LIBRO C3B

Manual de riego tecnificado para los valles La creciente presión sobre el agua y el cada vez mayor costo para incrementar su disponibilidad mediante el mejoramiento o construcción de infraestructuras hidráulicas están obligando a agricultores e instituciones a buscar optimizar el uso del agua en la parcela. En esta búsqueda, el riego tecnificado se presenta como una alternativa ventajosa. Así fue que dentro del objetivo general del Proyecto de Innovación Estratégica Nacional en riego (PIENRiego), se propuso evaluar métodos para optimizar el uso de agua en la agricultura regada e investigar las reales posibilidades de implementar métodos y equipos de riego tecnificado como una respuesta a la cada vez mayor demanda de agua para la agricultura campesina. Es evidente que en esta investigación no era necesario comprobar las bondades de la tecnología en si, sino, partiendo de las ventajas de los equipos existentes, evaluar las condiciones bajo las cuales se puede introducir riego tecnificado dentro del contexto de sistemas de riego campesinos. Como primer paso en la investigación, el PIEN-Riego evaluó experiencias positivas y negativas en proyectos en Perú y Colombia e investigó el actual estado del riego tecnificado en la zona de los Valles de Bolivia. Uno de los principales hallazgos fue encontrar una cada vez mayor divulgación de riego tecnificado en dos condiciones específicas:  En zonas donde los agricultores reciben caudales pequeños y existe la posibilidad de acoplar un sistema de tubería individual al canal colectivo (por ejemplo el caso de Mishka Mayu y alrededores).  En sectores productivos cuyos cultivos aún en pequeña escala son altamente rentables (flores en invernadero, hortalizas). Por lo regular, esta divulgación de tecnología se dio sin la intervención de instituciones de desarrollo, lo que demuestra que es una respuesta adecuada a un problema de los agricultores. Las divulgaciones autogestionadas demuestran además que el uso de un aspersor o línea de goteo en una parcela no es demasiado complejo y que la introducción de riego tecnificado puede generar beneficios suficientes como para hacer inversiones familiares en la compra de los equipos necesarios. A pesar de esta muestra de conveniencia de los métodos de riego tecnificado para la agricultura campesina, no se evidencia una mayor divulgación. Principalmente se observa que en las áreas de influencia de sistemas colectivos mayores casi no existen ejemplos de innovación en el método de riego, aún cuando se aprecia una sentida escasez de agua. Regantes que visitan a sistemas con riego tecnificado suelen salir maravillados de la sencillez de los aspersores, pero en sus propios sistemas no replican estas experiencias. Después de dos años de investigación-acción en distintas comunidades en la región de Valles del Bolivia, el PIEN-Riego determinó como el principal obstáculo para la divulgación de tecnología, la baja compatibilidad entre los esquemas de distribución existentes en sistemas mayores y las exigencias de la tecnología de riego tecnificado. En general, los caudales de distribución son demasiado grandes como para emplearlos directamente mediante aspersores o goteros. Por tanto, un agricultor que no cuenta con un reservorio de regulación, no le queda otra alternativa que aplicar su agua mediante métodos de riego superficial.

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En vista de que para muchos agricultores no es posible construir un reservorio porque sus terrenos son muy pequeños o porque para cargar un sistema tecnificado por gravedad en ladera tendrían que construirlo en una parcela ajena, entonces la mayor divulgación de riego tecnificado depende en gran parte de modificar las condiciones de distribución antes de poder cambiar el método de aplicación. Recién cuando se cuenta con una entrega de agua a los usuarios con caudales pequeños y por periodos largos, puede diseñarse un sistema colectivo de cámaras, tuberías e hidrantes, que permita a todos los agricultores, que así lo deseen, usar aspersores o goteros para la aplicación de sus turnos de agua. Adicionalmente, en el diseño se tiene que tomar en cuenta otras condiciones específicas de la agricultura campesina, como por ejemplo rotaciones de cultivos, su organización de trabajo, la irregularidad de las parcelas y los límites socio-organizativos dentro de las comunidades. Actualmente en el mercado existen emisores (goteros, aspersores, etc.) de todo tipo y para cada situación. En este aspecto, hay poco nuevo que inventar con respecto a equipamientos. Lo nuevo del diseño de riego tecnificado para la agricultura campesina valluna es que por un lado, tiene que compatibilizarse los emisores y los sectores de riego con las condiciones socio-productivos de la zona y por otro, tiene que adecuarse la distribución de agua a las capacidades de los emisores. El resto es aplicación de las reglas y procedimientos de diseño existentes. De acuerdo con esta filosofía de trabajo este manual de diseño de riego tecnificado para los valles andinos trata más que solo de las fórmulas para el diseño hidráulico de la red de tuberías (como la mayoría de los libros de diseño). Previo a ello, el manual aporta conocimientos y metodologías para diagnosticar las condiciones productivas y socio-organizativas, evaluar si estas son las adecuadas para la introducción de riego tecnificado y en caso necesario, dar sugerencias para modificarlas en un escenario apto para hacerlo. El contenido del manual refleja la importancia de la compatibilidad entre tecnología y las condiciones de la producción agrícola. Por tanto, inicia con una breve reseña de algunas características de la agricultura andina, las que deben considerarse para la implementación de un sistema de riego tecnificado. Después, en el siguiente capítulo se describe en detalle los componentes de los sistemas de riego tecnificado, como infraestructura básica, equipos, accesorios y emisores. En el tercer capítulo, se describen los pasos metodológicos para el diseño. En el cuarto capítulo representa a detalle los procedimientos para la elaboración de un proyecto tecnificado por aspersión y microriego. En el quinto capítulo se desarrolla ejemplos de cálculos para el diseño de goteo y aspersión. En el sexto capítulo se presentan recomendaciones prácticas para el desarrollo participativo de un sistema de riego tecnificado y finalmente en el último capítulo se presentan recomendaciones para la operación y mantenimiento de sistemas de riego.

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La introducción de riego tecnificado sólo puede ser exitosa cuando existe compatibilidad entre la tecnología introducida y las condiciones de producción agrícola existentes. La primera tarea de cualquier diseñista es entonces investigar si se puede generar tal compatibilidad. Para ello, debe conocer las características tanto de los sistemas de riego tecnificado, como de la agricultura de los valles.

1.1 Características de los sistemas de riego tecnificado Para simplificar el análisis de los sistemas de riego tecnificado, se dividen sus características en dos: sus elementos básicos y las características de su funcionamiento.

