden citar aquéllas que se conocen como Twin-wall, que consisten en dos tuberías concéntricas unidas por un borde. La interior lleva unos orificios uniformemente espaciados, por los que el agua pasa a la segunda, también con orificios, cuya separación es bastante menor. De esta forma se consigue una caída de presión más suave.

•

Tuberías tipo bi-wall Es parecida a la anterior, diferenciándose que en lugar de dos tuberías concéntricas consta de una cámara adosada a la tubería principal. La tubería interior va perforada solamente en su cara contigua a la cámara. La separación de los orificios de la tubería, es como en el caso de la twin-wall, menor que la de los orificios que conectan la cámara con el exterior. Recientemente se está utilizando en Estados Unidos un tipo de tubería similar a la bi-wall, pero la cámara es mucho menor y el paso del agua de la tubería interior a la otra es a través de un pequeño filtro. El agua fluye por el tubo exterior que hace de regulador y sale al exterior por unas ranuras longitudinales que lleva la cámara.

•

Tubería porosa o de rezume Como su nombre lo indica, es una tubería de material poroso que a través de sus poros el agua rezuma o sale al exterior. La aplicación de un rayo láser para realizar las perforaciones ha permitido mejorar sensiblemente este aspecto, aunque todavía no se logren uniformidades similares a las logradas con goteros, pero estas nuevas tuberías, así perforadas, siguen presentando problemas frecuentes de obstrucciones. Con las tuberías perforadas podrán disminuirse notablemente las limitaciones económicas que ciertos cultivos presentan con respecto al sistema de goteo. Además, pueden colocarse y retirarse del terreno rápidamente mediante tractores provistos de rodillos giratorios en los que se enrolla la tubería, lo que disminuye los costos de instalación, en particular en grandes superficies.

9

Microirrigación

1.2.3. Microaspersores Hay dos tipos esenciales de microaspersores, el de dispersor giratorio y el estático o microjet. La diferencia entre estos emisores, es que los primeros están compuestos por un dispositivo que rota aumentando el diámetro de mojado del emisor, en tanto que los microjets no disponen de piezas móviles (figura 1.4). Los microaspersores tienen dos elementos importantes: la boquilla y el difusor; del primero depende el gasto entregado por el emisor; del difusor depende el diámetro o alcance de mojado. Estos dos elementos se pueden intercambiar de manera que la combinación de ambos permita proporcionar el gasto necesario al árbol durante toda su vida. La boquilla está sujeta a un soporte que la eleva a una altura de 10 a 20 cm sobre el suelo. Los difusores tienen varios tipos de funcionamiento y formas de asperjar el agua, tales como la nebulización, la lluvia y los chorros. Las áreas de humedecimiento de un microaspersor pueden ser de 360º, 280º, 270º, 180º, 90º ó 40º, lo cual es de gran utilidad. Así, por ejemplo, con una boquilla de 300º se tiene un humedecimiento casi circular y del área de humedecimiento se excluye un arco de 60º que no se humedece y que corresponde, comúnmente, a la ubicación del tronco del árbol, de modo que no se daña esa zona de la planta. Los microjets son del mismo material que los microaspersores, pero están compuestos de dos piezas, una base y una cabeza. En la base está el orificio de salida del agua, mientras que la cabeza es la encargada de su distribución en áreas de 180º y 360º. Casi todos ellos tienen un deflector contra el cual choca el chorro de agua, cambia de dirección y se distribuye a través del aire. El área mojada puede tener diversas formas, desde un círculo completo hasta un sector de pequeño ángulo. La posición que ocupa el difusor con relación a la vertical, tendrá mucha influencia sobre la forma y dimensión de la superficie mojada.

Fig. 1.4. Microaspersor, microjet y accesorios para su instalación El rango de caudales en este tipo de emisores, fluctúa entre 25 y 240 l/h, el que está determinado por el diámetro de la boquilla que tenga y por la presión de operación. Este Microirrigación

10

último factor, afecta de igual forma al diámetro de mojado, generándose diámetros superiores a mayores presiones. Este último aspecto es de vital importancia al momento de definir un sistema determinado, para evitar así que se produzcan daños por enfermedades, en especial en plantas frutales por humedecimiento excesivo del tronco. Al igual que en el caso de los goteros, existen alternativas de microaspersores para aquellos proyectos de riego que consideran la instalación en sectores con marcadas diferencias de pendiente, lo que genera diferencias de presión muy altas dentro de un sector de riego. Como estas diferencias de presión provocan importantes diferencias en el suministro de agua a las distintas plantas, es necesario utilizar microaspersores autocompensados. En el caso de estos últimos, el caudal que suministran estos emisores, está determinado sólo por la boquilla que tiene incorporada, siendo el rango de entre 20 y 95 l/h. En tanto, el diámetro de mojado está determinado por el tipo de dispersor que incluye, generando diámetros de entre 3.5 y 6.0 m. Para hacer la conexión a la línea regante es necesario tomar en cuenta la longitud del tubito de alimentación (tubín) y calcular también la pérdida de presión en dicho accesorio. A veces es necesario incluir otros accesorios tales como limitador de alcance del chorro, dispositivo anti-insectos, etc. 1.3. Sistemas de Riego por Goteo El riego por goteo es uno de los métodos más eficientes en el aprovechamiento del agua pues consiste en el suministro lento y frecuente casi en base diaria de agua, por encima o por debajo de la superficie del suelo, en la zona radical de la planta, a través de emisores ubicados a lo largo de una línea regante. Los emisores son utilizados para disipar la presión y para permitir una descarga de volúmenes pequeños pero frecuentes de agua en los puntos de emisión. Por la forma en que se aplica el goteo, estos sistemas se pueden clasificar en dos grandes grupos: gotero de emisión puntual o individual y cinta regante o riego continuo. Los sistemas de riego por goteo deben estar diseñados para evitar encharcamientos, en caso de que éstos se presenten, no deben exceder el 10% del área sembrada. 1.3.1. Goteo Puntual En los goteros de emisión puntual, el patrón de mojado se asemeja a la forma de un disco sobre el suelo (figura 1.5). El espaciamiento entre emisores varía de 0.5 a 1.0 m, dependiendo del alcance capilar del agua en el suelo; los espaciamientos menores entre goteros aumentan mucho su costo de adquisición.

11

Microirrigación

Fig. 1.5. Sistema de riego con goteo puntual 1.3.1.1. Adaptabilidad a) Cultivos: aquéllos que se pueden sembrar en hileras y con espaciamiento entre goteros mayor de 0.5 m, como el cultivo de vid (figura 1.6). Debido al fácil control de las láminas de riego y a la alta uniformidad de aplicación, el goteo puntual se adapta para regar hortalizas, sin embargo, no se aplica a praderas y cultivos densos.

Fig. 1.6. Cultivos regados con goteo puntual b) Agua: se presentan serios problemas cuando se riega con agua que tiene altos contenidos de carbonatos, porque forman una costra en la salida del emisor que puede obstruir la descarga del agua o generan precipitados en tuberías y accesorios. También, las sales de hierro, las algas, bacterias y los sólidos en suspensión (arenas, limos y arcillas) pueden causar serios problemas de taponamiento de las tuberías. c) Suelo: por el patrón de mojado de los goteros, se adaptan muy bien a suelos franco y franco arenosos con capilaridad alta. No se deben emplear en suelos arcillosos porque producen encharcamientos y escurrimientos; ni en los muy arenosos con poca capilaridad, porque el agua se infiltra muy rápido y no permite que se extienda Microirrigación

12

la humedad. Se usan en suelos con velocidad de infiltración básica de media a alta, mayor de 3.0 cm/h para evitar que el agua se encharque y escurra. d) Topografía: terrenos planos u ondulados y con pendiente general hasta del 5%. No obstante, mientras mayor es la pendiente, las secciones de riego tienden a hacerse más pequeñas y en consecuencia a incrementar su costo. Se aceptan desniveles de terreno hasta de un 10% de la presión de operación nominal del emisor, sin afectar mucho su uniformidad de distribución. e) Forma y tamaño: se diseña más fácil en terrenos regulares, el tamaño depende del gasto disponible. Para que la instalación de un sistema de riego por goteo sea lo más redituable posible, la superficie por regar debe ser de preferencia mayor de 10 hectáreas. f) Clima: áridos y semiáridos. En climas húmedos y semihúmedos es difícil que se rentabilice la inversión, ya que se emplean para complementar el riego; es factible que sea rentable si se usan para fertilizar hortalizas. g) Viento: no afecta la eficiencia de distribución.

1.3.1.2. Ventajas a) Con este sistema se puede regar frecuentemente con pequeñas cantidades de agua, de manera tal que el suelo esté siempre húmedo, con buena relación entre agua y aire. b) Es posible aprovechar el agua las veinticuatro horas del día sin necesidad de supervisión continua del riego. c) El régimen de aplicación (intervalos entre riegos y cantidad de agua) puede ajustarse exactamente de acuerdo con las condiciones del suelo y del cultivo. d) Se aplica el agua que sólo las raíces del cultivo son capaces de absorber; por lo tanto, se evita mojar otras áreas de terreno, lo que conlleva a un ahorro de agua. e) Contribuye al control de las malezas al humedecer el suelo en forma localizada. Además, el agua de riego se aplica finalmente filtrada y libre de semillas de malezas. f) Permite suministrar dosificadamente, fertilizantes y pesticidas solubles en agua, a través del riego. g) Es posible ejecutar durante el riego otras labores culturales, como fumigación y cosecha.

13

Microirrigación

h) Se minimiza la formación de costra superficial. i) Disminuye el desarrollo de enfermedades fungosas. j) Es un sistema de riego de alta eficiencia (90 a 95%), aún en terrenos con topografía irregular, suelos poco profundos, con problemas de infiltración o en predios en que el recurso hídrico es escaso. Además, no son necesarias actividades especiales en la preparación del terreno. Por las características de este sistema de riego, su mayor beneficio es integrar al uso agrícola comercial, áreas con problemas de riego y que presentan condiciones agroclimáticas apropiadas para rubros que respondan, con rentabilidad adecuada, a la incorporación de tecnologías modernas. Cabe destacar que la alta eficiencia de este método de riego, incide en forma significativa sobre los rendimientos del cultivo, donde, en algunos rubros, el solo incremento de la producción puede amortizar el gasto que significa la implementación de un sistema de riego por goteo. 1.3.1.3. Limitaciones a) Alto costo de inversión, debido a que exige abastecimiento de agua a presión y un complejo sistema de control del riego. b) Requiere de un especial cuidado en el filtraje del agua y mantenimiento de los goteros, pues son muy sensibles al taponamiento por impurezas y/o materia orgánica. 1.3.2. Cinta Regante En los goteros de emisión continua o cintas de riego, el patrón de mojado tiende a ser una franja húmeda continua (figura 1.7), ya que el espaciamiento entre emisores es muy pequeño, menor de 0.50 m y la duración de la cinta es de sólo uno o dos ciclos.

Fig. 1.7. Sistema de riego con cinta Microirrigación

14

Actualmente, por aspectos de costos, el uso de cintas de riego del tipo T-tape, Bi-Wall, o similares constituyen una forma económica de aplicar el agua. Todas ellas suministran un caudal continuo a lo largo de su recorrido, por lo que su característica no se define en caudal por cada salida, sino en caudal por metro lineal de tubería. Se utilizan tanto extendidas sobre el terreno como enterradas. 1.3.2.1. Adaptabilidad a) Cultivo: aquéllos que se pueden sembrar en hileras, tal es el caso de las hortalizas, con marco de plantación pequeño como la cebolla, la calabaza, el chile, el jitomate, el pepino, el melón y la sandía. Este sistema de riego se puede emplear en cualquier cultivo que rentabilice la inversión con el incremento de las utilidades. b) Agua: se representan los mismos problemas que se mencionaron en los sistemas de goteo puntual. c) Suelo: este sistema de riego se adapta muy bien a suelos de textura arenosa a franca, con velocidad de infiltración básica en el suelo de media a alta, mayor de 3.0 cm/h. En suelos arcillosos, puede originar encharcamientos o escurrimientos. d) Topografía: se puede usar en terrenos planos y ondulados, con pendiente general hasta del 5%, colocando las cintas regantes a nivel. Mientras mayor es la pendiente, las unidades de riego tienden a hacerse más pequeñas y en consecuencia a incrementar su costo relativo. Como las cintas trabajan con cargas hidráulicas del orden de los seis metros, soportan pequeños desniveles topográficos sin que se originen grandes diferencias de descargas. Por esta razón se adaptan bien a terrenos planos y de pendiente uniforme menor de 2%. e) Forma y tamaño: para que la instalación de este sistema por goteo sea lo más redituable posible, la superficie por regar debe ser de preferencia mayor de 10 hectáreas. f) Clima: áridos, semiáridos y subhúmedos. En climas subhúmedos este sistema se emplea para aplicar agroquímicos y complementar el riego. g) Viento: no afecta la uniformidad de distribución. 1.3.2.2. Ventajas a) Menor costo si se le compara con otros sistemas por goteo. b) Su proceso de fabricación es más simple que el de cualquier gotero. c) Su funcionamiento requiere de menores presiones. 15

Microirrigación

d) Fácil de instalar y remover. 1.3.2.3. Limitaciones a) Su coeficiente de variación es alto. b) Su principal inconveniente es la falta de uniformidad, provocada en parte, por la pendiente del terreno. c) Para evitar la obstrucción de sus orificios de salida (causada por las colonias de algas o partículas en suspensión), se requiere el uso simultáneo de filtros de arena y malla fina. 1.4. Sistemas de riego por microaspersión En el sistema de riego por microaspersión, el agua se suministra mediante emisores que la dispersan en el suelo cerca del tronco de los árboles frutales, humedeciendo la zona de raíces (figura 1.8). El microaspersor se debe seleccionar para evitar encharcamientos y escurrimientos.

Fig. 1.8. Sistema de riego por microaspersión Este sistema se caracteriza por el uso de caudales generalmente inferiores a los 200 l/h por punto de emisión, con emisores que se denominan difusores y tienen salidas fijas y microaspersores cuando disponen de deflectores móviles y su alcance efectivo no supera los 3 m. El riego por microaspersores se identifica por la ausencia de traslape, es decir, cada emisor aplica agua a una planta, sin tener interferencia ni cooperación por parte de los microaspersores adyacentes. Microirrigación

16

Cada microaspersor deberá mojar entre un tercio y un cuarto, como mínimo, de la superficie en la que se extienden las raíces del árbol. 1.4.1. Adaptabilidad a) Cultivo: se utiliza en los frutales que se plantan en hileras. Por el gasto que proporciona cada emisor, se adapta muy bien a árboles de talla media como los cítricos, la manzana, el plátano, el durazno, etcétera. b) Agua: se presentan los mismos problemas que se mencionaron para el goteo puntual. c) Suelo: se adapta bien en texturas de media a arenosa (ligera) con velocidad de infiltración básica de media a alta, mayor de 3.0 cm/h. Por el patrón de mojado, el microaspersor tiene ventajas grandes en suelos muy arenosos y con poca capilaridad ya que permite que el agua se distribuya a lo ancho del suelo; sin embargo, también trabaja bien en suelos con buena capilaridad. En suelos arcillosos, puede generar encharcamientos o escurrimientos. d) Topografía: terrenos planos y ondulados, en zonas de lomerío con pendiente hasta del 10%. Cuando trabaja con cargas hidráulicas de 20 m, soporta desniveles de hasta dos metros. e) Forma y tamaño: para que la instalación de un sistema de microaspersión sea lo más redituable posible, la superficie por regar debe ser de preferencia mayor a 20 hectáreas y en terrenos rectangulares. f) Clima: áridos y semiáridos. g) Viento: afecta la uniformidad de distribución del agua en suelo, sobre todo cuando el árbol se encuentra en los primeros años de su desarrollo. Lo ideal es que la velocidad del viento sea menor a 15 km/h. 1.4.2. Ventajas a) Se pueden aplicar caudales importantes a baja presión (15 a 20 mca), lo que disminuye el costo total del sistema. b) Economía de agua. El suministro localizado del agua (sobre la zona de raíces), aumenta la eficiencia de aplicación del sistema de riego. El área bajo riego representa únicamente una porción que va del 40% al 70% de la superficie total de la plantación, lo que conduce a una economía de agua. c) Se produce una disminución importante de las malezas debido a la aplicación localizada del agua. En consecuencia, hay un ahorro de mano de obra al disminuir las labores de limpieza. 17

Microirrigación

d) Flexibilidad en el diámetro de cobertura. Es posible aumentar el diámetro de cobertura a medida que se desarrollan los árboles en la plantación, ya sea intercambiando boquillas, reemplazando deflectores o bien los dispersores. e) Conversión a sistemas de riego por goteo. Resulta posible convertir sistemas de riego por microaspersión a riego por goteo cuando el diseño hidráulico lo permita. f) Un sistema de riego por microaspersión es más fácil de controlar, ya que el número de salidas es menor y, además cada una de ellas es visible a distancia. g) Flexibilidad en la disposición del microaspersor. Por medio del tubín de alimentación generalmente de 60 a 100 cm de longitud, es posible colocar el emisor en diferentes posiciones. Es posible colocarlo cerca del tronco del árbol o entre árboles contiguos. h) Se puede utilizar para contrarrestar los efectos de las heladas cuando se colocan sobre la copa del árbol. i) Es posible utilizarlos para control de humedad y temperatura en invernaderos mediante nebulizadores. j) El costo de la red de tuberías es menor que en el riego por aspersión y similar al riego por goteo, dado que se administran caudales medios (25 a 120 l/h) a menor presión que la aplicada en aspersión. 1.4.3. Limitaciones a) Alto costo de inversión. Dado que se requiere generalmente, de uno o dos microaspersores por planta, además del suministro de presión al agua de riego. b) Posición vertical. Al igual que los aspersores convencionales deben instalarse de tal manera que los estabilizadores estén en posición vertical. c) Malezas. Si se les deja crecer al lado del Microaspersor, pueden enredarse sobre el rotor e interferir en su funcionamiento. Aunque ya existen en la actualidad emisores que son inmunes a estos problemas, ya que todos sus componentes son fijos. d) Averías mecánicas. Se dan sobre todo en la temporada de cosecha, lo que hace necesaria la reposición de piezas dañadas. e) Fauna dañina. El riesgo que representan ratones y conejos para la tubería de polietileno es común para todos los sistemas de riego que emplean este material. La instalación subterránea de los laterales puede constituir una solución parcial o completa a este problema. f) Filtración. El sistema de riego por Microaspersión requiere filtración. La filtración no debe ser tan fina como lo requiere el riego por goteo. A pesar de que la sección de Microirrigación

18

flujo de un microaspersor con una descarga de 70 l/h, es idéntica a la de un gotero de tipo laberinto de 4 l/h, la trayectoria del agua dentro del microaspersor es mucho más corta, y por lo tanto, disminuye el riesgo de obstrucción. Por lo general, es suficiente instalar un filtro con unas mallas de 80 mesh. g) Interferencia por el viento: Ha sido observada, sobre todo en plantaciones jóvenes en localidades donde se registran vientos intensos, afectando la uniformidad de distribución.

19

Microirrigación

Microirrigación

20

Capítulo 2

INFORMACIÓN PARA ELABORAR PROYECTOS DE RIEGO POR MICROIRRIGACIÓN 2.1. Información meteorológica Los elementos del clima que más impactan en la determinación de la evapotranspiración del cultivo de referencia se muestran en la figura 2.1.

Fig. 2.1. Elementos del clima La medida y registro de los elementos del clima a través del tiempo se realiza en estaciones meteorológicas (figura 2.2).

Fig. 2.2. Estación meteorológica 21

Microirrigación

Es conveniente contar con registros de información (mínimo 20 años) de cada una de las variables del clima a diferentes periodos de tiempo (pentadal, semanal, decadal y mensual) de cada uno de los años de registro o, en su defecto a nivel medio por periodo considerado. Los factores del clima que se requieren para determinar la evapotranspiración del cultivo de referencia son: la latitud, altitud y proximidad al mar; los cuales están generalmente disponibles para cualquier localidad en estudio. En el cuadro 2.1 se muestran los datos típicos a nivel medio mensual de las principales variables del clima, registrados en una estación meteorológica. Cuadro 2.1. Estación meteorológica Cazadero, Zacatecas. LOCALIZACIÓN Longitud: 103.3º W Altitud: 1880 msnm INFORMACIÓN Evaporación Precipitación Temperatura Insolación Humedad (mm) (mm) (ºC) (%) Relativa (%) 111 9.1 11.2 63 45 144 4.3 12.0 67 40 216 2.1 15.6 87 33 238 2.4 18.0 62 31 256 12.4 20.6 69 39 216 53.3 22.2 54 60 167 74.5 20.9 59 67 150 93.4 20.4 59 67 122 72.6 19.5 41 73 128 28.9 17.0 66 61 110 10.0 13.8 68 50 100 12.1 8.8 58 51 1958 375.1 16.7 62.8 51.4

Latitud: 23.7º N Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre S/M

NOTA: En el caso de las laminas de agua evaporadas o precipitadas la cantidad anual es la suma (S) de los valores mensuales. En el caso de las otra variable meteorológica la última línea da los promedios (M). En el caso de no contar con información sobre los elementos del clima para determinar la evapotranspiración del cultivo de referencia, se puede emplear el cuadro 2.2 para realizar una estimación de la misma en la época de máxima demanda, en el periodo de tiempo considerado.

Microirrigación

22

Cuadro 2.2. Estimación de la evapotranspiración (ETP) del cultivo de referencia Clima

Temperatura Humedad relativa promedio (ºC) promedio (%) Fresco/humedo 50 Fresco/humedo 50 cálido/humedo Muy cálido/seco >38 1.50 0.85

Textura Arenosa Media 0.90 0.95 0.90 0.95 0.95 1.00 0.80 0.85 0.80 0.90 0.90 0.95

Fina 0.95 1.00 1.00 0.90 0.95 1.00

Las principales pérdidas de agua que influyen en la eficiencia de aplicación (figura 2.13) son: la filtración profunda o percolación y la escorrentía.

Fig. 2.13. Eficiencia de aplicación Además, deberán conocerse datos sobre el sistema de riego como los siguientes: número de emisores por planta, separación entre emisores, separación entre líneas laterales de riego, diámetro de mojado del emisor, carga y caudal nominal del emisor, y el ángulo de cobertura del emisor.

33

Microirrigación

Microirrigación

34

Capítulo 3

PROYECTO DE SISTEMAS POR MICROIRRIGACIÓN 3.1. Diseño agronómico El diseño agronómico es el componente fundamental en todo proyecto de riego y el sistema de microirrigación no es la excepción. Es la parte en la que los errores tienen la consecuencia más grave, pues de nada sirven los afinados cálculos hidráulicos si se parte de una base equivocada cuyo resultado puede ser, por ejemplo, la salinización de un suelo por la falta de lavado o la insuficiencia de volumen de suelo mojado y la disminución de rendimiento del cultivo. El diseño agronómico comprende dos fases: a) El cálculo de las necesidades de agua b) La determinación de los parámetros agronómicos del riego Se han desarrollado diversos métodos para la predicción de las necesidades de agua de los cultivos, debido en gran parte, a que los procedimientos para la medición directa del aprovechamiento del agua por los cultivos son difíciles y laboriosos. La elección del método, para la estimación de las necesidades hídricas vendrá determinada esencialmente por el tipo de información disponible en la zona donde se desea establecer el proyecto de riego. Se abordará el tema describiendo tres métodos para el cálculo de la evapotranspiración de referencia (ET0) que requieren diferente información de clima. El método del tanque evaporímetro tipo A, el método de Blanney-Criddle original y el método de PenmanMonteith, mundialmente reconocido como el más preciso. La elección del método por el usuario dependerá del tipo de información a la que tenga acceso para desarrollar el proyecto de riego. Cabe la pena mencionar que debido a que la orientación de este capítulo es eminentemente práctica, no se entrará en detalle sobre la teoría en la que se basa cada una de las metodologías descritas. El trabajo se limita a presentar la secuencia de cálculos y uso de tablas para llegar al objetivo perseguido, tratando de presentar toda la información necesaria para llevarlo a cabo.

35

Microirrigación

3.1.1. Esquema de cálculo de la necesidad total de agua de riego de los cultivos En primer lugar se calcula la evapotranspiración de referencia (ET0) que se define como “La tasa de evapotranspiración de una superficie extensa de gramíneas verdes de 8 a 15 cm de altura, uniforme, en crecimiento activo, que sombrea totalmente el suelo y sin falta de agua”. Posteriormente se selecciona el Coeficiente de Cultivo kc, y se calcula la Evapotranspiración del cultivo (ETc), como producto de kc y ETo. No se consideran limitaciones en la evapotranspiración del cultivo por deficiencia de agua en el suelo, densidad de cultivo, plagas y enfermedades o baja fertilidad del suelo. Al valor de la ETc se le aplica una serie de correcciones que representan el efecto de determinadas condiciones locales de acuerdo con el marco de plantación y la fracción sombreada por el cultivo. El riego no es la única fuente de agua de la planta, puede aprovechar la procedente de la lluvia efectiva (Pe) o el aporte por capilaridad si hay una capa de agua freática próxima (Gw). El balance de todos estos factores conduce al cálculo de las necesidades netas de riego (Nn). Finalmente, las necesidades totales (Nt) se calculan como la suma de Nn más las pérdidas debidas a la ineficiencia del riego o a la fracción de agua de lavado cuando ésta es mayor que dichas pérdidas. Una esquematización de todo el proceso antes referido se presenta en la figura 3.1. Cálculo de Et0

Elección de Kc

Etc= Et0 * Kc

Coeficiente de Localización

Etc * Kl

Correc. por variación climática

(Nn) Necesidad neta de riego

Efic. de aplicación (Ea) Uniformidad de Emisión (UE) Necesidad de Lavado(LR)

(Nt) Necesidad total de riego

Fig. 3.1 Determinación de las necesidades totales de agua de riego de los cultivos

Microirrigación

36

Conforme vaya siendo necesario, se introducirán varios procedimientos para llegar al resultado del diseño agronómico aplicable a la microirrigación. 3.1.2. Método del tanque evaporímetro tipo A El tanque de evaporación (figura 3.2) proporciona una medida del efecto combinado de la temperatura, humedad, velocidad de viento y radiación sobre la evapotranspiración del cultivo de referencia (ET0).

Radiacion

Clima Humedad

Viento Temperatura

Tanque Tipo A

Cultivo de referencia

Fig. 3.2. Efecto de los elementos del clima sobre un cultivo de referencia y sobre el tanque tipo A

37

Microirrigación

En ausencia de lluvia, la cantidad de agua evaporada durante un periodo, corresponde a la disminución del nivel de agua en ese mismo periodo. La cantidad de agua evaporada en el tanque responde de manera muy similar a como lo haría un cultivo de gramíneas de 8 a 15 cm de altura sin deficiencia de agua. Algunos factores producen diferencias significativas en la evaporación de una superficie libre de agua y una superficie con cultivo. La reflexión de la radiación solar es distinta en ambas superficies. El almacenamiento de calor en el agua del tanque puede ser considerable y seguir evaporando durante la noche mientras que la mayoría de los cultivos transpiran sólo durante el día. Hay también diferencia en la turbulencia del viento, temperatura y humedad del aire sobre las respectivas superficies. Hay transferencia de calor hacia la pared del tanque y esto afecta el balance de energía. Debido a todas estas diferencias, es necesario afectar la medición por un coeficiente empírico de acuerdo con las condiciones en que se ha instalado el tanque. ET0 = Ktan Ev

(3.1)

Donde: ET0 - Evapotranspiración de referencia, en mm/día Ktan - Coeficiente del tanque tipo A, adimensional Ev - Evaporación del tanque evaporímetro, en mm/día El valor del coeficiente del tanque depende de los siguientes factores: • • • •

Tipo de cobertura en el área que circunda el tanque (cobertura verde o barbecho) La extensión a barlovento (distancia del tanque al punto que cambia la cobertura, WS) Velocidad del viento Humedad relativa media

Dos casos son comúnmente considerados (figura 3.3): Caso A, donde el tanque está colocado sobre una cubierta de pasto rodeado por una superficie de suelo sin cultivo, y el caso B, donde el tanque se coloca en una superficie de suelo sin ningún cultivo, rodeado por una cubierta vegetal.

Microirrigación

38

cultivo verde

CASO B

CASO A

viento

viento

cultivo cultivo verde verde

superficie seca

50 m o más

tanque

Cultivo

WS

50 m o mas

Superficie seca

Tanque

WS

Fig. 3.3. Casos de instalación del tanque de evaporación tipo A De acuerdo con la medición que se haga de la lámina de agua evaporada, se usa el cuadro 3.1 para encontrar el coeficiente del tanque según el caso de instalación que se tenga, la velocidad del viento, la humedad relativa y la distancia medida desde el tanque a donde cambia la cubierta del suelo. En el caso de que la velocidad del viento no pueda ser medida se puede asumir esta velocidad para condiciones medias en 2 m/s o 170 km/día. Este es el valor promedio de más de 2,000 estaciones en el mundo. Para alta velocidad del viento se considera 3 m/s o 260 km/día y para velocidad baja se supone 1 m/s o 90 km/día. La humedad relativa puede ser estimada a partir de la temperatura máxima y mínima, por medio de la ecuación 3.2. HR = 50 e°(Tmín)/e°(Tmáx) + 50

(3.2)

Donde: HR - Humedad relativa media, en % e°(Tmín) - Presión de vapor a saturación a la temperatura mínima, en kPa e°(Tmáx) - Presión de vapor a saturación a la temperatura máxima, en kPa En el cuadro 3.2 se anotan los valores de presión de vapor a saturación para diferentes temperaturas con objeto de facilitar las estimaciones de esta variable.

39

Microirrigación

Cuadro 3.1 Coeficiente de tanque, KTan Caso A. Tanque colocado sobre Caso B:Tanque colocado en un área superficie cultivada sin cultivo y seca HR(%) baja < media 40 - alta > baja < media 40 - alta > 40 70 70 40 70 70 media→ Vel viento WS* WS* (m/s) (m) (m) Baja 1 0.55 0.65 0.75 1 0.70 0.80 0.85 8 10 0.45 0.55 0.60 10 0.45 0.50 0.55 100 0.50 0.60 0.65 100 0.40 0.45 0.50 1000 0.55 0.60 0.65 1000 0.35 0.40 0.45 * WS es la distancia a barlovento a la cual cambia la cobertura del suelo Fuente: FAO Irrigation and drainage paper. No. 56. Crop Evapotranspiration

Como puede apreciarse el factor varía entre 0.35 y 0.85. Como valor promedio puede tomarse 0.70 para hacer una primera aproximación al valor de la ET0.

Microirrigación

40

Cuadro 3.2 Valores de la presión de vapor a saturación según temperatura, en kPa

T °C 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5

e°(T) kPa 0.657 0.681 0.706 0.731 0.758 0.785 0.813 0.842 0.872 0.903 0.935 0.968 1.002 1.037 1.073 1.110 1.148 1.187 1.228 1.270 1.313 1.357 1.403 1.449

T °C 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5

e°(T) kPa 1.498 1.547 1.599 1.651 1.705 1.761 1.818 1.877 1.938 2.000 2.064 2.130 2.197 2.267 2.338 2.412 2.487 2.564 2.644 2.726 2.809 2.896 2.984 3.075

T °C 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5 31.0 31.5 32.0 32.5 33.0 33.5 34.0 34.5 35.0 35.5 36.0 36.5

e°(T) kPa 3.168 3.263 3.361 3.462 3.565 3.671 3.780 3.891 4.006 4.123 4.243 4.366 4.493 4.622 4.755 4.891 5.030 5.173 5.319 5.469 5.623 5.780 5.941 6.106

T °C 37.0 37.5 38.0 38.5 39.0 39.5 40.0 40.5 41.0 41.5 42.0 42.5 43.0 43.5 44.0 44.5 45.0 45.5 46.0 46.5 47.0 47.5 48.0 48.5

e°(T) kPa 6.275 6.448 6.625 6.806 6.991 7.181 7.376 7.574 7.778 7.986 8.199 8.417 8.640 8.867 9.101 9.339 9.582 9.832 10.086 10.347 10.613 10.885 11.163 11.447

Fuente: FAO Irrigation and drainage paper No. 56. Crop Evapotranspiration

Descripción de la instalación del Tanque tipo A. El tanque de evaporación es de sección circular de 120.7 cm de diámetro y 25 cm de profundidad (figura 3.4). Se fabrica con lámina de fierro galvanizado (calibre 22) o metal monel (0.8 mm de espesor). El tanque se monta sobre una estructura de madera a 15 cm de altura sobre el suelo. En la instalación debe asegurarse que quede bien nivelado. Se llena de

41

Microirrigación

agua hasta 5 cm antes del borde y el nivel del agua no se deja descender de los 7.5 cm debajo de dicho borde. El agua debe ser regularmente cambiada, cuando menos cada semana para eliminar signos de turbidez. Si se fabrica con lámina galvanizada debe ser pintado anualmente con pintura de aluminio. Debe ser protegido para que no entren animales a beber agua. El sitio puede ser de 20 m por 20 m cubierto con pasto, abierto a todos lados para permitir la libre circulación de aire. También es preferible que esté al centro de grandes campos de cultivo. Las lecturas pueden ser tomadas diariamente por la mañana al mismo tiempo que la precipitación. Para que sean más precisas las lecturas se coloca un cilindro de 10 cm de diámetro y unos 20 cm de profundidad, con una pequeña perforación en el fondo y en él se hace la medición.

