Informe de Cabezal de Riego

 

 

ESCUELA DE POSTGRADO –  UNIVERSIDAD   UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA MAESTRÍA EN RECURSOS HÍDRICOS TRABAJO ENCARGADO N°2: “COMPONENTES DE CABEZAL DE RIEGO.”

 

CURSO: SISTEMAS DE RIEGO A PRESION DOCENTE: Dr. ASCENCIOS TEMPLO DAVID RICARDO ALUMNO: Max Josemar Gutierrez Reynaga CODIGO: 20181573

SEMESTRE: 2019 – I

 

1.  Introducción El cabezal de riego es el recinto donde se instalan los sistemas que permiten hacer llegar el agua a los emisores de riego en las condiciones que se requieren para ello. Se hace correr  agua en tuberías, se presuriza y se riega las plantas con ella. Este método ahorra mucha más agua que los sistemas tradicionales de riego superficial, en donde el agua de  canales o cuerpos de agua se libera en surcos o cuencas abiertas y se distribuye por gravedad. Con la aridez y la población  mundial en aumento, los métodos eficientes de riego son ahora vitales. Como parte de los trabajos de campo, se realizó una visita al cabezal de riego de la Unalm, en el cual se conocieron las diferentes partes del cabezal de riego, asi como los reservorios de agua.

Objetivos

1.1.   ➢ 

Objetivo general

“Reconocer los principales partes principales partes de un sistema de riego presurizado” presurizado” 

1.2.  

Objetivos específicos

➢ 

Reconocer los componentes básicos del cabezal de riego para los sistemas de riego presurizado vistos en el campus de la UNALM. ➢  Identificar las válvulas y tipo de conexiones encontradas en el cabezal de riego. ➢  Entender la importancia de la función de cada elemento.

2.  Marco teórico 2.1.  

Riego presurizado

Se considera que el riego está presurizado porque en las tuberías o mangueras donde es conducido se encuentra a una presión por encima de la presión atmosférica, esto permite que el agua salga a cierta velocidad por los aspersores accionando el movimiento de estos, también permite que las mangueras de goteo tengan una uniformidad en el proceso de goteo y se obtenga más o menos la misma cantidad de agua en cada gotero. Para obtener la presión del sistema, se recurre a una bomba que impulsa el agua en cierta cantidad por unidad de tiempo, este parámetro se llama caudal y a una determinada presión de trabajo, ambos parámetros definen juntos la potencia de la bomba, que varía de acuerdo a la eficiencia con que está diseñada la misma,  para ello una una vez de definida finida la presión y caudal de trabajo, acudim acudimos os a una empresa especializada en bombas, que nos recomienda la bomba más adecuada a nuestras necesidades, una vez analizadas las curvas de las  bombas que dispone el establecimiento.

2.2.  

Tipos de riego presurizado

Riego por aspersión Es aquel sistema de riego que trata de imitar a la lluvia. Es E s decir, el agua destinada al riego se hace llegar a las plantas por medio de tuberías y mediante unos pulverizadores, llamados aspersores y, gracias a una  presión determinada, el agua se eleva para que luego caiga pulverizada o en forma de gotas sobre la superficie que se desea regar. Componentes: ➢ 

Un equipo de elevación encargado de proporcionar agua a presión. En algunas zonas no resulta necesario este equipo ya que se dispone de presión natural.

➢ 

Una red de tuberías principales que llevan el agua hasta los hidrantes, que son las tomas de agua en la parcela.

 

➢ 

Una red de ramales de riego que conducen el agua hasta los emisores instalados en la parcela que se pretende regar. En el caso de tratarse de una máquina automotriz, esta red se sustituye por un ramal móvil que recorre la parcela. Dispositivos de aspersión o emisores, que son los elementos encargados de aplicar el agua en forma de lluvia. Estos dispositivos pueden ser tuberías perforadas, difusores fijos, toberas, boquillas o aspersores, entre otros.