1.1.1 Elementos básicos de un sistema de riego tecnificado En términos generales, un sistema de riego se define como la combinación de los siguientes elementos:  Una fuente de agua.  Una infraestructura para la captación, conducción y distribución de agua (eventualmente con embalsamiento).  Un área geográfica con terrenos agrícolas, donde se aplica el agua, denominada área de riego o de influencia.  Un grupo de usuarios, quienes conjuntamente tienen el usufructo de la fuente y distribuyen el flujo de agua entre ellos sobre la base de acuerdos locales. Un sistema de riego tecnificado tiene los mismos elementos, pero a consecuencia del cambio de método de aplicación de agua en la parcela, con algunos elementos adicionales:  Una red de conducción cerrada, que permite la distribución de agua bajo presión.  Una serie de emisores (aspersores, microaspersores y goteros) a través de los cuales se realiza la aplicación controlada de agua al suelo.  Una fuente de energía para generar presión en el sistema, que puede ser la diferencia de cota entre el lugar de carga y el sitio de aplicación o un equipo de impulsión (bomba).  Estructuras o equipos auxiliares que permiten controlar presión y calidad física del agua.

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Foto 1: Zona de riego por aspersión Kholuyo, Cochabamba

Foto 2: Parcela bajo riego por aspersión

En Bolivia se identifican básicamente dos tipos de sistemas de riego. Los sistemas individuales, manejados por una sola familia que tienen una libre disponibilidad de agua debido a que posee alguna fuente propia bajo su influencia exclusiva, y los sistemas colectivos, manejados por un grupo de usuarios, que cuentan con reglas de reparto establecidas, que rigen la distribución de agua de riego a todos sus socios. En vista de que aproximadamente el 95% de los regantes en Bolivia forman parte de sistemas colectivos, la introducción de riego tecnificado en ese tipo de sistemas recibe nuestra mayor atención. Allá también radica la diferencia entre este manual y otros sobre el tema de riego tecnificado. La mayoría de los manuales parte del supuesto implícito que el dueño del agua puede tomar decisiones autónomas en cuanto al momento, duración y frecuencia de las aplicaciones de riego. En nuestro caso, asumimos que la mayoría de los usuarios no tienen decisión individual sobre turnos y frecuencias, porque están inmersos en sistemas colectivos. Para la introducción de riego tecnificado, por tanto tienen que independizar sus decisiones construyendo un reservorio privado o hacer un salto colectivo hacia el uso de riego tecnificado.

1.1.2 Características del riego tecnificado en operación Las características de operación de un sistema de riego tecnificado difieren sustancialmente de las de métodos superficiales. Las principales diferencias se encuentran en los bajos caudales utilizados, en una estrategia de riego frecuente, extensos tiempos de aplicación, costos relativamente altos y requerimientos de uso de excelente calidad física. Las principales características de operación de los sistemas de riego tecnificado son: Caudales pequeños en la aplicación de agua Para lograr la aplicación uniforme y eficiente de la lámina de agua a reponer al suelo, los sistemas de riego tecnificado emplean emisores cuyo caudal de operación fluctúa entre 2 y 10 l/hr por gotero y entre 1.080 y 14.400 l/hr por aspersor (0,3 y 4 l/s). Microaspersores y demás emisores caben dentro de estos rangos. Considerando los tamaños de parcela promedio en la zona de valles, para el riego de una parcela agrícola, ya sea mediante aspersión, goteo o microaspersión, se requiere por lo regular un caudal total que fluctúa entre 3.600 l/hr y 18.000 l/hr (1 l/s y 5 l/s).

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Aplicación de agua con alta frecuencia Sistemas de riego tecnificado requieren riegos más frecuentes que aquellos usualmente realizados en métodos superficiales. Principalmente porque con estos métodos se propone mantener la humedad en el suelo lo más cercana al punto de capacidad de campo, reduciendo los niveles de estrés hídrico y flujos por capilaridad. Para sistemas por aspersión, se recomienda no considerar intervalos entre riegos mayores a 8 días y en caso de sistemas de goteo no mayores a 3 días. Tiempos largos de aplicación Las bajas tasas de aplicación con que se realizan los riegos tecnificados obligan a contar con tiempos relativamente largos de aplicación. Así por ejemplo para la reposición de láminas entre 18 a 25 mm, comunes para frecuencias de 7 a 8 días en aspersión, es necesario que un emisor trabaje en una posición por un tiempo de 4 a 5 horas. Costos de inversión relativamente altos La introducción de sistemas tecnificados implica la compra e instalación de redes de tuberías, construcción de obras especiales y la compra de emisores y accesorios con costos relativamente altos. Estos costos pueden reducirse para el agricultor con apoyo financiero de alguna institución. Aún así, suele haber susceptibilidad sobre los altos costos por ejemplo para la reposición de equipos, mas aún en comparación con los métodos de riego superficial que dependen principalmente de mano de obra propia. Pruebas realizadas durante el PIEN-Riego, experiencias de pequeños agricultores y las presentadas en varios países vecinos permiten aseverar que una vez que se logra operar correctamente un sistema de riego tecnificado esta sensibilidad se reduce. Agua limpia Los emisores de riego tecnificado son susceptibles a obstrucciones, en distinto grado según el tipo de emisor. Para garantizar su buen funcionamiento es necesario contar con agua de buena calidad o con equipos que ayudan a limpiarla. Normalmente, el sistema incluye un sistema de filtrado, que puede variar desde simples canastillos hasta instalaciones complejas con equipos múltiples. Su empleo depende de las características de los emisores y de la cantidad de impurezas en el agua. Importa también la calidad química del agua. Por una parte, porque altas concentraciones de varios compuestos pueden limitar la productividad de los cultivos, y por otra, porque algunas sales contribuyen a una rápida obstrucción de las tuberías y emisores.

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Foto 3: Canal de riego, agua con alta carga de sedimentos

Foto 4: Emisores susceptibles a obstrucciones

Establecimiento de sectores con presiones similares El buen funcionamiento de un sistema de riego tecnificado colectivo depende, entre varios factores, de la distribución de similar presión en todos los hidrantes. El funcionamiento simultáneo de una mayor cantidad de hidrantes y emisores que los proyectados pueden afectar sustancialmente a la presión de trabajo del sistema. Se propone establecer sectores que cuenten con rangos similares de presión, lo que permite asegurar una alta homogeneidad de aplicación de agua en todas las parcelas. Equipo permanente en el terreno La implementación de sistemas tecnificados conlleva la colocación de equipos y piezas en las parcelas, muchas de las cuales pueden causar problemas en la ejecución de labores agrícolas. Así por ejemplo, las líneas de goteo complican las labores de poda y aporque. O bien la instalación de tuberías enterradas puede perjudicar las labores de subsolado del terreno. Para la selección de materiales es necesario conocer las características de resistencia, movilidad y ubicación de piezas y partes para proteger el sistema y garantizar su operabilidad.