Nivel de agua 5 – 7.5 cm del borde

Cilindro de medición Fig. 3.4 Especificaciones del tanque tipo A

Microirrigación

42

3.1.3. Método de Blanney-Criddle La fórmula de Blanney-Criddle es usada ampliamente en diferentes regiones del mundo, en la cual se hace intervenir la temperatura media mensual y el porcentaje de horas luz por mes respecto del total anual. Originalmente los autores diseñaron el método para estimar la evapotranspiración del cultivo ETc durante todo el ciclo vegetativo del cultivo, mediante la ecuación 3.3. ETc = (kg)(F)

(3.3)

Donde: Etc - Evapotranspiración del cultivo, en cm kg - Coeficiente total de ajuste que depende del cultivo y la ubicación de la zona de estudio (cuadro 3.3) F

- Factor climático que es equivalente a la ET0 global n

F = ∑ fi i =1

fi

- Valores del factor climático o ET0 mensuales, en cm  Ti + 17.8  fi =   Pi  21.8 

Ti

- Temperatura media mensual, en °C

Pi

- Porcentaje de horas luz del mes respecto del total anual (cuadro 3.4), en %

43

Microirrigación

Cuadro 3.3. Coeficiente global de uso consultivo (kg) para las especies más importantes Cultivo Aguacate Ajonjolí Alfalfa Alfalfa Algodón Arroz Cacahuate Cacao Café Camote Caña de Azúcar Cártamo Cereales de grano pequeño (Alpiste, Avena, Cebada, Centeno y Trigo) Cítricos Chile Espárrago Fresa Frijol Frutales de hueso y pepita (hoja caduca) Garbanzo Girasol Gladiola Haba Hortalizas Jitomate Lechuga y Col Lenteja Lino Maíz Mango Melón Nogal Papa Palma Datilera Palma de coco Papaya Plátano

Periodo de crecimiento Todo el año 3 a 4 meses Entre heladas En invierno 6 a 7 meses 3 a 5 meses 5 meses Todo el año Todo el año 5 meses Todo el año 5 a 8 meses

Coeficiente Global kg 0.50 a 0.55 0.80 0.80 a 0.85 0.6 0.60 a 0.65 1.00 a 1.20 0.60 a 0.65 0.75 a 0.80 0.75 a 0.75 0.60 0.75 a 0.80 0.55 a 0.65

3 a 6 meses 7 meses 3 a 4 meses 6 meses Todo el año 3 a 4 meses

0.75 a 0.85 0.50 a 0.65 0.60 0.60 0.45 a 0.60 0.6 a 0.70

Entre heladas 4 a 5 meses 4 meses 3 a 4 meses 4 a 5 meses 2 a 4 meses 4 meses 3 meses 4 meses 7 a 8 meses 4 a 7 meses Todo el año 1 a 4 meses Entre heladas 3 a 5 meses Todo el año Todo el año Todo el año Todo el año

0.60 a 0.70 0.60 a 0.70 0.50 a 0.65 0.60 0.60 a 0.70 0.60 0.70 0.70 0.60 a 0.70 0.70 a 0.80 0.75 a 0.85 0.75 a 0.80 0.60 0.70 0.65 a 0.75 0.65 a 0.80 0.80a 0.90 0.60 a 0.80 0.80 a 1.00

Sigue Microirrigación

44

Cultivo Pastos de gramíneas Trébol ladino Remolacha Sandía Sorgo Soya Tabaco Tomate Zanahoria

Periodo de crecimiento Todo el año Todo el año 6 meses 3 a 4 meses 3 a 5 meses 3 a 5 meses 4 a 5 meses 4 a 5 meses 2 a 4 meses

Coeficiente Global kg 0.75 0.80 a 0.85 0.65 a 0.75 0.60 0.70 0.60 a 0.70 0.70 a 0.80 0.70 0.60

Cuadro 3.4. Porcentaje de horas luz o insolación en el día para cada mes del año en relación al número total en un año. Latitud Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May.

Jun.

Jul.

Ago.

Sept.

Oct.

Nov.

Dic.

15°

7.94

7.10

8.44

8.46

8.99

8.82

9.05

8.83

8.27

8.24

7.73

7.87

16°

7.90

7.08

8.43

8.47

9.02

8.86

9.09

8.86

8.27

8.22

7.70

7.83

17°

7.86

7.06

8.43

8.49

9.06

8.90

9.13

8.88

8.27

8.20

7.66

7.79

18°

7.82

7.04

8.42

8.51

9.10

8.95

9.17

8.91

8.28

8.18

7.63

7.74

19°

7.78

7.02

8.42

8.52

9.13

8.99

9.21

8.93

8.28

8.17

7.59

7.70

20°

7.74

7.00

8.41

8.54

9.17

9.03

9.25

8.96

8.28

8.15

7.56

7.65

21°

7.70

6.98

8.41

8.56

9.20

9.08

9.30

8.98

8.29

8.13

7.52

7.60

22°

7.66

6.95

8.41

8.58

9.24

9.12

9.34

9.01

8.29

8.11

7.48

7.56

23°

7.62

6.93

8.40

8.60

9.28

9.17

9.38

9.03

8.29

8.09

7.45

7.51

24°

7.57

6.91

8.40

8.61

9.32

9.22

9.42

9.06

8.30

8.07

7.41

7.46

25°

7.53

6.88

8.39

8.63

9.36

9.27

9.47

9.09

8.30

8.05

7.37

7.41

26°

7.49

6.86

8.39

8.65

9.40

9.31

9.51

9.12

8.30

8.03

7.33

7.36

27°

7.44

6.84

8.38

8.67

9.44

9.36

9.56

9.14

8.31

8.01

7.29

7.31

28°

7.39

6.81

8.38

8.69

9.48

9.41

9.61

9.17

8.31

7.99

7.25

7.26

29°

7.35

6.79

8.37

8.71

9.52

9.47

9.66

9.20

8.32

7.97

7.21

7.20

30°

7.30

6.76

8.37

8.73

9.57

9.52

9.71

9.23

8.32

7.94

7.16

7.15

31°

7.25

6.74

8.36

8.75

9.61

9.57

9.76

9.26

8.32

7.92

7.12

7.09

32°

7.20

6.71

8.36

8.77

9.66

9.63

9.81

9.29

8.33

7.90

7.08

7.04

45

Microirrigación

Phelan propuso la siguiente corrección a cada una de las fi mensuales, la cual está en función de las temperaturas medias mensuales (Ti): kti = 0.031144Ti + 0.2396

(3.4)

Para conocer las ETc de cada mes, el producto (fi)(kti) se multiplica por un coeficiente mensual del cultivo de que se trate. El Servicio de Conservación de Suelos del USDA ha obtenido el coeficiente de desarrollo de cultivo kc para varios de ellos a partir de datos experimentales, los cuales se presentan en el cuadro 3.5. Cuadro 3.5. Coeficientes de desarrollo kc para el uso en el cálculo de Uso Consuntivo con el Método de Blanney-Criddle % Desar.

Maíz

Trigo Algodón Sorgo Cártamo Soya

Arroz

Frijol Ajonjolí Garbanzo Cebada Jitomate Linaza Chile

Papa

0

0.42

0.15

0.20

0.30

0.14

0.51

0.45

0.50

0.30

0.30

0.15

0.43

0.30

0.48

0.30

5

0.45

0.20

0.22

0.35

0.16

0.45

0.50

0.54

0.35

0.35

0.20

0.43

0.35

0.50

0.35

10

0.48

0.30

0.25

0.40

0.18

0.41

0.55

0.60

0.40

0.40

0.30

0.43

0.40

0.55

0.40

15

0.51

0.40

0.28

0.48

0.22

0.45

0.65

0.65

0.50

0.50

0.40

0.45

0.50

0.65

0.45

20

0.60

0.55

0.32

0.60

0.27

0.51

0.72

0.73

0.60

0.55

0.55

0.45

0.55

0.75

0.50

25

0.65

0.70

0.40

0.70

0.35

0.51

0.80

0.80

0.70

0.65

0.70

0.50

0.70

0.80

0.60

30

0.70

0.90

0.50

0.80

0.44

0.51

0.85

0.90

0.80

0.70

0.90

0.55

0.90

0.90

0.70

35

0.80

1.10

0.62

0.90

0.54

0.52

0.90

0.97

0.87

0.75

1.10

0.65

1.00

0.93

0.82

40

0.90

1.25

0.89

1.00

0.64

0.55

0.92

1.05

0.95

0.78

1.25

0.75

1.10

0.95

0.97

45

1.00

1.40

0.90

1.08

0.76

0.57

0.93

1.10

1.00

0.80

1.40

0.85

1.15

1.03

1.05

50

1.05

1.50

0.98

1.07

0.88

0.60

0.93

1.12

1.10

0.82

1.50

0.95

1.20

1.05

1.06

55

1.07

1.57

1.00

1.05

0.97

0.63

0.93

1.12

1.20

0.85

1.57

1.00

1.28

1.05

1.25

60

1.08

1.62

1.02

1.00

1.07

0.66

0.92

1.10

1.28

0.85

1.62

1.03

1.30

1.05

1.30

65

1.07

1.61

1.00

0.95

1.07

0.68

0.90

1.05

1.30

0.82

1.61

1.02

1.35

1.03

1.35

70

1.05

1.55

0.95

0.90

1.08

0.70

0.85

1.02

1.32

0.80

1.55

0.98

1.30

1.00

1.38

75

1.02

1.45

0.87

0.82

1.02

0.70

0.80

0.95

1.29

0.75

1.45

0.95

1.28

0.97

1.38

80

1.00

1.30

0.80

0.75

0.96

0.69

0.68

0.87

1.25

0.70

1.30

0.90

1.25

0.90

1.35

85

0.95

1.10

0.75

0.70

0.86

0.63

0.63

0.80

1.10

0.65

1.10

0.85

1.10

0.85

1.33

90

0.90

0.95

0.65

0.65

0.76

0.56

0.58

0.72

1.00

0.60

0.95

0.80

0.95

0.80

1.30

95

0.87

0.80

0.55

0.60

0.60

0.43

0.55 70.00 0.90

0.50

0.80

0.75

0.80

0.70

1.25

100

0.85

0.62

0.50

0.55

0.45

0.31

0.47

0.40

0.62

0.70

0.60

0.60

1.20

Microirrigación

0.62

46

0.80

Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Caña 0.30 0.35 0.50 0.60 0.77 0.90 0.98 1.02 1.02 0.98 90 0.78

Alfalfa 0.65 0.75 0.85 1.00 1.10 1.13 1.12 1.08 1.00 0.90 0.80 0.65

Pasto 0.48 0.60 0.75 0.85 0.87 0.90 0.90 0.87 0.85 0.80 0.65 0.60

Vid 0.20 0.23 0.30 0.50 0.70 0.80 0.80 0.75 0.67 0.50 0.35 0.25

Cítricos 0.65 0.67 0.69 0.70 0.71 0.72 0.72 0.71 0.70 0.68 0.67 0.65

Frutales de hoja caduca 0.20 0.25 0.35 0.65 0.85 0.95 0.98 0.85 0.50 0.30 0.20 0.20

Frutales de hoja perenne 0.60 0.75 0.85 1.00 1.10 1.12 1.12 1.05 1.00 0.85 0.75 0.60

Fuente: Palacio, 1977 Al final de este capítulo se ejemplificará el uso de este procedimiento. 3.1.4. Método de Penman-Monteith Una reunión de expertos organizada por la FAO recomendó la adopción del método combinado Penman-Monteith como nuevo estándar para la evapotranspiración de referencia. Con este método se obtienen valores más consistentes del consumo de agua de los cultivos. Además las recomendaciones que han sido desarrolladas para el uso del mismo con datos climáticos limitados, han eliminado en gran medida la necesidad de otros métodos de cálculo y crean una base consistente y transparente para un estándar global válido para todos los cálculos de requerimientos de agua. La ecuación usada para calcular la Evapotranspiración de referencia es:

900 U 2 (e a − e d ) T + 273 ∆ + γ (1 + 0.34U 2 )

0.408( Rn − G ) + γ

ET0 =

(3.5)

Donde: ET0

-

Evapotranspiración de referencia, mm/día

Rn

-

Radiación neta en la superficie del cultivo, en MJ/m2/día

G

-

Flujo de calor en el suelo, en MJ/m2/día

T

-

Temperatura media, en ºC 47

Microirrigación

U2

-

Velocidad del viento medida a 2 m de altura, en m/s

ea-ed

-

Déficit de presión de vapor, en kPa

∆

-

Pendiente de la curva de presión de vapor, en kPa

γ

−

Constante psicrométrica, en kPa/ºC

900

-

Factor de conversión

Nota: Cada uno de los términos de la ecuación 3.5 llevan un proceso de cálculo que queda fuera de los objetivos de este capítulo. Se remite al lector a la bibliografía al final del libro, donde se explica la obtención de cada uno de ellos. La utilización de este método requiere la obtención de la siguiente información climática al nivel de detalle que se quiera estimar la ET0: •

Temperatura mínima, en °C

•

Temperatura máxima, en °C

•

Humedad relativa, en %

•

Velocidad de viento medida a 2 m de altura, en km/día

•

Insolación en h

Se ha desarrollado un software específico para el uso de esta metodología llamado CropWat. El programa está disponible de manera gratuita en la página de la FAO (www.fao.org/ag/agl/aglw/cropwat.htm). Más adelante se ejemplifica el uso de este software para el calculo de ETo. 3.1.5. Coeficiente de Cultivo El efecto de la transpiración de las plantas y la evaporación del suelo está integrado en un sólo coeficiente denominado coeficiente de cultivo kc. El coeficiente de cultivo promedio es más conveniente que manejar por separado el efecto de cultivo y de suelo.

Microirrigación

48

Para calcular de manera simple la evapotranspiración del cultivo es necesario identificar las etapas de crecimiento, la duración en días de cada una de ellas y seleccionar el correspondiente kc para cada etapa. El coeficiente de cultivo varía de cultivo en cultivo, etapa de desarrollo y región geográfica. Bajo el método de la FAO, el kc está representado por líneas rectas conectando 4 etapas de desarrollo (cuadro 3.6), como se indica en la figura 3.5.

Fig. 3.5. Coeficiente de cultivo y etapas de desarrollo

Cuadro 3.6. Etapas de desarrollo del cultivo, según FAO Valores de Kc

Etapa de Desarrollo

kc1

Inicial

kc1-kc2

Rápido crecimiento

De10% de cobertura a 75% o al máximo consumo de agua, lo que llegue primero.

kc2

Periodo medio

kc promedio al final de la estación de máximo crecimiento hasta que el consumo de agua comienza a declinar.

kc2-kc3

Periodo final

Descripción kc promedio desde la plantación a 10% de cobertura.

Desde que el kc comienza a declinar hasta la cosecha o cuando el consumo de agua llega a ser mínimo.

Como se observa en la figura 3.5, kc comienza siendo pequeño y aumenta a medida que la planta cubre más el suelo. Los valores máximos de kc se alcanzan en la floración, se 49

Microirrigación

mantienen durante la fase media y finalmente decrecen durante la fase de maduración. Lo mejor es disponer de valores de kc para cada cultivo obtenido en la zona y para distintas fechas de siembras, pero en ausencia de esta información se pueden usar valores orientativos que proporciona la FAO. El Manual 24 de la FAO, proporciona las etapas de crecimiento para bastantes cultivos en diferentes climas y lugares. Esta información se resume en el cuadro 3.7 Cuadro 3.7. Duración de etapas de desarrollo para varios cultivos y regiones Cultivo Brócoli

Inicial Desarrollo Medio Final Total Fechas a. Hortalizas pequeñas 35 45 40 15 135 Sept

Repollo

40

60

50

15

165

Sept

Zanahoria

20 30

30 40

50/30 20 60 20

100 150

Oct/Ene Feb/Mar

30

50

90

30

200

Oct

Coliflor

35

50

40

15

140

Sept

Apio

25

40

95

20

180

Oct

25

40

45

15

125

Abril

30

55

105

20

210

Enero

20

30

20

10

80

Abril

25

35

25

10

95

Febrero

30

35

90

40

195

Oct/Nov

20

30

15

10

75

Abril

30

40

25

10

105

Nov/Ene

25 35

35 50

30 45

10 10

100 140

Oct/Nov Feb

Crucíferas

Lechuga

Región Desierto de California Desierto de California Clima árido Clima mediterráneo Desierto de California Desierto de California Clima semiárido Clima mediterráneo Clima semiárido Clima mediterráneo Clima mediterráneo Clima mediterráneo Clima mediterráneo Clima mediterráneo Clima árido Clima mediterráneo Sigue

Microirrigación

50

Cebolla (Seca)

15

25

70

40

150

Abril

Clima mediterráneo 20 35 110 45 210 Oct; Ene. Clima árido; Calif. Cebolla (verde) 25 30 10 5 70 Abril/May Clima mediterráneo 20 45 20 10 95 Octubre Clima árido 30 55 55 40 180 Marzo California Cebolla (semilla) 20 45 165 45 275 Sept Desierto de California Espinaca 20 20 15/25 5 60/70 Abr; Clima Sep/Oct mediterráneo 20 30 40 10 100 Noviembre Clima árido Rábano 5 10 15 5 35 Mar/Abr Mediterráneo , Europa 10 10 15 5 40 Invierno Clima árido b. Hortalizas – Familia de solanáceas (Solanaceae) Planta de huevo 30 40 40 20 130\1 Octubre Clima árido 30 45 40 25 40 May/Junio Clima mediterráneo Pimiento 25/30 35 40 20 125 Abril/Jun Mediterráneo , Europa 30 40 110 30 210 Octubre Clima árido Tomate 30 40 40 25 135 Enero Clima árido 35 40 50 30 155 Abr/Mayo California 25 40 60 30 155 Enero Desierto de California 35 45 70 30 180 Oct/Nov Clima árido 30 40 45 30 145 Abril/Mayo Clima mediterráneo c. Hortalizas – Familia de cucurbitáceas (Cucurbitaceae) Pepino 20 30 40 15 105 Jun/Ago Clima árido 25 35 50 20 130 Nov; Feb Clima árido Calabaza 20 30 30 20 100 Mar, Ago Clima mediterráneo 25 35 35 25 120 Junio Europa Calabacita Zucchini 25 35 25 15 100 Abr; Dic. Mediterr., reg árida. 20 30 25 15 90 Mayo/Jun Mediterráneo , Europa Sigue 51

Microirrigación

Melón

25

35

40

20

120

30 15

30 40

50 65

30 15

140 135

30 20 10

45 30 20

65 30 20

20 30 30

160 110 80

15

d. Raíces y Tubérculos 25 20 10 70

Abr/May

25

30

25

10

90

Feb/Mar

Mandioca: año 1

20

40

90

60

210

año 2 Papa

150 25

40 30

110 60 30/45 30

Estación lluviosa 360 s 115/130 Ene/Nov

25

30

45

30

130

30 45 30

35 30 35

50 70 50

30 20 25

145 165 140

15

30

50

30

125

30 25 25

45 30 65

90 90 100

15 10 65

180 155 255

50 25

40 35

50 50

40 50

180 160

45

75

80

30

230

Sandía

Betabel

Remolacha

35 Frijol (Verde)

20

60 70 40 205 e. Legumbres (Leguminosae) 30 30 10 90

May

Clima mediterráneo Marzo California Agosto Desierto de California Dic/Enero Clima árido Abril Italia Marzo/Ago Desierto medio oriente Clima mediterráneo Clima mediterráneo Árido Regiones tropicales

Clima semiárido Mayo Clima continental Abril Europa Abr/Mayo Idaho, USA Dic Desierto de California Estación Regiones lluviosa tropicales Marzo California Junio California Sept Desierto de California Abril Idaho, USA Mayo Clima mediterráneo Noviembre Clima mediterráneo Noviembre Clima áridos Feb/Mar

Calif., Clima mediterráneo Sigue

Microirrigación

52

Frijol (seco)

20

30

40

20

110

Mayo/Jun

15

25

35

20

95

Junio

Haba

25 15 20

25 25 30

30 35 35

20 15 15

100 90 100

Junio Mayo Mar/Abril

- seca - verde Chícharo

90 90 20

45 45 30

40 40 30

60 0 20

235 175 110

Noviembre Noviembre Marzo

Cacahuate

25

35

45

25

130

Estación seca

35

35

35

35

140

Lenteja Chícharo

Soya

Alcachofa

Espárrago

Algodón

Clima continental Pakistán, Calif. Idaho, USA Europa Clima mediterráneo Europa Europa Clima mediterráneo Oeste África

Latitudes altas 35 45 35 25 140 Mayo/Junio Clima mediterráneo 20 30 60 40 150 Abril Europa 25 35 70 40 170 Oct/Nov Clima árido 15 25 35 15 90 Mayo Europa 20 30 35 15 100 Mar/Abr Clima mediterráneo 35 25 30 20 110 Abril Idaho, USA 15 15 40 15 85 Diciembre Trópico 20 30/35 60 25 140 May Centro de USA 20 25 75 30 150 Junio Japón f. Hortalizas perennes (con dormancia en invierno) 40 40 250 30 360 Abril (año 1) California 20 25 250 30 325 Mayo (año Corte en 2) mayo 50 30 100 50 230 Feb Invierno tibio 90 30 200 45 365 Feb Clima mediterráneo g. Cultivos de Fibras 30 50 60 55 195 Mar-May Egipto, Pakistán, California. 30 50 55 45 180 Abril Texas Sigue 53

Microirrigación

45

90

30 30 25 30

50 50 35 40

Higuerilla

25

40

Alazor

20 20

40 35

50 45

25

35

35 20 25

55 30 35

Lino

Ajonjolí Girasol

Cebada/Avena/Trigo

Trigo de invierno

Granos (pequeños)

Maíz (grano)

45

45

225

Marzo

195 180 150 220

Sept Abril Abril Octubre

180

March

25 25

135 125

Nov. Abril

55

30

145

Marzo

60 40 45

40 20 25

190 100 130

Oct/Nov Junio Abril/May

i. Cereales 50 30 60 30 65 40

120 135 150

Noviembre Central India Marzo/Abr 35-45 °L Julio Africa oriental Abril Nov Diciembre Desierto de California Diciembre California Noviembre Clima mediterráneo Octubre Idaho, USA Abril Clima mediterráneo Oct/Nov Pakistán; Regiones áridas Abril África oriental Dic/Enero Clima árido Junio Nigeria

60 55 55 45 50 40 100 50 h. Oleaginosas 65 50

15 20 15

25 25 30

40 40 20

30 60 50

40 60 60

20 40 30

130 200 160

202 30

602 140

70 40

30 30

180 240

160 20

75 30

75 60

25 40

335 150

25

35

65

40

165

30

50

60

40

180

25 20

40 35

45 40

30 30

140 125

Desierto de California Yemen Texas Europa Arizona Clima Semiárido Indonesia California, USA Latitudes altas Clima árido China Medit.; California

Sigue Microirrigación

54

20 30

35 40

40 50

30 30

125 150

30 20 20

40 20 25

50 30 25

50 10 10

170 80 80

20 30 20

30 30 40

50/30 10 90 30 103 110 70 10 140

Sorgo

15 20 20

25 30 35

40 55 40

25 35 30

105 140 130

Arroz

20 30

35 30

45 60

30 30

140 150

30

30.

10

30

10 10 4 Alfalfa , otros ciclos 5 de corte 5 Bermuda para semilla 10

20 30 10 20 25

20 25 10 10 35

10 10 5 10 35

60 75 30 45 105

Mar Jun Marzo

Bermuda para forraje (varios cortes) Sudán, Primer ciclo

10

15

75

35

135

---

25

25

15

10

75

Abril

15

12

7

37

Junio

Maíz (dulce)

Mijo

Alfalfa, estación completa 4 Alfalfa 4 1er ciclo de corte

Sudán, otros ciclos de 3 corte Caña de Azúcar, soca

80 40 180 j. Forrajes var. var. var.

35

k. Caña de azúcar 60 190 120 405

50 75

70 105

220 330

140 480 210 720

Octubre Abril

India España, California Abril Idaho, USA Marzo Filipinas Mayo/Junio Clima mediterráneo Oct/Dic Clima árido Abril Idaho, USA Enero Desierto de California Junio Pakistán Abril Centro USA Mayo/Junio USA, Pakis., Med. Mar/Abril Clima árido Dic; Mayo Trópico; Clima mediterráneo May Trópicos

Ene-Abril

California. Idaho, USA. California. Idaho, USA. Desierto de California Desierto de California Desierto de California Desierto de California Latitudes bajas Trópicos Hawai, USA Sigue

55

Microirrigación

Caña de Azúcar, resoca 25 30 35

70

135

50

280

Banana, Primer año

120

50 180 60 320 105 210 70 420 l. Árboles y frutas tropicales 90 120 60 390

Banana, Segundo año

120

60

Piña

60

120

Uva

20

40

20 20

50 50

75 90

30

60

40

Cítricos Huertas de árboles desciduos

180

5

600 10 m. Uva 120 60

365

Latitudes bajas Trópicos Hawai, USA Mar Feb

790 240

Abril

60 20

205 180

Marzo Mayo

80

210

Abril

60

n. Arboles frutales 90 120 95 365

Enero

20

70

90

30

210

Marzo

20

70

120

60

270

Marzo

Olivo

30 30

50 90

130 60

30 90

240 270

Marzo Marzo

Pistache

20

60

30

40

150

Febrero

Nogal

20

10

130

30

190

Abril

Clima mediterráneo Clima mediterráneo Hawai, USA Latitudes bajas California Latitudes altas Latitudes medias (vino) Clima mediterráneo Latitudes altas Latitudes bajas California Clima mediterráneo Clima mediterráneo Utah, USA

La duración de las etapas de desarrollo proporcionadas en este cuadro es indicativo de condiciones generales; puede variar sustancialmente de región en región, en función del clima, condiciones de cultivo y variedad. El usuario debe tratar de localizar información del lugar donde se desarrolla el proyecto. El cuadro 3.8 presenta los valores medios de kc1, kc2 y kc3 para varios cultivos. Están organizados por grupo (hortalizas pequeñas, legumbres, cereales, etc). Normalmente cultivos del mismo grupo tienen consumos similares de agua. Los coeficientes representan la cantidad de la transpiración de cultivo y evaporación de suelo en condiciones de no

Microirrigación

56

deficiencia de agua. Estos coeficientes tienen su mejor aplicación en conjunto con el Método de Penman-Monteith. Cuadro 3.8. Coeficientes de cultivo para usarse con el Método de Penman-Monteith recomendado por la FAO Cultivo a. Hortalizas pequeñas Brócoli Col de Bruselas Repollo Zanahoria Coliflor Apio Ajo Lechuga Cebolla - seca - verde - semilla Espinaca Rábano b. Hortalizas – Familia de solanáceas Planta de huevo Pimiento Tomate c. Hortalizas – Familia de las cucurbitáceas Pepino - Fresco - Para conserva Calabaza, calabaza de invierno Calabaza Zucchini Melón dulce Sandía d. Raíces y tubérculos Remolacha Yuca - Año 1

kc 1

0.7

0.6

0.5 0.6 0.5

0.4 0.5

0.3

Altura del cultivo (m)

kc 2

kc 3

1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.00 1.00

0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 1.00 0.70 0.95

1.05 1.00 1.05 1.00 0.90 1.15 1.05 1.052 1.152 1.00

0.75 1.00 0.80 0.95 0.85 0.80 0.90 0.90 0.70-0.90 0.80

0.4 0.3 0.5 0.3 0.3

1.002 1.00 1.00 0.95 1.05 1.00 1.10 1.05

0.75 0.90 0.80 0.75 0.75 0.75 0.95 0.95

0.3 0.3 0.4 0.3 0.4 0.4

0.803

0.30

1.0

0.3 0.4 0.4 0.3 0.4 0.6 0.3 0.3

0.8 0.7 0.6

0.4

Sigue 57

Microirrigación

- Año 2 Chiviría Papa Papa dulce Nabo Remolacha azucarera e. Legumbres (Familia de leguminosas) Frijol verde Frijol seco (grano) Garbanzo Haba - fresca - seca/semilla Garbanzo Cacahuate Lenteja Chícharo - Fresco - seco/semilla Soya f. Hortalizas perennes (con dormancia en invierno) Alcachofa Espárrago Hierbabuena Fresa g. Cultivos de fibras Algodón Lino Henequén 8 h. Cultivo de oleaginosas Higuerilla Canola Cártamo Ajonjolí Girasol

0.3 0.5

1.10 1.05 1.15 1.15 1.10 1.20 1.15 1.052 1.152 1.00

0.50 0.95 0.754 0.65 0.95 0.705 0.55 0.90 0.35 0.35

1.5 0.4 0.6 0.4 0.6 0.5

0.5 0.5 0.4

1.152 1.152 1.15 1.15 1.10

1.10 0.30 0.35 0.60 0.30

0.8 0.8 0.8 0.4 0.5

0.5

1.152 1.15 1.15 1.00

1.10 0.30 0.50 0.80

0.5 0.5 0.5-1.0

1.00 0.957 1.15 0.85

0.95 0.30 1.10 0.75

0.7 0.2-0.8 0.6-0.8 0.2

0.35 0.4 0.5 0.4

0.5 0.5 0.5 0.60 0.40 0.35

1.15- 0.70-0.50 1.20 1.10 0.25 0.4-0.7 0.4-0.7 0.35 1.15 0.35 1.15 0.55 1.00.35 1.159 1.00.25 9 1.15 1.10 0.25 1.00.35

0.4 0.4 0.4

1.2-1.5 1.2 1.5 0.3 0.6 0.8 1.0 2.0 Sigue

Microirrigación

58

i. Cereales Cebada Avena Trigo de primavera Trigo de invierno - con suelos fríos - con suelo no frío Maíz para grano

0.3

0.4 0.7

Maíz dulce Mijo Sorgo - grano - dulce Arroz j. Forrajes Alfalfa - Efectos de corte promediados - Periodo individual de corte - para semilla Pasto Bermuda - Efectos de corte promediados - Cultivo de primavera para semilla Pasto Clover y Berseem - Efectos de corte promediados - Entre periodos de corte Pasto Rye Grass -Efectos de corte promediados Pasto Sudán (anual) Efectos de corte promediados Periodo individual de corte Grazing Pasture - Rotated Grazing - Extensive Grazing Césped - estación fría 15

1.159 1.15 0.4 1.15 0.25 1.15 0.25 1.15 0.25-0.410 1.15 1.15 1.20 1.15 1.00

1.05

1.001.10 1.20 1.20

0.40 0.9513 0.4014 1.2014 0.40 0.50 0.55 0.35

1.0013 0.90

0.40 0.9013 0.4014 1.1514 0.95

1.05

0.50 0.9014 0.5014 1.1514 0.40

1 1 1

0.25-0.410 0.25-0.410 0.600.3511 1.0512 0.30

1.5 1.5

0.55

1-2

1.05 0.90-0.60

2-4 1

0.90 1.1514 0.50

0.7 0.7 0.7

0.85 0.65

0.35 0.4

0.85 1.1014

0.6 0.6

1.00

0.3

0.85 1.1014

1.2 1.2

1 2

0.85

0.15-0.30

0.30

0.851.05 0.75

0.75

0.10

0.90

0.95

0.95

0.10 Sigue

59

Microirrigación

- estación templada 15 k. Caña de Azúcar l. Frutas y árboles tropicales Banana - Primer año - Segundo año Cacao Café - Suelo desnudo - Con cubierta Palma datilera Palmas Piña 16 - Suelo desnudo - con cubierta de pasto Árbol de hule Tea - sin sombra - sombreado 17 m. Uva y frutos pequeños Berries (bushes) Uva - Uva de mesa - Uva para vino Hops n. Árboles frutales Almendra, sin cobertura vegetal Manzana, cereza y pera 19 - sin cubierta, frio intenso - sin cubierta, frio moderado - con cubierta vegetal, frío intenso - con cubierta vegetal, frío moderado Apricots, Durazno, Stone Fruit 19, 20 - sin cubierta, frío intenso - sin cubierta, frío moderado - con cubierta vegetal, frío intenso - con cubierta vegetal, frío moderado Aguacate, sin cubierta vegetal

0.80 0.40

0.85 1.25

0.85 0.75

0.10 3

0.50 1.00 1.00

1.10 1.20 1.05

1.00 1.10 1.05

3 4 3

0.90 1.05 0.90 0.95

0.95 1.10 0.95 1.00

0.95 1.10 0.95 1.00

2-3 2-3 8 8

0.50 0.50 0.95

0.30 0.50 1.00

0.30 0.50 1.00

0.6-1.2 0.6-1.2 10

0.95 1.10

1.00 1.15

1.00 1.15

1.5 2

0.30

1.05

0.50

1.5

0.30 0.30 0.3

0.85 0.70 1.05

0.45 0.45 0.85

2 1.5-2 5

0.40

0.90

0.6518

5

0.45 0.60 0.50 0.80

0.95 0.95 1.20 1.20

0.7018 0.7518 0.9518 0.8518

4 4 4 4

0.45 0.55 0.50 0.80 0.60

0.90 0.90 1.15 1.15 0.85

0.6518 0.6518 0.9018 0.8518 0.75

3 3 3 3 3 Sigue

Microirrigación

60

Cítricos, sin cubierta vegetal 21 - 70% cobertura del árbol - 50% cobertura del árbol - 20% cobertura del árbol Cítricos, con cubierta vegetal en el suelo 22 - 70% cobertura del árbol - 50% cobertura del árbol - 20% cobertura del árbol Árboles de coníferas Kiwi Olivos (40 a 60% de cobertura) 24 Pistache, sin cubierta vegetal Nogal 19

0.65 0.60 0.45

0.70 0.65 0.50

0.70 0.65 0.55

4 3 2

0.70 0.80 0.85 1.00 0.40 0.65 0.40 0.50

0.75 0.80 0.85 1.00 1.05 0.70 1.10 1.10

0.75 0.80 0.85 1.00 1.05 0.70 0.45 0.6518

4 3 2 10 3 3-5 3-5 4-5

3.1.6. Adecuaciones de ETc para microirrigación Corrección por variación climática (kvc). Cuando la ET0 utilizada equivale al valor medio mensual, debe incrementarse por un coeficiente, pues de otra forma las necesidades calculadas serán también un valor medio, lo que quiere decir que aproximadamente la mitad de los años el valor calculado será insuficiente. Se adopta el criterio de H. Abreu (1997) de aplicar un coeficiente comprendido entre 1.15 y 1.2; mientras el volumen de suelo mojado sea más reducido el coeficiente aumenta. Se puede establecer kvc=1.15 para microaspersión y kvc=1.2 para goteo. Efecto de localización (kl). Se han propuesto numerosos procedimientos que corrigen la ETc por el “efecto de localización”. Para efectos prácticos se puede hacer coincidir la superficie sombreada con la proyección sobre el terreno del perímetro de la cubierta vegetal. π *d2 4 A= (3.6) Ep * Eh Donde: A D Ep Eh

-

Es la fracción de área sombreada, en m2 Es el diámetro de la copa del árbol, en m Espaciamiento entre plantas, en m Espaciamiento de hileras de plantas, en m

En caso de no contar con información suficiente para hacer el cálculo, se puede tomar como un promedio 60% de área sombreada en el caso de frutales y 70% en el caso de hortalizas.