Riego por goteo Se le denomina así, porque permite la aplicación del agua y los fertilizantes al cultivo en forma de gotas y localizada, con alta frecuencia, en cantidades estrictamente necesarias y en el momento oportuno u óptimo. óp timo. Esta aplicación, se hace mediante una red de tuberías de conducción y distribución (de PVC o Polietileno), y de laterales de riego (mangueras o cintas), con emisores o goteros, que entregan pequeños volúmenes de agua periódicamente, en función de los requerimientos hídricos del cultivo y la capacidad de retención del suelo.

2.3.  

Componentes de un Cabezal de Riego

Los siguientes son componentes que podemos encontrar en un cabezal de riego:

 

•

Equipo de bombeo:  consta de una o varias bombas que aportan el caudal de agua a la presión requerida por el sistema de riego.

 

•

Equipo de filtrado: puede constar de uno o varios equipos de filtrado de diferentes tipos de filtrado (arena, malla, anilla, hidrociclones) y condicionan el agua para que no se produzcan obturaciones en los emisores debidas a los elementos solidos que puede llevar el agua en suspensión.

 

•

Equipo de inyección de fertilizantes:  este sistema se encarga del aporte de fertilizantes al agua de riego.

 

•

Equipo de control:  compuesto

por programadores de riego que controlan desde la apertura de

electroválvulas y la conexión de la bomba hasta el control de la inyección de fertilizantes, pH y conductividad eléctrica del agua de riego, etc.

Figura 1. Cabezal de riego

1.  EQUIPO DE BOMBEO La unidad de impulsión de agua es sin duda el principal componente de un sistema de riego presurizado, la que debe otorgar presión y caudal de agua suficiente al sistema, situación que debe estar en función de las necesidades que demanda una instalación en particular.

2.  EQUIPO DE FILTRADO Básicamente la unidad de filtraje depende de la calidad de agua y del tipo de emisor que se utilizará. Si se desea regar con aguas con abundante materia orgánica en suspensión, sus pensión, el tipo de filtraje deberá ser diferente a aquel que utilice agua con arena en suspensión.

 

Por otro lado, si los emisores presentan orificios de salida de agua muy pequeños, se debe considerar un filtraje más fino, que, si se compara con unidades de filtraje para regar r egar por aspersión, donde el diámetro de las boquillas normalmente es superior a 1 mm.

3.  EQUIPO DE INYECCION DE FERTILIZANTES La unidad de fertilización es sector del cabezal de riego en donde se desarrolla el proceso mediante el cual los fertilizantes o elementos nutritivos que necesita una planta son aplicados junto con el agua de riego. Es importante señalar que todos los abonos tanto principales como microelementos requeridos por las plantas,  pueden ser incorporados al sistema de riego, ssiempre iempre q que ue estos sean solubles en agua. También pue den aplicarse ácidos (ácidos fosfórico, nítrico, clorhídrico, entre otros), fungicidas y desinfectantes, como hipoclorito de sodio, por ejemplo. Existen dos clases de dispositivos para la incorporación de abonos al agua: los tanques de fertilización y los inyectores de fertilizantes.

4.  EQUIPO DE CONTROL Son elementos electrónicos que permiten automatizar el accionamiento de la red y a la vez operar en forma secuencial el riego en distintos sectores. Su inclusión, aun cuando es opcional, se justifica en instalaciones de gran superficie o de difícil manejo. Se usan también para automatizar el proceso de limpieza de los filtros. Entre los principales elementos de regulación y control se cuentan: válvulas de paso, reguladores de  presión, re-detención, re-detención, hidráulicas, electrónicas, volumétricas etc etc.. Su operación directa o indirecta (mediante (mediante  programadores) regulan el comportamiento de flujo flujo y la presión en la red.

3.  DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 3.1.  

SISTEMA DE RIEGO EN LA UNALM

El sistema de riego de la Universidad consta de 2 cabezales, cada uno de estos conectado a un reservorio  para el área de jardines el cual tiene una descarga máxima de 70 metros de columna de agua y un caudal máximo de 23 l/s. y el otro que está destinado a las áreas de cultivo, este posee una carga de 52 metros de columna de agua y un caudal máximo de 36 l/s.