1.2 Características de la agricultura regada en la zona Andina Con miras a la implementación de sistemas de riego tecnificado a continuación se describen algunas características más o menos generalizadas de la agricultura regada en los valles. Se detallan las que son de impacto directo para el diseño de un sistema de aspersión o goteo y se explica la interrelación entre estas características con el riego tecnificado. Agrupación de pequeños agricultores con tenencia de terrenos entre 0,3 a 5 ha. Las comunidades campesinas de la zona de Valles son agrupaciones de familias campesinas, que en general tienen extensiones pequeñas de terreno (entre 0,3 a 5 ha), normalmente subdivididas en distintas parcelas. En algunos lugares, principalmente donde la presión sobre la tierra es alta y hay agua disponible, las familias cultivan todos sus terrenos, pero es más común encontrar parcelas en descanso. La implementación de riego tecnificado es más sencilla en parcelas de mayor superficie, para las que muchas recomendaciones de catálogo son aplicables. Cuanto más pequeñas e irregulares sean las parcelas, más compleja es la instalación de emisores. Por otra parte, la rotación de cultivos complica el diseño y el funcionamiento de un sistema de riego tecnificado.

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Terrenos irregulares Aparte de ser pequeñas, muchas de las parcelas en la zona Andina tienen una forma irregular, en límites y topografía. Ambos factores requieren atención especial a la hora del diseño de riego tecnificado. Las formas irregulares obligan al uso de emisores especiales (especialmente aspersión) para lograr una adecuada homogeneidad en el riego y no perder mucha agua fuera de los límites del terreno de uno. Si bien el efecto borde existe en cualquier tipo de parcela, en parcelas pequeñas el porcentaje de borde es tan sustancial, que debe considerárselo de forma distinta a las propuestas en la literatura clásica. Por su parte, las variaciones en altura por topografía ondulada obligan a prestar especial atención a los cambios de presión en la parcela, las que influyen en los caudales emitidos a lo largo de una línea de goteo o de aspersión.

Foto 5: Área agrícola en ladera

Foto 6: Riego superficial por surcos

Topografía ondulada con pendientes fuertes En gran parte de la región de Valles, los terrenos por regarse se ubican en laderas, por lo que son difíciles de regar por métodos superficiales y sumamente propensos a la erosión. Si bien existen métodos de riego superficial que reducen el riesgo de erosión (como se demostró durante la investigación PIEN-Riego), en los Valles bolivianos estos aún no son muy difundidos. Por tanto, el riego en laderas se convierte en uno de los principales enemigos de los agricultores a mediano plazo, ya que la pérdida de suelo pone en riesgo la sostenibilidad de su propia producción. En estas condiciones de ladera el riego tecnificado es una interesante alternativa de aplicación de agua, ya que elimina en gran parte el riesgo de erosión. Además la aplicación de riego tecnificado se facilita porque la energía de carga de presión es la gravedad, que evita costos energéticos adicionales. Acceso abierto a la parcela familiar En muchas partes de los Andes, las parcelas familiares están abiertas a que personas ajenas entren o pasen por estas. La ventaja de esta apertura es que en tiempos sin cultivo, la misma parcela se usa para el pastoreo de animales o como senda que acorta la distancia para los transeúntes. Una desventaja del acceso abierto es que hay control y protección limitados sobre eventuales instalaciones fijas ubicadas dentro de la parcela. Tal es el caso de líneas de goteo, que después de la cosecha están desprotegidas y pueden ser pisoteadas por los animales o ser objeto de curiosidad y destrozo de los niños que caminan a la escuela.

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Escasez de dinero para inversión y costos de mantenimiento Por los tamaños de parcelas, la relativamente baja productividad de la agricultura andina y los bajos precios para sus productos, los ingresos de las familias rurales suelen ser bajos. Sobre los eventuales excedentes de las parcelas existe una alta presión por los cada vez mayores gastos monetarios de las familias (por ejemplo productos alimenticios como arroz y azúcar, material escolar, electricidad). Dentro de este contexto, es difícil que una familia tenga el dinero disponible para invertir en equipos de riego tecnificado. Debe estar absolutamente comprobado que la inversión en un nuevo método realmente rinde. Comprobado esto, en la mayoría de los casos las familias buscan la forma de acceder a crédito o apoyo financiero para poder conseguir los equipos e instalaciones necesarias. La escasez de flujo de caja en las parcelas agrícolas afecta directamente en el diseño del riego tecnificado. Se recomienda optar por equipos que sólo requieren mantenimiento en mano de obra (principalmente limpieza), sin requerir una frecuente inversión nueva en repuestos. Para lograrlo, conviene diseñar equipos y piezas robustos, sobre todo en los puntos de manipulación (cámara de carga, filtros, cámaras de distribución, aspersores, líneas de goteo). Lo que es más factible cuando la inversión inicial cuenta con apoyo financiero externo. Cuando se diseña para una instalación con fondos propios, conviene mantener el criterio de diseño robusto para evitar desencantos y costos mayores durante la operación del sistema. Torpeza y descuido en el uso y mantenimiento rutinario La necesidad de instalaciones y equipos robustos se refuerza considerando que los agricultores andinos no están acostumbrados a manejar equipos delicados. En reparaciones y ajustes en el funcionamiento de un equipo suelen aplicar la fuerza más que herramientas especiales. Las muchas compuertas dobladas en sistemas por gravedad y válvulas inoperables en cámaras de riego tecnificado, son una fehaciente prueba. Por otro lado, el agricultor andino suele descuidar el mantenimiento de sus equipos y herramientas, lo que complica el correcto uso de riego tecnificado, porque justamente este requiere cuidados y mantenimientos frecuentes para poder garantizar el funcionamiento y asegurar que opere por el periodo de vida útil previsto. Estas observaciones subrayan la importancia de hacer diseños robustos y de efectuar una capacitación intensiva sobre el buen manejo de los equipos. Sobre todo en el caso de los sistemas de goteo que son más susceptibles a fallas. Derechos de agua inscritos en sistemas mayores de riego Una de las características principales que afecta a la instalación de sistemas de riego tecnificado es la forma de distribución de agua entre las familias campesinas. Lo más común es que una familia tenga derechos de agua dentro de un sistema colectivo. En estos sistemas el agua suele emplearse mediante una rotación de monoflujo entre los usuarios. Siendo sus turnos fijos o variables, tienen como común denominador que el caudal entero es entregado familia tras familia según una secuencia establecida. El tiempo que le toca regar a cada familia, depende de la división de los derechos de agua dentro del sistema. Este tipo de reparto de agua tiene tres consecuencias importantes para las aplicaciones de agua en parcela:

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 El caudal de aplicación depende del caudal en la fuente. Este está en función de la disponibilidad hidrológica (en caso de tomas directas) o del caudal de largada (en caso de reservorios). En ambos casos, los caudales suelen ser relativamente grandes; mayores a 20 l/s y en algunos sistemas hasta 200 l/s.  Los tiempos de aplicación dependen de la envergadura del derecho de cada uno. Suelen ser relativamente cortos y tienden a acortarse a consecuencia de procesos de herencia. En muchos sistemas, los tiempos de aplicación no sobrepasan unas pocas horas y es común encontrar tiempos de riego expresados en minutos.  El intervalo del riego depende de la suma de tiempos de riego del conjunto de los usuarios. Recién después de que todos reciban su agua, vuelve a empezar la ronda de riego desde el primer usuario. En general, estos periodos se alargan hasta varias semanas y en algunos sistemas hasta más de un mes, con lo que los intervalos son demasiado largos para un buen riego y exageradamente largos para su aplicación por métodos tecnificados. Los agricultores saben que la combinación de estos factores (gran caudal, tiempo corto, intervalo largo) no es el óptimo para la producción regada, pero presenta una serie de ventajas que mantienen su vigencia. En un tiempo corto se concentra toda la actividad de riego y vigilancia del agua. Los caudales mayores garantizan la llegada del agua a la parcela, lo que con caudales menores sería dudoso sobre todo para las parcelas lejanas alimentadas por canales rústicos de tierra. Es evidente que estas características de distribución de agua se contraponen a lo requerido para la introducción de riego tecnificado: caudales pequeños, tiempos largos e intervalos cortos. Por lo que sistemas colectivos que deseen introducir áreas con riego tecnificado, deberán contar con usuarios con la voluntad para modificar su esquema de distribución a uno compatible con las características de la nueva tecnología. Calidad de agua En la región andina el agua de las fuentes superficiales suele ser agua turbia, con una relativamente alta carga de sedimentos y en algunos casos contaminantes biológicos y químicos. Entre las fuentes de agua superficiales hay pocas que no transportan grandes cantidades de material sólido, con concentraciones variables durante el año. En sistemas de riego superficial las cargas de sólidos no representan mayores problemas. Solo pueden originar una mayor demanda de limpieza y mantenimiento por sedimentación en los canales. Para sistemas tecnificados es necesario evaluar a detalle la calidad física y química de las aguas a usar, ya que tendrá implicaciones al momento de determinar la factibilidad de uso para algún método en específico e influye en la selección de equipos para su filtrado. Deficiente oferta de servicios en el área rural La agricultura andina depende casi exclusivamente de los mismos agricultores. Por lo regular no se cuenta con servicios de asistencia técnica, ni apoyo financiero para invertir en su producción. La falta de una red de servicios en el área rural puede ser un impedimento para introducir riego tecnificado, ya que requiere una fuerte inversión inicial y trae consigo mayores costos de operación y mantenimiento que un sistema de riego superficial. Para cubrir estos costos, los cultivos producidos

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tienen que generar ganancias adicionales. La rentabilidad de los cultivos incrementa cuando el riego tecnificado va acompañado de mejoramiento en la fertilización, control fitosanitario y un manejo adecuado del cultivo. Es difícil solicitar cambios en los agricultores sin que ellos cuenten con un servicio de asistencia técnica y financiera, que incluya apoyo en la puesta en marcha del riego tecnificado y que brinde recomendaciones en las otras áreas de la producción. Además, un apoyo técnico podría facilitar que los mismos agricultores emprendan investigaciones aplicadas acerca de la relación riego - producción en todas sus dimensiones.

1.3 Lecciones de las experiencias de la introducción de riego tecnificado La descripción de las características del riego tecnificado y de la agricultura andina demuestra que varios factores dificultan la compatibilidad entre tecnología y agricultores. En algunos casos, esta brecha puede llevar a optar por la no introducción de riego tecnificado, ya que los usuarios no tienen la capacidad de volverse portadores de la tecnología propuesta. En muchos otros, sin embargo, existe un potencial para introducir riego tecnificado, pero tomando en cuenta que en el diseño y su implementación se tiene que lograr la compatibilidad requerida. En la práctica, implica dos direcciones de acción: por un lado, seleccionar una combinación de emisores, red hidráulica y reglas operativas que satisfaga las necesidades y capacidades del grupo de usuarios en cuestión y por otro, avanzar con los agricultores en adecuar su esquema de distribución y capacitarlos para que puedan autogestionar la tecnología introducida.

Foto 7: Conexiones para líneas de goteo abandonadas

Foto 8: Cabezal de riego por goteo desarmado e inoperable

De las experiencias de riego tecnificado implementadas en la región en sistemas individuales y colectivos, exitosos y fracasados, pueden deducirse algunas lecciones importantes sobre las posibilidades de compatibilizar las características de la tecnología con las de sus beneficiarios. Condiciones de éxito La mayoría de las experiencias con riego tecnificado se desarrollaron en pequeñas superficies, con una sola o pocas familias de regantes. En su mayoría son experiencias de goteo y microaspersión en condiciones bastante controladas. Entre estas, el común denominador de las experiencias exitosas es que:

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 Cuentan con pozos o tanques de regulación, los que permiten una regulación flexible del caudal y frecuencia para aplicar al cultivo.  Los cultivos trabajados son altamente rentables (por ejemplo flores, vid).  Están inmersas en una cadena de producción mayor, que cuenta con varios tipos de servicio técnico a la producción. Aspersión en sistemas colectivos En los valles de Bolivia se dieron algunas experiencias con la introducción de aspersión en sistemas mayores. La mayoría de estas fueron abandonadas después de un relativamente corto periodo de funcionamiento. Los problemas más frecuentes fueron:  Existe poca capacitación para la puesta en marcha y para el mantenimiento de los sistemas instalados.  Los diseños de los sistemas de riego tecnificado suelen ser relativamente simples, restringiéndose principalmente al diseño hidráulico. No existe una práctica de diseño integral que considere factores de organización, reglas de distribución de agua y una selección participativa de los emisores.  En algunos sistemas se intentó trabajar con equipos colectivos lo que causó problemas en el cuidado de los aspersores y en la organización de su uso (transferencia de un usuario a otro).  Hubo casos en los que la instalación de filtros respondía más al presupuesto disponible que a los requerimientos de limpieza y la calidad de agua disponible. En consecuencia, se requería continuamente limpiar los filtros, lo que a la larga llevó a que los regantes retiraran los filtros llevando a la obstrucción de los emisores. Son contadas las experiencias exitosas de riego por aspersión colectiva. Un ejemplo conocido es el de Mishka Mayu, en el Departamento de Cochabamba, donde se aplica el concepto de multiflujo y riego simultaneo, a un caudal no muy alto, lo que permite que cada agricultor lo aplique por aspersión. En este sistema es responsabilidad de cada usuario captar el agua con un tipo de embudo y llevarla a su parcela con mangueras flexibles. El sistema parece ser sostenible. Su principal problema es la deficiente selección de emisores. Para una correcta aplicación y dispersión del agua los aspersores elegidos requieren una mayor presión a la que cada agricultor puede generar entre su punto de toma y el inicio de su parcela. Para resolver los efectos de la subpresión, los agricultores suelen ampliar las boquillas, lo que afecta a la homogeneidad en la aplicación y aumenta el riesgo de erosión por encharcamiento. Otro ejemplo exitoso es en el sistema Tomoyo, Departamento de Potosí, donde se introdujeron cañones de aspersión. Hasta el momento no es posible determinar su grado de autogestión ya que sigue habiendo presencia de personal de apoyo institucional en la operación y mantenimiento del sistema. Problemas inherentes al sector En el análisis de las experiencias, se detectó como una causa determinante de varios problemas la organización del mismo sector. En Bolivia existen sólo algunas casas comerciales que venden equipos de riego tecnificado. Estas mismas suelen hacer los diseños de los sistemas, pero sin contar con un presupuesto adicional para este trabajo. Por lo que deben hacerlo de forma rápida y sencilla. Rara vez cuentan con un presupuesto para acompañar a los usuarios. Es común que después de la instalación expliquen una vez el funcionamiento, pero no puedan dar un acompañamiento a su funcionamiento.

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El hecho que las casas importadoras se responsabilicen del diseño e instalación tiene algunos efectos inesperados:  En general, el costo de su diseño forma parte del costo de los materiales y equipos por instalarse. Por tanto, es importante que su inversión de tiempo en el diseño sea limitada. A consecuencia no suelen hacer diseños participativos, con diagnóstico de las condiciones locales de disponibilidad y reparto de agua.  Algunas veces, la selección de equipos depende más del stock de emisores que de un análisis sobre su conveniencia para los agricultores (considerando presiones, tamaños de parcelas, caudal de aplicación, etc.). La capacidad técnica de las casas comerciales es buena con relación a los productos que venden e instalan, pero limitada en cuanto a la producción agrícola y al funcionamiento de sistemas colectivos. No existen empresas especializadas en el diseño integral de sistemas de riego tecnificado, ni cursos de especialización sobre el tema. Las casas comerciales de riego tecnificado están principalmente concentradas en las ciudades de La Paz, Cochabamba y Santa Cruz. Como efecto, la distancia entre sus centros de operación y los proyectos suele ser tan grande, que impide efectuar una serie de visitas para hacer un diagnóstico detallado, el diseño en campo y una instalación participativa. Esto ocasiona que su trabajo suela ser más genérico y no tan específico para el lugar. Esta gran distancia a la zona de proyectos influye también en las posibilidades para reponer partes malogradas. A menudo, el costo de traslado del agricultor a la ciudad cuesta un múltiplo del precio de un repuesto. La falta de instalación oportuna de repuestos puede ocasionar un rápido deterioro de todo el sistema, una reducción en su vida útil y el pronto desencanto de los agricultores con la propuesta tecnológica.

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Componentes, equipos y materiales en sistemas de riego tecnificado

En este capítulo se describe las características de los componentes básicos de un sistema de riego tecnificado: cabezal, red de distribución, accesorios y emisores, y se revisa de forma somera equipos, accesorios y obras adicionales requeridas. Para las obras adicionales, se prevén algunos detalles constructivos tipo para la estimación preliminar de costos. La información presentada es básicamente la que se requiere para poder entrar al tema de diseño. Se recomienda complementarla con una revisión de la literatura presentada en bibliografía.

2.1 Componentes La infraestructura de los sistemas de riego tecnificado esta compuesta por tres componentes básicos.  Cabezal.  Red de tuberías y accesorios.  Emisores.

Foto 9: Componentes de un sistema tecnificado

2.1.1 Cabezal El cabezal está constituido por varios equipos y accesorios que conjuntamente permiten regular el caudal, controlar la calidad del agua y generar la presión necesaria para la operación del sistema.

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Cabezal de sistemas de goteo El cabezal de un sistema de goteo se denomina también estación de control. Para sistemas de goteo pequeños a medianos suele estar construido de PVC e instalado horizontalmente a una altura mínima de 60 cm desde el suelo para facilitar su operación (FAO, 2000). Las piezas comunes en este tipo de cabezales (su descripción a detalle se realiza más adelante): Válvulas

El uso de válvulas en cabezales permite la regulación, control y correcta operación del flujo hacia las áreas de riego. Generalmente se cuenta con una válvula de aire, válvulas de paso y en sistemas con bombeo una válvula de retención.

Manómetros

Los manómetros instalados en un cabezal sirven para medir la presión de ingreso al sistema tecnificado. Regularmente se cuenta con un par de ellos, antes y después de los filtros, para verificar su estado de operación.

Filtros

Los filtros tienen la función de la limpieza física del agua. De acuerdo con la calidad de agua y de los emisores utilizados, se instala uno o varios tipos de filtros. Pueden ser instalados en serie cuando se realizan varios pasos de limpieza o paralelo cuando se desea incrementar el caudal de filtrado.

Bombas

Las bombas tienen la función de impulsar agua a presión por la red de tuberías. Por lo general, se utiliza bombas centrífugas, con motores de explosión o eléctricos. En zonas en ladera se aprovecha la diferencia de cota entre un punto de carga elevado y las parcelas agrícolas, para cargar el sistema tecnificado, sin tener que usar bombas.

Inyectores de fertilizante Los inyectores son equipos especiales para aplicar fertilizantes conjuntamente al agua de riego. Programadores de riego Los programadores de riego son equipos electrónicos instalados por lo general en sistemas grandes, que permiten la automatización del sistema de riego. En combinación con válvulas solenoides, permiten el cierre y apertura de flujo mediante señales eléctricas.