61

Microirrigación

El coeficiente de localización se calcula con la ecuación 3.7. kl = A + 0.5 (1 – A)

(3.7)

La necesidad neta de riego es entonces calculada con la ecuación 3.8. Nn = ETc * kvc * kl

(3.8)

Lámina de Lavado. (LR) El sistema de riego posee dos características importantes, una elevada eficiencia de riego, esto es, entre el 90 y 95% del volumen de agua dotada es almacenada en la profundidad de enraizamiento efectivo del cultivo; y la segunda, las pérdidas por percolación, escurrimiento superficial y por evaporación durante el riego han sido reducidas a un mínimo. La evapotranspiración remueve solamente agua hacia la atmósfera, dejando sales en el suelo y concentrando la solución remanente. Por lo que se hace necesario considerar una fracción de la lámina de riego para lavado de las mismas y alejarlas de la zona de raíces. La estimación de este sobreriego se calcula con la ecuación 3.9. LR =

CEr 2CEe

(3.9)

Donde: LR - Fracción de lavado, adimensional CEr - Conductividad eléctrica del agua de riego, en ds/m CEe - Conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo que no produce reducción en el rendimiento del cultivo, en ds/m. El valor de CEe depende de la tolerancia del cultivo a las sales, valores indicativos se presentan en el cuadro 3.9. La lámina de lavado es sumamente importante en regiones áridas en donde la lluvia no arrastra las sales hacia abajo de la zona de raíces. Se considera también que en zonas cultivadas donde existen estaciones del año con lluvia abundante, no será necesario lixiviar las sales del agua de riego, ya que la lluvia que cae con frecuencia se encarga de hacerlo. En los casos de no considerar lámina de lavado se debe incorporar la eficiencia de aplicación que en promedio se toma como 90% para microaspersión y 95% para goteo.

Microirrigación

62

Cuadro 3.9

Valores de conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo que no producen reducción en el rendimiento de los cultivos

Cultivo Cultivos Extensivos Cebada Algodón Remolacha azucarera Trigo Cártamo Soya Sorgo Arroz Cacahuate Habas Maíz Lino Hortalizas Remolacha Brócoli Melón Tomate Espinaca Pepino Col Maíz Dulce Papa Pimiento, chile Lechuga Rábano Cebolla Zanahoria Frijol

CE (ds/m) 8.0 7.7 7.0 6.0 5.3 5.0 4.0 3.0 3.2 1.6 1.7 1.7

4.0 2.8 2.2 2.5 2.0 2.5 1.8 1.7 1.7 1.5 1.3 1.2 1.2 1.0 1.0

Cultivo Frutales Palma datilera Granada Higo Olivo Vid Pomelo Pera Manzano Naranja Limonero Nogal Durazno Ciruelo Almendro Zarzamora Aguacate Frambuesa Fresa Forrajes Pasto Bermuda Cebada heno Pasto Sudán Alfalfa Maíz forrajero Cola de zorra Trébol

CE (ds/m) 4.0 2.7 2.7 2.7 1.5 1.8 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.5 1.5 1.5 1.3 1.0 1.0

6.9 6.0 2.8 2.0 1.8 1.5 1.5

En el caso de no disponer de un análisis detallado del agua de riego se puede tomar como un promedio de CEr 0.3 ds/m, lo que representa un agua de salinidad media. Uniformidad de Emisión (EU). Los emisores de una instalación arrojan caudales que no son exactamente iguales entre sí, lo que ocasiona que los cultivos reciban dosis de riego diferentes. Para efectos de diseño se establece la condición de que la parte del terreno que menos agua reciba, reciba como mínimo una cierta fracción de la dosis media. La necesidad se ve afectada por el factor 1/EU.

63

Microirrigación

Se impone la condición de que la parte menos regada reciba una dosis del 90% de la media, esto es, EU=0.90. Este factor será muy importante para el diseño hidráulico. En el cuadro 3.10 se anotan los rangos recomendados para EU según Keller-Bliesner 1990, de acuerdo con el tipo de sistema de riego y la topografía. Cuadro 3.10 Rangos recomendados para la Uniformidad de Emisión Tipo de emisor puntual puntual puntual puntual microasp microasp cinta riego cinta riego

Emisores por planta >= 3 = 3 2%

Necesidades totales: Para el cálculo de la necesidad total se incluyen los dos últimos factores mencionados y se determina con la ecuación 3.10. Nt =

Nn (1 − LR )( EU )

(3.10)

o con la ecuación 3.11 cuando no se considera la lámina de lavado. Nt =

Nn ( Ea)( EU )

(3.11)

Donde: Nt - Necesidad total, en mm/día Nn - Necesidad neta, en mm/día LR - Fracción de lavado, adimensional Ea - Eficiencia de aplicación, adimensional EU - Uniformidad de emisión, adimensional La necesidad total de riego también se puede expresar como litros por día por planta, para lo cual solo hay que multiplicar la Nt de las ecuaciones 3.10 o 3.11 por el marco de plantación.

64

Microirrigación

Lluvia efectiva (Pe). La precipitación efectiva es definida como la porción de precipitación, la cual se utiliza para satisfacer los requerimientos de agua de un cultivo. Una manera simple de estimar este valor es a través del método del Servicio de Conservación de Suelos de los Estados Unidos que se utiliza en el programa CropWat de FAO y el cual consiste en calcularla con la ecuación 3.12 o 3.13. P (125 − 0.2 P ) 125

Si P250 mm por periodo

Pe = 125 + 0.1P

(3.12) (3.13)

Donde: P Pe -

Precipitación media mensual (mm) Precipitación efectiva (mm)

Existen otros métodos que emplean parámetros adicionales y que deberían dar mejor confiabilidad en los cálculos, pero debido a lo aleatorio del fenómeno no mejora la confiabilidad del resultado. Aún más, en riego localizado, dada la alta frecuencia del riego que a veces es diaria, es muy improbable que siempre ocurra una lluvia en el intervalo entre dos riegos, por lo que para efectos del diseño agronómico de sistemas de microirrigación, la precipitación efectiva no se considera para establecer el uso consuntivo máximo de un cultivo. Para efectos de manejo y programación de riego si es necesario incluir este concepto. 3.1.7. Ejemplo Se tiene un cultivo de cítricos adulto en la región de Cd. Victoria, Tamps. para el cual se hará el cálculo de las necesidades de agua. Cultivo: Espaciamiento: Diámetro de la copa del árbol: Localidad Coordenadas: Altitud: Condiciones de viento Conductividad eléctrica del agua Sistema de riego

Cítricos 6*4m 4m Cd. Victoria, Tamps. 23.4° N, 99.8° W 320 msnm Velocidad de moderada a media (aprox. 220 km/día) 400 micromhos/cm (0.4 mmhos/cm) Microaspersión

65

Microirrigación

Cuadro 3.10a Información de clima de Cd. Victoria, Tamps. Temperatura Temperatura Temperatura Precipitación Humedad Evaporación Horas de sol mínima (ºC) máxima (ºC) media (ºC) (mm) Relativa (%) (mm) por día Enero 5.0 30.2 17.4 23.4 75.0 56.0 6.1 Febrero 9.4 36.5 18.4 17.3 71.0 75.0 7.6 Marzo 12.7 39.5 21.3 24.5 70.0 237.0 4.1 Abril 13.0 41.2 26.0 50.2 68.0 154.0 6.8 Mayo 21.6 41.5 27.6 114.4 69.0 190.0 7.5 Junio 21.9 39.0 29.1 143.3 74.0 174.0 8.4 Julio 20.2 40.5 29.0 83.3 57.0 231.0 9.8 Agosto 19.4 39.0 29.4 142.7 73.0 185.0 7.6 Septiembre 15.8 40.2 27.4 205.0 70.0 136.0 8.0 Octubre 6.5 37.1 27.4 92.4 84.0 90.0 6.1 Noviembre 9.1 32.2 19.0 21.8 82.0 71.0 4.6 Diciembre 4.8 27.0 17.6 20.9 82.0 116.0 4.6 S/M 13.3 37.0 24.1 939.2 72.9 1,715.0 81.2 Mes

a) Estimación de uso consuntivo por el método del tanque tipo A La estación meteorológica está ubicada en una superficie de pasto y alejada más de 1,000 m del área de cultivo; la zona tiene una humedad relativa promedio mayor a 70% y una velocidad de viento de 2.5 m/s; con esta información, del cuadro 3.1, el coeficiente del tanque KTan es 0.80. Por otro lado los valores de kc se obtienen del cuadro 3.5 y los resultados se presentan a continuación. Cuadro 3.10b. Uso consuntivo, método del tanque tipo A. Mes Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Suma

Evaporación (mm) 56.0 75.0 237.0 154.0 190.0 174.0 231.0 185.0 136.0 90.0 71.0 116.0 1,715.0

Ktan

kc

0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80

0.65 0.67 0.69 0.70 0.71 0.72 0.72 0.71 0.70 0.68 0.67 0.65

UC mes (mm) 29.12 40.20 130.82 86.24 107.92 100.22 133.06 105.08 76.16 48.96 38.06 60.32 956.2

b) Estimación de uso consuntivo por el método de Blanney-Criddle

Microirrigación

66

UC día (mm) 0.94 1.44 4.22 2.87 3.48 3.34 4.29 3.39 2.54 1.58 1.27 1.95

Cuadro 3.10c. Uso consuntivo, método de Blanney-Crddle Estimaciónde de la la evapotranspiración evapotranspiración por Blanney-Criddle Estimación porelelMétodo Métododede Blanney-Criddle UBICACIÓN: CULTIVO: CICLO:

MES

Cd. Victoria, Tamps Cítricos Todo el año

Duración

Temp

Latitud: Longitud: Altura snm

23.4 ° 98.8 ° 320 m

T+17.8/21.8

P%

f

Kt

fKt

Kc

ET'

ETc (mm)

Días/mes ET/Día (mm)ET Acu (mm)

Enero

1.0

17.4

1.61

7.60

12.27

0.78

9.59

0.65

6.23

57.1

31

1.8

57.1

Febrero

1.0

18.4

1.66

6.92

11.49

0.81

9.34

0.67

6.26

57.3

28

2.0

114.4

Marzo

1.0

21.3

1.79

8.40

15.06

0.90

13.60

0.69

9.39

85.9

31

2.8

200.3

Abril

1.0

26.0

2.01

8.60

17.28

1.05

18.14

0.70

12.70

116.3

30

3.9

316.6

Mayo

1.0

27.6

2.08

9.30

19.36

1.10

21.28

0.71

15.11

138.3

31

4.5

454.9

Junio

1.0

29.1

2.15

9.19

19.77

1.15

22.65

0.72

16.31

149.3

30

5.0

604.3

Julio

1.0

29.0

2.15

9.40

20.18

1.14

23.06

0.72

16.60

152.0

31

4.9

756.3

Agosto

1.0

29.4

2.17

9.04

19.58

1.16

22.62

0.71

16.06

147.1

31

4.7

903.3

Septiembre

1.0

27.4

2.07

8.29

17.20

1.09

18.80

0.70

13.16

120.5

30

4.0

1,023.8

Octubre

1.0

27.4

2.07

8.08

16.76

1.09

18.31

0.68

12.45

114.0

31

3.7

1,137.8

Noviembre

1.0

19.0

1.69

7.43

12.54

0.83

10.43

0.67

6.99

64.0

30

2.1

1,201.8

Diciembre

1.0

17.6

1.62

7.49

12.16

0.79

9.58

0.65

6.23

57.0

31

1.8

1,258.8

137.48

1,258.8

193.67 Nota: la evapotranspiración está en mm. La evapotranspiración máxima es KG = K' = ET'/F K'' = KG/K'

5.0 mm / día

0.65 0.7099 0.9156

Como parte integrante de este Manual, se anexa el archivo en Excel de esta hoja electrónica para facilitar su aplicación.

67

Microirrigación

c) Estimación de Uso Consuntivo por el Método de Penman-Monteith Se captura la información de localización y clima en el software CropWat mediante la pantalla de la figura 3.6.

Fig. 3.6. Pantalla de captura de información de clima

Microirrigación

68

La información correspondiente al cultivo de citricos, que se presenta en los cuadros 3.7 y 3.8 se captura de la pantalla de la figura 3.7, con sus respectivas adecuaciones a la zona bajo estudio.

Fig. 3.7. Pantalla de captura de información de cultivo

69

Microirrigación

El resultado del proceso de captura de todos estos datos es el uso consuntivo del cultivo de cítricos que se presenta en la pantalla de la figura 3.8.

Fig. 3.8. Pantalla de resultados de requerimiento de agua del cultivo El valor de evapotranspiración máxima por día calculada por este método asciende a 4.8 mm/día (143.85/30), respecto de 5.0 mm/día con Blanney-Criddle y 4.3 mm/día con el tanque de evaporación. Dependiendo de la disponibilidad de información se selecciona uno u otro método de cálculo. Si se dispone de información suficiente, en definitiva se recomienda usar el método de FAO más reciente. d) Adecuaciones de la ETc para usarse con microirrigación Se tomará como base de adecuación el valor obtenido con el Método de Penman Monteith de 4.8 mm/día, considerando que es el mismo procedimiento para el valor obtenido con cualquier otro método. •

Corrección por variación climática Para sistema de microaspersión se toma kvc=1.15

Microirrigación

70

•

Coeficiente de localización El área sombreada por el cultivo se calcula con el diámetro de la copa del árbol y el marco de plantación, aplicando la ecuación 3.6 se tiene: π * 42 A = 4 = 0.523 4*6

Aplicando la ecuación 3.7 se obtiene el kl kl = 0.523 + 0.5 (1-0.523) = 0.76 Finalmente con la ecuación 3.8 se obtiene Nn Nn = 4.8 * 1.15 *0.76 = 4.19 mm/día •

Necesidad de lavado. Del cuadro 3.9 se toma el valor de la CEe que no provoca reducción en el rendimiento del cultivo de cítricos, el cual es de 1.7 ds/m (1 ds/m = 1 mmhos/cm), por lo tanto, aplicando la ecuación 3.9, la fracción de lavado resulta de: LR =

0.4 = 0.118 2(1.7)

•

Considerando un clima árido, una profundidad de raíz de entre 0.75 y 1.5 m y una textura media, la eficiencia de aplicación es del orden de 0.95 (cuadro 2.9).

•

Asumiendo que la descarga de agua es puntual, para un terreno plano, la uniformidad de emisión que se considerará en el diseño del sistema de riego es de 95% (cuadro 3.10), por lo que la necesidad total de agua aplicando la ecuación 3.10 es: Nt =

4.19 = 5.0mm / día (0.882)(0.95)

La cantidad de agua por árbol durante los días de máxima demanda es de 5.0*6*4 = 120 litros por planta por día. Para facilitar el uso de esta rutina se anexa un archivo de Excel con este procedimiento.

71

Microirrigación

e) Determinación de los parámetros agronómicos del riego Propiedades hidráulicas del suelo. La información indispensable respecto a estas propiedades son la Capacidad de Campo y el Punto de Marchitez Permanente para poder conocer el contenido de agua disponible que se almacenará en el suelo para consumo del cultivo y en función del requerimiento de agua del cultivo, estimar el intervalo de riego máximo. Para estimar las propiedades hidráulicas de este suelo (figura 3.9) se usa el modelo de K.E. Saxton et. al. (1986), el cual las estima en función de la textura (porcentaje de arena y arcilla). Las relaciones a las que se hará referencia son: CH SAT = 0.332 − 7.25 x10 4 Ar + 0.1276 log Ac

(3.14)

1

CH CC

 0.3333  B =   A 

(3.15)

1

CH PMP

 15  B =   A

(3.16)

Ha = CH CC − CH PMP

Ib = e

(3.17)

4 2   12.012 − 0.0755 Ar + −3.895 + 0.367 Ar − 0.1103 Ac +8.7546 x10 Ac  CH SAT 

A = e ( −4.396−0.0715 Ac− 4.88 x10

−4

Ar 2 − 4.285 x10 −5 Ar 2 Ac )

B = −3.14 − 0.00222 Ac 2 − 3.484 x10 −5 Ar 2 Ac Donde: CHSAT CHcc

-

CHPMP

-

HA Ib Ar Ac AyB

-

Microirrigación

   

(3.18) (3.19) (3.20)

Contenido volumétrico de humedad a saturación, en cm3/cm3 Contenido volumétrico de humedad a Capacidad de Campo, en cm3/cm3 Contenido volumétrico de humedad a Punto de Marchitez Permanente, en cm3/cm3 Humedad fácilmente disponible, en cm3/cm3 Infiltración básica, cm/h Porcentaje de arena Porcentaje de arcilla Coeficientes auxiliares.

72

Fig. 3.9. Determinación de las propiedades hidráulicas del suelo Por ejemplo, para un suelo con 43% de arena y 27% de arcilla las propiedades estimadas con las ecuaciones 3.14 a 3.20 son: Capacidad de Campo (CC) Punto de Marchitez Permanente Punto de Saturación Infiltración básica Agua fácilmente disponible (HA)

28 cm/m 16 cm/m 48 cm/m 4.2 mm/hora 12 cm/m

Para determinar la capacidad de almacenamiento es necesario conocer la profundidad efectiva de raíces de los cultivos o la profundidad de suelo (Pr), la que sea menor. Intervalo de riego máximo. Para establecer este valor se toma en cuenta la humedad aprovechable, la profundidad radicular del cultivo, el porcentaje de agotamiento máximo permisible (MAD) y las necesidades netas de agua. I=

HA * Pr* MAD Nn

(3.21)

En este caso para el cultivo de cítricos se asume una profundidad de raíces de 1.0 m y valor de MAD de 0.4, por lo que aplicando la ecuación 3.21 se tiene: I=

120 * 1.0 * 0.4 = 11.45 4.19

El intervalo de riego máximo será de 11 días. A partir de aquí se harán los ajustes correspondientes de acuerdo a condiciones de manejo del riego que sean prácticas y aplicables a la región donde se realice el proyecto. Adicionalmente, cuando se maneja riego

73

Microirrigación

por goteo se acostumbra tener un intervalo de riego entre 1 y 3 días y para microasperisón entre 3 y 6 días. Selección de emisores. El tipo de emisor que se debe emplear en un sistema de riego localizado, está definido por una serie de factores que se deben evaluar conjuntamente para lograr un buen resultado final en lo que se refiere al aprovechamiento del agua aplicada (eficiencia), los más importantes son: Tipo de suelo (texturas finas, medias o gruesas) Diseño de plantación (marco de plantación tradicional, alta densidad o cultivo hilerado) Descarga nominal del emisor Presión nominal de operación del emisor Relación descarga-presión del emisor El diámetro de mojado de un solo emisor El patrón de humedecimiento de un emisor y de un grupo de emisores Espaciamiento y posición de los emisores a lo largo y entre los laterales Velocidad de aplicación del emisor y su relación con la velocidad de infiltración del suelo Facilidad de limpieza De los factores anteriores, el diámetro de mojado es determinante, por ello se han llevado a cabo algunas investigaciones para generar recomendaciones generales sobre el mojado que produce un gotero como la que se presenta en el cuadro 3.11, para usarse en el diseño de los sistemas de riego por goteo. Cuadro 3.11. Diámetro mojado por un emisor de 4 l/h

Profundidad de raíces y textura del suelo Profundidad = 0.80 m Gruesa Media Fina Profundidad = 1.70 m Gruesa Media Fina

Grados de estratificación del suelo Homogéneo Estratificado En capas Diámetro de mojado (m) 0.5 1.0 1.0

0.8 1.25 1.7

1.1 1.7 2.0

0.8 1.25 1.7

1.5 2.25 2.0

2.0 3.0 2.5

También se pueden usar algunos modelos empíricos para estimar el diámetro de mojado de un gotero, como los que se presentan en la figura 3.10, donde q/e es el caudal del emisor en l/h graficados en el eje x.

Microirrigación

74

Suelo arcilloso

Fig. 3.10. Modelos para estimar diámetro de humedecimiento de goteros Porcentaje de suelo mojado (PSM). En un sistema de riego localizado la superficie mojada debe ser cuando menos la tercera parte y como máximo las dos terceras partes del área activa de raíces. Esto es, 0.33 < PSM < 0.67. Tiendo al límite inferior en riego por goteo y al límite máximo en microaspersión. Para lograr este porcentaje de suelo mojado, lo más aconsejable es realizar una prueba de campo y así definir el número de emisores requeridos por planta. Para esto, hay que tener una idea del tipo de emisor y el caudal aproximado que se va a utilizar. Después de realizar varios ciclos de humedecimiento con los emisores de prueba, se excava el terreno y se determina el área y la profundidad que está mojando ese emisor. Es aconsejable probar emisores de distinto caudal para determinar el más adecuado para las condiciones particulares de suelo existentes. La estimación del porcentaje de suelo mojado se realiza con la ecuación 3.22:

75

Microirrigación

PSM =

0.785Dm 2 Nes 100 SpSh

(3.22)

Donde: PSM Dm Ne Sp Sh

-

Porcentaje de suelo mojado Diámetro de humedecimiento del emisor, en m Número de emisores por planta, adimensional Separación entre plantas, en m Separación entre hileras de plantas, en m

En el cuadro 3.12, se presenta el tipo y número de emisores más utilizados en México, considerando los sistemas productivos y las condiciones particulares de suelos existentes más comunes. Cuadro 3.12. Tipos de emisores en distintas especies agrícolas Cultivo Manzanas y Peras Durazno Almendros Nogal Vid para vino Vid de mesa Cítricos

Hortalizas

Aguacate, Mango

Tipo emisor Goteo Microaspersor Goteo Goteo

Observaciones Una o dos laterales por hilera de planta con goteros Un microaspersor por planta o cada dos plantas. Una o dos laterales por hilera de planta con goteros Dos laterales por hilera de planta con goteros de 4 l/h a 1 m sobre la hilera Goteo Cuatro líneas por hilera de planta con goteros de 4 l/h a 0.8-1.0 m Goteo Un lateral por hilera de planta con gotero de 2 ó 4 l/h a 1 m sobre la hilera. Goteo Un lateral por hilera de planta con gotero de 4 l/h a 1 m sobre hilera. Goteo Uno o dos laterales por hilera de planta con goteros de 2-4 l/h a 1 m sobre la hilera. Microaspersor A lo menos 1 microaspersor por planta. Goteo Un lateral por hilera de planta con gotero de 1-2 l/h a 0.30.5 m sobre la hilera. Cinta Una o dos cintas por cama con emisores a cada 20 cm. Goteo 10-15 goteros en círculo por árbol de 4 l/h Microaspersor Un microaspersor por árbol

Microirrigación

76

Como valor inicial para proponer la cantidad o tamaño de emisores, se puede partir de la intensidad horaria (caudal de emisor(es)/marco de plantación por PSH), algunas recomendaciones se dan en el cuadro 3.13. Cuadro 3.13 Intensidad horaria para sistemas de microirrigación Cultivo Sistema Intensidad horaria Vid Goteo 1.0 mm/hora Cítricos Goteo 0.5 – 0.6 mm/hora Manzano Aguacate Mango Nogal Goteo 1.0 mm/hora Frutales Microaspersión 1.0–1.5 mm/hora Banano Microaspersor 2.5–3.0 mm/hora Hortalizas Cinta 4.0 l/h/m, 3.0 l/h/m Con esta información se obtendrá el caudal por emisor (qe) y número de emisores (Ne) por planta para satisfacer la condición de porcentaje de suelo mojado (PSM). Se deben tener en cuenta algunas consideraciones adicionales: El sistema diseñado debe tener la capacidad de suministrar el agua del periodo de máxima demanda en el 90% del tiempo disponible de riego, sin exceder de 22 horas de operación por día. De acuerdo con los datos procesados hasta el momento, se calculan los parámetros agronómicos del riego. Caudal mínimo para regar la superficie del proyecto, dado por la ecuación: Qmin =

10( Sup )( Nt ) TR (3.6)

(3.23)

Donde: Qmin Sup Nt TR

-

Caudal mínimo del Sistema de riego, en l/s Superficie a regar, en ha Necesidad total de agua, en mm Tiempo de riego por día, en h

Intensidad horaria de riego Ih =

qe Ep * Eh

(3.24)

Donde: Ih qe

- Intensidad horaria, en mm/h - Caudal del emisor, en l/h 77

Microirrigación

Ep Eh

- Espaciamiento entre plantas, en m - Espaciamiento entre hileras de plantas, en m

Tiempo de riego por día Este tiempo, es el tiempo de trabajo de los emisores para satisfacer la necesidad de agua del día de máxima demanda, se determina con la expresión siguiente: TRd =

Nt qe

(3.25)

Donde: TRd

- Tiempo de riego por día en horas

Se plantea el resumen completo del diseño agronómico en la página 160 donde se aplica todo lo que se ha expuesto hasta aquí. 3.2. Diseño geométrico Básicamente consiste en decidir dónde se colocarán los emisores; después se establece la dirección y longitud de los laterales y los distribuidores; finalmente se hace el trazo de las líneas de conducción. En esta etapa, influye mucho la experiencia e imaginación del proyectista. El costo total del sistema de riego, tanto de adquisición como en operación, tiene una gran dependencia de la propuesta de disposición que se haga del mismo. Entonces, dada la gran importancia que tiene esta etapa en el proyecto de un sistema de riego a presión, se dan a continuación algunas sugerencias generales sobre el particular. Disposición de líneas laterales •

En la medida de lo posible, las líneas laterales deben ser instaladas perpendicularmente a la dirección de máxima pendiente del terreno, con la finalidad de disminuir la variación de presión en los emisores.

•

La dirección de las hileras de plantas en un cultivo, muchas veces determina la dirección de las líneas laterales debido a economía de mano de obra y facilidades de movimiento de maquinaria y equipo en la parcela.

•

Para cultivos de ciclo corto, como hortalizas, normalmente se coloca una línea lateral por una o por dos hileras de cultivo, con emisores espaciados de tal manera que se genere una faja mojada continua (figura 3.11).

•

Para árboles frutales, normalmente se emplea una (microaspersión y goteo puntual) o dos líneas laterales (goteo puntual) por hilera de árboles o una línea lateral con cola de

Microirrigación

78

cochino, en zig-zag o emisores con salidas múltiples por hilera de árboles (goteo puntual) (figura 3.12 y 3.13).

Fig. 3.11. Una línea lateral por hilera de plantas, con cinta y con goteo puntual

Fig. 3.12. Disposición de emisores en cultivos arbóreos

Fig. 3.13. Número de emisores por árbol 79

Microirrigación

El uso correcto del número de emisores reduce las pérdidas por filtración profunda aumentando la eficiencia de aplicación del agua. Disposición de sistemas de riego por microirrigación •

Siempre que sea viable, el cabezal de control debe ser instalado de modo que la longitud de la línea principal sea la menor posible y, en la parte más elevada del terreno, de modo que exista la menor variación de presión en la entrada de las líneas laterales. • La longitud de las líneas laterales y de las tuberías terciarias (secundarias) está limitada por las dimensiones de la parcela y por la pérdida de carga permisible en cada una de ellas. En la figura 3.14, se presentan algunas configuraciones típicas de sistemas de riego por microirrigación.

Fig. 3.14. Configuraciones de sistemas de riego por microirrigación.

Microirrigación

80

3.3. Diseño hidráulico 3.3.1. Hidráulica de emisores Cualquiera que sea el tipo de emisor, excepto las cintas de exudación, existe una relación entre el caudal emitido y la presión de operación, denominada ecuación del emisor. q e = Ah X

(3.26)

Donde: qe

- Caudal del emisor

A

- Coeficiente de descarga

x

- Exponente de descarga

h

- Presión a la entrada del emisor

Se han desarrollado varios tipos de emisores que han evolucionado de los de flujo laminar a los de flujo turbulento, vortex y autocompensado para disminuir la sensibilidad de los emisores a la variación de presión. En el cuadro 3.14 se muestran algunos valores del exponente de descarga. Cuadro 3.14. Valor del exponente x, según el tipo de emisor Tipo de emisor De régimen laminar Régimen turbulento (orificio, laberinto) Vortex Autocompensado Teórico perfectamente compensado

Exponente 1.0 0.5 0.4 0.0-0.3 0.0

Para poder realizar adecuadamente el diseño de un sistema de riego, es necesario contar con toda la información acerca del funcionamiento hidráulico de los emisores. Se detallan a continuación los coeficientes necesarios (cuadro 3.15 a 3.18) para poder efectuar el análisis hidráulico apropiado al momento de realizar el diseño. Cada compañía fabricante de emisores debe poner a disposición del proyectista la información técnica respectiva.

81

Microirrigación

Cuadro 3.15. Gotero en línea Netafim. Para inserción en tubo de polietileno de 12 y 16 mm. Diám (mm)

qnom (l/h)

hnom (mca)

Coef. A

12 12 12 16 16 16

1.0 2.0 4.0 2.0 4.0 8.0

10 10 10 10 10 10

0.337 0.659 1.265 0.659 1.265 2.264

Exponente x 0.495 0.503 0.500 0.503 0.500 0.500

Diám int. tubo 10.1 10.1 10.1 13.2 13.2 13.2

Cuadro 3.16. Goteros botón Plastro. Sellados, desmontables y autocompensados Emisor

qnom (l/h)

hnom (mca)

Coef. A

Exponente x

Tuftif Café 2 l/h Negro 4 l/h Verde 8 l/h Rojo 11 l/h

2 4 8 11

10 10 10 10

0.6150 1.3643 2.7257 4.3329

0.539 0.478 0.465 0.414

Violeta 16 l/h

2 4 8 16

10 10 10 10

0.634 1.394 2.530 5.100

0.484 0.460 0.480 0.514

Supertif Café 2.2 l/h Negro 4 l/h Verde 8 l/h Rojo 12 l/h

2.2 4 8 12

6-35 6-35 6-35 6-35

2.200 3.900 7.900 11.200

0.000 0.000 0.000 0.000

2.3 2.8 3.7 8.4

8-30 8-30 8-30 8-30

2.250 2.800 3.700 8.400

0.000 0.000 0.000 0.000

Otif Café 2 l/h Negro 4 l/h Verde 8 l/h

Katif Negro 2.3l/h

Café 2.8l/h Rojo 3.7l/h Verde 8.4l/h

Microirrigación

82

Cuadro 3.17. Goteros Integrados en tubo de polietileno Plastro-Plásticos Rex No autocompensados y auto-compensados. Emisor

qnom (l/h)

hnom (mca)

Coef. A

Exponente x

Diám. int. tubo

1 2 3

10 10 10

0.3270 0.7426 1.0593

0.4733 0.4705 0.4540

10.4 10.4 10.4

16/25/2 16/35/1.6 16/35/2 16/35/4 16/35/10 16/40/1.6 16/40/2 16/40/4 16/40/10 16/45/1.6 16/45/2 16/45/4 16/45/10

2 1.6 2 4 10 1.6 2 4 10 1.6 2 4 10

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

0.7616 0.5770 0.6920 1.2748 3.3483 0.5318 0.6749 1.3071 3.2938 0.4889 0.7119 1.3089 2.9919

0.4621 0.4900 0.5020 0.5077 0.5047 0.4797 0.4850 0.4766 0.5010 0.4920 0.4510 0.4605 0.5011

13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8 13.8

20/35/2 20/35/2.5 20/35/3 20/35/4 20/40/2 20/40/2.5 20/40/3 20/40/4 20/45/2 20/45/3

2 2.5 3 4 2 2.5 3 4 2 3

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

0.6970 0.8430 1.0211 1.4900 0.6715 0.7790 0.9790 1.3120 0.7031 0.9797

0.5180 0.5110 0.5000 0.4983 0.5220 0.5180 0.5000 0.5290 0.4860 0.4880

17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6

Hydrodrip 16/18/1.7 16/18/2.3 16/18/3.6 16/25/1.7

1.7 2.3 3.6 1.8

10 10 10 10

0.5653 0.7620 1.2155 0.5701

0.4888 0.4867 0.4809 0.5078

15.2 15.2 15.2 15.2

Hydrogol* 12/25/1 12/25/2 12/25/3

83

Microirrigación

Emisor

qnom (l/h)

hnom (mca)

Coef. A 0.7747 1.1972

Exponente x 0.4970 0.4956

Diám. int. tubo 15.2 15.2

16/25/2.3 16/25/3.6

2.3 3.6

10 10

20/18/1.7 20/18/2.3 20/18/3.6 20/25/1.7 20/25/2.3 20/25/3.6

1.7 2.3 3.6 1.8 2.3 3.6

10 10 10 10 10 10

0.5415 0.7708 1.1546 0.5889 0.7797 1.2074

0.4993 0.4787 0.4929 0.5221 0.5280 0.5187

17.6 17.6 17.6 17.6 17.6 17.6

25/18/1.7 25/18/2.3 25/18/3.6

1.7 2.3 3.6

10 10 10

0.5653 0.7620 1.2155

0.4888 0.4867 0.4809

22.2 22.2 22.2

HydroPC** 16/1.2 l/h 16/1.6 l/h 16/2.2 l/h 17/1.6 l/h 17/2.2 l/h 17/3.0 l/h 17/3.6 l/h 20/1.6 l/h 20/2.2 l/h 20/3.0 l/h 20/3.6 l/h

1.2 1.6 2.2 1.6 2.2 3.0 3.6 1.6 2.2 3.0 3.6

8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35 8-35

1.200 1.600 2.250 1.600 2.250 3.100 3.600 1.600 2.250 3.100 3.600

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

13.8 13.8 13.8 15.3 15.3 15.3 15.3 17.6 17.6 17.6 17.6

*El nombre del emisor está compuesto por el diámetro, calibre de la manguera en milésimas de pulgada y el caudal nominal en l/h ** Coeficientes válidos para los calibres 35, 40 y 45 mil

Microirrigación

84

Cuadro 3.18. Microaspersores con dispersor giratorio y estático Diám boq (mm)

qnom (l/h)

hnom (mca)

Coef. A

Exponente x

Celeste, 0.75

30 40 51 64 75 102 132 174 205 254 298

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

7.0165 11.600 12.7864 14.3470 15.7554 24.2567 30.0681 35.6470 49.9256 58.6621 57.1814

0.4850 0.4132 0.4587 0.4920 0.5157 0.4845 0.4984 0.5290 0.4847 0.4972 0.5578

Negro,0.85 Azul, 1.0 Azul m, 1.1 Verde 1.2 Rojo, 1.4 Blanco, 1.6 Violeta, 1.8 Amarillo, 2.0 Café, 2.2 Naranja, 2.4

Adicionalmente a los parámetros anotados en el cuadro 3.19, es necesario conocer el diámetro de mojado. Hay diferentes dispersores que se colocan en el microaspersor y dependiendo del mismo es la cobertura de mojado. Cuadro 3.19. Radio de mojado de los microaspersores, según el tipo de dispersor Diámetro Presión Caudal Radio de mojado con diferentes dispersores (m) boq. φ(mm)

Atm.