 

3.2.  

UBICACIÓN

FUENTE DE AGUA 3.3.  

Reservorio

Las fuentes de agua de la universidad son s on dos canales; uno alto que yace cerca de los campos ca mpos frutales de la misma, y uno bajo cercano a los reservorios vistos. Los mencionados reservorios son de geomembrana de  polietileno de 1mm de espesor; con una una autonomía de 7 días para lo que son jardines. El diseño de los reservorios depende de ciertos factores como el área a regar, el caudal requerido, los tiempos de riego y su autonomía, siendo este último el tiempo que el reservorio puede funcionar sin ser llenado.

3.4.  

SISTEMA DE BOMBEO

El sistema de bombeo tiene como objeto elevar la presión del fluido, en nuestro caso agua. Los cabezales de riego identificados en la visita constan de varias bombas que aportan el caudal de agua a la presión requerida por el sistema de riego. En el sistema de riego que se observó de la UNALM, en el cabezal para las áreas verdes se tiene 5 bombas en serie de forma paralela y vertical, que suman una presión de 75m y un caudal de 21 m/s y estas bombas utilizan energía eléctrica.

 

 

Figura1: Vista de los cabezales de Riego El tipo de energía utilizada para la operación del sistema es eléctrico, es corriente alterna y baja tensión 380 voltios y 20 amperios La disponibilidad de la energía es continua. El precio de la energía es de S/. 0.33/KWH para 18 horas diarias, valor referencial de la Empresa Suministradora de Energía, en las horas pico de 6  pm a 12 pm el costo incrementa el doble.

Figura1: Motor del cabezal de riego

3.5.  

VÁLVULA DE MARIPOSA

La mayoría de los componentes de la válvula de mariposa son de materiales metálicos con un vástago y disco a menudo suministrado en un material de un grado más alto que el utilizado en el cuerpo, de acuerdo con los requerimientos del servicio. Función: Las válvulas de mariposa usualmente sirven para aplicaciones de baja presión (125 lbs). Se pueden usar para abrir o cerrar el paso a un fluido o para regularlo Las válvulas de mariposa permiten realizar cortes rápidos de flujo y, debido a la obstrucción que presenta el disco en forma perpendicular hacia éste es posible disminuir el caudal o velocidad en la operación en caso de requerirlo.

 

 

Figura 3: Válvula mariposa

3.6.  

VÁLVULA DE RETENCIÓN (SHECK)

La válvula de retención es diseñada para impedir que el flujo se invierta. Cuando el flujo se mueve en el sentido deseado, la válvula no actúa y se abre normalmente, mientras que al invertirse i nvertirse esta se cierra.

Tipos de válvula de retención 1.  Charnela  2.  Bisagra 3.  Elevación 4.  Mariposa.

Figura 4: Válvulas de retención

 

Uniones de válvulas  

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Bridas: se fusiona la tubería. Se coloca una brida metálica de respaldo detrás del adaptador la que hace el esfuerzo de apriete contra el adaptador tipo brida, apretando los tornillos contra la otra  brida que se va a conectar.

  Roscado de Tubería: Las rosca en polietileno son fácilmente estropeadas o trasroscadas, el

•

hacer una cuerda disminuye el espesor de la pared. Lo mismo ocurre en las piezas que trabajarían como “tuercas” de polietileno.  

3.7.  