Foto 10: Cabezal de 2” para riego por goteo

Foto 11: Cabezal de 6” sistema Escana

Componentes, equipos y materiales en sistemas de riego tecnificado

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Cabezal de sistemas de aspersión En sistemas por aspersión en ladera, los cabezales son más sencillos que los descritos para goteo, ya que rara vez se inyectan fertilizantes en estos sistemas, los requerimientos de filtrado son menores y se puede controlar la presión directamente en los emisores. En zonas en ladera los cabezales consisten de una cámara de carga con una malla de filtrado y una válvula, desde la cual se controla la salida de aire de las tuberías del sistema y se regula el caudal de ingreso al sistema. En zonas llanas, donde se requiera una bomba para impulsar el agua, se recomienda construir cabezales similares a los propuestos en goteo. Pero sin equipos de programación ni inyección de fertilizante. En algunas instalaciones rústicas el cabezal simplemente consiste de una bomba, que muchas veces es móvil, con una canastilla conectada a su chupador.

2.1.2 Red de tuberías y accesorios Para la distribución de agua desde la fuente hacia las unidades, los sistemas de riego tecnificado cuentan con una red de tuberías, compuesta por:  Tubería principal, que es la tubería que conecta el cabezal con las áreas de riego. Los materiales preferidos para estas líneas son PVC, polietileno de alta densidad y tramos de fierro galvanizado, en diámetros que suelen fluctuar entre 2” y 10”. La tubería principal siempre está enterrada para su protección.  Tubería secundaria, que transporta el agua desde la red principal hacia los laterales. Por lo general con diámetros de 1” a 2½”. Preferentemente son tuberías de PVC o polietileno y pueden estar enterradas. En algunos sistemas de aspersión móvil no se cuenta con una tubería secundaria, ya que la línea móvil se conecta directamente a la red principal.  Laterales, que son tuberías o mangueras a las que están conectadas los emisores. Por lo general sus diámetros fluctúan entre ¾” y 1¼” para aspersión y entre 16 mm y 20 mm para sistemas de goteo. El material predominante es polietileno de baja y media densidad. Los laterales suelen estar sobre el terreno o colgados entre el cultivo (vid).

Foto 12: Armado tubería principal, junta rápida

Foto 13: Tuberías laterales de goteo

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Entre los principales accesorios de una red, se encuentran:  Conexiones de tubería: para la conformación de la red se precisan accesorios para unir tuberías, generar giros en la línea de transporte y derivar parte del flujo hacia sectores. Para ello se cuenta en el mercado con una gran cantidad de accesorios en PVC y accesorios de Junta Rápida para polietileno.  Válvulas de control: existe una gran variedad de válvulas cuyas funciones son el mantener una sola dirección de flujo y regular el caudal de paso. Hay válvulas de retención, válvulas de paso (compuerta, medio giro, globo), válvulas de solenoide y válvulas automáticas de regulación de presión y caudal.  Accesorios auxiliares: entre estos se cuenta con válvulas de aire (ventosas) y válvulas para medir el volumen y caudal, las que tienen por objetivo mejorar las condiciones de operación y control del flujo.

2.1.3 Emisores Los emisores son los dispositivos que permiten la salida regulada de agua desde una red presurizada. Los principales son aspersores, microaspersores y goteros. Son el núcleo del sistema tecnificado, debido a que sus características influyen directamente en el diseño de la red de distribución y los requerimientos de potencia de la bomba. En el mercado internacional existe una gran variedad de emisores, desde algunos muy simples a otros bastante sofisticados. Para los sistemas de riego en los Andes, se concluye que los emisores deben tener las siguientes características principales:  Entregar el agua en caudales uniformes y poco susceptibles a variaciones de presión.  Tener una sección de paso amplia, para evitar obstrucciones.  Tener poca sensibilidad a cambios de temperatura.  Ser de fabricación robusta y con una baja variabilidad de fabricación de piezas.  Tener un costo relativamente bajo. El número de emisores necesarios fluctúa de algunas piezas en caso de aspersión, hasta algunos miles de unidades en sistemas por goteo. En el capítulo de diseño se analiza a detalle la metodología para su selección.

2.2 Clasificación de sistemas de riego tecnificado Tomando como base lo propuesto por la FAO (2000), se puede clasificar los sistemas de riego tecnificado a partir de tres criterios: el método de entrega de agua a los cultivos, la presión de operación del sistema y el tipo de instalación. Método de aplicación de agua En función del tipo de emisor utilizado y la forma de aplicar el agua al suelo se distingue dos tipos de sistemas:

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 Sistemas de riego por aspersión, en los que se realiza una simulación de lluvia sobre el cultivo. Entre los emisores se tienen aspersores agrícolas con intensidades de aplicación medias a bajas y cañones de riego con altas intensidades de aplicación y mayores radios de mojamiento.  Sistemas de microriego, que pueden dividirse en sistemas de goteo y microaspersión. El agua se aplica solamente al sector donde se encuentran las raíces de las plantas, con muy bajas tasas de aplicación (riego localizado). El método y tipo de emisor son preponderantes para la definición de las características de operación del sistema de riego tecnificado, porque influyen en tiempos de riego, presiones de trabajo, criterios de diseño de tuberías y capacidades de flujo. Presión de operación De acuerdo con la presión nominal requerida en el emisor, se establecen las siguientes categorías:  Sistemas de baja presión, cuyo rango de presión fluctúa entre 5 y 15 metros de columna de agua (mca).  Sistemas de media presión, con una presión entre 15 a 35 mca.  Sistemas de alta presión, con una presión mayor a los 35 mca. Tipo de instalación En cuanto al tipo de instalación, los sistemas de riego tecnificado pueden clasificarse como:  Instalaciones fijas, en las que ninguno de los componentes requiere ser movido o transportado de un lugar a otro en la parcela, por lo menos durante una temporada de cultivo.  Instalaciones semi–fijas, en los que las tuberías secundarias no se mueven de posición por lo menos en una temporada. Un ejemplo son los sistemas en los que sólo se cambia la posición de los aspersores.  Instalaciones móviles, en los que los laterales (líneas) y en algunos casos excepcionales hasta secundarios son móviles.

2.3 Equipos y materiales A continuación se presenta en detalle características y recomendaciones para emisores, accesorios y obras adicionales de un sistema tecnificado.

2.3.1 Emisores Los emisores permiten la aplicación de agua al terreno, mediante la simulación de lluvia sobre el cultivo o entregando agua directamente al suelo en la zona de raíces. Todos los emisores de riego tecnificado obligan el paso del agua por pequeños orificios, sectores de vortex o rutas de laberinto, de manera que cada emisor entregue un caudal relativamente uniforme dentro de un rango de presión determinado. En función del tipo de emisor se trabaja con regímenes de flujo laminar, en transición o turbulento. Este

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último es el más deseable en sistemas de goteo ya que genera una mayor pérdida de carga y arrastra material con el flujo impidiendo el taponamiento. Aspersores Los aspersores son artefactos que permiten reponer el agua al suelo mediante una simulación de lluvia. Los más comunes en sistemas agrícolas son los de aspersores de impacto, que tienen un sistema de martillo que provoca la dispersión del chorro de agua y el giro del equipo para formar un círculo de mojamiento (Foto 14). Pueden tener una o dos boquillas. Los con dos boquillas distribuyen más uniformemente el flujo, ya que cuentan con una boquilla para lejos y otra para cerca. Los aspersores pueden ser de giro completo o sectorial; los últimos mojan sólo una sección de círculo, lo que permite acomodarse mejor a la forma de las parcelas (Foto 15). Según el tipo de boquilla varia el tamaño de las gotas, el ángulo de salida del flujo y el diámetro mojado.