(l/h) Negro *

Violeta *

Verde **

Azul **

o

90 *

o

2*30o *

1.0

2.0

2.0

180

*

Celeste

1.5

25

2.0

2.0

3.7

2.6

0.75

2.0 2.5 1.5

30 33 35

2.2 2.2 3.0

2.0 2.0 2.0

3.7 4.0 4.0

2.6 2.6 3.5

0.85

2.0 2.5 3.0

40 43 47

3.0 3.0 3.0

2.2 2.3 2.3

4.3 4.3 4.3

3.5 3.5 3.5

1.1 1.2

2.3 2.4

2.2 2.3

Azul

1.5

44

3.3

2.3

4.0

3.5

1.1

2.4

2.2

1.0

2.0 2.5 3.0

51 56 61

3.3 3.8 3.8

2.3 2.5 2.5

4.3 4.3 4.5

3.8 3.8 3.8

1.2 1.5

2.5 2.6

2.3 2.5

Negro

Sigue 85

Microirrigación

Azul obs

1.5

55

3.5

2.5

4.0

3.5

1.3

2.6

2.2

1.1

2.0 2.5 3.0

63 70 77

3.5 3.5 3.5

2.6 2.7 2.5

4.3 4.3 4.3

3.8 3.8 3.8

1.4 1.6

2.7 2.8

2.3 2.5

Verde

1.5

64

4.3

2.5

4.8

4.0

1.5

2.8

2.2

1.2

2.0 2.5 3.0

74 83 91

4.3 4.3 4.3

2.8 2.8 2.8

4.8 5 4.8

4.0 4.0 4.0

1.6 1.9

2.9 2.9

2.3 2.5

Rojo

1.5

90

4.3

3.5

5.0

4.0

2.0

3.0

2.5

1.4

2.0 2.5 3.0

104 115 126

4.5 4.5 4.5

3.8 3.8 3.8

5.3 5.3 5.3

4.3 4.3 4.3

2.0 2.1

3.1 3.1

2.6 2.7

Blanco

1.5

116

4.5

3.5

5.3

4.3

2.3

3.4

2.5

1.6

2.0 2.5 3.0

134 150 164

4.5 4.5 4.5

3.8 4.0 4.0

5.5 5.5 5.5

4.5 4.5 4.5

2.4 2.4

3.5 3.5

2.5 2.7

Violeta

1.5

149

4.5

4.0

5.5

4.5

2.4

3.6

2.6

1.8

2.0 2.5 3.0

174 196 216

5.0 5.0 5.3

4.0 4.0 4.0

5.8 5.8 5.8

4.8 4.8 4.8

2.6 2.7

3.7 3.9

2.7 2.8

Amarillo

1.5

186

5.3

4.0

5.5

4.8

2.6

3.8

2.7

2.0

2.0 2.5 3.0

213 238 260

5.5 5.5 5.8

4.3 4.3 4.3

5.8 5.8 5.8

4.8 5 4.8

2.8 2.9

3.9 4.1

3.0 3.0

Café

1.5

226

5.5

4.3

5.8

4.8

2.8

3.9

2.8

2.2

2.0 2.5 3.0

260 291 318

5.8 5.8 6

4.5 4.8 4.8

5.8 5.8 5.8

4.8 5 4.8

3.0 3.1

4.2 4.6

3.1 3.2

Naranja

1.5

259

5.5

4.5

5.5

4.8

3.1

4.0

3.0

2.4

2.0 2.5 3.0

304 344 381

5.8 5.8 6

4.8 4.8 4.8

5.8 5.8 5.5

4.8 5 5

3.3 3.4

4.6 5.1

3.2 3.3

Los dos primeros dispersores son con el microaspersor en posición hacia arriba a una altura de 25 cm, los dos siguientes con el microaspersor en posición invertida a 2 m de altura y los tres finales son dispersores estáticos con patrón de mojado sectorial. Para el microjet, el radio de mojado es el que se presenta en el cuadro 3.20.

Microirrigación

86

Cuadro 3.20. Radio de mojado para microjet Boquilla Presión Caudal Ø(mm)

(Atm)

Radio de mojado

(l/h)

(m) 360

Negro

1.5

35

2.2

0.85

2.0 2.5 3.0

40 43 47

2.3 2.5 2.5

Azul

1.5

44

2.6

1.0

2.0 2.5 3.0

51 56 61

2.7 2.8 2.8

Azul obs

1.5

55

2.8

1.1

2.0 2.5 3.0

63 70 77

2.9 3.0 3.1

Verde

1.5

64

3.3

1.2

2.0 2.5 3.0

74 83 91

3.5 3.6 3.9

Rojo

1.5

90

4.1

1.4

2.0 2.5 3.0

104 115 126

4.3 4.6 4.9

300

180

2.4

2.4

2.8

2.9

3.2

3.5

3.4

3.8

4.3

4.5

En el cuadro 3.21. se presentan los parámetros para microaspersores autocompensados. Cuadro 3.21. Microaspersores autocompensados hnom Coef. A Exponente qnom (l/h) (mca) x

20 30 41 53 70 95

15-35 15-35 15-35 15-35 15-35 15-35

20.000 30.800 41.800 51.900 71.300 95.000

0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 87

Diam mojado

Diam mojado

Diam mojado

2.3 2.8 3.0 3.3 3.5 3.6

1.6 2.0 2.0 2.2 2.8 3.0

1.8 2.1 2.2 2.6 3.0 3.1

Microirrigación

Cuando se trabaja con microaspersores es necesario calcular la pérdida de carga que se genera en el tubito de alimentación. Hay diferentes diámetros que se usan comúnmente. En el cuadro 3.22, se anotan las pérdidas de carga a diferentes caudales y diámetros. Cuadro 3.22. Pérdida de carga en el tubín de alimentación de los microaspersores, según diámetro del tubín y caudal, en m. Diam. (mm)

Caudal del emisor (litros por hora)

Ext/Int 5/3 7/4 8/5.4 12/9.8

10 0.1 0.0 0.0 0.0

20 0.5 0.1 0.0 0.0

40 1.6 0.4 0.1 0.0

60 3.3 0.8 0.2 0.0

80 5.5 1.4 0.3 0.0

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

320

340

360

380

400

8.1

11.1

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

2.1

2.8

3.7

4.7

5.8

6.9

8.2

*

*

*

*

*

*

*

*

*

0.5

0.7

0.9

1.1

1.4

1.7

2.0

2.3

2.6

3.0

3.4

3.8

4.2

4.7

5.1

5.6

0.0

0.0

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

* Velocidad excesiva +5 m/s

Los parámetros de la cinta de riego se presentan en el cuadro 3.23. Cuadro 3.23. Parámetros para el diseño de sistemas con Cinta de Riego Cinta hnom Coef. A Exponent Diam int. qnom (l/h) ex (mca) tubo

Espac. Común

Eurodrip 1.3

1.0

8

0.35

0.54

16.1

0.3048

Hydrolite .5 Hydrolite .8

0.5 0.8

8 8

0.1557 0.2630

0.5233 0.5064

16.0 16.0

0.15 y 0.3 0.15 y 0.3

Chapin 0.5 Chapin 0.25

1.15 0.6

7 7

0.4112 0.1929

0.5276 0.5614

15.9 15.9

0.3048 0.3048

Streamline Streamline

1.05 1.6

8.5 8.5

0.373 0.568

0.45 0.45

16.0 16.0

0.30 0.40

Swiss Drip

1.3

8

0.30

Un tercer parámetro fundamental de los emisores, es su uniformidad de fabricación. Para caracterizar la uniformidad de un grupo de emisores se ha establecido el Coeficiente de Variación (CV) que relaciona la desviación estándar respecto del caudal medio de una muestra. La norma ISO establece dos categorías de emisores:

Categoría A Categoría B

Microirrigación

CV 2%) u ondulado

EU para zonas áridas * 90 a 95% 85 a 90%

Emisores espaciados menos de 4 m en Uniforme Terreno en pendiente u Cultivos permanentes o Ondulado Semipermanentes

85 a 90%

Tuberías emisoras en cultivos Anuales hortícolas o de escarda

80 a 90% 70 a 85%

Uniforme Pendiente u ondulados

80 a 90%

*Todos los valores dados se reducirán en un 10% cuando se trate de zonas húmedas.

Hn

Hm

H a=h l (h n ) s

ha Tubería Secundaria Válvula

hn Late ral

qa qn

Tubería Principal

Fig. 3.17. Distribución de presiones en un bloque de riego

Microirrigación

94

qn s

La ecuación de EU es:  1.27CV EU = 1001 −  Ne 

q  n   qa

(3.38)

Donde: EU CV Ne qn qa

-

Uniformidad de emisión, en % Coeficiente de variación, adimensional Número de emisores por planta, adimensional Caudal mínimo, en l/h Caudal medio, en l/h

Despejando qn, se obtiene:

q

n

=

EU q

a

 1.27CV 1001 −  Ne 

(3.39)

   

Dada la ecuación general de descarga q = Ah

X

(3.40)

se puede obtener q    = ha  Aa   

1/ X

(h n)

y

S

q  =  n  A  

1/ X

(3.41)

donde los subíndices a y n significan medio y mínimo y (hn)s es la presión mínima en el bloque de riego. La máxima diferencia de presiones aceptada en el bloque de riego, ∆hs, en relación EU elegida, se puede expresar como:

∆h

s

=M*

[h − (h ) ] a

n s

(3.42)

donde M es la relación entre la diferencia de presión máxima y mínima en el bloque y la diferencia entre la media y la mínima presión. M depende de la topografía y del número de diámetros que se utilice en el terciario o lateral. Su valor varía entre 2 y 4.5 pero se recomienda usar 2.5 en esta fase del cálculo.

95

Microirrigación

La pérdida de carga aceptable, ∆hs, debe repartirse entre la línea lateral y la tubería terciaria, y para terrenos de poca pendiente se puede permitir 50% (1/2∆hs) de pérdida de carga en cada una.

(∆h) = (∆H m ) = 12 ∆h a

a

(3.43)

s

3.3.4. Diseño de líneas laterales El lateral es la tubería que lleva los emisores y por lo tanto, desde el punto de vista hidráulico, se comporta como una tubería con salidas múltiples. Normalmente es de Polietileno (PE) de 12, 16, 20 ó 25 mm de diámetro. En la sección anterior se explicó cómo obtener la diferencia de presión aceptable en el lateral (∆h)a y en la tubería terciaria (∆hm)a para lograr una adecuada distribución del agua. Ésta sección se centrará en el diseño de las líneas laterales, es decir longitud y diámetro adecuado, y determinación de otras características como: caudal y presión de entrada, localización y espaciamiento de la tubería terciaria y diferencias de presión dentro de la línea lateral. Las líneas laterales pueden ser pareadas (figura 3.18), es decir que la tubería terciaria se ubica en algún punto intermedio de la línea lateral, o simples (figura 3.19), que se extienden en una sola dirección desde la tubería terciaria. h f2 h f1 hm Sección l La ter a

hn l La ter a

ra ma l

1

Later al ramal 1

ra ma l

2

ter ciaria

ter ciaria Later al ramal 2

Planta

X

l

Fig. 3.18. Esquema de líneas laterales pareadas

Microirrigación

96

hf hl

i

ha hu

hn

terciaria

d

L

l at e r al

Fig. 3.19. Esquema de una línea lateral simple Por razones económicas, en terrenos con pendientes menores al 3% es recomendable que las líneas laterales sean pareadas hasta x/L=0.75, mientras que en terrenos con pendientes más fuertes pueden ser de tipo simple. a) Líneas laterales simples, alimentadas por un extremo Las líneas laterales alimentadas por un extremo son aquellos que salen hacia un solo lado de la tubería terciaria. El planteamiento general del problema se presenta en la figura 3.17. Las variables consideradas son pendiente i, definida positiva cuando el agua sube y negativa en caso contrario. También se define presión inicial (hl), presión final (hu), presión media (ha), y presión mínima (hn). Esta última se produce donde la curva de presión es tangente al terreno, como se observa en la figura 3.19. El desnivel queda definido como: d = L *i

(3.44)

Donde: L i -

largo del lateral en m pendiente en m/m

El caudal del lateral ql se determina como:

97

Microirrigación

q

l

= n*q = a

L

S

*q e

a

(3.45)

Las pérdidas de carga se obtienen como se explicó anteriormente, incluyendo las pérdidas de carga localizadas y el factor de salidas múltiples. Se tienen así que la carga de presión inicial de la línea lateral esta dada por:

h =h l

a

1 + 0.741h f + d 2

(3.46)

El factor 0.741 se obtiene a partir de considerar el uso de la ecuación de Hazen-Williams y desarrollar las fórmulas para encontrar en qué punto se encuentra el caudal y presión media. En general, entre el emisor de caudal medio y el final se pierde 26% de la hf. Desde el principio al emisor de caudal medio se pierde 74% de la hf. Adicionalmente el emisor de caudal medio se encuentra a 62% del final de la línea lateral y a 38% del principio de la misma. La carga de presión mínima esta dada por la ecuación:

h = h − (h n

l

f

)

+ d − ∆ hc

(3.47)

y por lo tanto, la diferencia de presión máxima es :

∆h

=

h −h l

n

(3.48)

Donde: hl ha hf d hn hu ∆hc -

Presión a la entrada del lateral, en m Presión media, en m Pérdida de carga en el lateral, en m Desnivel, en m Presión mínima en el lateral, en m Presión al final del lateral, en m Diferencia de presión entre el punto de presión mínima y el final cerrado, en m ∆h - Diferencia de presión desde el origen hasta el punto de presión mínima, en m

Hay tres situaciones diferentes en el cálculo de las líneas laterales, relacionadas con la topografía del terreno. Caso 1: i ≥ 0 En este caso el agua fluye horizontalmente o sube (figura 3.20).

Microirrigación

98

hf

hf

hl

hl ha

hu =hn

hn = hn

d

L

Fig. 3.20. Esquema de laterales horizontales y con pendiente positiva La presión al inicio del lateral se calcula como:

h =h l

a

+ 0.741 h f +

1 d 2

(3.49)

Presión mínima y presión final

h

n

= hu = hl − h f − d

(3.50)

Diferencia de presiones desde el origen al punto de presión mínima ∆h = h f + d

(3.51)

En este caso se debe asegurar que se cumpla la relación siguiente: ∆h ≤

(∆h)

a

(3.52)

Caso 2: Pendiente i < 0 y | i | < hf/L En este caso el agua baja y la pendiente i es débil en relación a la pérdida de carga unitaria, por lo que la compensa sólo parcialmente (figura 3.21)

99

Microirrigación

hf hl

hn hu

Fig. 3.21.

Esquema de laterales con pendiente negativa débil en relación a la pérdida de carga unitaria

Presión de entrada

h =h l

a

+ 0.741 h f +

1 d 2

(3.53)

Presión mínima:

h = h − t' h n

l

(3.54)

f

Presión al final del lateral:

h =h −h u

l

f

−d

(3.55)

Diferencia de presiones desde el origen al punto de presión mínima. ∆h = t ' h f donde t’ se obtiene del cuadro 3.28. Cuadro 3.28. Valores de coeficientes para laterales alimentados por un extremo d/hf 0.0 - 0.1 - 0.2 - 0.3 - 0.4 - 0.5 - 0.6 - 0.7 - 0.8 - 0.9 - 1.0 - 1.1 - 1.2 - 1.3

Microirrigación

t’ 1.0 0.91 0.83 0.75 0.68 0.62 0.56 0.50 0.45 0.40 0.36 0.31 0.28 0.24

d/hf - 1.4 - 1.5 - 1.6 - 1.7 - 1.8 - 1.9 - 2.0 - 2.1 - 2.2 - 2.3 - 2.4 - 2.5 - 2.6 - 2.75

100

t’ 0.21 0.17 0.15 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.03 0.02 0.01 0.005 0.002 0.00

(3.56)

En este caso, también se requiere que se cumpla la condición: ∆h ≤

(∆h)

(3.57)

a

Caso 3: Pendiente i < 0 y | i | ≥ hf/L En este caso el agua baja y la pendiente i es más fuerte que la pérdida de carga unitaria, por lo que la presión máxima ocurre al final del lateral y la mínima al inicio (figura 3.22). hf

hl = hn

hu

Fig. 3.22.

Esquema de laterales con pendiente negativa fuerte en relación a la pérdida de carga unitaria

Presión de entrada:

h =h l

a

1 d 2

+ 0.741 h f +

(3.58)

Diferencia de presiones desde el origen al punto de presión mínima: ∆h = 0

(3.59)

Diferencia de presiones desde el punto de presión mínima al final: ∆ hc = −

(h

f

+d

)

(3.60)

Presión mínima:

h =h n

(3.61)

l

Presión al final del lateral:

h =h −h u

l

f

−d

(3.62)

En este caso se debe asegurar que:

∆h

C

≤

(∆h)

101

a

(3.63)

Microirrigación

Un resumen de fórmulas para el caso de líneas laterales alimentadas por un extremo, se presenta en el cuadro 3.29. Cuadro 3.29. Fórmulas para el cálculo de líneas laterales alimentadas por un extremo Caso 1. i ≥ 0

Caso 2. i < 0 y | i | < hf/L hf

Caso 3. i < 0 y | i | > hf/L h hl = hn

hl hl

hu =hn

hn h d

Presión a la entrada del lateral 1 hl = ha + 0.741h f + 2 d Presión al final del lateral hu = hl − h f − d Presión mínima del lateral hn = hl − h f − d

h =h l

a

+ 0.741 h f +

h =h −h u

l

f

h = h − t' h n

l

1 d 2

h =h l

a

+ 0.741 h f +

−d

h =h −h

f

h =h

Criterio para comparar vs la pérdida de carga permisible ∆h = t ' h f < hf lateral perm. ∆h = h f + d < hf lateral perm.

u

n

l

1 d 2

f

−d

f

+ d < hf lat. perm.

l

∆ hc = −

(h

)

Se anexa un archivo en Excel para hacer el análisis simplificado de líneas regantes de acuerdo con estas fórmulas. b) Laterales alimentados por un punto intermedio Esta disposición de laterales es conveniente en terrenos planos, con menos de 3% de pendiente. En líneas laterales que son alimentados en un punto intermedio (figura 3.18) se debe determinar la ubicación óptima de la tubería terciaria, de forma que partiendo desde un punto común, las presiones mínimas en ambas ramas de la línea lateral sean iguales. Si la pendiente es cero la ubicación será el centro y si existe pendiente, la posición de la tubería terciaria se desplaza hacia la parte más alta para igualar las diferencias de presiones hacia ambos lados. El diseño consiste en calcular las presiones de entrada y mínima, que cumplan con la condición de pérdida de carga aceptable en el bloque de riego. Ello se puede hacer por tanteo, a través de los siguientes pasos:

Microirrigación

102

Elegir el diámetro del lateral y calcular hft, que es la pérdida de carga de la tubería de longitud , número de emisores y caudal igual a la suma de ambas ramas. Calcular el desnivel, considerando el flujo hacia arriba, es decir i positivo y d positivo. Calcular

h −h m

n

= t * h ft

(3.64)

donde t se obtiene del cuadro 3.30, en función de d/hft Cuadro 3.30. Valores de coeficientes para laterales alimentados por un punto intermedio d/hft 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.75

x/l 0.50 0.55 0.60 0.65 0.69 0.72 0.75 0.79 0.81 0.83 0.85 0.87 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

m 0.11 0.12 0.13 0.16 0.20 0.23 0.26 0.31 0.34 0.37 0.41 0.45 0.48 0.53 0.55 0.57 0.59 0.62 0.64 0.67 0.70 0.70 0.72 0.72 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

t 0.149 0.148 0.154 0.165 0.169 0.165 0.163 0.173 0.163 0.154 0.146 0.138 0.132 0.126 0.111 0.097 0.084 0.072 0.062 0.052 0.043 0.029 0.022 0.012 0.007 0.001 0.001 0.001 0.001

103

Microirrigación

Comprobar que se cumple la condición:

h −h m

≤

n

(∆h)

(3.65)

a

Si esto no se cumple se debe aumentar el diámetro de la línea lateral. Si se cumple la condición anterior, se puede calcular el valor de x (distancia de la tubería terciaria al extremo más bajo), haciendo uso del cuadro 3.30. El punto de ubicación de la tubería terciaria se desplazará ligeramente si es necesario, para no coincidir con los cultivos (no más de ¾ del espaciamiento del cultivo si es hacia arriba y no mas de ¼ cuando es hacia abajo). Calcular la presión inicial hm de las ramas de la línea lateral, con la expresión:

h

m

x  = ha + m h ft −  − 0.5  d l 

(3.66)

Donde: ha - presión del gotero medio m - factor en función de d/hft, obtenido del cuadro 3.30. Se calcula la presión mínima hn, común a ambas ramas con la ecuación:

h = h −t h n

m

(3.67)

ft

donde t se obtiene del cuadro 3.30. 3.3.5. Diseño de tuberías terciarias Para el cálculo de la tubería terciaria se asume que la presión inicial hl, calculada para la línea lateral, corresponde a la presión media Ha de la tubería terciaria. A partir de Ha se determina la presión de entrada a la tubería terciaria, Hm y la presión mínima en la tubería terciaria, Hn. La condición que se debe cumplir es

H

Microirrigación

m

−Hn ≤

104

(∆H m)

a

(3.68)

a) Tubería terciaria con diámetro constante En esta situación el cálculo de la tubería terciaria es similar al del lateral. También se considera la recomendación de la entrada del agua por un extremo o un punto central de la tubería terciaria en relación a la pendiente del terreno. Si la inclinación es menor al 3%, probablemente es más económico usar tuberías terciarias con dos ramas, con la entrada ubicada en un punto entre el centro y el extremo más alto. En caso contrario la tubería terciaria puede ser del tipo simple, con entrada de agua por un extremo. Para la determinación del diámetro usando la ecuación de Hazen-Williams se emplea la expresión:  1.22 x10 6 FQ 1.852 L   D=   h f  

1

4.87

(3.69)

b) Tubería terciaria telescopiadas (con más de un diámetro) En muchas circunstancias tiene ventajas utilizar secundarias telescopiadas, esto es, con varios diámetros decrecientes con la mayor dimensión al comienzo y menor conforme avanza al final. Las ventajas de esta secundaria es la reducción de costo y la posibilidad de adaptar mejor las pérdidas de carga a las ganancias de presión en terrenos desnivelados y en terrenos planos hacer más uniforme la pérdida de carga disponible. Se establece que la tubería terciaria descansa sobre pendiente uniforme y alimenta a un número de líneas laterales equidistantes y del mismo caudal. La figura 3.23 muestra la línea piezométrica (LP) para una tubería terciaria telescopiada. La pendiente S de la LP es constante y positiva, por ejemplo, se desliza hacia abajo desde la entrada de la tubería terciaria hasta su final. La pendiente S de la LP debe ser seleccionada por medio del criterio establecido referente a la diferencia de presión permisible.

Fig. 3.23.

Línea piezométrica en la tubería terciaria 105

Microirrigación

La LP es el resultado de la unión de los segmentos de LP de las tuberías para cada uno de los diámetros Di. La ordenada de LP a una distancia l del final de la tubería terciaria, para una tubería de diámetro Di se calcula como: Haciendo: C1 = K (Q / L) m Di − n 1/ m S    1   m +1 Hl =   C1l + mS     m + 1    C1  

(3.70)

(3.71)

Donde: Hl - Ordenada de LP a la distancia l del final de la tubería terciaria, en m C1 - Una constante para un diámetro dado de tubería S - Pendiente de la línea piezométrica, adimensional L - Longitud de la tubería terciaria, en m Q - Caudal de la tubería terciaria, en l/s Di - Diámetro interior, en mm K, m, n - Coeficientes de la fórmula de pérdida de carga, para la fórmula de Hazen-Williams K=1.22x106, m=1.852 y n=4.87 Esta línea tiene la propiedad de que descansa sobre la línea S de pendiente media de LP y es tangencial a ella en ese punto. El punto de tangencia se puede calcular para una tubería de diámetro Di como sigue: Haciendo C 2 = ( S / K )1 / m ( L / Q ) y a=n/m

(3.72)

Las dos líneas se cortarán en el punto l del final. Este punto está localizado donde los dos diámetros de las tuberías se unen y se puede calcular como: 1

l (1− 2 )

 m( D a − D1 a  m +1 =  − n2 −n   D1 − D2 

(3.73)

Ejemplo: Con la aplicación de las fórmulas anteriores se calcula una tubería terciaria con un caudal a la entrada de 20 l/s, longitud de 200 m y una pérdida de carga permisible de 2 m. El resultado obtenido con las distancias medidas desde el final de la tubería terciaria en donde hay cambio de diámetro. El proyectista decide cuántos diámetros utiliza a partir del máximo obtenido. Generalmente se usan 3 diámetros para hacer una tubería terciaria económica.

Microirrigación

106

Cálculo de Tubería Secundaria Caudal del bloque: Pérdida de carga perm: Longitud:

Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro

1: 2: 3: 4: 5: 6:

20 lps 2m 200 m

Nominal 32 50 75 100 160 200

Longitud de tubo 160 mm Longitud de tubo 100 mm Longitud de tubo 75 mm

Interno 39.2 56.5 84.9 109.9 155.4 194.2

x 10.431774 28.604833 70.200802 153.49568 329.89172

Parámetros de Ec. de HW K= 1220000 m= 1.852 n= 4.87 S C2 a=

0.01 0.00043024 2.62958963

46.5 m 83.3 m 70.2 m

3.3.6. Válvulas de seccionamiento La válvula es un elemento muy importante en los sistemas de microirrigación, aparte de la función básica de abrir-cerrar el paso de agua hacia el bloque de riego desde la tubería principal, se usan para regular la presión al inicio del mismo. Los cálculos de uniformidad están basados en el bloque de riego, pero varios bloques de riego trabajarán juntos para formar una sección de riego y dichos bloques estarán en ubicaciones diferentes tanto en planimetría como en altimetría. Por lo anterior, a la entrada de la válvula tendrán presiones diferentes a la diseñada hacia arriba y/o hacia abajo, modificando la cantidad de agua entregada por los emisores que originalmente se proyectó. Se tratarán dos maneras de controlar la presión al inicio del bloque de riego. a) Con válvulas manuales y un manómetro aguas abajo b) Con válvulas hidráulicas reguladoras de presión En el primer caso se instala una válvula manual de compuerta, globo, mariposa, etc y se modifica su apertura para generar la pérdida de carga necesaria, de manera que se obtenga la presión adecuada aguas abajo de ella midiéndola con un manómetro que se instala permanentemente o sólo cuando se está modificando la apertura de la válvula con una toma de presión y un manómetro portátil.

107

Microirrigación

En la figura 3.24 se ejemplifica la forma de instalar las válvulas en la cabecera del bloque de riego.

Fig. 3.24. Válvulas se seccionamiento Las dimensiones de las válvulas están en función del caudal que demanda el bloque de riego y la pérdida de carga admisible en la válvula. La mayoría de fabricantes de válvulas proporcionan el factor Kv de la válvula, que es el término dado al factor de flujo de una válvula. Es definido como el caudal que circula por este elemento, el cual, genera una pérdida de carga unitaria dada por la fórmula: Q hx =    kv 

2

(3.74)

de donde , el caudal que genera una pérdida de carga dada es: Q = k v hx

(3.75)

kv, en este manual se utiliza con el caudal expresado en l/s y hx en m. Para válvulas angulares de la marca Plasson, los valores de kv se presentan en el cuadro 3.31 y además se proporciona el gráfico de la pérdida de carga en la figura 3.25. en la función del caudal (m3/hr) Cuadro 3.31. Valor de kv para válvulas angulares Diámetro 19 25 32 38 50

Microirrigación

108

Kv 0.93 1.96 2.64 3.93 6.21

Rango recomendado de funcionamiento

Fig. 3.25. Pérdida de carga en válvulas de ángulo Generalmente este tipo de válvulas se dimensionan para que con el caudal de funcionamiento se tenga una pérdida de presión entre 1.0 y 2.0 m. 109

Microirrigación

Las válvulas de mariposa (figura 3.26) se usan para bloques que requieren mayor caudal en donde las válvulas plásticas quedan limitadas por su tamaño. También se usa el concepto de kv para seleccionar el tamaño requerido (cuadro 3.32).

Fig. 3.26. Válvula de mariposa Cuadro 3.32. Valores de kv para válvulas de mariposa marca Bray, a diferentes ángulos de apertura

3" 4" 6" 8" 10" 12"

10° 0.05 0.09 0.17 0.31 0.50 0.74

20° 0.38 0.67 1.40 2.52 4.00 5.83

30° 0.83 1.50 3.09 5.80 9.20 13.36

40° 1.47 2.62 5.40 10.15 16.05 23.33

50° 2.43 4.33 8.94 16.98 26.87 39.05

60° 3.92 6.99 14.43 27.28 43.16 62.69

70° 6.90 12.25 25.33 46.02 72.82 105.78

80° 11.60 21.55 44.54 80.90 128.06 185.96

90° 16.43 30.49 66.25 123.44 195.90 287.79

Para efectos de instalación es necesario conocer la cantidad y tamaño de tornillos que se usan para colocar esta válvula entre dos bridas. En el caso de las válvulas hidráulicas, estas son elementos muy utilizados en redes hidráulicas y ahora en los sistemas de riego localizados. Su simplicidad constructiva, unida a su carácter multifuncional resuelven un buen número de problemas que se presentan en estas instalaciones. Las aplicaciones más comunes son apertura-cierre, reguladoras de presión en los bloques de riego, sostenedoras de presión en los cabezales del sistema, de control remoto, etc. Funcionan gracias a la propia presión de agua en la red. La presión mínima para que funcionen es de aproximadamente 10 m.

Microirrigación

110

En la figura 3.27 se presenta el funcionamiento básico de una válvula hidráulica.

Válvula cerrada

Válvula abierta

Fig. 3.27. Funcionamiento básico de una válvula hidráulica. En el bloque de riego la válvula hidráulica se configura como reguladora de presión, incluyendo en la instalación un minipiloto que responde a las variaciones de presión entre aguas arriba y aguas abajo de la válvula. De esta manera no importa que la presión aguas arriba de la misma sea alta. Se tendrá una presión controlada aguas abajo de la misma. El funcionamiento se ejemplifica la figura 3.28.