FILTROS

FILTROS DE GRAVA: Corresponden a recipientes o tanques de metal, normalmente circulares, que llevan en su interior arena o grava de un determinado tamaño. Cuando el agua atraviesa el tanque, la arena realiza el filtrado de limos, arenas finas y materia orgánica. El diámetro del tanque está en relación directa con el caudal de agua que se desea filtrar, utilizándose como referencia tasas de filtraje entre 10 y 15 l/s/m2 de superficie filtrante (debe considerarse que 1m2 de superficie filtrante equivale a tener un filtro de 1,13 m de diámetro). De esta manera, para filtrar caudales menores, se requerirá una superficie menor, y por lo tanto, un filtro de diámetro más pequeño. La limpieza de estos filtros se hace produciendo la inversión del flujo, lo que se logra con la apertura y cierre de la válvula correspondiente. La operación de lavado se facilita cuando se instalan 2 filtros; de esta forma un filtro puede estar funcionando normalmente y el otro estar en proceso de retro lavado. Cuanto menor sea el caudal por superficie de lecho filtrante más eficaz será el filtrado. Filtros de arena o también denominados filtros de grava, corresponden a recipientes o tanques de metal, normalmente circulares, que llevan en su interior arena o grava de un determinado tamaño. Cuando el agua atraviesa el tanque, la arena realiza el filtrado de limos, arenas finas y materia orgánica. El diámetro del tanque está en relación directa con el caudal de agua que se desea filtrar, utilizándose como referencia tasas de filtraje entre 10 y 15 l/s/m2 de superficie filtrante (debe considerarse que 1m2 de superficie filtrante equivale a tener un filtro de 1,13 m de diámetro). De esta manera, para filtrar caudales menores, se requerirá una superficie menor, y por lo tanto, un filtro de diámetro más pequeño. La limpieza de estos filtros se hace  produciendo la inversión inversión del flujo, lo que se logra con la aapertura pertura y cierre de la válvula válvula correspondiente. La operación de lavado se facilita cuando se instalan 2 filtros; de esta forma un filtro puede estar funcionando normalmente y el otro estar en proceso de retrolavado. Cuanto menor sea el caudal por superficie de lecho filtrante más eficaz será el filtrado. La operación de retrolavado debe efectuarse frecuentemente, para que no se produzca disminución en la  presión de operación del sistema, permitiéndose pérdidas de carg cargaa no superiores a los 4 a 6 metros columna de agua

 

  Figura 5: filtros de arena o de grava

Figura 6: Tanque de grava

FILTROS DE ANILLO: El método de filtrado por anillas incorpora en su interior anillas (como su propio nombre indica) para realizar la función de filtrado. Estas anillas son colocadas en un cilindro o cartucho e insertadas en el interior del filtro, colocadas todas en la misma orientación y compactadas, de manera que crea un entrelazado con una luz de paso determinada por el cruce donde el agua con las partículas en suspensión pasa a través de ellas quedando así retenidas dichas partículas, obteniendo así la filtración deseada. En algunos modelos de anillas, el recorrido del agua a través de las ranuras es bastante sinuoso, lo que según sus fabricantes le da al filtrado ciertas características de "profundidad", similares a las de los filtros de arena, por lo que algunos fabricantes lo recomiendan para sustituir a estos. Sin embargo, es usual que los filtros de anillas se restrinjan a ser utilizados para la retención de partículas de origen mineral, y no hacerlos funcionar como si de filtros de arena se tratase.

 

 

Figura 7: filtro de anillo fitomat

3.8.  

Válvulas de seguridad

Purgadores y ventosas:  Permiten la salida del aire en aquellos puntos especiales de la instalación en que puede acumularse, como codos, partes elevadas de tuberías, filtros, tanques de fertilización, etc., y en el caso de las ventosas, también la entrada de aire o el l lenado y vaciado de tuberías o depósitos. Es importante su colocación, pues la no eliminación del aire distorsionaría la presión y caudales de funcionamiento de la instalación y, en ocasiones, provocaría la rotura de la misma.  Normalmente están formados por un cuerpo metálico que en el caso de las ventosas suele ser de hierro fundido, en cuyo interior existe una boya. Cuando, por las tuberías, circula agua a presión, ésta empuja la  boya, taponando la salida. Pero si hay una acumulación de aire, al disminuir la presión, la boya desciende y lo deja escapar, en cuyo momento se recupera la presión y vuelve a cerrar la salida.

Válvulas de seguridad:  Permiten la salida del líquido de la instalación cuando se producen fuertes  presiones, con lo que se evita la posible rotura de piezas. Son de acero o bronce, y la salida está cerrada por un resorte calibrado para una presión máxima de trabajo. Superada ésta, el resorte se comprime, quedando libre la salida.