Foto 14: Aspersor macho ¾” Riegoscosta RC 140

Foto 15: Aspersor sectorial RC 135

Existen aspersores de alta, media y baja presión, según la clasificación mencionada antes. El caudal de descarga y el diámetro de mojamiento están en función de la presión a la que son sometidos. Condiciones de trabajo con presiones menores a las que se recomiendan en catálogo se denominan subpresiones y presiones elevadas fuera del rango de trabajo del emisor sobrepresiones. En algunos sectores en ladera en el Departamento de Cochabamba, los agricultores adecuan sus aspersores a condiciones de subpresión, para ello aumentan el caudal de salida sacando las boquillas o haciéndolas tornear y ensanchar. Para evitar que gotas grandes dañen el cultivo o impacten el suelo bruscamente colocan un alambre como rompe-chorro (difusor). Este tipo de adaptaciones es necesario a consecuencia de una incorrecta selección de aspersores y boquillas. Los aspersores pueden ser de plástico, bronce, teflón o aluminio. Por lo general se dividen en aspersores de jardín y aspersores agrícolas. De acuerdo con el diámetro de empalme en la base del aspersor. Los aspersores agrícolas suelen tener una base de ½”, ¾” 1” y 1¼”. Equipos de mayor diámetro se denominan cañones, que por lo general son utilizados en parcelas grandes o sobre carros móviles. Los aspersores requieren una baja tasa de control de filtrado. En muchos casos es suficiente usar una malla milimétrica comercial para evitar su taponamiento. En la Figura 1 se presenta el despiece de un aspersor de bronce de impacto de doble boquilla (RC 140),

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de giro completo y de ¾” de diámetro de empalme. Todas sus piezas son desmontables. Para rearmarlo se tiene que tener en cuenta el orden de colocado y el número de giros del resorte de retorno, que es el que le da mayor o menor velocidad de giro al martillo. Una variación de esta velocidad puede afectar severamente la uniformidad de aplicación. Figura 1: Despiece aspersor RC 140

Boquillas de mayor diámetro descargan mayores caudales, generando gotas de mayor tamaño. Para evitar que estas gotas no erosionen el suelo o lastimen el follaje de plantas, en muchos aspersores se cuenta con un tornillo en la parte final del martillo que trabaja como difusor. En la Tabla 1 se presentan los datos básicos de emisión de un aspersor Rainbird H30, con detalles del radio de mojamiento y el caudal de emisión para distintas presiones de trabajo y diámetros de boquillas. Tabla 1: Caudales y radios de mojamiento para varias presiones, aspersor Rainbird H30

Fuente. Catalogo Rainbird (Presión en boquilla en bares - BARS Nozzle, Tamaño de boquilla – Nozzle Size, Radio de mojamiento – Rad, Caudal de descarga – Flow)

Se recomienda trabajar con presiones medias del catálogo, es decir ni con las más bajas, ni con las más altas, ello permite estimar mejor el comportamiento de aspersores en campo y da espacio para eventuales fluctuaciones en la presión por ubicarse en puntos más altos o bajos en el terreno. Cuando un aspersor trabaja correctamente, la distribución de agua se asemeja a una curva de distribución

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normal, con una mayor lámina aplicada cerca del emisor y una menor en los puntos más lejanos. Para homogenizar la aplicación sobre un terreno, se trabaja con áreas de mojamiento superpuestas entre aspersores, cuya suma de láminas genera una alta uniformidad (Figura 2). Figura 2: Patrón de distribución de agua en aspersión

Los mayores enemigos de los sistemas por aspersión son:  El viento, que modifica la distribución de agua y obliga a modificar los patrones de ubicación de emisores.  Aguas cargadas de arena fina que genera abrasión en las tuberías y emisores.  El mal manejo y torpeza de los usuarios con los equipos. Goteros Goteros son pequeños emisores fabricados generalmente de plástico de alta resistencia, que montados sobre líneas laterales permiten la aplicación de agua cerca de la zona de raíces de los cultivos. Trabajan por lo general a presiones entre 5 a 20 mca, con lentas descargas de agua de 1 a 10 l/hr por cada emisor. Característico de estos emisores es:  La generación de bulbos de mojamiento alrededor de los goteros, en lugares donde se espera se concentre las raíces (Figura 3).  La necesidad de contar con un gran número de emisores en una línea lateral.  Una alta uniformidad entre las aplicaciones de los goteros a lo largo de la línea lateral.

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Figura 3: Bulbo de mojamiento de un gotero

Se clasifican los goteros de distintas maneras. Por ejemplo en función del recorrido que debe pasar el flujo: Goteros de largo recorrido, con secciones de paso relativamente anchos. Por ejemplo los goteros de laberinto y microtubos.

Goteros de orificio, que regulan el flujo mediante secciones muy pequeñas. Goteros de diodo vortex, diafragma y de disco flotante.

También se clasifican los goteros en función del tipo de conexión con la manguera lateral: Goteros botón

Goteros en línea

Goteros integrados

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Por último, se clasifican los goteros según la respuesta en variación de caudal a consecuencia de variaciones de presión. Los que mantienen un caudal casi constante bajo un amplio rango de presiones se los llama autocompensados, a diferencia de los no-compensados, cuyo caudal fluctúa sustancialmente con la variación de presión. En cintas de goteo los emisores están insertos en la pared de la manguera. Vienen espaciados generalmente en 20, 30, 45 o 50 cm entre goteros, trabajan a bajas presiones y presentan buenos resultados para cultivos bajo invernadero y en la producción de hortalizas (Foto 16). Su mayor debilidad es su menor durabilidad al estar en campo (se comercializa en mangueras de 0,10 a 1,25 mm de espesor), requieren una alta tasa de filtrado y son difíciles de reparar.