Fig. 3.28. Cuatro casos de funcionamiento de la válvula hidráulica como reguladora de presión

111

Microirrigación

1. La presión aguas abajo excede el nivel ajustado en el piloto, causando que haya paso de agua de la toma aguas arriba, pasando por el minipiloto, hacia la cámara de control. Esto causa que la válvula se cierre parcialmente, reduciendo la presión aguas abajo. 2. La presión aguas abajo es menor que el nivel ajustado en el piloto, causando que el agua de la cámara de control salga hacia la atmósfera. Esto permite que la válvula se abra parcialmente, aumentando la presión aguas abajo. 3. La presión aguas arriba es igual o menor que el nivel ajustado en el minipiloto. Esto causa que todo el volumen de agua de la cámara de control sea expulsada a la atmósfera, permitiendo que la válvula se abra totalmente. 4. La presión aguas abajo está en el nivel requerido causando que todos los puertos del minipiloto estén cerrados. No hay paso de agua de aguas arriba a la cámara, ni de ésta a la atmósfera en tanto que la presión permanezca en este nivel. Es altamente recomendable la instalación de este tipo de configuración de válvulas para garantizar el adecuado funcionamiento de los bloques de riego, tal como se diseñaron para que la uniformidad y el caudal de los emisores estén en los parámetros de cálculo realizados. En situaciones donde se requieren reducciones grandes de presión hay que tomar en cuenta los efectos de cavitación. Si la relación de presión aguas arriba con aguas abajo es mayor de 3:1 es necesario utilizar válvulas de bronce y aún cuando se usen éstas, es necesario evitar relaciones de presión mayores de 5:1. En el cuadro 3.33 y en las figuras 3.29, 3.30 y 3.31 se presentan las características de funcionamiento de estas válvulas. Cuadro 3.33. Válvulas hidráulicas Dorot Válvula Mod 75 1.5" Mod 75 2" Mod 96 3" Mod 96 4" Mod 96 6" Mod 47 6" Mod 47 8" Mod 47 10" Mod 47 12"

Área (cm2) 12.57 19.63 50.27 78.54 176.71 176.71 314.16 490.87 706.53

Microirrigación

kv 5.01 6.15 12.80 17.64 44.90 52.70 70.27 109.80 166.90

Q mín (l/s) 0.03 0.14 5.56 8.33 13.89 13.89 16.67 22.22 27.77

112

Q máx Vol. Cámara Q. recom. (l/s) (l/s) (l) 7.1 8.33 0.04 8.7 11.11 0.04 18.1 22.2 0.40 25.0 30.55 0.40 63.5 77.77 0.80 64.5 91.27 1.50 86.0 121.71 3.50 134.5 190.18 6.50 204.4 289.08 7.00

Fig. 3.29. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, modelo 75

Fig. 3.30. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, modelos 95 y 96

Fig. 3.31. Pérdida de carga en válvulas hidráulicas, varios tamaños 113

Microirrigación

3.3.7. Diseño de tubería principal Una vez que se han diseñado todos los bloques de riego, ya se conoce la necesidad de presión y caudal en cada uno de ellos. Posteriormente se agrupan para conformar las secciones de riego de acuerdo con el caudal disponible y el tiempo de riego disponible por día que se hallan definido. a) Trazo de la red El primer paso en el diseño de la red es su trazado, el cual normalmente queda condicionado a obstáculos físicos como caminos, cercas, marco de plantación del cultivo, límites del predio, etc. Para lograr un buen trazo de la red es importante que se sigan en términos generales las recomendaciones que se presentan a continuación: • •

• •

•

La conducción debe trazarse de forma que en todos sus tramos el avance del agua la aleje lo más rápido posible del cabezal. El transporte desde el cabezal al destino final es más barato mientras más directamente se haga. El avance del agua debe realizarse preferentemente desde las zonas topográficamente más altas hacia las más bajas. Con ello se consigue que la pérdida de carga de la red se compense con la ganancia de presión por el desnivel abaratando la red y equilibrando las presiones. La derivación de ramales locales desde la arteria principal debe realizarse ortogonalmente. Deben localizarse las partes de la zona de riego con mayor exigencia de carga hidráulica. Hacia ellas habrá de ser orientada alguna de los trayectos principales de conducción de manera que se transporte el agua hasta estas zonas con la mínima pérdida posible. El primer índice de calidad del trazo es la propia estética de la planta de la red de conducción.

b) Dimensionamiento de la red Los criterios principales para dimensionar la red de conducción son: Método de la pérdida de carga unitaria. Consiste en seleccionar los diámetros de las tuberías estableciendo un límite de manera que las pérdidas no excedan una pérdida de carga por unidad de longitud. Se menciona 1 psi por cada 100 ft, también 2 m por cada 100 m, que son prácticamente proporcionales. La recomendación para tuberías de conducción es que este valor esté entre 1.5 y 2.0 m de pérdida por cada 100 m. Método de la velocidad permisible. La velocidad del agua en la tubería debe estar comprendida entre 0.6 y 3.0 m/s. Velocidades inferiores a este rango significan tuberías

Microirrigación

114

muy grandes y caras, y se favorece la formación de sedimentos. Por otra parte, a velocidades superiores a 3.0 m/s se producen pérdidas de carga demasiado altas y se ocasiona un desgaste interno de la tubería reduciendo su duración. Dentro de los límites de velocidades mencionados se encuentra el óptimo que minimiza los costos, por lo cual se recomienda usar el criterio de velocidad que esté entre 1.5 y 2.0 m/s. Método del porcentaje. Este método consiste en seleccionar tuberías de tal manera que las pérdidas de carga no sobrepasen del 10% al 20% de la presión de entrada a un bloque de riego. Este procedimiento da tuberías de diámetros grandes, con el consecuente encarecimiento de la red. Método de comparación de costos. Para este método se obtienen los costos fijos anuales, es decir, el costo de las tuberías anualizados, para lo que se requiere conocer la vida útil de éstas. Por otro lado, se obtiene el costo de la energía en un año. Estos datos se obtienen para varios diámetros y se selecciona aquél que minimice la suma de ambos costos. El método recomendado aquí es el de la velocidad permisible. En general se obtienen redes económicas y el procedimiento resulta cómodo para utilizarse. Sin embargo, es importante el criterio del diseñador para adecuarlo a las condiciones particulares del proyecto. Si se tiene un terreno donde los desniveles permitan tener mayores velocidades para compensar la ganancia de presión por desnivel obviamente hay que compensar esta ganancia. En diámetros de 6” a 14” se puede usar un método combinado, esto es, tener una pérdida de carga unitaria no mayor a 1.5 m por cada 100 m de longitud, pero que no exceda de 2.0 m/s de velocidad. Por ejemplo para tuberías de PVC en clase 5 este criterio se traduce a los caudales anotados en el cuadro 3.34. Cuadro 3.34. Criterios para dimensionar las tuberías de la red principal diam Diam. Int nom (mm) 3" 84.5 4" 108.7 6" 154.4 8" 193.0 10" 241.2 12" 303.8 14" 342.6

Q recom (l/s) 6.2 12.1 30.5 54.8 91.4 145.0 184.4

Vel (m/s)

hf/100 m

1.1 1.3 1.6 1.9 2.0 2.0 2.0

1.5 1.5 1.5 1.5 1.3 1.0 0.9

c) Características generales de las tuberías Las tuberías de plástico más comunes usadas en los sistemas de riego por microirrigación son las fabricadas con Policloruro de vinilo (PVC) y Polietileno (PE). Existen varias normas para la fabricación de estas tuberías, por ejemplo: serie inglesa IPS (Iron Pipe Size), serie métrica (el diámetro nominal corresponde al diámetro exterior), serie PIP (Plastic Irrigation Pipe), etc. Pueden ser con unión cementada o espiga-campana.

115

Microirrigación

La nomenclatura de la tubería métrica está dada por clases, que corresponden a la presión nominal de trabajo, por ejemplo clase 5, clase 7, etc. En tubos de la serie inglesa y PIP la nomenclatura es a través de la relación de dimensiones, RD, que se define como la relación del diámetro exterior con respecto del espesor de pared. En estas tuberías la expresión que relaciona el diámetro, espesor y la presión de operación es: De e= (3.76) 2(σ / Pn) + 1 Donde: E - Espesor de pared del tubo, en mm De - Diámetro exterior, en mm σ - Esfuerzo tangencial de trabajo a 20°C . Para PVC 140 Pn - Presión de trabajo kg/cm2 La densidad de la tubería obtenida es de aproximadamente de 1.4 gr/cm3 para PVC y de 0.95 gr/cm3 para PE. Las especificaciones dimensionales de la tubería métrica de PVC se anotan en el cuadro 3.35 según la norma de fabricación mexicana NMX-E-143-1998-SCFI. La longitud de los tubos es de 6.0 m. Cuadro 3.35. Tubería de PVC, serie métrica Diámetro Diám

CLASE

exterior

5

7

10

14

nom

Tipo

Tol

(Dn)

(De)

(+)

D int

D int

D int

D int

100

100

0.3

96.4

95

93

90.4

160

160

0.5

154.4

152.2

149

144.8

200

200

0.6

193

190.2

186.2

181

250

250

0.8

241.2

237.8

232.8

226.2

315

315

0.9

303.8

299.6

293.2

285

355

355

1.1

342.6

337.6

330.6

321.2

400

400

1.2

386

380.4

372.4

362

450

450

1.4

434.2

428

419

407.2

500

500

1.5

482.4

475.6

465.6

452.4

630

630

1.9

607.8

599.2

586.6

570

Microirrigación

116

Las especificaciones dimensionales de la tubería inglesa de PVC se anotan en el cuadro 3.36 según la norma de fabricación mexicana NMX-E-145-1998-SCFI. La longitud de cada tubo es de 6.0 m. Cuadro 3.36. Tubería de PVC, serie inglesa RD Diam nom (Dn) 13 19 25 32 38 50 60 75 100 150 200 250 300

64

41

32.5

26

21

17

13.5

Diám ext Diám int Diám int Diám int. Diám int. Diám int. Diám int. Diám int. 21.3 18.1 26.7 23.7 23.7 23.5 22.7 33.4 30.4 30.2 29.4 28.4 42.2 39.0 38.2 37.2 36.0 48.3 45.3 44.5 43.7 42.7 41.1 60.3 57.3 56.7 55.7 54.5 53.1 51.3 73.0 69.4 68.6 67.4 66.0 64.4 88.9 85.9 84.5 83.5 82.1 80.5 78.5 114.3 110.7 108.7 107.3 105.5 103.5 100.9 168.3 163.1 160.1 158.1 155.3 152.3 148.5 219.1 212.3 208.5 205.7 202.3 198.3 193.3 273.1 264.5 259.7 256.3 252.1 247.1 240.9 323.9 313.7 308.1 303.9 299.1 293.1 285.7

Al momento de hacer el recuento de longitud total de tuberías es necesario descontar la longitud de la bocina o campana por cada tramo (cuadro 3.37).

117

Microirrigación

Cuadro 3.37. Longitud de campana o bocina, según el diámetro de la tubería Diám nom (inglés)

Long. Campana

Diám nom. (métrico)

Long. Campana

Diám nom Long bocina (inglés)

mm

mm

mm

mm

mm

mm

38

76

100

96

13

25

50

81

160

115

19

32

60

89

200

126

25

38

75

94

250

143

32

44

100

105

315

160

38

51

150

130

355

205

50

57

200

142

400

210

60

64

250

163

450

210

75

83

300

178

500

210

100

102

630

245

150

152

200

152

250

191

300

216

Adicionalmente en el proyecto de riego es necesario dar las especificaciones de la excavación que se requiere para las tuberías que se van a instalar. Se anexa croquis de dimensiones de zanja según diámetro de tuberías (figura 3.32).

Fig. 3.32. Especificaciones para excavaciones Un último elemento en la red de tuberías principales son los atraques, cuyas dimensiones y forma dependen del diámetro de la tubería y su ubicación dentro de la red.

Microirrigación

118

3.3.8. Válvulas de admisión-expulsión de aire También llamadas válvulas de aire o ventosas, es un implemento de gran importancia para mantener un control adecuado del aire dentro de los sistemas de riego presurizados, que debe tanto evacuar como ingresar aire al sistema en el momento adecuado. Estas válvulas deben instalarse en el cabezal de riego así como en la línea principal, aguas abajo de válvulas de seccionamiento en especial cuando es goteo enterrado y al final de las tuberías (figura 3.33).

Fig. 3.33. Ubicación de válvulas de aire en un bloque de riego A continuación se enumeran las causas por las que existe aire en las tuberías: • • • • •

Liberación del aire disuelto en el agua Entrada de aire del exterior de las tuberías al momento de vaciarse el sistema Aspiración de aire en estaciones de bombeo Descarga incompleta de aire durante el llenado de las tuberías Entrada controlada de aire para evitar presiones negativas

La importancia de la evacuación del aire del sistema radica en que cuando el agua entra a las tuberías se empuja el aire, concentrándose en los puntos más altos o en los finales de las tuberías. En dichos lugares el aire puede formar acumulaciones que originan graves problemas de pérdida de carga, o bien, se pueden producir sobrepresiones que podrían causar la rotura de los tubos. Existe otra condición en la que debe evacuarse aire del sistema, que es cuando éste ya entra en régimen establecido, de donde hay que evacuar pequeñas cantidades de aire en forma de burbujas.

119

Microirrigación

El aire debe entrar en la red cuando hay una caída brusca de la presión en la tubería, ya sea por drenaje, paro de bombas, cierre de válvulas, rotura, etc., ya que esta situación acarrea un efecto de succión que produciría un colapso de la tubería por vacío. Otros problemas que acarrea la existencia o falta de aire en las tuberías son: cavitación en las partes donde hay bolsas de aire, vibraciones de la tubería cuando las bolsas de aire se desplazan a través de ella, corrosión de tuberías metálicas, reducción de la eficiencia de estaciones de bombeo, errores en medición de caudal, etc. Existen tres tipos de válvulas de aire que se instalan en distintos puntos del sistema de riego, según sean las necesidades de éste. A continuación se presenta una descripción con las características de trabajo de cada una de ellas. a) Válvula Cinética y Antivacío Estas válvulas, evacuan grandes cantidades de aire cuando se está llenando la tubería y además, permite la entrada de altos volúmenes de aire de la atmósfera durante el proceso de vaciado de la red. Estas válvulas, dejan de funcionar cuando las tuberías se llenan y entran en régimen establecido (figura 3.34). Su funcionamiento tiene como base un flotador que es empujado por el agua de la tubería. Cuando no llega agua a la válvula, el flotador desciende y abre el orificio permitiendo la salida o entrada de aire. Cuando llega el agua a la válvula, ésta hace subir el flotador cerrando el orificio de salida de aire e impidiendo la salida de agua.

Fig. 3.34. Funcionamiento de la válvula de aire cinética

Microirrigación

120

Las capacidades de admisión y expulsión de aire para este tipo de válvulas marca ARI son las que se muestran en la figura 3.35.

Fig. 3.35. Válvula cinética, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento b) Válvula automática Éstas válvulas evacuan en forma continua pequeñas cantidades de aire que en forma de burbujas existen en tuberías presurizadas en régimen establecido (figura 3.36). Para dimensionar el orificio será necesario conocer los cambios de temperatura y de presión que se puedan producir en la tubería. Este volumen se podrá relacionar con el área del orificio de la válvula y la capacidad de expulsión de aire de la misma. Como simplificación, se puede suponer que el contenido de aire en el agua es de aproximadamente 2% en volumen. Normalmente, con las válvulas automáticas, es más importante conocer la localización de las mismas que su tamaño para obtener una eficaz evacuación del aire.

Fig. 3.36. Válvula automática, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento

121

Microirrigación

c) Válvula de doble propósito (combinada) Este tipo de válvula combina las funciones de la ventosa cinética con las de la automática, es decir, funciona tanto durante el proceso de llenado de la tubería (purgado) como en su vaciado (antivacío) a través de un gran agujero que permite el paso de cantidades importantes de aire. A su vez trabaja con la tubería llena o en régimen establecido, evacuando aquellas burbujas de aire que se depositan en los puntos altos de la red, a través de un orificio más pequeño que se ubica en el mismo cuerpo (figura 3.37).

Funcionamiento automático

Funcionamiento cinético

Fig. 3.37. Válvula de doble efecto, imagen, diagrama de partes y curvas de funcionamiento d) Ubicación de válvulas de aire Para la definición de la ubicación y determinación de la cantidad de estas válvulas, se señalan a continuación los lugares críticos en los cuales, es fundamental la instalación de uno o más tipos de válvulas de aire.

Microirrigación

122

Cabezal de Control Una ventosa de doble propósito debe ir instalada entre la bomba y la válvula de retención. La acción cinética de esta válvula, permite la salida de altos volúmenes de aire a partir de la bomba, hasta que el agua abra la válvula de retención y levante el flotador de la válvula cerrando el orificio cinético. Al parar la bomba, este orificio se abre, permitiendo la entrada de aire y actuando como antivacío, protegiendo a la bomba y accesorios a presiones subatmosféricas (succión). El orificio automático de esta válvula, libera el aire durante la operación del sistema, previniendo que las burbujas producidas caviten la bomba. Una segunda ventosa de doble propósito debe ir instalada después de la válvula de retención, para que entre aire al pararse la bomba para evitar el efecto vacío en la red de distribución. Además, evita que se produzca una sobrepresión al devolverse la columna de agua cuando se cierra la válvula de retención. Si hay medidor de caudal debe quedar antes del mismo para evitar que la medición incluya los volúmenes de aire que circulan junto con el agua de riego. Filtros Antes de la entrada a los filtros y después de ellos, debería ir instalada una ventosa de doble propósito; para evitar la entrada de aire a los filtros, para permitir un correcto retrolavado y evitar así que se produzcan condiciones de succión que puedan dañar tanto a los filtros como a otros componentes del cabezal. Pueden ser las mismas válvulas descritas en el apartado anterior. Puede quedar instalada la primera válvula entre el equipo de bombeo y la filtración y la segunda entre la filtración y la válvula check. En filtración de malla automática también se recomienda instalar una válvula automática sobre el mismo. Red de Distribución En la red de distribución, deben instalarse ventosas automáticas cada 500 m y de doble propósito al final de todos los tramos horizontales; en tanto, en los tramos de tuberías con pendiente, el tipo de ventosa a instalar debe ser de doble propósito. Además de éstas, deben instalarse en las tuberías con pendiente, en todos aquellos puntos altos del sistema, en especial cuando la velocidad de diseño es menor a la velocidad crítica para transporte de aire, las cuales, se presentan en la figura 3.38.

123

Microirrigación

Velocidad critica precisada para transportar bolsas de aire (m/s) 28" 24" 22" 20" 18" 16" 14" 12'' 10" 8"

Velocidad critica (m/s)

2.8 2.4 2.0 1.6

6"

1.2

4" 3" 2"

0.8

10

1

0.1

0.001

0.01

0.4

Descenso.declive de la tuberia (m/m)

Fig. 3.38. Velocidad crítica para varios diámetros con distintas pendientes A estos lugares de la red de distribución, se deben agregar otros donde se produce algún tipo de turbulencia o cambios bruscos de pendiente, como en un sifón cuando la tubería cruza un camino, donde se deben instalar ventosas automáticas. Bloques de riego Otro punto de importancia donde se deben instalar ventosas cinéticas, es después de las válvulas de los bloques de riego en la tubería terciaria, para proteger a la tubería del efecto de vacío. La importancia de estas ventosas es además, la protección que se genera al evitar que cuando el sistema se detiene, entren partículas de suelo por los emisores al evitar que se produzcan efectos de succión cuando se usan goteros. En el cuadro 3.38, se presenta el tamaño de las ventosas a instalar en cada uno de los puntos anteriormente señalados, éste está determinado por el diámetro de la tubería respectiva. Esta es una regla empírica sugerida por la AWWA (American Waste Water Asociation) y algunas compañías fabricantes. Cuadro 3.38. Regla empírica para dimensionar válvulas de aire. Diámetro Tamaño de de tubería Válvula 1”- 3” 1” 4” – 10” 2” 12” – 16” 3” 18” – 22” 4” 24” – 36” 6”

Microirrigación

124

e) Proceso de selección del número de válvulas de aire Número de válvulas de aire en condición de llenado de la tubería En esta condición el aire debe ser expulsado a la atmósfera. El diseño se realiza para que el orificio permita la salida del aire, reteniendo la velocidad del agua a un valor que produzca un golpe de ariete permisible. Para el dimensionado de la válvula se utilizan los diagramas suministrados por el fabricante de capacidad de evacuación de aire, entrando con el caudal de aire y la máxima diferencia de presión permitida. Normalmente se toma esta diferencia en 6.0 m. En cuanto al caudal se pueden tomar dos caudales orientativos: el caudal de funcionamiento del sistema suministrado por la bomba o el máximo caudal de llenado permisible para obtener un golpe de ariete aceptable. En este manual, por facilidad se considera el primer criterio. Así, de acuerdo con esto si se tiene un sistema de riego donde la bomba envía un caudal de 90 l/s en una tubería de 10”, equivalente a 324 m3/h, la válvula cinética necesaria será de 2”. Para este caudal se tiene una diferencia de presión de 3.0 mca, que está por debajo de lo permisible de 6.0 m, y la de 1” sólo expulsa 150 m3/h. Si se va a instalar una válvula de doble efecto, para este mismo ejemplo se requerirán también una de 2” dado que su capacidad para la máxima diferencia de presión es de 325 m3/h. Puede usarse también el criterio de velocidad de llenado de la tubería. El cual se usa con el diagrama de la figura 3.39. Según el diámetro de tubería de la línea principal y la velocidad de llenado se estima el número de válvulas de 2” necesarias para expulsar el aire contenido en la tubería. 3.5

2 pulg. 4 pulg. 6 pulg.

Velocidad de Llenado m/seg

3

8 pulg.

10 pulg.

12 pulg.

2.5

2

1.5

1

0.5

0 0

1

2

3

Numero de Barak precisado

Fig. 3.39.

Número de válvulas barak 2” (ARI) necesarias para el llenado de tuberías, dependiendo de la velocidad de llenado. (0.6 kg/cm2 de diferencial de presión)

125

Microirrigación

Número de válvulas de aire en condición de vaciado de la tubería Si se produce un vaciado de la tubería ya sea en forma intencionada o accidental, en la parte más alta se produce vacío que puede dañar la estructura del tubo pudiendo producir incluso la rotura del mismo por colapso. El límite de la presión diferencial en que se produce el colapso se puede determinar por la fórmula: e ∆P = 4.8 x10    D

3

4

Donde:

(3.77)

∆P - Diferencial de presión permitido, en kg/cm2 e - Espesor de pared del tubo de PVC, en mm D - Diámetro exterior de la tubería, en mm

Un valor común utilizado para la máxima diferencia de presión permitida en conducciones de sistemas de riego con tubería de PVC es de –3.5 kg/cm2. El tamaño de la válvula de aire se determina a partir de la mayor pendiente de tubería a ambos lados de la válvula. El caudal máximo de drenaje por gravedad puede calcularse con: Q = 0.00186 S 0.54 D 2.63

(3.78)

Donde: S - Pendiente, en m/m D - Diámetro, en mm Q - Caudal de drenado, m3/h Con este valor de caudal y la diferencia máxima de presión se utilizan las curvas de admisión de aire de las válvulas para determinar el tamaño y número de las mismas. Para el mismo ejemplo de 90 l/s en tubo de 10” clase 5, para una pendiente de 2% se tiene, aplicando las ecuaciones 3.77 y 3.78 lo siguiente: ∆P = 0.35 kg/cm2 Q = 0.00186(0.02) 0.54 (241.2) 2.63 = 414.7 m3/h La capacidad de admisión de una válvula de 1” cinética es de 125 m3/h y la de 2” es de 350 m3/h. La suma de las dos válvulas dan la admisión de aire que requiere esta tubería. Para facilidad en la instalación pueden ser dos válvulas de 2”.

Microirrigación

126

f)

Caso particular. Instalación de válvulas de aire en bloques de riego con goteo subterráneo

En el riego por goteo y en particular cuando se trata de regar el subsuelo, es esencial evitar el vacío, incluso a pesar de que las presiones negativas son muy bajas, ya que de ese modo se evita la succión de suciedad a través de los goteros. Las causas de formación de bolsas de vacío en la tubería secundaria y laterales son: 1. Cuando ocurre un paro en la bomba y/o la válvula se cierra bruscamente, se produce la separación de la columna de agua en la tubería. Un volumen de agua en la tubería sigue fluyendo por inercia y de ese modo forma bolsas de aire que generan presiones negativas y succión en los emisores. 2. En el sistema de drenado, si no se admite aire al mismo ritmo que se drena agua, se formarán bolsas de aire que nuevamente ejercerán presiones negativas. 3. Cuando se producen rupturas de la tubería el agua es drenada a velocidades muy grandes, mayores que la velocidad de suministro causando también succión e incluso a veces colapso del tubo y/o accesorios. Caso especial. Instalación de válvulas de aire en bloques de goteo subterráneo. En la irrigación por goteo y en especial cuando se trata de regar el subsuelo es esencial evitar el vacío, incluso aunque las presiones negativas sean muy bajas, ya que de ese modo se evita la succión de suciedad a través de los goteros. Por las razones citadas es necesario instalar válvulas cinéticas en: • Aguas abajo de la válvula de seccionamiento. • En el final de la línea secundaria, junto con la válvula de drenado. • En los colectores de drenaje, junto con la válvula de limpieza. El tamaño de las válvulas se calcula con la condición de vaciado visto anteriormente, sólo que el diferencial de presión permitido es de 0.1 kg/cm2. Si el campo es relativamente plano y el caudal de trabajo es mayor que el calculado con la condición de vaciado se toma este caudal. Ello se explica porque al producirse el cerrado repentino de la válvula la columna de agua sigue fluyendo al mismo caudal citado, por lo menos por un breve espacio de tiempo. Así la toma debe ser equitativa con el caudal de trabajo. Si el campo tiene una topografía desigual, con diferencia de elevaciones considerables, el tamaño de la válvula de aire debe ser calculado de conformidad con el máximo caudal de drenado.

127

Microirrigación

El declive debe ser considerado como el mayor desnivel, en cualquier sector del múltiple, desde la ubicación de la válvula de aire a su punto más bajo y en cualquier costado de la válvula, que no esté protegido por otra ventosa. Ejemplo: Para un bloque de riego de 20 lps, con una pendiente sobre la secundaria de 1% y con una tubería de 6” clase 5. El cálculo es el siguiente: Caudal de drenado: Q = 0.00186(0.01) 0.54 (154.4) 2.63 = 88.2 m3/h Caudal del bloque:

72 m3/h.

El dimensionamiento se hace con el caudal de drenado (88.2 m3/h). La válvula que tiene capacidad para admitir esta cantidad de aire es una válvula cinética de 2” que admite hasta 200 m3/h con 0.1 kg/cm2 de diferencia de presión. Como regla práctica se instalan válvulas del mismo tamaño en los lugares indicados anteriormente del bloque de riego. 3.3.9. Filtración La filtración puede ser definida como la separación de una suspensión en sus componentes. El proceso de separación se basa en la identificación de las propiedades particulares de los materiales a ser separados, y de las diferencias entre dichas propiedades (tales como densidad, tamaño de las partículas, así como también propiedades químicas). El proceso de filtración en los sistemas de riego consiste, en la mayoría de los casos, en pasar el líquido a través de un medio poroso, una malla o conjunto de discos, donde las partículas sólidas son retenidas. En otros casos, cuando hay una diferencia importante en la gravedad específica, entre el líquido y las partículas sólidas, el proceso de filtración se basará en la acción de fuerzas rotacionales. El proceso a ser empleado en cada caso específico dependerá de consideraciones tales como eficiencia, economía y calidad de agua requerida. El tipo o tipos de filtros necesarios en una instalación de riego localizado dependerá de la naturaleza y tamaño de las partículas contaminantes. En el cuadro 3.39 se presenta una guía para seleccionar el tipo de dispositivo de filtrado.

Microirrigación

128

Cuadro 3.39. Tipos de filtro, según el contaminante Contaminante Arena Limo y Arcilla Sustancias orgánicas

Hidrociclón

Filtro de Arena

X ---

-X X

Filtro de Malla X X X

Filtro de Discos -X X

En general se recomienda instalar un filtro principal y uno de seguridad, éste último es normalmente un filtro de malla o discos. Así para filtrar agua de pozos se instala un hidrociclón y un filtro de malla, si es un canal se pone un filtro de arena y uno de malla. Sólo en el caso que se tenga agua muy limpia se coloca solo un filtro de malla o discos. En función del caudal y de la calidad del agua de riego se instalará uno o varios filtros en paralelo. Actualmente se han desarrollado algunos filtros combinados, por ejemplo hidrociclones con malla en el mismo cuerpo. Igualmente la tecnología de los filtros de malla automáticos ha avanzado a tal grado que su aplicación es prácticamente para cualquier tipo de agua. La operación y el mantenimiento de los filtros se refiere al lavado de los filtros durante los ciclos de riego. Una medida de tiempo adecuada para el lavado de los filtros es importante por las siguientes razones: •

Posible reducción del valor del flujo. El valor de un flujo a través de un filtro parcialmente obstruido, decrece. Al operar el sistema bajo una presión baja, el funcionamiento del sistema es cambiado hacia altas presiones para el mismo valor del flujo, forzando al elemento generador de presión (bomba). • Incremento de la caída de presión en el filtro. Un incremento de caída de presión a través del filtro, puede forzar a las partículas contaminantes hacia dentro del área del filtrado, y como resultado se producirá un estado de obstrucción prácticamente permanente, el cual es difícil de solucionar. En ciertos casos, el incremento de la caída de presión a través del filtro, puede causar daños físicos a la malla, o ser irreversible para el caso de la grava. El lavado del filtro puede ser realizado tanto manual como automáticamente. Cualquiera que sea el método, el lavado debe ser programado de acuerdo con una de las siguientes prácticas o una combinación de las mismas: •

Diferenciación de presión. El lavado comenzará cuando la diferenciación de presión a través del filtro caiga hasta un nivel predeterminado. Dicho nivel puede ser detectado por un sensor de diferenciación de presión y así el lavado comenzará automáticamente; o en la forma manual, tomando la presión antes y luego de los filtros con el fin de leer la diferencia. • Control volumétrico. El lavado comenzará cuando una cantidad de agua predeterminada haya pasado a través del filtro. Dicha cantidad predeterminada 129

Microirrigación

dependerá esencialmente de la calidad del agua. La medición es efectuada por una válvula que incluya el medidor de volumen (caudal). • Intervalos de tiempos fijos entre lavados sucesivos. Dichos lavados deberán ser determinados con base en la experiencia. Hidrociclón El hidrociclón es un aparato sin elementos móviles, que permite eliminar partículas de densidad superior a 1.5 gr/cm3 y tamaños mayores a 74 micrones (equivalente a 200 mesh). La figura 3.40 muestra el esquema del hidrociclón en funcionamiento.

Fig. 3.40. Hidrociclón El agua cargada de arena entra en el hidrociclón tangencialmente a la parte superior cilíndrica, lo que provoca un torbellino vertical descendente, llamado torbellino o vórtice principal. La fuerza centrífuga generada por este vórtice proyecta las partículas sólidas contra las paredes de la parte cónica, por la cual descienden hasta el tubo inferior, que las conduce a la trampa. Cuando se llena la trampa se abre manualmente la válvula situada en ella y se eliminan los sedimentos. Por su parte el agua, que también ha descendido con el vórtice principal, al aproximarse al vértice del cono forma otro vértice ascendente que se denomina secundario y que gira en el mismo sentido que el primario, elevando el agua libre de partículas pesadas que salen por el tubo superior. Las pérdidas de carga en el hidrociclón son del orden de 3 a 5 m, dependen del caudal pero son independientes del contenido de sedimentos y son constantes en el tiempo, a diferencia de los demás filtros en los que las pérdidas aumentan a medida que se acumulan los sedimentos. Los hidrociclones se instalan como filtros primarios en el cabezal y deben llevar un filtro de malla como medida de seguridad por si algún fallo impide su funcionamiento y porque

Microirrigación

130

hasta que lleguen a régimen establecido pueden dejar pasar partículas grandes. Elegir hidrociclones sobredimensionados disminuirá su eficacia para separar estas partículas sólidas. En la figura 3.41 se presentan las curvas de funcionamiento para hidrociclones fabricados por la compañía Plásticos Rex. La pérdida de carga recomendada para trabajo es de 2 a 5 m. El punto óptimo de selección es cuando se tiene una pérdida de carga de 4.0 m. CURVAS DE PERDIDA DE CARGA VS CAUDAL 200

5.00

400

300

4.50 4.00 Pérdida (m)

3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0

5

10

15

20

25

30

Caudal (lps )

Modelo 200 300 400

B D C L A Cap trampa Rango flujo (pulg) (pulg) (pulg) (pulg) (cm) (litros) (l/s) 2 8 6 10 92 6-9 3 12 12 20 130 8-13 4 16 12 20 160 15-24 Fig. 3.41. Curvas de funcionamiento de hidrociclones

131

Q rec (l/s) 8 12 22

Microirrigación

El proceso de selección consiste en entrar a la gráfica de pérdida de carga con el caudal del sistema y ver que tamaño de filtro puede pasar esa cantidad de agua, si un solo filtro no tiene la capacidad suficiente se divide el caudal en las unidades requeridas para llegar a una pérdida de carga cercana a la recomendada a través de una batería de filtros en paralelo. Por ejemplo, si se tiene un caudal por filtrar de 80 lps se requiere una batería de 4 filtros modelo 400 que filtrará cada uno 20 lps con un pérdida de carga de 3.5 m que está dentro del rango sugerido. Filtro de arena Consisten en tanques metálicos o de plástico reforzado (Fig. 3.42), capaces de resistir las altas presiones de la red, rellenos de arena o grava (granito o sílice) tamizada en un determinado tamaño. El filtrado se produce cuando el agua circula por los poros que quedan entre las partículas de arena que componen el filtro, por lo tanto, la retención de impurezas se realiza en superficie y en profundidad. Este filtrado resulta de las siguientes acciones: Tamizado. Fenómeno superficial que sólo puede retener partículas de tamaño superior al tamaño de los poros del filtro. Sedimentación. Proceso que se produce en el espacio poroso, debido principalmente a la baja velocidad de circulación del agua, que en riego por microirrigación es del orden de los 60 m/h. Adhesión y Cohesión. Retención de partículas mucho menores que el tamaño de los poros entre los granos de arena, provocada por las fuerzas de atracción de origen eléctrico, que se crean al entrar en contacto ambas partículas.

Fig. 3.42. Filtro de arena

Microirrigación

132

Los elementos filtrantes montados sobre la placa interior del filtro aseguran una filtración óptima del agua de riego. La forma cónica de los elementos aseguran la mayor eficiencia tanto para filtrado como para retrolavado. En la figura 3.43 se esquematizan los elementos filtrantes.

Fig. 3.43. Elementos filtrantes Los filtros de arena son muy efectivos para retener la materia orgánica en reservorios, presas, canales abiertos, ríos y otras fuentes contaminadas, pues, a través de todo el espesor de arena, acumulan grandes cantidades de algas antes de que sea necesaria su limpieza. La profundidad del lecho filtrante no debe ser menor a 50 cm. También se usan para retener arcillas y arenas finas, sin embargo, es fundamental que sean complementados con un filtro de malla ubicado aguas abajo del filtro de arena. Criterios de selección. La selección de un filtro de arena está condicionada por los requerimientos de caudal del sistema de riego, aplicándose el criterio de que la velocidad media del agua esté en el orden de los 60 m/h, es decir 60 m3/h por m2 de superficie filtrante. Esto equivale a una relación de filtración de aproximadamente 16.67 l/s/m2. Si el agua no es muy sucia se puede permitir hasta 65 m/h. Luego entonces, si se conoce el caudal de diseño y la relación de filtración, se puede determinar la superficie requerida del filtro y con este dato seleccionar el tamaño y cantidad de filtros que más se acomode a tales requerimientos. En la figura 3.44 se anotan los datos técnicos correspondientes a la filtración de arena fabricada por la compañía Plásticos Rex.