Válvulas de retención:  Se

colocan intercaladas en la tubería y tienen una doble misión: romper la columna de agua y reducir, por tanto, el golpe de ariete que se produce al abrir o cerrar una instalación, y evitar el retroceso del agua, que puede ser causa de contaminación de la fuente de suministro de agua. Se colocan en la tubería principal cuando el punto de captación es elevado y existe, por tanto, presión natural, o en el cabezal, para evitar el retorno del agua que contiene los elementos nutritivos. El cuerpo es de latón, bronce u otro material resistente, y en su interior lleva una pantalla metálica que el agua debe vencer para pasar a través de ella. Al cesar el flujo de agua, la pantalla cierra por completo la sección, impidiendo el retroceso del agua.

 

3.9.  

EQUIPO DE FERTILIZACIÓN

Con fines de mantener la red de riego, así como también para enriquecer los suelos agrícolas; se pueden incorporar en los sistemas un conjunto de elementos donde se mezclen elementos para dichos fines; para que esta sea aspirada o succionada o últimamente inyectada a presión en cada sesión de riego. Los elementos que conforman dicho conjunto son:

Un Tanque de fertilización Cualquier tanque de 20 hasta 200 litros en los que se pueda realizar una mezcla sea de abono o de solución limpiadora para el sistema. En la mayor parte de los casos, casos , tiende a ser un simple barril de plástico.

3.10.   Venturi Empleados en sistemas de fertilización en succión, son dispositivos sencillos en forma de T con un mecanismo que opera bajo el concepto de un vacío producto pr oducto del movimiento del agua a través de un pasaje convergente que se ensancha gradualmente que arrastra el contenido del tanque de fertilización; a costa de una baja de presión de hasta unos diez metros. A menudo, dicho mecanismo se instala en paralelo, debido a que el caudal que circula por el sistema rebasa la capacidad del propio Venturi. Por este motivo los dispositivos usados se basan en una combinación del  principio Venturi y de diferencia de presión. Si se decide instalar el Venturi en paralelo, se requerirá una diferencia de presión entre la entrada y la salida, del orden del 20%. Es necesario indicar que el tanque tipo Venturi tiene la capacidad de succión reducida, por lo que se recomienda su uso en instalaciones pequeñas. La mayor ventaja de este tipo de fertilizador es su bajo costo y fácil mantenimiento.

3.11.   Tanque en Paralelo Para fertilización por arrastre, son dispositivos cuya principal característica es la de poseer un depósito en donde se pone la solución concentrada de abono que quiere incorporarse y, una u na vez cerrado, se alcanza en su interior la misma presión que en la red de riego; obligando a que el tanque sea o de plástico o de metal, instalándose en paralelo a la conducción principal. En esta se instalan dos tomas de enganche rápido separadas por una válvula para producir una diferencia de presión entre ellas. Sencillo y de buen funcionamiento, presentan el inconveniente que mantiene una aplicación uniforme, ya que la concentración de abono va disminuyendo con el riego hasta el final del mismo. Esto hace que deba recomendarse consumir una carga del tanque por unidad opercional de riego.

3.12.   Fertilización por Inyección Empleo de tanques con equipos inyectores de fertilizantes, que siguiendo el ejemplo de los tanques con mecanismos Venturi (fertilización por succión) utilizan un tanque abierto sin esfuerzo en el que se prepara la mezcla de fertilizantes, inyectados a través de bombas de inyección eléctrica o hidráulica. Bomba de Inyección Eléctrica. - Son bombas de diafragma d iafragma con caudal variable en las que se puede regular, con toda precisión, la cantidad de solución de abono que se desea incorporar. El único inconveniente, aparte del costo, es la necesidad de una fuente de energía. Bomba de Inyección Hidráulica. - En este tipo de inyector el motor eléctrico se sustituye por uno de accionamiento hidráulico, que usa la propia energía del agua de la red para mover sus mecanismos. Se trata de bomba de tipo peristáltico que, por tanto, produce una dosificación a impulsos, inyectando en cada embolada un volumen de solución igual a la capacidad de la cámara receptora. Por tanto, el control del ritmo de inyección se realiza, variando el número de emboladas por unidad de tiempo. La presión máxima de trabajo de los modelos existentes en el mercado puede variar entre 6 y 10 atm. y su capacidad máxima de inyección suele estar entre los 200 y 300 l/h. En general, este tipo de inyector

 

consume de 2 a 3 veces el volumen de líquido inyectado. El inconveniente que presenta en su difícil mantención. Denotamos que los sistemas presentes en el cabezal de riego, ambos para áreas verdes de jardines y cultivos, son de tipo Venturi.

Figura 8: Venturi para cabezal de riego en e n jardines.

 

  Figura 9: venturi de 3 tanques para el cabezal de riego de campos de cultivo

3.13.   Caudalímetro Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos E stos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que tr transporta ansporta el fluido. También suelen llamarse medidores de caudal, medidores de flujo o flujómetros. Existen versiones mecánicas y eléctricas. Un ejemplo de caudalímetro eléctrico lo podemos encontrar en los calentadores de agua de paso que lo utilizan para determinar el caudal que está circulando o en las lavadoras para llenar su tanque a diferentes niveles. Un hidrómetro permite medir el caudal, la velocidad o la fuerza de los líquidos que se encuentran en movimiento, dependiendo de la graduación y aplicación de este mismo.

Figura 10: flujometro

 

3.10 3.10

RED DE DISTRIBUCIÓN DISTRI BUCIÓN

Englobamos bajo esta denominación al conjunto de tuberías y automatismos que van desde el cabezal de riego hasta los emisores (goteros). El primer elemento que nos encontramos es la máquina de riego, está constituida por un PC y los dispositivos de conexión, actuación y sensores necesarios (de CE y pH). 

3.10.1 Red principal de distribución o tubería primaria 

Se encarga de llevar el agua desde el cabezal de riego hasta cada una delas subunidades de riego. Se dimensionará en PVC (policloruro de vinilo).

3.10.2 Tuberías secundarias o porta tuberías  Conducen el agua que circula por la primaria a cada uno de los sectores dela subunidad. Se dimensionarán en PVC.

 

3.10.3 Automatización del sistema  El sistema automatizado del riego es por el cual podemos garantizar el funcionamiento del sistema sin emplear mucha mano de obra lo cual se ha venido implementando cada día más, el cual es programado mediante un reloj programador, accionado por corriente eléctrica que controla la apertura y cierre de electroválvulas codificadas las cuales están conectadas por por una red secuencial de cables cables y un solenoide. solenoide. La pr prog ogrramac am ació ión n se efectúa estableciendo los días de riego y la duración década riego utilizando una microcomputadora. 

4.  Conclusiones:      

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La bomba se elegirá de acuerdo con las presiones y caudales que se requiere y no por potencia.

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El filtro de grava siempre va antes que el fertilizante.

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Las válvulas sheck son muy importantes ya que está diseñada para impedir que el flujo se invierta.

  Un cabezal automatizado facilitará el control y manejo de los cultivos ya que permitirá controlarlo

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desde el propio móvil, se podrá detener el riego, recibir avisos cuando hay problemas como roturas. 

5.  Recomendaciones:  

Se debe hacer un cálculo de las tuberías primarias que permitirá conocer el caudal del cabezal de riego y la presión aguas abajo del mismo.

 

Se recomienda que el filtro de grava este antes del equipo fertilizante de no ser así las algas  proliferaran con los fertilizantes.

 

El flujo de agua en algunos puntos no debe invertirse es por eso por lo que se usan las válvulas sheck.

 

Es recomendable un cabezal automatizado ya que facilita el control y manejo del cultivo que se está regando.

 

Se recomienda la adquisición de elementos de un cabezal de riego en escala, para que los estudiantes pueden conocer las partes por separado y puedan ensamblar por si mismo, para que asi se puede aprender por medio de práctica.  práctica. 

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