133

Microirrigación

Modelo

4200 4400 4500

Diam ent Diam Sal

Diam Tanque

Peso

Area filtración

Vol aprox

Cantidad arena min

Cantidad arena máx

(pulg)

(pulg)

(pulg)

(kg)

(m2)

(m3)

kg

kg

2 3 4

2 3 4

24 36 48

53 197 290

0.292 0.657 1.167

0.350 1.150 1.900

175 375 625

210 420 720

CURVAS DE PERDIDA DE CARGA VS CAUDAL 4200

5.00

4400

4.50 4.00 Pérdida (m)

3.50

4500

3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0

5

10

15

20

25

30

Caudal (lps)

Modelo

Diámetro

Q mín

Q máx

(pulg) (l/s) (l/s) 4200 2” 3.0 8.0 4400 3” 9.0 16.0 4500 4” 17.0 29.0 Fig. 3.44. Curvas de funcionamiento de filtros de arena Microirrigación

134

Q recom (l/s) 5.5 12.0 21.0

Q retrolavado (l/s) 4.0 9.2 16.2

Arena. La arena puede ser de río, mar o procedente de trituración, ésta última tiene el inconveniente de tener demasiado polvo. Debe ser no friable con el objeto de que no se vaya subdividiendo con el uso y no atacable por los ácidos. El material más comúnmente utilizado es arena sílica. Las arenas se definen por dos parámetros, el diámetro efectivo y coeficiente de uniformidad. El primero se refiere a la apertura de malla que retiene el 90% de la arena, permitiendo el paso del 10% restante. Y el segundo parámetro se refiere a la relación de apertura de malla que permiten el paso del 60% de las partículas y del 10% de las mismas. El coeficiente de uniformidad aceptable para filtración de agua de riego debe estar entre 1.4 y 1.6. El tamaño de las partículas que pueden atravesar el lecho de arena son del orden de 1/10 del diámetro efectivo. Por ejemplo una arena de diámetro efectivo de 0.75 mm, retiene partículas superiores a 0.075 mm, equivalente a unos 200 mesh. Para la selección de la arena hay que tener en cuenta el siguiente criterio: las partículas que debe retener el filtro deben tener un diámetro mayor que 1/10 del diámetro mínimo del emisor si se trata de goteros o 1/5 si se trata de microaspersores. Como regla general en los goteros actuales se requiere una calidad de filtrado de 120 mesh y para microaspersión con 80 mesh es suficiente. Cuando los filtros están limpios provocan una pérdida de carga del orden de 1 a 2 mca, dependiendo del tipo de arena y de la velocidad media del agua. A medida que se va colmatando la pérdida de carga aumenta y cuando alcanza un valor de 4 a 6 mca se debe proceder a su limpieza. El diseño de la bomba debe contemplar la pérdida de carga más desfavorable, es decir, 6 mca. La limpieza de estos filtros se realiza en forma mecánica con la misma agua que se utiliza en el sistema (retrolavado), que puede ser manual o automático. En la figura 3.45, se presenta un esquema de un par de filtros realizando un retrolavado. Dicho retrolavado será ajustado para que la arena no sea arrastrada fuera del filtro o que sea insuficiente y puedan quedar contaminantes atrapados en la arena. La velocidad recomendada para la limpieza del filtro es del orden de 40-50 m/h en el interior del filtro. El tiempo de retrolavado es ajustado en campo de acuerdo a la calidad del agua de riego hasta que el agua en el tubo de drenaje sea limpia.

135

Microirrigación

Fig. 3.45. Retrolavado de filtros de grava Si la limpieza se hace con agua no filtrada se corre el riesgo de que se acumulen impurezas en la cámara de agua limpia del filtro, de manera que al funcionar de nuevo el filtro normalmente, esas impurezas se envían a la red de riego. Para evitar este inconveniente es una buena norma instalar en paralelo por lo menos dos filtros con las conexiones necesarias para que uno de ellos se pueda limpiar con el agua limpia procedente del otro. Cuando se instalan baterías de filtros se debe evitar caídas de presión cuando se está realizando el retrolavado ya que esto disminuye la eficiencia de la limpieza de la arena. Se debe evaluar en cada proyecto la posibilidad de instalar una válvula de mariposa si la limpieza es manual o hidráulica sostenedora de presión si la limpieza es automática. Ejemplo: Seleccionar la batería de filtros de arena necesario para filtrar 50 lps (180 m3/h), que trabajarán con agua relativamente limpia. El área de filtración necesaria para este caudal es de: 180 m3/h dividido entre la velocidad de diseño (65 m/h) se obtiene un area de filtrado necesaria de 2.76 m2 de lecho filtrante. Esta se obtiene teóricamente con 2.4 filtros de 48” o 4.2 filtros de 36”. La decisión práctica final se dará comparando el costo de una batería de 3 filtros de 48” vs 5 filtros de 36”. La velocidad de filtrado para las opciones encontradas es de 51.5 m/h y 54.8 m/h respectivamente. Filtros de malla Se sitúan en el cabezal, inmediatamente después del filtro de arena o hidrociclón y después del tanque de fertilizante. A diferencia de los filtros de arena que trabajan por superficie y

Microirrigación

136

Microirrigación

137

profundidad, los filtros de mallas sólo lo hacen por superficie (figura 3.46), reteniendo menos cantidad de partículas sólidas.

Fig. 3.46. Filtro de malla El caudal que pase por un filtro de malla dependerá de la calidad de agua, la superficie de filtrado, el porcentaje de orificios de la malla (mesh) y la pérdida de carga permitida. Para un filtro de malla fina de acero inoxidable, se admite normalmente un caudal máximo de 250 m3/h/m2 de superficie filtrante y de 100 m3/h/m2 para una malla de nylon, considerando un mismo diámetro de orificio que en la malla de acero. Mesh se define como el número de orificios por pulgada lineal, contados a partir del centro de un hilo. El área efectiva de una malla (Ae) es el área neta de sus orificios. Se calcula multiplicando el área total (A) por el porcentaje de huecos de la malla. En las mallas metálicas este porcentaje es prácticamente constante entre 50 y 200 mesh, siendo del 58% en sentido lineal y del 34% en superficie. Por lo tanto : Ae = 0,34 x A En cuanto a las mallas de nylon, no se pueden citar valores exactos, pues el porcentaje de huecos depende del grosor del nylon utilizado por cada fabricante. No obstante, se ha comprobado que hasta 120 mesh tienen aproximadamente las mismas características de las metálicas y, por tanto, es válida la fórmula anterior. Sin embargo, para 155 mesh, el porcentaje de huecos es de 26% y en algunos casos es de esperar que éste seguirá disminuyendo a medida que aumenta el número de mesh, debido a la menor resistencia del nylon frente al acero. En un filtro de malla limpio la pérdida de carga varía de 1 a 3 m, debiéndose limpiar el filtro cuando ésta aumenta sobre dichos valores.

137

Microirrigación

Criterios de selección: Lo fundamental que debe considerarse en la selección de un filtro de mallas es el tamaño de los orificios de la malla; dependiendo de ellos es mejor o peor la filtración que se realice. Un criterio utilizado es que el tamaño del orificio sea aproximadamente 1/7 del menor diámetro de paso del gotero, valor que se puede elevar a 1/5, en el caso de microaspersores o microyet. En el cuadro 3.40, se indica la relación entre tamaño de orificio y N° de mesh. Esta última medida es la que se utiliza para seleccionar el filtro adecuado. Cuadro 3.40. Relación Mesh vs tamaño de orificios. Malla de acero inoxidable. N° mesh 5 10 20 40 80 100 120 150 200

Orificio (micras) 4,000 1,700 850 400 180 150 120 100 75

Definido el tamaño de los orificios, para el tipo de agua que se desea filtrar, el paso siguiente es definir el caudal de diseño y de acuerdo a éste, seleccionar el filtro que más se adecue a tales requerimientos, indicando la pérdida de carga que se produce al pasar el agua por el filtro. Este dato es importante a la hora de calcular los requerimientos de presión del sistema. Para filtros metálicos fabricados por la Compañía Plásticos Rex, en la figura 3.47 se presentan las curvas de funcionamiento, el caudal recomendado es el que se obtiene a 1.5 m de pérdida de carga.

Microirrigación

138

5.00

CURVAS DE PERDIDA DE CARGA VS CAUDAL 7400 7500

4.50 4.00 Pérdida (m)

3.50

7600

3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0

5

10

15

20

25

30

Caudal (lps)

Fig. 3.47. Gráfica de funcionamiento de los filtros de malla Rex Para los filtros de la compañía Yamit en la figura 3.48 se presentan los datos de funcionamiento, también el caudal recomendado se obtiene a 1.5 m de pérdida de carga con agua limpia.

139

Microirrigación

Fig. 3.48. Funcionamiento de los filtros de mallas Yamit Al igual que en los filtros de arena, los de malla provocan una pérdida de carga que crece a medida que el filtro se va colmatando. Cuando la pérdida de carga llega a 4-6 m hay que proceder a su limpieza. Si se permiten mayores pérdidas de carga el filtro pierde eficacia, la presión aguas arriba obliga a que algunas partículas atraviesen la malla y en casos más críticos ésta puede romperse. La limpieza puede ser por inversión de flujo o deteniendo el equipo y limpiando manualmente el elemento de filtración. Cuando se instalan en conjunto con un hidrociclón o filtro de arena, la pérdida de carga permitida en los dos filtros es de 10 m antes de proceder a la limpieza. Filtro de discos Tienen forma cilíndrica y el elemento filtrante lo compone un conjunto de discos o anillos con ranuras impresas sobre un soporte central cilíndrico y perforado. El agua es filtrada al pasar por los pequeños conductos formados entre dos discos consecutivos. La calidad del filtrado dependerá del espesor de las ranuras. Se pueden conseguir, según el número de ranuras, hasta una equivalencia con una malla de 200 mesh. La profundidad del filtrado es la correspondiente al radio de los discos. Estos filtros son muy compactos y resistentes admitiendo presiones de trabajo de hasta 10 atmósferas. Además, pueden retener gran cantidad de sólidos antes de quedar obturados (figura 3.49). Las pérdidas de carga de un filtro limpio oscilan entre 1 y 3 m. Su limpieza manual es muy sencilla: se abre la carcasa, se separan los discos y se limpian con un chorro de agua. También lo es su limpieza automática, invirtiendo el sentido del flujo del agua, lo que ha popularizado su uso. Para que tenga la función de limpieza automática (figura 3.50) el elemento de discos debe contar con el mecanismo de descompresión de los discos cuando se invierte el flujo de agua.

Microirrigación

140

Fig. 3.49. Filtro de discos de limpieza manual

Fig. 3.50. Filtro de discos con limpieza automática Criterio de selección: Al igual que el caso anterior, el criterio de selección del filtro de discos está basado en el tamaño y número de las ranuras existente entre los discos, lo cual viene definido por el fabricante. Lo básico es determinar el caudal de diseño y luego seleccionar, a través de catálogos, el filtro de discos más apropiado a ese caudal, considerando seleccionar un elemento filtrante con un N° de mesh apropiado según el nivel de filtraje que se requiera. En algunos casos el cuerpo de los filtros puede alojar tanto elemento de malla de nylon como de discos. En la figura 3.51, se encuentran las curvas de funcionamiento para filtros de cuerpo plástico desde ¾” hasta 3” de la compañía Amiad.

141

Microirrigación

Fig. 3.51. Curvas de funcionamiento de filtros de disco Para proyectos pequeños, con caudales de hasta 5 lps, este tipo de filtros puede economizar los costos de instalación. Filtros combinados En los casos en los que se tenga agua de buena calidad, donde los contaminantes principales sean arena y un poco de algas, como es el caso de muchas captaciones de agua con norias a cielo abierto, se puede utilizar un filtro combinando las funciones del hidrociclón con la malla en un solo cuerpo. Así se pueden tener filtros de discos ciclónicos o un filtro de malla con entrada rotacional del agua para separar la arena y las algas (Fig. 3.52). A la entrada del filtro hay un plato con orificios perforados angularmente que cambian la trayectoria del agua haciéndola que entre al cuerpo de la malla girando por el interior de la misma arrastrando las partículas al fondo del filtro, limpiándola constantemente. Tapando orificios se consigue mayor fuerza ciclónica para separar materiales pesados. En general se recomienda usar 3 o 4 orificios abiertos.

Microirrigación

142

Fig. 3.52. Filtros combinados Filtros de malla automáticos Recientemente los desarrollos tecnológicos en materia de filtración de agua de riego van encaminados hacia la simplificación de la construcción de máquinas que faciliten la limpieza del agua de riego, independientemente de su origen y calidad de la misma. Así un filtro de malla automático lo mismo puede limpiar agua con gran cantidad de arena que eliminar materia orgánica de la misma. La primera imagen de la figura 3.53 es de un filtro colocado en un pozo para separar principalmente arenas en el Estado de Zacatecas México, la segunda es en una instalación al sur de Tel Aviv Israel en donde se utiliza agua semitratada para riego de campos de algodón. Las siguientes dos imágenes son muestra de los tipos de agua en que se pueden utilizar este tipo de filtros. Una de ellas es un aprovechamiento de agua a partir de un arroyo con gran cantidad de sólidos en suspensión,

143

Microirrigación

la otra es un estanque con agua tratada de un poblado en el sur de España con la que se riega una huerta de olivo.

Fig. 3.53. Filtros automáticos Los criterios para seleccionar el grado de filtración son iguales que para los filtros de malla vistos anteriormente. Cuando al agua por filtrar tiene gran cantidad de arena es necesario colocar una malla mucho más fina (200 mesh) para evitar que las arenas se incrusten en una malla más abierta, pues al presentarse la incrustación no podrían ser succionadas por el colector de suciedad. El funcionamiento del filtro desarrollado por la compañía ELI se explica con ayuda de la figura 3.54: Filtrado. El agua entra al filtro por el colector de entrada (1), atraviesa el prefiltro (2) cuya función es atrapar las partículas de gran tamaño. El agua pasa a la cámara de filtrado interna (3) donde serán separadas las partículas del tamaño predeterminado por el grado de filtración elegido. Estas partículas se irán acumulando sobre la malla interna del filtro creando un diferencial de presión entre la cara interna del filtro (3) y la cara externa del mismo.

Microirrigación

144

Proceso de retrolavado. Cuando el diferencial de presión (DP) alcanza el valor predeterminado en el presostato, los siguientes pasos sucederán en el sistema: El controlador transmite una señal de retrolavdo durante 10 segundos. La válvula de retrolavado (4) se abre, se libera la presión que sujeta el pistón (5) y el agua fluye hacia la atmósfera. La presión de la cámara del motor hidráulico (6) y en el colector de suciedad (7) es significativamente reducida provocando una succión a través de las boquillas (8) al colector de suciedad (7) y de éste, a la cámara hidráulica (6), este caudal provoca un par de fuerzas en el motor hidráulico haciéndolo girar (9) generando un movimiento centrífugo por donde pasa la suciedad llegando hasta la válvula de retrolavado (4) y por ésta a la atmósfera. Esta rotación del motor hidráulico provoca el giro del colector de suciedad sobre su eje y así consigue limpiar toda la superficie de la malla. La presión es liberada del pistón hidráulico (5) y la alta presión del filtro hace avanzar horizontalmente el colector de succión en dirección a la cámara hidráulica. La combinación del movimiento horizontal y del movimiento rotacional del colector de suciedad provoca la succión y limpieza de cada una de las secciones de la malla (3). Finalizados los 10 segundos del ciclo de lavado, la válvula (4) se cierra. Al haber presión nuevamente en la cámara hidráulica el pistón (5) vuelve a su posición inicial. El filtro ya está listo para un nuevo ciclo de filtrado y continua suministrando agua limpia por el colector de salida (10). Los ciclos de limpieza duran 10 segundos y cuando finalizan el DP vuelve a su estado inicial. En caso de que la diferencia de presión continúe el presostato volverá a activar el retrolavado 15 segundos después de haber finalizado el ciclo anterior. Este tipo de filtros tienen una tarjeta electrónica que controla el proceso de limpieza en función de un diferencial de presión. El presostato (11) cierra un circuito electrónico cuando aumenta DP. El controlador (12) envía una orden a la válvula de retrolavado a través de un solenoide (13). Los ciclos de retrolavado se efectúan durante 10 segundos y cuando finalizan el DP debe volver a su posición inicial. Para facilitar la puesta en marcha del sistema de riego es recomendable la instalación de una válvula sostenedora de presión para evitar la disminución de la presión en el cabezal por debajo de los 2.0 kg/cm2 y que el filtro no se limpie adecuadamente. En casos donde el operador tenga experiencia en el manejo de dicho filtro basta con instalar una válvula de mariposa a la salida del equipo de filtración.

145

Microirrigación

Fig. 3.54. Filtro automático ELI En el cuadro 3.41 se presentan las características de filtros de malla automáticos de la serie 800. Cuadro 3.41. Especificaciones de los filtros de malla automáticos de la serie 800 Modelo AF-803LOPR AF-804LOPR AF806LOPR AF806XLP AF808LOPR AF810LOPR AF812PR

Q D Sup. Filtrado Q max Q rec limpieza D1 D2 L 2 3 3 3 (pulg) (cm ) (m /h) (m /h) (m /h) (pulg) (pulg) (mm) 3 3,220 50 45 30 10 4 450 4 5,780 80 72 30 10 4 900 6 5,780 150 120 30 12 4 900 6 8,410 160 130 30 10 4 900 8 8,410 300 250 30 12 4 900 10 8,410 400 350 90 14 4 900 12 11,710 600 500 90 16 4 1,100

Microirrigación

146

L1 (mm) 1,135 1,530 1,600 1,990 2,190 2,190 2,720

L2 (mm) 1,410 1,800 1,870 2,260 2,460 2,460 2,990

L3 H (mm) (mm) 1,750 580 2,500 580 2,570 640 3,360 590 3,560 640 3,560 670 5,200 720

La pérdida de carga con agua limpia para estos filtros se muestra en la figura 3.55.

Fig. 3.55. Gráfica de funcionamiento de filtros automáticos

El diagrama de conexión de los elementos hidráulicos para el funcionamiento del filtro automático, se presenta en las figuras 3.56 y 3.57.

147

Microirrigación

DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO FILTRO AF-800

Filtro en posición de trabajo normal DIAGRAMA DE FUNCIONAMIENTO FILTRO AF-800

Filtro en posición de limpieza de malla Fig. 3.56. Diagrama de funcionamiento del filtro automático

Microirrigación

148

Esquema de conexión para filtros AF800 con una válvula de limpieza.

Fig. 3.57. Esquema de conexión del filtro automático Igualmente existe una versión simplificada de este filtro de malla automático para caudales más pequeños. El principio de funcionamiento es el mismo. Sus aplicaciones, igual que los anteriores, se pueden extender a la mayoría de los tipos de agua usados en la agricultura (figura 3.58).

Fig. 3.58. Filtro modelo AF-200 trabajando con aguas residuales en Tel Aviv

149

Microirrigación

Las pérdidas de carga de este filtro se presentan en la figura 3.59, y sus especificaciones en el cuadro 3.42.

Fig. 3.59. Gráfico de pérdidas de carga funcionando con agua limpia

Cuadro 3.42. Especificaciones del filtro de la serie AF-200 Modelo AF-203 AF-204 AF-206

Q D Sup. Filtrado Q max Q rec limpieza D1 X Y H (pulg) (cm2) (m3/h) (m3/h) (m3/h) (pulg) (mm) (mm) (mm) 3 1,100 40 35 6 10 192 188 495 4 1,630 80 50 6 10 220 210 650 6 3,260 150 95 6 10

Microirrigación

150

Peso (kg) 25 28

El diagrama de conexión para una unidad de filtración, se presenta en la figura 3.60.

Fig. 3.60. Diagrama de conexión del filtro AF-200 Es recomendable la instalación de una válvula sostenedora de presión aguas abajo del filtro para evitar que se tengan menos de 2 kg/cm2 cuando se está haciendo el proceso de retrolavado y cuando se está llenando por primera vez la conducción del sistema de riego momento en el cual la bomba proporciona un caudal mucho mayor que el de diseño al no haber ninguna contrapresión aguas abajo.

151

Microirrigación

3.4. Lista de materiales Para comprender mejor este aspecto se desarrolla un ejemplo concreto al final del cual se muestra la lista de materiales de este proyecto particular. Ejemplo de proyecto de riego por microirrigación Datos necesarios para el proyecto Clima: Datos para estimar la Evapotranspiración del cultivo con el Método de Penman-Monteith País: México Latitud: 28.25 Norte

Estación : Cuauhtemoc, Chih. Longitud: 105.00 Oeste

Altitud: 2,020 m.s.n.m

Cuadro 3.43. Información climática Estación Cuauhtémoc, Chih. Mes T. Max °C T. Min °C HR % Vel Viento (km/día) Insolación (hs/día) Enero 16.2 0.8 50.0 180.0 5.4 Febrero 18.5 0.4 42.0 180.0 6.5 Marzo 21.5 2.3 35.0 180.0 8.6 Abril 25.6 5.9 31.0 180.0 8.9 Mayo 29.6 9.3 31.0 180.0 9.3 Junio 32.1 13.3 36.0 180.0 9.8 Julio 28.8 13.5 54.0 180.0 9.0 Agosto 28.0 13.5 54.0 180.0 6.4 Septiembre 26.6 11.6 57.0 180.0 4.5 Octubre 24.2 7.2 51.0 180.0 6.2 Noviembre 20.5 2.7 49.0 180.0 4.6 Diciembre 17.1 0.4 51.0 180.0 3.4 Anual 24.1 6.6 44.8 180.0 6.9 Nota. La velocidad de viento es estimada para condiciones medias. Cultivo: Especie: Manzana Número de árboles: 8,233 Marco de plantación: 7 x 4 m Diámetro de la copa: 4 m Profundidad de raíces: 1.2 m Kc: (según criterio de FAO)

Microirrigación

152

Fig 3.61. kc de Manzana según criterio de FAO Conductividad Eléctrica para que no disminuyan rendimientos por efecto de salinidad: 1.7 mmhos/cm. Terreno: Localización: Cd. Cuauhtemoc, Chih. Superficie: 23.0527 ha Desnivel: 4 m total Pendiente uniforme: 0.7 % Croquis de terreno con curvas de nivel

Fig 3.62. Plano topográfico del terreno donde se desarrollará el cultivo

153

Microirrigación

Agua: Fuente de abastecimiento: Pozo Caudal: Datos de aforo 25 l/s continuos Pozo no equipado Muestra de agua de riego según datos que se anexan Suelo: Textura media Profundidad : 1.2 m % arena: 43 % arcilla: 27 % limo: 30 Análisis del agua de Riego

Los datos obtenidos en el análisis del agua de riego son: REGISTRO No. FECHA DE ANALISIS: CE x 106 a 25 °C: 540 micromhos/cm. pH: SOLIDOS DISUELTOS:

CO=3 0.00

Aniones en me/l HCO-3 ClSO=4 4.60 0.90 0.25 CO=3 + HCO-3

4.60

SUMA 5.72

Ca++ 1.88

7.85 ppm Cationes en me/l Mg++ Na+ K+ 0.96 2.26 0.31 Ca++ + Mg++

me/l

2.84

SUMA 5.41

me/l

Cuadro 3.44. Información proporcionada por el laboratorio Con base en la conductividad eléctrica obtenida y el Índice de Relación de Adsorción de Sodio (1.95) la muestra de agua del cuadro 3.44 se clasifica como C2S1 (figura 3.63). Puede usarse siempre y cuando haya un grado moderado de lavado. Puede usarse para el riego de la mayoría de los suelos con poca probabilidad de alcanzar niveles peligrosos de sodio intercambiable.

Microirrigación

154

Fig 3.63. Clasificación del agua de riego (USDA). En aguas ricas en iones bicarbonato existe la tendencia del calcio y del magnesio a precipitarse en forma de carbonatos a medida que la solución del suelo se vuelve más concentrada. Para estimar este peligro se calcula el Carbonato de sodio residual (NaCO3) = (CO3+HCO3) - (Ca+Mg) = 1.76. Aguas con más de 2.5 me/l pueden presentar problemas si se usan en riego. Cálculo Agronómico del sistema de Riego

En la figura 3.64 se presenta el resultado obtenido con el programa CROPWAT v 4.2 para el consumo de agua del cultivo de manzana . El resultado obtenido del uso de esta rutina es una Evapotranspiración máxima del cultivo de 5.4 mm/día. ETc = 5.4 mm/día. El uso de este programa es muy similar al desarrollado por el Departamento de Enseñanza, Investigación y Servicio de Irigación de la Universidad Autónoma Chapingo (RASPAWIN). Los datos con que se alimenta el programa son: Temperatura máxima y mínima mensual, porcentaje de humedad relativa mensual, velocidad del viento y horas luz promedio por día en cada mes.

155

Microirrigación

Fig. 3.64. Consumo máximo de agua (mm/día). Efecto de localización. Se hace uso de la fracción del area sombreada y la fórmula para calcular el factor de localización: Para el presente caso se tiene que considerando un diámetro de copa d = 4 m y aplicando la ecuación 3.6 se tiene A= 0.45 Por lo tanto el valor de kl es el resultado de aplicar la ecuación 3.7: kl = 0.45 + 0.5(1-0.45) = 0.72 El factor de corrección por variación climática se asume con un valor de 1.15 La ETc (o necesidades netas) corregida por el factor de localización es de: 5.4 mm/día * 0.72 * 1.15 = 4.47 mm/día La estimación del sobreriego para bajar las sales por debajo de la zona de raíces se calcula con la ecuación 3.9: LR =

0.54 = 0.159 2 *1.7

La necesidad total de riego se calcula haciendo intervenir la lámina de lavado y la uniformidad de emisión que se propondrá para el cálculo hidráulico del sistema de riego, que en este caso se considera de 90%.

Microirrigación

156

Nt =

4.47 = 5.9 mm / día (1 − 0.159) * 0.90

Esto equivale a 165.2 litros por árbol por día. Propiedades hidráulicas del suelo. La información que se tiene para este suelo sobre su textura es la que sigue: Textura media con 43% de arena, 27% de arcilla y 30% de limo. Profundidad 1.2 m Para estimar las propiedades hidráulicas de este suelo se usó el modelo de K.E. Saxton et al (1986).

Fig. 3.65. Determinación de las Propiedades Hidráulicas del suelo. Capacidad de Campo (CC) Punto de Marchitez Permanente Punto de Saturación Infiltración básica Agua fácilmente disponible

28 cm/m 16 cm/m 48 cm/m 4.2 mm/hora 12 cm/m

Agua fácilmente disponible en zona de raíces:

14.4 cm = 144 mm

Porcentaje de agotamiento permisible. En este caso se establece en 40% este valor. Intervalo de riego máximo. Para establecer este valor se toma en cuenta la lámina de reposición máxima por el porcentaje de agotamiento permisible entre las necesidades netas de agua.

157

Microirrigación

I=

144 mm * 0.4 = 12.9 días. 4.47

El intervalo de riego máximo podrá ser hasta de 12 días en la época de mayor demanda de agua. Selección del microaspersor. De acuerdo con la información disponible se buscará un emisor que cubra un área aproximada de al menos el 70% del marco de plantación, que tenga una lámina de precipitación horaria menor a 4.2 mm/hora (según estimación de infiltración básica) y que tenga una distribución de agua lo más uniforme posible. Para este proceso se utilizan las tablas proporcionadas por los fabricantes en donde se revisan las posibilidades de emisores de acuerdo con el caudal, diámetro de mojado y uniformidad de riego. Microaspersor propuesto: Modelo: Caudal Nominal Presión de operación Diámetro de mojado Ecuación del emisor: Tubín de alimentación Coefiente de variación

Microaspersor Rex-Dor 801 35 lph 2.0 kg/cm2 6.0 m q = 8.0096 x h^(0.4936) 4 mm diámetro de 1.0 m de longitud 0.05

De acuerdo con la figura 3.66 para tasas de precipitación menores a 0.5 mm/h se considera que ya no es un riego eficiente sino simplemente humedece el suelo en esa parte, por lo que el diámetro efectivo es de 5.0 m.

Microirrigación

158

Fig. 3.66. Diámetro de cobertura del microaspersor. El microaspersor funciona óptimamente a 2.0 kg/cm2 según la figura 3.67 para riego individual de árboles.

Fig. 3.67. Curva de funcionamiento del microaspersor propuesto. A continuación se presenta el resumen de la información requerida y el proceso mediante una sencilla hoja de cálculo para el diseño agronómico del sistema de riego de este ejemplo. 159

Microirrigación

D iseño Agronóm ico de un Sistem a de R iego Localizado C ultivo C ultivo: Espac.entre plantas (m ) Espac.entre hileras (m ) D iám etro de copa (m ) Fracción de area som breada: C oefic.de Localización C E para no reducción (m m hos/cm ) Profundidad de raíces (m ) C am po y Agua Superficie de la parcela (ha) C audaldisponible (lps) C E agua de riego (m m hos/cm ) Fracción de lavado

Sistem a de R iego Eficiencia de aplicación U niform idad de Em isión G oteo (1),M icroaspersión (2) FactorporVariación clim ática Factorpara N t

M anzano 4.0 7.0 4.0 0.45 0.72 1.7 1.2 23.1 25.0 0.5 0.16

0.90 0.90 2 1.15 0.84

Suelo Porcentaje de Arena Porcentaje de Arcilla

43 27

C ondiciones de M anejo H oras de riego pordía M áxim o Agotam iento Perm isible

22 0.4

C on cultivo M ES Enero Febrero M arzo Abril M ayo Junio Julio Agosto Septiem bre O ctubre N oviem bre D iciem bre AN U AL

ETo m m /dia 2.4 3.1 4.2 5.3 6.0 6.7 5.6 5.3 4.0 3.6 2.8 2.3

D ias 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 365

Kc 0.250 0.250 0.250 0.362 0.582 0.802 0.900 0.900 0.900 0.806 0.603 0.400

ETc m m /m es 18.8 22.0 32.4 57.2 109.0 161.3 154.8 146.5 107.5 91.0 51.4 28.9 980.7

Eto.C alculada a partir delM étodo de Penm an M onteith. N ecesidad de riego para D iseño de M icroirrigación:

FASES DURACION (dias) FECHA DE INICIO DEL CULTIVO Inicial 90 DIA MES D esarrollo 90 1 / 1 M edio 95 Final 90 DIAS TRANSCURRIDOS = 1.00 365 Total

Propiedades H idráulicas delSuelo H um edad a Saturación (cm 3/cm 3) H um edad a C apacidad de C am po H um edad a PM P (cm 3/cm 3) H um edad fácilm ente aprovechable C onduc.a Saturación Ib (cm /hora) H um edad aprov.en zona de raíces (m m ) Parám etros agronóm icos delR iego C audalm ínim o delSistem a (lps) C audalm edio delem isor(lph) Volum en de agua porplanta (litros/día) N úm ero de em isores porplanta Intensidad horaria (m m /h) Tiem po de riego pordía (hs)

Microirrigación

A= 8.54E-05 0.48 -6.497697 0.28 0.16 0.12 0.39 144.00 17.22 35.0 165.6 1 1.25 4.7

160

ETc m m /día 0.6 0.8 1.0 1.9 3.5 5.4 5.0 4.7 3.6 2.9 1.7 0.9

Nn m m /día 0.5 0.7 0.9 1.6 2.9 4.5 4.2 3.9 3.0 2.4 1.4 0.8

Nt m m /día 0.7 0.9 1.1 2.1 3.9 5.9 5.5 5.2 3.9 3.2 1.9 1.0

5.9 m m /día

K(1)= K(3)= K(4)=

Parám etros agronóm icos delR iego N úm ero de em isores Intervalo de R iego M áxim o (días) C audaltotalrequerido (lps) N úm ero m áxim o de secciones N úm ero de secciones propuesto C audal porsección (lps) Intervalo de R iego propuesto (días) Secciones diarias a regar Tiem po de R iego porSección (hs) Tiem po de R iego pordía (hs)

0.25 0.90 0.30

8,233 9 80.0 4.6 4 20.0 4 1 18.9 18.9 ok

Diseño hidráulico del sistema de riego En primer lugar se calcula la tolerancia de caudales para conseguir la uniformidad ya definida en el diseño agronómico en términos de la Uniformidad de Emisión (EU=0.90). Calculada la tolerancia de caudales y conocida la ecuación del emisor se calculará la tolerancia de presiones. Los cálculos anteriores son comunes para toda la instalación del riego. A partir de ellos el cálculo se desarrolla independientemente para cada bloque de riego.

Fig. 3.68. Diagrama de presiones en un bloque de riego. Según la ecuación 3.38, que a continuación se vuelve a presentar CV  EU = 1 + 1.27 n 

 q n   q a

  

Sustituyendo la información conocida en la ecuación anterior 0.05  q n   0.90 = 1 + 1.27   1  35   de donde qn = 33.64 l/h

161

Microirrigación

Usando la curva del emisor q = 8.0096 x h^(0.4936) se obtiene la presión mínima: hn = 18.3 mca Variación de caudal:

Gasto medio = 35 l/h Gasto mínimo = 33.64 l/h

Variación de presiones:

Presión media del bloque = 20 mca Presión mínima del bloque = 18.3 mca

Tolerancia de variación de presión total en el bloque de riego, según la ecuación 3.42 : ∆H = 2.5(ha – hn) ∆H = 2.5(20.0-18.3) = 4.25 mca Esta es la variación de presiones total en el bloque de riego, incluyendo los desniveles topográficos. El diseño del bloque de riego se apegará a este criterio. Normalmente se toma la mitad de pérdida para la línea regante y el resto para la tubería secundaria. En este caso se diseñará como sigue:

Fig. 3.69. Distribución de hf en el bloque de riego. Teniendo como condición la pérdida de carga permisible en la línea regante se procede a seleccionar la longitud máxima para obtener dicha pérdida de presión o una muy cercana.

Microirrigación

162

El detalle de la selección se muestra en el cuadro 3.45, donde se muestra para cada salida la pérdida en el tramo y acumulada hasta el inicio de la regante, usando línea de polietileno de diámetro nominal de 17 mm. De esta tabla se selecciona como longitud máxima regante 52 m, o 13 microaspersores. Cada fabricante de emisores dispone de información suficiente para realizar esta selección. Cuadro 3.45. Determinación de la longitud máxima de regante FUNCIONAMIENTO DE EMISORES

DATOS DEL EMISOR

DATOS DE FUNCIONAMIENTO Presión final requerida: Longitud: Espaciamiento del emisor: Nº emisores a evaluar: Variación de caudal permitido Pendiente: descendente: (-), ascendente: (+) Carga hidráulica por desnivel

MICROASPERSOR 801 35 LPH

ECUACION DEL EMISOR a= b= PE BD 17 MM

8.0096 0.4936 13.8

Gasto Mínimo: Gasto Máximo permisible: Longitud máxima según q máx Presión a la entrada de regante Pérdida de carga en regante:

Emisor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

q emisor (lph) 35.14 35.14 35.15 35.17 35.21 35.26 35.35 35.46 35.60 35.79 36.02 36.29 36.61 36.99 37.43

35.14 36.99 52.00 21.97 1.97

Q regante (lph hf (m.c.a.) 35.14 0.00 70.28 0.01 105.43 0.02 140.60 0.04 175.81 0.07 211.07 0.10 246.42 0.13 281.88 0.17 317.48 0.22 353.27 0.27 389.29 0.32 425.58 0.39 462.19 0.46 499.18 0.53 536.61 0.62

lph lph m m.c.a. m

hf acum 0.00 0.01 0.04 0.08 0.15 0.24 0.37 0.54 0.76 1.03 1.35 1.74 2.20 2.73 3.35

20 60 4 15 5.0% 0.000%

m.c.a. m m unid. ±

0.000 m.c.a.

Variación de caudal = (Qmax - Q min) / Qmax * 100

∆h (m) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

Long (m) Gasto (lph/m) Presión (m) 4.00 8.785 20.000 8.00 8.785 20.003 12.00 8.787 20.013 16.00 8.793 20.037 20.00 8.802 20.079 24.00 8.816 20.146 28.00 8.837 20.241 32.00 8.865 20.371 36.00 8.901 20.542 40.00 8.947 20.758 44.00 9.004 21.025 48.00 9.072 21.350 52.00 9.153 21.739 56.00 9.248 22.196 60.00 9.357 22.731

La pérdida de carga real para, 13 emisores o 52 m de máxima regante es de: 1.97 m (1.74 de pérdida hasta la salida 12 mas la mitad de pérdida en el tramo 13 porque la línea secundaria está a la mitad de dos árboles), por lo que se modifica la pérdida disponible en la secundaria a 2.18 mca. 163

Microirrigación

Dentro del plano se divide la plantación a cada 13 árboles lo que definirá una parte del bloque de riego, posteriormente se dividirá convenientemente en sentido perpendicular de acuerdo con las condiciones propias del terreno. En este caso se dividió en cuatro partes considerando hacer zonas muy similares en superficie para balancear caudales según las secciones que se calcularon. En este proyecto se tienen dos casos para calcular la línea secundaria. El primero donde la pendiente es a favor de la línea secundaria, donde aproximadamente se gana un metro de carga hidráulica. En este caso a la pérdida permisible se le agrega el desnivel. La pérdida permisible entonces será de 3.18 mca y con este valor se calcularán los diámetros y longitudes respectivas en los bloques de riego donde la pendiente es a favor.

Fig. 3.70. Cálculo de secundaria con pendiente a favor.

El otro caso es cuando se tiene pendiente ascendente, como la pendiente en este terreno es muy uniforme también se considera un metro de desnivel para calcular este otro bloque, pero ahora se le descuenta a la pérdida permisible quedando en 1.18 m en lugar de 3.18 m cuando baja la secundaria.

Microirrigación

164

Fig. 3.71. Cálculo de secundaria con pendiente en contra. De esta manera se repite el cálculo para cada bloque definido, haciendo las mismas consideraciones que aquí se ejemplificaron, de acuerdo con los desniveles particulares de cada bloque. Una vez calculados todos los bloques el proyecto terminando se presenta en la figura 3.72:

165

Microirrigación

Seccion 1

Seccion 3

Seccion 2

Fig. 3.72. Tuberías secundarias dimensionadas.

Microirrigación

166

Seccion 4

De acuerdo con la división realizada resulta más conveniente realizar cuatro secciones de riego manejándose por niveles topográficos, de tal manera que se tenga la menor diferencia de presiones entre bloques de riego. El trazo de la red principal está condicionado por la posición de las válvulas definidas de antemano. Para el dimensionamiento de la tubería principal se ha tomado como criterio no exceder 1.5 m/s la velocidad del agua en los conductos. Dada la experiencia, en el diseño de proyectos, se considera aceptable este criterio como propuesta inicial para suponer los diámetros de la tuberías, enseguida con base en simulaciones de funcionamiento se ajustan estos parámetros para obtener una tubería del menor calibre posible y así ahorrar energía en la operación del sistema de riego. La presión mínima requerida en el inicio de cada bloque de riego es la suma de la presión de operación en el último emisor más la pérdida de carga hidráulica en la línea regante más la pérdida en la línea secundaria agregando el desnivel a favor o en contra y la pérdida de carga en la válvula de seccionamiento. Para los bloques que bajan se traduce en: Presión de operación: Hf en línea regante: Hf en línea secundaria Desnivel a favor hx en válvula Presión al inicio de bloque:

20.0 mca 1.97 mca 3.18 mca 1.00 mca 0.85 mca 25.00 mca

En el bloque que asciende se compensa la pérdida de carga en la tubería secundaria con el desnivel requiriendo exactamente la misma presión al inicio del bloque. La presión mínima requerida en un nodo de la red principal es 25.0 mca y con este parámetro se determinará la presión a la salida de los filtros. En los siguientes esquemas se muestran los resultados del cálculo de la red principal en cuanto a los diámetros propuestos y las presiones obtenidas.

167

Microirrigación

Figura 3.73. Diámetros propuestos y presiones obtenidas en los nodos de la red En la parte izquierda de la figura se anotan sobre los nodos las presiones obtenidas cuando funciona la primera o segunda sección y a la derecha las presiones cuando funciona la tercera y cuarta sección. Presiones: La presión mínima es cuando funciona la primera sección en el nodo de abajo a la izquierda la cual es de 25.04 mca, esto se logra a través de modificar la presión de salida de la bomba y ésta es la mínima necesaria a la salida de los filtros.

Microirrigación

168

Una vez obtenida ésta información se determina la presión necesaria a la descarga del equipo de bombeo agregando la pérdida de carga en el equipo de filtración. Presión requerida a la salida de los filtros Pérdida de carga en hidrociclón Pérdida de carga en filtro de malla

32.4 mca 3.8 mca 6.2 mca (1.3 limpio)

Presión requerida a la descarga de bomba Caudal requerido

42.4 mca 20.0 l/s

Equipo de bombeo necesario: CDT = 42.4 + ND+ hf en columna de bombeo CDT= 42.4 + 69.0 = 111.4 mca + hf en columna de bombeo Q = 20.0 l/s Para la selección en catálogos de fabricantes de Estados Unidos se expresa en las siguientes unidades: Q = 317 gpm CDT = 365.8 ft + hf en columna de bombeo El modelo de bomba específico se selecciona de acuerdo con las curvas de funcionamiento que proporcionan los fabricantes. Lista de materiales En este momento ya es posible obtener la lista de materiales que integran el proyecto. De acuerdo con el sistema de la tubería propuesto las conexiones hasta 4 pulgadas de diámetro son conexiones cementadas y de 6 en adelante son conexiones con unión espiga-campana.

169

Microirrigación

Lista de material necesario para proyecto de Riego por Microaspersión Descripción

Cantidad

Unidad

EMISORES Microcabeza 801 35 lph, boq. Azul Soporte bayoneta serie 800 Tubín 4 mm diam. 1 m longitud c/conector y cople tubín

8,250 8,250 8,250

Pza Pza Pza

165 180 760 760

Pza Pza Pza Pza

972 960 774 16 2 2 2 1 20 18 16 2 1 2

m m m m pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza

2 6 1 1 6 12

pza pza pza pza pza pza

LINEA REGANTE Y CONEXIONES Tubo PE BD 17 mm rollo 200 m Cople inserción 17 mm Conector inicial c/ goma p/ PVC 17 mm Terminal p tubo PE 17 mm LINEA SECUNDARIA Y CONEXIONES Tubo PVC Irrigación cementar 32 mm Tubo PVC Irrigación cementar 50 mm Tubo PVC Irrigación cementar 75 mm Tubo PVC Irrigación cementar 100 mm Cople hidráulico cementar 32 mm Cople hidráulico con campana 50 mm Cople hidráulico con campana 75 mm Cople hidráulico con campana 100 mm Purga 90-32 mm Reducción hidr. Cementar bushing 50-32 mm Reducción hidr. Cementar bushing 75-50 mm Reducción hidr. Cementar bushing 100-75 mm Codo hidr. Cementar 45-32 mm Codo hidr. Cementar 45-50 mm VALVULAS Y CONEXIONES Válvula doble 50-1 1/4 -50 mm Válvula doble 75-2 -75 mm Válvula doble 50-1 1/2 -50 mm Válvula sencilla 32-1 1/4 -32 mm Codo hidr. Cementar 90-50 mm Codo hidr. Cementar 90-75 mm

Sigue Microirrigación

170

Reducción hidr. Cementar bushing 75-50 mm Reducción hidr. Cementar bushing 100-75 mm Te hidr cementar 32 mm

3 2 1

pza pza pza

108 210 318 468 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1

m m m m pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza pza

1 1 1 1

lote pza pza pza

1

lote

1

lote

TUBERIA PRINCIPAL Y ACCESORIOS Tubo PVC Irrigación cementar 50 mm Tubo PVC Irrigación cementar 75 mm Tubo PVC Irrigación cementar 100 mm Tubo PVC Irrigación c/campana 160 mm Cople hidráulico con campana 100 mm Cople hidráulico con campana 160 mm Te hidr con campana 160 mm Curva hidr c/ campana 90-160 mm Te hidr con campana 160-160-50 mm Te hidr con campana 160-100-75 mm Te hidr cementar 100-75-75 mm Te hidr cementar 75-50-75 mm Te hidr cementar 50-50-50 mm Purga 90-50 con válvula adm-exp aire 2" Te 100-100-50 con válvula adm-exp aire 2" Curva hidr c/ campana 22-160 mm Curva hidr c/ campana 45-160 mm Te hidr con campana 160-160-32 mm Te hidr cementar 100-100-75 mm Te hidr cementar 75-50-50 mm EQUIPO DE FILTRACION Filtración hidrociclón + mallas para 20 lps Válvula check 4" Medidor de gasto 4" Válvula de alivio de presión 2" EQUIPO DE FERTILIZACION Inyector vénturi 1" con motobomba 1 hp y tanque 1200 l EQUIPO DE BOMBEO Bomba sumergible mod : 375S500-8DS (50 HP), con 26 tramos de columna de fierro 4” de 10 ft, cable y subestación eléctrica con transformador de 75 kva, arrancador y protección termomagnética según especificaciones de CFE

171

Microirrigación

Microirrigación

172

Capítulo 4 INSTALACIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE MICROIRRIGACIÓN 4.1. Instalación del sistema de riego La instalación de un sistema de riego es la culminación de un buen proceso de diseño detallado que incluye todas las especificaciones de los materiales a utilizarse. El resultado del diseño es un plano detallado de la obra, que debe incluir los detalles de instalación de cada uno de los materiales que lo componen (presiones, caudales, diámetros, etc), y memoria de cálculo del mismo. A continuación se describen los pasos típicos de la instalación de un sistema de riego de microirrigación. Los requerimientos de mano de obra para cada etapa que se indica son promedios para un área de 80-100 ha. El equipo sugerido para realizar una instalación sin dificultades es el que se muestra en la figura 4.1.

Fig. 4.1. Equipo sugerido para la instalación del sistema de riego

173

Microirrigación

Etapa 1. Trazo del sistema en campo Descripción. En esta etapa se ubica el sistema que se va a instalar en el terreno, ubicando la fuente de abastecimiento, puntos de control, trazo de las líneas principales y secundarias alineándolas con las hileras de plantas. En algunos casos será necesario determinar la dirección de las hileras de la plantación en el caso de que aún no exista (figura 4.2). Equipo requerido. Tránsito, estadal, cinta métrica, estacas de madera, martillo, cuerda de construcción, plano detallado del sistema de riego, estacas de hierro y cal para marcar la zanja.

Fig. 4.2. Trazo de los ejes de las tuberías Procedimiento. Se determinan las líneas de centro de las zanjas para las tuberías del sistema, los límites de los bloques de riego en donde se cortará la línea regante. Se ubica la estación de bombeo, lugar de filtración, posición de válvulas y puntos de control. Debe tenerse cuidado de que coincida con el plano del sistema de riego. Este trabajo lo desarrolla un topógrafo con dos ayudantes. Cuando la plantación existe y tiene un marco regular esta operación puede llevarse a cabo sin equipo de topografía, solamente guiándose por número de árboles. Etapa 2. Estación de bombeo Descripción. Excavación para instalar la placa de concreto, construcción de la misma, armado de bombas y motores. Instalación y conexión del equipo de bombeo, motores y controles del sistema. En ocasiones se debe construir también un cárcamo de bombeo o toma de algún canal (figura 4.3). Equipo requerido. Equipo de excavación (mecánico o manual), materiales para mezcla de concreto, hierro de refuerzo, madera para la cimbra. Procedimiento. Excavar y preparar la cimbra para la base de concreto y otras instalaciones como cárcamo y toma. Preparación de concreto, colocación de refuerzos, vaciado, fraguado, desmontar la cimbra de madera En ocasiones también es necesario construir una

Microirrigación

174

caseta de control donde se aloje todo el cabezal. Esta operación puede requerir hasta 5 operadores. En el caso de bombas centrífugas se debe prestar atención a los siguientes detalles. El tubo de succión debe instalarse de manera que se evite la formación de bolsas de aire. La altura del centro axial de la bomba no debe exceder la indicada en los planos de la instalación. Después de conectar la bomba a la fuente de energía se deben tomar precauciones para verificar que las fases de tensión sean tales que hagan rotar a los impulsores en la dirección correcta.

Fig. 4.3. Instalación del equipo de bombeo Etapa 3. Filtros y sistemas de control Descripción. Excavación, construir base de concreto para filtros, armado e instalación del equipo de filtración, elementos de tuberías, páneles de control, computadora de riego, equipos de fertilización, válvulas de control de presión y/o caudal, medidores de agua, etc (figura 4.4). Equipo requerido. Equipo de excavación (mecánico o manual), ingredientes para mezcla de concreto, hierro de refuerzo y madera para cimbra.

175

Microirrigación

Procedimiento. Excavar y preparar las cimbras para la base de concreto. Colocar los refuerzos, verter el concreto y dejar fraguar; desmontar la madera de la cimbra; instalar cada uno de los componentes dela filtración de acuerdo con el plano del cabezal del sistema.

Fig. 4.4. Instalación de Filtración Etapa 4. Excavación de zanjas de las tuberías. Descripción. La excavación debe hacerse de acuerdo con las dimensiones que se indican en la figura 4.5.

Fig. 4.5. Dimensiones de zanja según diámetro de tubería

Microirrigación

176

Equipo requerido. Excavadora de zanja, equipo de excavación manual, equipo de trazado (figura 4.6). Procedimiento. Trazar, eliminar los obstáculos a lo largo del recorrido de la excavadora, ejecutar la excavación.

Fig. 4.6. Excavación de zanja Etapa 5. Distribución y tendido de líneas principales y secundarias Descripción. Distribución e instalación de los tubos de PVC a lo largo de las zanjas (figura 4.7). Equipo requerido. Tractor con remolque, palanca para insertar los tubos grandes (mayor de 8”), tablón de madera para apoyar la palanca, lubricante y empaques. Procedimiento. Tomar la tubería del almacén, colocarlos sobre el remolque y distribuirlos a lo largo de todas las zanjas. Hay dos opciones para la instalación del tubo: Una es acoplarlo fuera de la zanja y después acomodarlo en el interior de la zanja y la otra es insertarlos dentro de la zanja, esto dependerá más de la preferencia del instalador.

177

Microirrigación

Fig. 4.7. Tendido e instalación de tubería de PVC Mano de obra requerida: Tres operadores para distribuidor los tubos y dos para la unión de los mismos. Formas de unión de las tuberías de PVC: Procedimiento para acoplado de tubos cementados: Antes de iniciar la unión cementada deberá asegurarse de lo siguiente: •

•

Disponer del cemento adecuado y en buenas condiciones. El cemento debe tener la consistencia de la miel y no contener partículas visibles e insolubles. Si la consistencia del cemento es gelatinosa éste deberá desecharse. Tener a la mano las herramientas necesarias, como cortador, rebabeador, brocha, trapo limpio, lima, etc.

Microirrigación

178

Efectuar un corte perpendicular al eje del tubo, esto proporcionará suficiente área de cementación. El serrote con caja guía, arco con segueta o el cortador giratorio son apropiadas para esta operación. Figura 4.8

Fig. 4.8. Corte de tubería

Limpie el área de corte a efecto de eliminar partículas sueltas que impidan un buen contacto entre las áreas a cementar. Para esta actividad utilice un rebabeador, navaja o lima. Figura 4.9

Fig. 4.9. Rebabeo del tubo

Visualmente inspeccione las partes a cementar y asegúrese que estén libres de polvo, grasas, agua y otras impurezas.Verifique que no tenga daños al tubo ni la conexión, como pueden ser rupturas o aplastamiento por mal manejo; de ser este el caso sustituya el producto por otro en buen estado. Figura 4.10 Aplique con un trapo limpio el limpiador, tanto en el tubo como en la conexión.Evite tocar con las manos las áreas limpias. Esta operación prepara al PVC para una buena cementación.

Fig. 4.10. Limpieza de conexiones

Aplique el cemento tanto en el tubo como en la conexión. La aplicación deberá ser uniforme cubriendo toda la superficie por cementar, esta operación habrá que realizarla en el menor tiempo posible, para evitar que el cemento seque antes de concluir la unión. Figura 4.11 Fig. 4.11. Aplicación de cemento

179

Microirrigación

Es muy importante trabajar rápidamente. Inserte el tubo dentro de la conexión, gire 1/4 de vuelta para lograr una buena distribución del cemento, sujete el tubo y la conexión, manteniéndolos unidos por 15 segundos. Para cementar tubos y conexiones de diámetros mayores a 100 m. es necesario sujetar las partes por un tiempo mínimo de 3 minutos. Figura 4.12 Fig. 4.12. Unión de tubo y conexión

Remueva el sobrante de cemento con un trapo limpio, esta operación deberá efectuarse inmediatamente después de concluída la unión, de otra forma, el cemento se endurecerá. No mueva ni utilice las piezas cementadas hasta que haya transcurrido el tiempo de secado recomendado por el fabricante. Figura 4.13 Fig. 4.13. Remoción de cemento excedente

Procedimiento para acoplado de tubos con campana: La instalación de los tubos de PVC consiste en la unión de los tramos de tubo, dentro o fuera de la zanja. La espiga del primer tramo a instalar se apoya sobre algún material duro (base de concreto, roca, pared de la zanja o cualquier objeto fijo) y se procede a unir los dos tramos. Para diámetros de 13 mm a 200 mm (1/2” a 8” ) Serie Inglesa y de 160 mm a 400 mm Serie Métrica, el acoplamiento puede hacerse manualmente o con barreta, con la que se hace palanca, protegiendo adecuadamente la campana con un taquete de madera. Se procede a hacer la limpieza de la campana y de la espiga que se unirán. Figura 4.14

Fig. 4.14. Limpieza de campana y espiga

Se debe acomodar el anillo en el nicho de la campana, tratando de hacer dos “ondas” para que se facilite la operación. Figura 4.15

Fig. 4.15. Acomodo de anillo

Microirrigación

180

Se procede a hacer la aplicación de lubricante sobre la espiga limpia de la tubería. Figura 4.16

Fig. 4.16. Aplicación de lubricante

Se hace la inserción de la espiga en el interior de la campana hasta la marca tope que tiene la tubería. Es esencial alinear correctamente los tubos para su fácil unión. Figura 4.17 Fig. 4.17. Inserción de tubería

En diámetros de tubería hasta 16” es posible hacer el acople manualmente o con la ayuda de una barreta para hacer palanca sobre un taquete de madera para no dañar la campana del tubo. Figura 4.18 Fig. 4.18. Instalación de tubería hasta 16”

En diámetros más grandes es necesario usar un tecle con cadena para insertar la espiga en el interior de la campana del tubo. Figura 4.19

Fig. 4.19. Instalación de tubería mayor a 16”

Los tubos deben colocarse cuidadosamente a lo largo de la zanja, con la campana de cada tubo superponiéndose al extremo del tubo tendido previamente en una longitud igual a la profundidad de penetración del nicho de la campana. Los tubos se deben instalar sobre la zanja sin piedras grandes. Debe haber un soporte adecuado abajo del tubo. La tierra de relleno no debe contener piedras. Los extremos de los tubos deben mantenerse libres de tierra para poder revisar la instalación una vez que se presurice el sistema.

181

Microirrigación

El tubo de PVC debe ser instalado sobre una cama o plantilla apropiada que proporcione un soporte longitudinal uniforme bajo el tubo, en terrenos agrícolas muchas veces no es necesaria la plantilla de arena, pero si no hay un soporte uniforme debe considerarse la misma. El material de relleno debe ser compactado bajo los lados del tubo para tener un buen acostillado. El relleno inicial debe ser depositado a una altura suficiente sobre el lomo del tubo como protección al impacto durante el relleno final (a volteo o compactado según lo especifique el proyecto). Todo el material de relleno compactado debe ser seleccionado y depositado cuidadosamente, evitando piedras y escombros, además no se recomienda usar arcillas de alta plasticidad. Una apropiada compactación del material del acostillado, que es la sección del relleno que va desde la parte baja del tubo hasta el eje del mismo, es fundamental para que no haya una deformación de la sección de la tubería y probables fugas en las campanas o incluso la falla estructural de la misma. Información útil para la instalación de tubería de PVC Cuadro 4.1. Rendimiento de lubricante para uniones con campana anger, en tubería serie inglesa (IPS) Diámetro Uniones por lata Cantidad de lubricante Nominal de 1.0 kg por unión (gramos) (mm) 38 900 1.11 50 660 1.51 60 406 2.46 75 273 3.67 100 180 5.54 150 81 12.35 200 54 18.57 Cuadro 4.2. Rendimiento de lubricante para uniones con campana anger, en tubería serie métrica Diámetro Uniones por lata Cantidad de lubricante Nominal de 1.0 kg por unión (gramos) (mm) 160 81 12.35 200 58 17.28 250 46 21.66 315 38 26.00 355 31 32.50 400 31 32.50 450 23 43.33 500 15 65.00 630 8 130.00 Nota: El número de uniones varía dependiendo de la consistencia del lubricante y experiencia del instalador.

Microirrigación

182

Cuadro 4.3. Rendimiento de cemento para uniones cementadas. Tubería inglesa (IPS) Diámetro Nominal (mm) 25 32 38 50 60 75 100 150 200

Uniones por lata de 0.5 litro

Uniones por botella de limpiador 0.5 litro

160 140 100 60 50 40 30 20 15

64 56 40 24 18 14 10 8 4

Cuadro 4.4. Rendimiento de instalación para la tubería de PVC Diam nom Serie inglesa 38 50 60 75 100 150 200

Diam. Nominal Serie métrica

160 200 250 315 355 400 450 500 630

Tubos (m) instalados por cuadrilla/jornada 220 (1,320) 220 (1,320) 210 (1,260) 200 (1,200) 175 (1,050) 160 (960) 120 (720) 100 (600) 90 (540) 80 (480) 70 (420) 65 (390) 60 (360) 55 (330)

oficiales

Peones

1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4

Etapa 6. Atracado de conexiones Todas las tuberías requieren atraques para ser fijadas al terreno que las rodea, los atraques consisten en bloques de concreto formados por una parte de cemento, dos de arena y cinco de grava. Los atraques se hacen en los cambios de dirección (codos, tees, cruces), en los

183

Microirrigación

cambios de diámetro (reducción), en las terminales (tapones y tapas) y en válvulas, en las cuales el esfuerzo se desarrolla al cerrarlas. Deben construirse de manera que la superficie de apoyo (A) esté en línea directa con la fuerza principal generada por el tubo o accesorio. (figura 4.20)

Fig. 4.20. Forma de colocar los atraques en conexiones de tubería El tamaño del atraque depende de: La presión máxima del sistema El diámetro de la conducción Tamaño de las conexiones Tipo de conexión o accesorio Angulo de deflexión (curvas horizontales o verticales) Tipo de suelo La fuerza del empuje se calcula con las siguientes relaciones: Para codos : R = 2 Fsen Para Tes:

α 2

R=F

Donde: R F P s α

Microirrigación

-

Fuerza del empuje en kg Fuerza resultante de la presión interna F = P s Presión interna de la tubería Área interior de la tubería ángulo de deflexión de la conexión en grados

184

(4.1)

La superficie de apoyo necesario para el atraque se calcula con: A= R/T (4.2) Donde: A - Superficie de apoyo del atraque m2 T - Resistencia que opone el terreno a la introducción del atraque kg La resistencia que opone el terreno a la introducción del atraque se estima con el siguiente cuadro: Cuadro 4.5. Resistencia del suelo a la introducción del atraque. Tipo de suelo T (kg/cm2) Terreno blando (lodoso, barro suave) 0.4 Terreno rígido (arena) 1.0 Terreno semifirme (arena y grava) 2.0 Terreno duro 4.0 Roca 15.0 Para determinar la superficie de apoyo de un atraque se puede usar el cuadro 4.6. Multiplicando el valor correspondiente de la superficie de apoyo, de acuerdo al tipo de conexión utilizada y multiplicado por la presión máxima de la línea (generalmente la presión de prueba). Equipo requerido: Equipo manual para excavación, ingredientes para mezcla de concreto y madera para hacer los moldes de los atraques figura 4.21. Procedimiento: Excavar hasta obtener suficiente espacio para construir el atraque, compactar el suelo, preparar el molde de madera, verter el concreto, dejar fraguar y quitar la madera.

Fig. 4.21. Elementos necesarios para la construcción de atraques Para fines prácticos se sugieren las dimensiones de la figura 4.22. Estas dimensiones han sido calculadas considerando una presión hidráulica de 7.5 kg/cm2 (presión de prueba) y un tipo de suelo rígido (arena).

185

Microirrigación

Cuadro 4.6. Superficie de apoyo de atraques (cm2) por cada kg/cm2 de presión en la tubería de conducción. Diam nom (inglés) Diam nom (metr) Diam int. (mm) Fuerza (kg/cm2)

38 50 45.3 16.1

50 63 57.3 25.8

15.0 4.0 2.0 1.0 0.4

22.8 1.5 5.7 11.4 22.8 57.0

36.5 2.4 9.1 18.2 36.5 91.2

53.5 3.6 13.4 26.7 53.5 133.7

79.3 5.3 19.8 39.7 79.3 198.3

131.2 8.7 32.8 65.6 131.2 328.1

264.8 17.7 66.2 132.4 264.8 662.0

413.7 27.6 103.4 206.9 413.7 1,034.3

646.2 43.1 161.5 323.1 646.2 1,615.5

1,025.1 68.3 256.3 512.6 1,025.1 2,562.8

1,303.7 86.9 325.9 651.9 1,303.7 3,259.3

15.0 4.0 2.0 1.0 0.4

12.3 0.8 3.1 6.2 12.3 30.8

19.7 1.3 4.9 9.9 19.7 49.3

29.0 1.9 7.2 14.5 29.0 72.4

42.9 2.9 10.7 21.5 42.9 107.3

71.0 4.7 17.8 35.5 71.0 177.6

143.3 9.6 35.8 71.7 143.3 358.3

223.9 14.9 56.0 112.0 223.9 559.8

349.7 23.3 87.4 174.9 349.7 874.3

554.8 37.0 138.7 277.4 554.8 1,387.0

705.6 47.0 176.4 352.8 705.6 1,763.9

15.0 4.0 2.0 1.0 0.4

6.3 0.4 1.6 3.1 6.3 15.7

10.1 0.7 2.5 5.0 10.1 25.2

14.8 1.0 3.7 7.4 14.8 36.9

21.9 1.5 5.5 10.9 21.9 54.7

36.2 2.4 9.1 18.1 36.2 90.5

73.1 4.9 18.3 36.5 73.1 182.6

114.1 7.6 28.5 57.1 114.1 285.4

178.3 11.9 44.6 89.1 178.3 445.7

282.8 18.9 70.7 141.4 282.8 707.1

359.7 24.0 89.9 179.8 359.7 899.2

15.0 4.0 2.0 1.0 0.4

16.1 1.1 4.0 8.1 16.1 40.3

25.8 1.7 6.4 12.9 25.8 64.5

37.8 2.5 9.5 18.9 37.8 94.6

56.1 3.7 14.0 28.0 56.1 140.2

92.8 6.2 23.2 46.4 92.8 232.0

187.2 12.5 46.8 93.6 187.2 468.1

292.6 19.5 73.1 146.3 292.6 731.4

456.9 30.5 114.2 228.5 456.9 1,142.3

724.9 48.3 181.2 362.4 724.9 1,812.2

921.9 61.5 230.5 460.9 921.9 2,304.6

Empuje R (kg) Codo 90°

Empuje R (kg) Codo 45°

Empuje R (kg) Codo 22°

Empuje R (kg) Te, Tapon

60 69.4 37.8

75 80 84.5 56.1

186

100 108.7 92.8

150 160 154.4 187.2

200 200 193 292.6

250 241.2 456.9

315 303.8 724.9

355 342.6 921.9

Microirrigación

Mano de obra requerida: Dos a tres operadores. Para tubería entre 32 mm y 315 mm de diámetro y para una presión de trabajo en promedio hasta de 4 kg/cm2 se recomienda hacer los atraques con las siguientes dimensiones:

Fig. 4.22. Dimensiones recomendadas de atraques Etapa 7. Sistema de control secundario Descripción: Instalación de los sistemas de control en la entrada de los bloques de riego (válvulas de seccionamiento, filtración secundaría, etc figura 4.23). Equipo requerido: Equipo para excavación manual. Materiales para preparar concreto y madera para moldes de atraques en la conexión de la línea principal a la secundaria. Procedimiento. Excavar si es necesario para tener suficiente espacio en la base del cabezal. Compactar el suelo, preparar el atraque, verter el concreto, dejar fraguar, desarmar al molde del atraque, instalar el equipo de control.

187

Microirrigación

Fig. 4.23. Instalación de cabezales secundarios Etapa 8. Prueba de presión. (prueba hidrostática) Descripción. Una vez instalada la línea de conducción y secundariases necesario realizar la prueba de presión con el objeto de verificar la hermeticidad del sistema y la resistencia a la presión a la cual trabajará la tubería en las condiciones normales de operación. El propósito de la prueba de presión es localizar posibles defectos en los materiales o en la hechura (mano de obra) y por lo tanto permitir una reparación apropiada (figura 4.24). Equipo requerido. Bomba de agua a presión, válvulas aislantes, manómetros. Procedimiento. Aislar la parte del sistema a probar, llene la línea y aplique la presión de prueba, examinar la tubería y verificar que no haya fugas.

Fig. 4.24. Prueba de presión y hermeticidad Microirrigación

188

Si se tiene más de un tubo por zanja, cada tubo se debe probar individualmente para detectar más fácilmente las posibles fugas. Antes del llenado final, todas las líneas deben lavarse para evitar tener que volver a abrir zanjas en caso de detectarse líneas obturadas. Etapa 9. Relleno de zanjas. Descripción. Relleno final de todas las zanjas de la línea principal y secundarias, compactación del suelo (figura 4.25).

Fig. 4.25. Tapado de zanjas 189

Microirrigación

Equipo requerido. Equipo para relleno manual, tractor con pala, rodillo apisonador y herramientas de compactación manual. Procedimiento: El relleno final puede ser con máquina, evitando dejar caer piedras sobre la tubería. Igualmente es necesario cuidar de no golpear los cabezales secundarios. Se debe proteger todos los elevadores para que no queden doblados ni tapados por el producto del relleno. Equipo requerido. Un operador de tractor y dos operarios.

Etapa 10. Tendido y unión de la líneas regantes o laterales. Descripción. Esta etapa tiene lugar después que toda la red de alimentación y distribución de agua está lista para operar y los campos han sido preparados (figura 4.26). Equipo requerido: Tractor con dispositivo de tendido de laterales, estacas para fijar los extremos de las laterales, herramienta de corte para la manguera. Procedimiento: Colocar el dispositivo de tendido de laterales en el tractor y verificar su operación. Instalar los rollos en el dispositivo. Tender los laterales a velocidad constante. Cortar los laterales con la herramienta de corte dejando una longitud adicional al surco y estacar el extremo libre al suelo. El lateral debe tenderse flojo, dado que se contrae de noche y a bajas temperaturas. Conectar los laterales a los elevadores usando los coples correspondientes. Una vez que se han conectado los laterales se pueden retirar las estacas. Si no se dispone de la herramienta para el tractor y el terreno es relativamente pequeño esta operación puede hacerse con operadores que van caminando y tendiendo las laterales. En esta etapa se incluye la colocación de los emisores sobre la línea lateral en caso de que no estén integrados a la misma, tal es el caso de goteros botón o microaspersores.

Microirrigación

190

Fig.4.26. Instalación de laterales en el campo Etapa 11. Pruebas hidráulicas. Descripción: pruebas de todas las líneas de alimentación, válvulas, filtros y bombas (figura 4.27). Equipo requerido: Manómetros Procedimiento: Inspeccionar a fondo todo el sistema, limpiar bombas, filtros, válvulas de residuos de la instalación (suciedad, piedras, etc), abrir todas las salidas para lavar el sistema. Abrir el paso de agua sección por sección, calibrar los elementos del sistema, lavar los filtros, líneas principales, secundarias, laterales, etc.

191

Microirrigación

Realizar pruebas con presión, operar el sistema, verificar que todas las válvulas operen adecuadamente, calibrar los minipilotos de las válvulas reguladoras. Verificar el retrolavado de filtros, verificar que no haya emisores obturados. Mano de obra requerida: de dos a tres operadores.

Fig. 4.27. Limpieza y pruebas hidráulicas del sistema

Microirrigación

192

Etapa 12. Instalación de equipo de control, automatización y fertilización. Descripción: Conexión final y prueba de equipo de control especial (computadora de riego, fertilización o ambas) y el equipo de fertilización. Equipo requerido. Herramientas y equipos para trabajos de electricidad, herramientas de corte, equipo de excavación manual. Procedimiento: Hacer todas las conexiones eléctricas e hidráulicas necesarias, conectar los equipos a la fuente de energía, conectar las tuberías de control hidráulico o los cables para el control eléctrico, verificar su correcta operación. Mano de obra: Dos operadores.

Etapa 13. Prueba general de operación de todo el sistema. Descripción. En esta etapa final, todo el sistema de riego se pone en operación y se prueba sección por sección. Equipo requerido: manómetros y probeta. Procedimiento: Se pone en marcha todo el sistema verificando todos los dispositivos mecánicos que intervienen en su funcionamiento, se verifica el sistema de fertilización, el sistema de retrolavado de filtros (automático o manual), el plan de riego secuencial. Se verifica la presión a la entrada de cada bloque de riego y al final del mismo, también se evalúa el caudal de los emisores. Llevando un estricto control sobre cada una de las etapas descritas se asegura un adecuado funcionamiento del sistema de riego para que opere tal como se proyectó. También es necesario mantener un registro de las operaciones realizadas para cada día de trabajo en la instalación. La bitácora de obra es un documento esencial para ir verificando los avances y posibles cambios que en campo sea necesario hacer al proyecto de riego. Resumen de actividades de instalación para sistemas de microirrigación 1 2

Trazo del sistema 1.1 Disposición y estacado 1.2 Determinación de direcciones de regante Estación de bombeo 2.1 Excavación 2.2 Construcción de base de concreto 2.3 Instalación de equipo

193

Microirrigación

3

4

5

6

Sistema de filtros y control 3.1 Excavación 3.2 Construcción de base de concreto 3.3 Instalación de equipo Tendido de línes principales y secundarias 4.1 Excavación de zanja 4.2 Distribución de tuberías en el campo 4.3 Instalación de línea de conducción y elementos de seguridad en línea principal 4.4 Instalación de líneas secundarias y conexión de salidas para regantes 4.5 Construcción de atraques 4.6 Instalación de sistemas secundarios de control y conexiones sobre secundaria 4.7 Pruebas de presión y hermeticidad 4.8 Relleno de zanja Tendido de laterales 5.1 Tendido y conexión mecánica 5.2 Tendido y conexión manual 5.3 Inserción de emisores Procedimientos finales 6.1 Instalación de equipos de control, medición, automatización y control 6.2 Lavado del sistema principal 6.3 Lavado del sistema de secundarias 6.4 Pruebas hidráulicas y de uniformidad de riego

4.2. Operación y mantenimiento del sistema de riego. Habiendo invertido en la compra e instalación de un sofisticado sistema de riego, es imperativo atenerse a ciertas normas para asegurarse que funcione debidamente. Regla 1. Cerciorarse que el personal encargado de la operación del sistema esté presente durante la instalación y que siga atentamente todas sus etapas, de modo que conozca el sistema a la perfección hasta el nivel de sus componentes y piezas más elementales. Regla 2. Para operar el sistema seleccionar personal reducido y ampliamente motivado. Evitar reemplazar frecuentemente a los miembros del equipo de operación. Procedimientos generales de operación y mantenimiento: Filtros Filtros de arena El agua a presión es desplazada desde arriba de los filtros a través de la arena, dejando en la parte superior las impurezas.

Microirrigación

194

En la entrada y salida de los filtros existe un manómetro, los cuales indican la presión de operación. Cuando la diferencia de presión es superior a 5 metros de columna de agua (mca) se produce el retrolavado. Cada filtro tiene una válvula hidráulica que invierte el sentido del flujo dentro de él, abriendo la salida hacia el desagüe, para eliminar los sedimentos acumulados en la arena del filtro. Esta operación puede ser manual o automática, dependiendo de la posición en que se encuentre la válvula de tres vías: abierta (open), cerrada (close) o automática (auto). Para realizar la operación manualmente se coloca la válvula de tres vías en posición open. Después de 3 minutos, aproximadamente, cuando el agua que sale por el tubo de retrolavado se observa limpia, se coloca la válvula de tres vías en posición close, se espera que se recupera la presión de trabajo y se procede a hacer lo mismo con el otro filtro. Para realizar la operación automática o semiautomática, se deja la válvula de tres vías en posición auto, con lo cual se activará el ciclo de retrolavado cuando se detecte la diferencia de presión indicada (figura 4.28).

Fig. 4.28. Filtración de arena con retrolavado automático.

a) Automatización con diferencial de presión: el diferencial de presión, conectado a los manifold de entrada y salida de los filtros entrega la información al tablero de retrolavado. A su vez, esta diferencia de presión se puede modificar y elegir manualmente. Algunas versiones de tableros de retrolavados consiste en una caja que tienen los transformadores, relay y timer (retardador y temporizador), necesarios para operar el sistema de retrolavado de filtros de arena. Existen otras soluciones de tableros de retrolavado, que sólo difieren en la forma de operar.

195

Microirrigación

b) Automatización a base del tiempo programado: el retrolavados e activa según el tiempo programado con anterioridad, el cual se determina dependiendo de la turbiedad de las aguas (figura 4.29).

Fig. 4.29. Controlador de funciones de riego Filtro de malla y discos Si la diferencia de presión entre el manómetro de entrada y salida es de 3 a 5 mca se debe sacar la malla para limpiarla. El cilindro tiene una tapa, la cual se gira y se saca. En el interior se encuentra la malla que se extrae y lava con agua limpia (figuras 4.30 y 4.31). Para efectuar el lavado del filtro de malla, es necesario cerrar la válvula de compuerta que regula la salida del agua hacia la red de riego.

Fig. 4.30. Lavado de elemento filtrante de malla

Microirrigación

196

Es recomendable hacer un lavado de los filtros al final de cada riego (aunque éstos estén limpios), para que no se consoliden materiales retenidos por períodos prolongados, al no estar en uso.

Fig. 4.31. Limpieza de filtro de discos Los manómetros de los filtros y el amperímetro, deben ser controlados periódicamente durante el riego con el fin de detectar problemas en el sistema (Cuadro 4.7). Cuadro 4.7. Descripción de problemas en el equipo de riego según lectura en amperímetro y manómetro Manómetros Filtro de arena Amperímetro

Manómetros filtro de malla

Entrada

Salida

Salida

Alto de

Bajo

Bajo

Bajo

• Rotura en la red de riego y/o más

Bajo entrada

Bajo

Bajo

Bajo

un sector abierto. • Succión de la bomba obstruida;

Bajo Bajo

Alto Alto

Bajo Alto

Bajo Alto

Bajo

Alto

Alto

Bajo

Descripción del problema

de aire al sistema; falta de agua. • Filtro de arena sucio. • Válvula en la red cerrada (red obstruida). • Filtro de malla sucio.

Tablero eléctrico y bombas Haciendo uso de los elementos del tablero eléctrico, se hace el funcionar el equipo, ya sea en forma manual o automática.

197

Microirrigación

En el caso que el motor de la bomba se detenga por una sobrecarga (botón rojo encendido), deben conocerse las causas, antes que el equipo de riego se utilice nuevamente. Inyector de fertilizante y químicos Los abonos pueden ser inyectados en la red de riego por medio de una bomba adicional, la cual cuenta con una válvula que permite controlar el volumen de solución que ingresa a la red o con un venturi (figura 4.32). Es necesario determinar la cantidad de fertilizante que se debe disolver en el estanque, siguiendo la secuencia de cálculos que se indican a continuación: a. b. c. d. e. f. g.

Calcular días de riego efectivos en el mes (A). Calcular dosis mensual de fertilizante (producto comercial) a aplicar por hectárea (B). Dosis diaria a aplicar por hectárea ( C ) = B/A. Cantidad de hectáreas a fertilizar por sector (D). Cantidad de fertilizante a aplicar diariamente por sector (E) = C x D. Preparar solución. Inyectar solución al sistema de riego.

Fig. 4.32. Inyector venturi Controles en la red de riego Control de presión en la red de riego Introducir un manómetro en el extremo de un lateral y verificar si la presión está correcta (figura 4.33). La lectura debe ser de 10 mca para riego por goteo, 15 a 20 mca para microaspersión y de 7 a 10 mca para cinta. En el caso de aspersión poner el manómetro en el lugar del aspersor. Este control debe realizarse en dos puntos de cada sector, por lo menos una vez al mes.

Microirrigación

198

Fig. 4.33. Revisiones de presiones de funcionamiento de la red de riego Control de descarga de emisores Con un recipiente aforado (figura 4.34), calcular el volumen horario entregado por emisor. Realizar el chequeo en varios emisores. Para ello se escoge una o varios bloques de riego. Si es uno, se elegirá el que trabaje en las condiciones más difíciles. En la unidad se toman cuatro líneas laterales y dentro de cada línea, cuatro plantas, repartidas uniformemente a lo largo de ella: una situada al comienzo, una a un tercio del origen, otra a dos tercios del origen y otra al final de la línea. Se afora el gotero o los goteros que tenga cada planta y el coeficiente de uniformidad se determina con la ecuación 4.2.

CU = 100 x Donde: qmin qmedio CU

-

q min q medio

(4.2)

media de los cuatro aforos más bajos. media total. coeficiente de uniformidad.

Con este procedimiento se conoce el caudal medio y el coeficiente de uniformidad que es un índice de la homogeneidad de la descarga.

199

Microirrigación

Fig. 4.34. Elementos para aforar los emisores Las comprobaciones pueden hacerse una vez al año cuando se sospeche que la instalación, o una parte de ella, no está funcionando correctamente. Si los coeficientes obtenidos son inferiores al 85% y disminuyen en el tiempo, habrá que buscar las causas de la pérdida de uniformidad y tratar de resolverlas. La pérdida de uniformidad, generalmente, se produce por mantenimiento deficiente del equipo. Un valor bajo del coeficiente de uniformidad del equipo recién instalado indica una deficiencia en el diseño. Control de válvulas Revisar válvulas, especialmente las de aire (figura 4.35). Para las válvulas eléctricas, revisar su funcionamiento y detectar fallas de acuerdo a lo siguiente: • • • •

Cada vez que se abre la válvula (automática o manual) sale una pequeña cantidad de agua de su interior. Una vez completamente abierta debe dejar de salir el agua. Si el flujo no se corta, significa que se ha roto la membrana y debe ser cambiada. Si la válvula no cierra cuando le corresponde, puede significar una obstrucción en los microtubos, una rotura de membrana, falta de presión en la red o partículas en la membrana que impide que cierre. Si la válvula no abre cuando le corresponde, puede significar una obstrucción en los microtubos en su interior o cables unipolares cortados, o falla en el tren programador.

Microirrigación

200

Fig. 4.35. Válvula hidráulica y de aire Lavado de la red de riego La presencia de algas y microorganismos, sólidos en suspensión y sólidos tales como hierro, manganeso o calcio que precipitan, constituyen un problema potencial, el cual debe ser prevenido con un adecuado mantenimiento del sistema de riego (Cuadro 4.8). Cuadro 4.8. Causas físicas, químicas y biológicas que contribuyen a la obstrucción de los emisores Físicas Sólidos suspendidos

Químicas Precipitación

Biológicas Bacterias y algas

Partículas inorgánicas: Carbonato de calcio Arena Limo Plásticos

Filamentos Magnesio Lamas Sulfatos de Calcio Metales pesados como: hidróxidos, carbonatos Silicatos y sulfitos Aceite u otros lubricantes Fertilizantes como: fosfatos amonio acuoso hierro, cobre, zinc y manganeso

Descomposición microbial

Partículas orgánicas: Plantas acuáticas (fitoplankton, algas) Animales acuáticos (zooplankton) Bacterias

Fuente: Nakayama and Bucks, 1986

201

Microirrigación

En el cuadro 4.9 se dan criterios para definir el grado de obstrucción que puede estar afectando a los emisores según la calidad del agua. Cuadro 4.9. Criterios relativos para indicar el grado de obstrucción de los emisores según la calidad del agua Tipo de problema Físicos Sólidos suspendidos* Químicos PH Sólidos disueltos* Manganeso* Total Hierro* Ácido sulfhídrico* Biológicos Población bacterial**

Menor

Moderado

Severo

50

50-100

> 100

7.0 500 0.1 0.2 0.2

7.0-8.0 500-2.000 0.1-1.5 0.2-1.5 0.2-2.0

> 8.0 > 2.000 > 1.5 > 1.5 > 2.0

10.000-50.000

> 50.000

10.000

*Concentración máxima medida en un número representativo de muestras de agua, usando procedimientos estándares para el análisis. **Número máximo de bacterias por mililitro. Pueden ser obtenidas de muestras de campo y ser analizadas en laboratorio. Una alta población bacteriana y de algas es un reflejo de la presencia de gran cantidad de nutrientes en el agua.

Fuente: Nakayama and Bucks, 1986 Lavado mecánico Un lavado rápido de la red (figura 4.36) consiste en abrir las válvulas de lavado, ubicadas al final de las secundarias, dejando correr el agua por uno o dos minutos mientras se esté regando. De igual forma, se van abriendo grupos de unos cinco laterales por bloque hasta que el agua salga limpia.

Fig. 4.36. Lavado de regantes

Microirrigación

202

Lavado químico El lavado químico permite evitar las obstrucciones biológicas y químicas. Esta operación debe ser realizada por personal responsable y con conocimiento del equipo de riego. Uso del cloro como oxidante y biocida El cloro es el biocida (controlador de algas y otros organismos) más económico y ampliamente utilizado, en forma de hipoclorito de sodio (NaClO) al 10 ó 12%. Mecanismo de acción del cloro: cuando se añade cloro al agua de riego, parte de él es adsorbido por la materia orgánica, sin destruirla. Este cloro se llama combinado. El cloro también reacciona con iones amonio, formando cloraminas y con compuestos inorgánicos como el ácido sulfídrico (H2S) y el hierro, pasando a formar cloruro. El exceso de este elemento, es decir, el que no se ha consumido en dichas reacciones, es el llamado cloro libre que actúa como biocida. El cloro aplicado en forma de hipoclorito de sodio, al disolverse en agua se hidroliza pasando a ácido hipocloroso que es un fuerte oxidante. Su acción biocida se debe a que detiene la oxidación de la glucosa en las células, proceso esencial para la vida. Dado a que el ácido hipocloroso (HClO) es débil, sólo está presente a pH inferior a 7.8, siendo más eficaz a pH menor que 7.5. El pH óptimo es de 5.5 a 6. Para valores menores a 5 disminuye la proporción de HClO y aumenta la de Cl2, que es volátil y se pierde, lo que obliga a aplicar dosis mayores. La muerte de los microorganismos requiere un tiempo de contacto mínimo de 30 minutos. El cloro, sin embargo, no es una solución definitiva para todos los problemas. Su utilización preferente es como preventivo. Cuando ya se han formado los mucílagos compuestos por bacterias y precipitados de hierro o azufre, su acción es poco eficaz. Tratamiento preventivo con cloro: en este tratamiento debe conseguirse que en el emisor más alejado, durante al menos una hora, el agua salga con una concentración de cloro libre entre 0.5 y 1 ppm. Si el tiempo es inferior a una hora no hay seguridad en el efecto bactericida. Si la concentración de cloro libre es menor, el efecto puede ser incluso contraproducente, ya que las cantidades insuficientes de cloro pueden estimular el rápido crecimiento de las bacterias. Para comprobar que el tratamiento es correcto, debe medirse el contenido de cloro libre en el emisor más alejado, siendo muy importante que el sistema de medida registre el cloro libre y no el cloro total. Un buen sistema de medida es el que utiliza la DPD (N-dietil-pfenil-diamina) que permite medir el cloro libre. Para conseguir en los emisores las concentraciones citadas en el punto de aplicación, pueden ser necesarias dosis entre 3 y 10 ppm de cloro total, aunque estas cifras deberán determinarse mediante ensayos o mediciones en la práctica. Cuando el pH es superior a 7.5

203

Microirrigación

las necesidades de cloro son mayores, y el nivel de cloro libre al final de los emisores debe ser del orden de 2 a 3 partes por millón. La aplicación de concentraciones mucho mayores no aumenta la eficacia biocida y en cambio puede dañar las raíces de árboles jóvenes. Nunca se debe llegar a concentraciones de cloro libre de 30 partes por millón. Los tratamientos se pueden repetir cada 6 horas. El cloro se puede aplicar en cualquier momento del riego, pero es conveniente que en la última hora no salga cloro por los emisores. La inyección debe hacerse antes de los filtros para evitar crecimientos bacterianos en las arenas. Es preferible realizar una limpieza de los filtros antes del tratamiento. De esta forma disminuyen las necesidades del cloro. Cálculo de la cantidad de cloro: La cantidad de cloro que se debe inyectar al sistema de riego se calcula con la siguiente expresión:

Qcl =

C1Q 10C 0

(4.3)

Donde: Qcl C1 Q C0

-

Caudal de inyección de cloro (l/h) Concentración deseada (ppm) Caudal del sistema de riego (m3/h) Proporción de cloro activo en la solución utilizada (%)

Por ejemplo, para obtener una concentración de 10 ppm, o sea 10 g/m3 de agua, y sabiendo que el hipoclorito de sodio (NaClO) tiene un 10% de cloro, se requieren 0,1 litro de NaClO por m3 de agua (100 cc/m3 de H2O). Si se requieren tratar 125 m3/h de agua se necesitan 125 litros de hipoclorito de sodio al 10%, disueltos en la cantidad de agua que pueda ser inyectada al cabo de una hora con el equipo de fertirrigación. Procedimiento de cloración: 1.

Preparar un recipiente con 1.0 litro de agua de riego que contenga el nivel de cloro designado y dejar la solución durante una noche.

2.

Si no se ha formado hierro precipitado, proceda con el paso 4.

3.

Si se ha formado un precipitado de hierro oxidado, modifique el pH del agua de riego a 4.5

Microirrigación

204

4.

Determinar la cantidad de cloro requerida, según la fuente de cloro que se vaya a usar, según el propósito de la cloración. (Cuadro 4.10).

Cuadro 4.10. Concentración recomendada de cloro libre en el agua (ppm) para propósitos varios. Propósito Método de Concentración de Cloro libre residual (mg/l) Aplicación En el Después de la Al final del sistema cabezal del filtración sistema Continuo 1-10 1-10 0.5-1.0 Prevención de crecimiento de algas 10-20 10-20 0.5-1.0 Destrucción de Intermitente algas y desarrollo bacterial Disolución de Supercloración 50-500 50-500 Aprox 10 materia orgánica 5.

Purgar los terminales de los laterales antes del tratamiento, para quitar así cualquier sedimento del sistema.

6.

Llenar las líneas con agua de riego de la solución clorada. El cloro se inyecta antes del filtro.

7.

Dejar funcionando el sistema de riego con la solución clorada por lo menos una hora.

8.

Checar la concentración del cloro residual en los terminales del sistema (la concentración requerida es de por lo menos 1 ppm de cloro activo).

9.

Si la concentración de cloro residual al final del sistema es la requerida, lavar el sistema (incluyendo el filtro).

10.

Si la concentración de cloro residual es menor que la requerida, repetir los pasos 5-8.

Lavado de precipitados de carbonato cálcico El carbonato cálcico es una sal de muy baja solubilidad (0.031 g/l aunque a pH próximos a 6 la solubilidad se multiplica casi por 100).

205

Microirrigación

Tratamiento preventivo: el tratamiento preventivo clásico contra las incrustaciones calizas es la acidificación. Para ello se pueden utilizar diversos ácidos: • • • •

Ácido fosfórico (H3PO4) 45 N Ácido sulfúrico (H2SO4) 36 N Ácido nítrico (HNO3) 16 N Ácido clorhídrico (HCl) 12 N

Los más frecuentes son los dos primeros, pero por el peligro del manejo del ácido sulfúrico, el más utilizado es el fosfórico. Los ácidos nítrico y fosfórico proporcionan, además, algunas cantidades de nutrientes. Tratamiento de limpieza: cuando las obturaciones calizas ya se han producido, la limpieza se hace mediante la aplicación de los mismos ácidos indicados anteriormente. El método más económico es inyectándolos en la red. Se debe añadir ácido al agua en la cantidad suficiente para rebajar hasta 2 el pH de la mezcla. Para ello hay que hacer una titulación del agua en laboratorio o mediante el siguiente procedimiento: (1) Elegir el tipo de ácido a emplearse (de acuerdo a accesibilidad, precio, sensibilidad del suelo, cultivo, equipo, etc.). (2) Determinar la cantidad de ácido requerida para reducir el pH del agua a 2.0. (a) Preparar varios recipientes, conteniendo cada uno 1.0 litro de agua de riego. (b) Verter diferentes cantidades del ácido elegido (hidroclórico o sulfúrico) dentro de cada uno de los recipientes. Cada cantidad debe ser medida para poder determinar la concentración de ácido en cada recipiente. (c) Checar el pH en cada recipiente. Si ha obtenido un pH de 2.0 en alguno de los recipientes, calcular su concentración. Si no, repetir (a) y (b) con concentraciones mayores/menores de ácido, hasta obtener un pH de 2.0 (la concentración calculada servirá como base para el cálculo de la cantidad requerida de ácido a ser agregada al agua en el sistema). La aplicación de agua y ácido se hace a la menor presión posible: Cuando por medio de un papel indicador de pH, se comprueba que el agua sale acidulada por el emisor más alejado, se corta la entrada de agua y se mantiene así durante una hora. Cumplido ese tiempo, se hace una limpieza a la presión más alta que tolere la instalación, abriendo en primer lugar los extremos de las tuberías de mayor orden hasta que el agua salga limpia. A continuación se cierra esa tubería y se abren las de orden siguiente y así hasta los laterales. Todo esto se hace con el objeto que las incrustaciones desprendidas de las tuberías no lleguen a los

Microirrigación

206

emisores. Después de limpiar las tuberías y continuando con la presión alta, se limpian los emisores durante 15 minutos. Lavado de precipitados de hierro, manganeso y azufre Estos elementos son solubles en estado reducido, pero al oxidarse precipitan y pueden obturar los emisores. La oxidación puede ser producida por bacterias, por contacto con el aire o con oxidantes contenidos en el agua. Tratamiento preventivo: el tratamiento preventivo responde a la táctica de provocar la oxidación y precipitación antes de los filtros de arena, para retener ahí las partículas. Un método eficaz de evitar estos precipitados es la aplicación continua de oxidantes como hipoclorito de sodio. Si el pH del agua es inferior a 6.5, el cloro puede evitar los precipitados de hierro, cuando la concentración de éste es inferior a 3.5 ppm. Si el pH es superior a 6.5, los precipitados se evitan con concentraciones de hierro de hasta 1.5 ppm. La aplicación de ácidos puede ser necesaria para mejorar el pH. La concentración adecuada de hipoclorito de sodio se calcula a razón de 1 ppm de NaClO por 0.7 ppm de hierro. La reacción es muy rápida. En presencia de manganeso hay que tener cuidado con la aplicación de hipoclorito, ya que la oxidación de este elemento es mucho más lenta que la del hierro, y los precipitados pueden formarse después de superado el filtro de arena. Tratamiento de limpieza: cuando los emisores están parcialmente obturados, se puede aplicar ácido en la forma descrita para los tratamientos de las obturaciones con carbonato cálcico o calizas. Control de algas en pozos y reservas de agua Para este fin se recomienda utilizar sulfato de cobre en dosis de 0.05 a 2 ppm (0.05 a 2 g/m3). No se debe utilizar material de aluminio para su preparación porque se forman compuestos tóxicos para los peces. SECUENCIAS DE LABORES DE MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA

A continuación se presenta una tabla que resume las labores que deben realizarse al inicio, durante y término de la temporada de uso de equipos de riego localizado, para mantenerlos en buenas condiciones de operación durante tosa su vida útil.

207

Microirrigación

Cuadro 4.11. Secuencias de labores de mantenimiento y limpieza de equipos de riego localizado Equipos

Término • Drenar el agua del equipo de filtración después del lavado. • Inspeccionar los filtros internamente por cualquier deterioro. • Desconectar de la fuente de energía. • Revisar cables eléctricos.

Inicio • Revisar conexiones eléctricas. • Revisar controles automáticos. • Revisar limpieza interior. • Revisar el retrolavado

Durante • Observar que la filtración sea buena y que los controles automáticos estén funcionado. • En los filtros de arena, cuando la diferencia de presión entre los manómetros de entrada y salida del agua sea igual o mayor a 5 mca., se efectuará automáticamente el retrolavado o se deberá efectuar manualmente accionando la válvula de tres vías. • En los filtros de malla, se deberá efectuar un lavado de la malla cuando el manómetro indique una caída de presión igual o mayor a 3 mca. Este lavado se efectúa destapando el filtro y sacando la malla para limpiarla. • Terminar el riego diario con una limpieza de los filtros de arena y malla, de tal forma que éstos queden limpios.

• Sacar la bomba y revisar rodamientos y sellos desgastados. • Revisar la curva de funcionamiento y consumo de energía en un servicio técnico especializado. • Vaciar todas las válvulas. • Revisar válvulas. • Dejar todas las válvulas abiertas.

• Revisar conexión eléctrica. • Revisar funcionamiento general.

• Revisar funcionamiento, ruidos vibraciones y otros.

• Inspeccionar válvulas automáticas. • Verificar el funcionamiento de las válvulas. • Revisar conexiones.

• Verificar operación de las válvulas. • Lubricar según recomendación del fabricante.

FILTROS

BOMBAS

VÁLVULAS

TABLERO • ELÉCTRICO Y PROGRAMADOR

Limpiar tablero.

• Cada semana, revisar visualmente todos los componentes externos.

Sigue Microirrigación

208

• Desconectar de la fuente de energía.

TUBERÍAS

EMISORES

• Verificar funcionamiento en general (amperímetro, voltímetro y otros). • Cuando el sistema de • Revisar riego aún esté operación del funcionando, marcar sistema. roturas en la red de riego. • Drenar matrices, submatrices y laterales. • Abrir todas las válvulas. • Inspeccionar tubería en general.

•

• Limpiar tuberías, hacer correr el agua por ellas todas las veces que sea necesario. • Abrir grupos de cinco laterales hasta que el agua salga limpia. • En caso de persistir algún problema, llamar al servicio técnico especializado. • • Aprovechar de • Revisar • Revisar mensualmente la cambiar emisores rotos o visualmente descarga y presión de con algún problema (que obstrucciones, operación. se dejaron marcados daños u otros • Revisar obstrucción y cuando el sistema estaba signos de deterioro. daños por lo menos una vez funcionando). en la temporada. • Dejar marcados los emisores rotos para cambiarlos al final de la temporada.

• Lavar bien y verificar el equipo. • Revisar válvulas. INYECTOR DE FERTILIZANTES • Revisar visualmente conexiones eléctricas. • Prevenir cualquier corrosión.

• Revisar cualquier obstrucción. • Revisar funcionamiento general. • Revisar dosificación.

209

• Lavar y vaciar el estanque después de cada uso.

Microirrigación

BIBLIOGRAFÍA: Angeles, M. V. 1999. Fundamentos de hidráulica para diseño y revisión de riego presurizado (Aspectos teóricos). Universidad Autónoma Chapingo. Angeles, M. V. 2000. Diseño agronómico de sistemas de riego presurizado (aspersión, microaspersión y goteo). Universidad Autónoma Chapingo. FAO, 1976. Necesidades de Agua de los Cultivos. Serie Riego y Drenaje. Roma, Italia. FAO, 1999. Irrigation and Drainage Paper No. 56. Roma, Italia. Ferreyra, Sellés y Pimstein. 2000. Diseño, manejo y mantención de sistemas de riego localizado de alta frecuencia. Instituto Nacional de Tuberías Plásticas A.C. 1991. Manual de Construcción de sistemas para abastecimiento de agua potable con tubería de PVC, Winko Impresores Nakayama F., S. and Bucks D., A.V. 1986. Trickle Irrigation for Crop Protection Palacios, V. E. 2002. ¿Por qué, cuándo, cuánto y cómo regar? Para lograr mejores cosechas. Editorial Trillas. México D. F. Plásticos Rex, S.A: de C.V. 2001. Manual de instalación de tubería y conexiones de PVC Rexolit. Plastro Gvat. 1989. Low volume irrigation systems. Installation, operation and maintenance. Plastro International. Manual de filtración y tratamiento de aguas para sistemas de riego de bajo volumen. Tubos Flexibles S.A. de C.V. Criterios de diseño para redes de agua potable empleando tubería de PVC. Saxton, 1986. Estimating generalized soil-water characteristics from texture. Journal Soil Science Society American, 50(4), 1031-1036.

Microirrigación

210

Vicente Angeles Montiel originario del Estado de Veracruz, egresado de la Universidad Autónoma Chapingo, como Ingeniero Agrónomo Especialista en Irrigación. Cursó un Diplomado en Planificación de Redes de Riego a Presión en el Kibuts Shefain, dependiente del Ministerio de Agricultura del Estado de Israel y uno en la Universidad Autónoma Chapingo en Ciencias Básicas con Especialidad en Matemáticas. Realizó estudios de Maestría en la Universidad de Catabria, España, en el área de Ingeniería Hidráulica y actualmente se encuentra en la etapa final de sus estudios doctorales en la Universidad Autónoma del Estado de México. Es profesor-investigador del Departamento de Irrigación, impartiendo cursos de Hidráulica Básica, Hidráulica de los Sistemas de Conducción, Mecanización del Riego, Riego Parcelario, Introducción a los Sistemas de Irrigación, entre otros. Ha publicado cuatro libros que versan sobre diferentes tópicos relacionados con el riego. Ha recibido varios reconocimientos por su labor académica y de investigación, y participado en diferentes eventos científico-académicos como ponente.

Víctor Hugo Fernández Carrillo es originario del Estado de Zacatecas, egresado de la Universidad Autónoma Chapingo, como Ingeniero Agrónomo Especialista en Irrigación. Realizó estudios de Maestría en el Instituto Tecnológico Autónomo de México (ITAM) en el área de Administración de negocios. Ha ocupado diversos puestos en la empresa Plásticos Rex, S.A. de C.V. hasta llegar al de Jefe de Servicio Técnico y Desarrollo del Área Agrícola. Además, se desempeña como profesor investigador de la Universidad Autónoma Chapingo en el Departamento de Irrigación impartiendo los cursos de Modelos Digitales para el Manejo de Redes Hidráulicas y Tópicos Avanzados de Ingeniería de Riego.

Khalidou M. Bâ, es Profesor–Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) dependencia académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México, México. Profesor de los cursos de posgrado de Hidrología Paramétrica, Modelos Matemáticos en Hidrología, Riego, Infiltración & Drenaje. En 1984 obtuvo el grado de DUT en Ingeniería Civil opción Ingeniería Rural de la Escuela de Ingenieros (ENSUT) de la Universidad de Dakar, Senegal, en 1987 el grado de Ingeniero en Hidrología Operacional del Centre Agrhymet (CILSS/PNUD/OMM) en Niamey, Níger, y en 1994 el grado de Doctor en Ingeniería Ph. D. (Hidrología) en la Universidad Laval, Quebec, Canadá. Ha trabajado de 1987 a 1988 como hidrólogo del proyecto PNUD MAU87/008 en la Dirección de Hidráulica de Mauritania. Ha sido asistente de investigación y de enseñanza en el departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Laval. Es Miembro del Sistema Nacional de Investigadores en México SNI desde 1995. Consultor del proyecto del Valle de Guayape en Honduras (financiado por la Agencia Canadiense para la Cooperación Internacional). Ha dictado conferencias en diversas universidades de México, Canadá, Cuba y Brasil, sobre hidrología y recursos hídricos. Es colaborador de investigadores del INRS-ETE de la Universidad de Quebec y de la Universidad del País Vasco. Finalmente tiene en su haber más de 40 publicaciones técnicas y de divulgación científica.

Carlos Díaz Delgado, es Profesor – Investigador del Centro Interamericano de Recursos del Agua (CIRA) dependencia académica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México, México. Profesor de los cursos de posgrado de Hidrología Paramétrica, Hidrología Estadística, Redes de Abastecimiento de Agua Potable, Hidrología Urbana, Técnicas de Muestreo Hidrológico. En 1985 obtuvo el grado de Ingeniero Civil en la Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro, México, en 1988 el grado de Maestro en Ciencias – Ingeniería Civil y en 1991 el grado de Doctor en Ingeniería Ph. D. (Hidrología) en la Universidad Laval, Quebec, Canadá. Igualmente realizó un posdoctorado de investigación becado por la AUPELF durante 1991 en la misma universidad. De 1994 a 2002 fue Coordinador del Centro Interamericano de Recursos del Agua – UAEM, México. Es miembro del la Orden de Ingenieros de Quebec, Canadá desde 1994, Miembro del Sistema Nacional de Investigadores en México SNI desde 1994. De 1998 a 2001 fue miembro del Comité de Evaluación de Programas de Excelencia del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología en México. Del 2001 al 2002 fue Secretario de la Asociación Mexicana de Hidráulica – Estado de México. Es Investigador invitado del Centro de excelencia en investigaciones de hidrología estadística de Hydro-Québec – INRS-ETE desde 1999. Ha participado como asesor científico para la GTZ - Alemania en República Dominicana y para la ACDI – Canadá en Honduras. Ha dictado conferencias y organizado cursos internacionales en universidades de España, Canadá, México, Cuba, Brasil, Argentina y Chile sobre hidrología y recursos hídricos. Igualmente ha participado en proyectos internacionales para Canadá, México, Bolivia, Colombia, República Dominicana y Honduras. Desde 2001 es Coordinador de la Red Iberoamericana de Potabilización y Depuración de Agua (RED XII.D RIPDA-CYTED) y finalmente tiene en su haber más de 40 publicaciones técnicas y de divulgación científica y es coautor del los libros Contribuciones al manejo de los recursos hídricos en América Latina (1997), Sequía en un mundo de agua (2000), Sequía en mundo de agua - en línea (2002 en versión digital e interactiva).

MICROIRRIGACIÓN