Foto 16: Cinta de goteo

Todos los goteros tienen catálogos de comercialización con sus curvas de descarga, rangos de presión, caudal de operación y requerimientos de filtrado. Microaspersión Los microaspersores son aspersores pequeños de plástico, montados sobre barras de plástico o metal para elevarlos entre 50 a 70 cm sobre el terreno, con capacidades de descarga entre 150 a 250 l/hr. Funcionan bajo presiones de 15 a 20 mca. Tienen diámetros de mojamiento pequeños, de 8 a 10 m. Se conectan al lateral con pequeñas mangueras de diámetro menor (por ejemplo 7 mm).

Foto 17: Rociado de microaspersor

Foto 18: Rociado de microjet

Emisores de microjet tienen una similar instalación, pero trabajan con caudales de descarga y diámetros de mojamiento menores. La diferencia con los equipos de micro aspersión es que no tienen partes móviles, sino que el círculo de mojamiento se forma por el impacto del flujo en un plato con muchos canales.

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Los requerimientos de filtrado para este tipo de emisores no son tan altos. Los catálogos recomiendan por lo general un filtrado de 60 mesh.

Foto 19: Microaspersor

Foto 20: Microjet

Ecuación de descarga, presión y caudal El caudal de salida en todos los emisores mencionados depende de la presión a la cual son sometidos. Una fórmula simple que describe este comportamiento es: qe = k * Pex qe

= Caudal del emisor (m3/hr)

k

= Coeficiente de proporcionalidad del emisor: depende del tipo de boquillas y la forma de salida

Pe

= Presión del emisor (mca)

x

= Exponente de descarga del emisor: caracteriza el régimen de flujo y el rango de autocompensación

Cada tipo de emisor cuenta con valores característicos de k y x. Para muchos emisores estándares estos valores se presentan en sus catálogos. En caso de que no se conozcan estos valores, en el Capítulo 4 se presenta una metodología para su determinación. Estos valores son importantes para el diseño, especialmente el valor de x. Figura 4: Curvas de emisión para varios valores de x (a = 1, b = 0,5, c = 0)

La Figura 4 presenta tres curvas de descarga, para varios valores de x, que demuestra que mientras menor sea el valor de x, existe una menor variación en la descarga ante variaciones de presión.

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2.3.2 Filtros Los sistemas de riego tecnificado requieren operar con agua de buena calidad. El ingreso de sólidos puede obstruir (parte de) el sistema, dañar partes sensibles o móviles y reducir el flujo de agua por pérdidas de carga y disturbios en la red de tuberías. Cada tipo de emisor requiere un cierto grado de filtrado de agua para garantizar su buen funcionamiento. En los catálogos se encuentran los requerimientos propuestos por los fabricantes. El material sólido en el agua puede ser de origen orgánico, inorgánico (arcillas y arenas) o biológico (algas o microorganismos). Con relación al riego tecnificado se distinguen partículas de tres tamaños: partículas de tamaño menor que la sección mínima de paso del emisor, las que por lo general pasan sin generar obstrucción, partículas de tamaño mayor que la sección mayor de paso del emisor, las que tampoco generan problemas ya que son arrastradas hacia el final de las tuberías y eliminadas en la limpieza, y las partículas de tamaño similar a las secciones de paso del emisor, que son las más peligrosas ya que fácilmente obstruyen los emisores. Selección de filtros Los filtros disponibles en el mercado se clasifican como:  Filtros planos, como pantallas, anillas y canastillos.  Filtros de masa, con una gran masa de material granular de grava, arena o mixta.  Filtros de separación, como hidrociclones. No existe una regla sobre qué tipo de filtro utilizar en función del tipo de emisor. Esta decisión depende de la cantidad y calidad del material que se precisa filtrar. En muchos casos es necesario usar más de un tipo de filtro, colocados en serie. En la selección de los filtros también influyen criterios de precio y disponibilidad en el mercado. Como apoyo para la selección se presentan los siguientes dos tablas: Tabla 2: Conjunto de filtros para la limpieza de agua para riego tecnificado

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Tabla 3: Aplicación de filtros según la fuente del agua

Una vez definidos los tipos de filtros a emplearse, se debe determinar sus dimensiones y características. Para ello se debe fijar los diámetros de empalme del filtro, el caudal de filtrado, el tamaño de los orificios por los que debe pasar el flujo (número de mesh), la pérdida de carga que ocurre durante el paso de agua por filtros (máximo 3,5 mca) y la presión máxima que soporta el equipo. El tamaño de los orificios de un filtro se expresa en el número de mesh, que es igual al número de aperturas en una pulgada. Un número de mesh mayor representa orificios más pequeños y una mayor tasa de filtrado. Tabla 4: Estándares de mallas (US Bureau of Reclamation)

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Como regla práctica para determinar la tasa de filtrado, en caso de que el emisor no contase con esa información en catálogo, se aconseja filtrar hasta un 25% del orificio del emisor utilizado. Es importante señalar que cuanto mayor la tasa de filtrado, más frecuentemente se tiene que limpiar el filtro. Hidrociclón El hidrociclón, también llamado separador de arena, es un equipo de cono invertido, que permite eliminar partículas inorgánicas pesadas aprovechando la diferencia de gravedad específica entre el agua y estas partículas. En el hidrociclón se generan fuerzas centrífugas que separan el material pesado del agua. Gracias a un flujo en espiral, las partículas pesadas descienden hacia el centro del cono donde son eliminadas del flujo. La capacidad de un hidrociclón se expresa en el tamaño de partícula crítica (d50), definido como el tamaño de partículas con un 50% de probabilidad de ser separadas, y el factor de recuperación (R), que refleja la eficiencia de separación (Karmeli et al). En sistemas andinos se instalaron pocos hidrociclones, pero su aplicación es recomendable en vista de la cada vez mayor explotación de agua de ríos o quebradas para riego tecnificado.

Foto 21: Hidrociclón

Figura 5: Esquema de hidrociclón

Filtros de masa Los filtros de masa son tanques con material granular por donde pasa el agua. Suelen llamarse de filtración profunda, por su capacidad para retener material sólido en todo el volumen del filtro. Son sumamente efectivos en la retención de material orgánico, ya que permite una filtración en superficie y profundidad. El material de relleno de filtros puede ser uniforme en toda la profundidad o colocado en capas de distinta graduación. La tasa de filtrado de un tanque de arena o grava depende del tamaño de material granular y de la carga de sedimento en el agua. El caudal de trabajo del filtro está en función del área transversal de su paso. Por tanto, a mayor cantidad de partículas en suspensión menor tasa de filtrado y a mayor diámetro del tanque mayor caudal. Se recomienda utilizar valores de 10 a 17 l/s por metro cuadrado de sección de paso, 10 l/s cuando la carga de sedimentos es alta y 17 l/s cuando es baja.

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Foto 22: Filtros de arena

La Tabla 5 presenta la relación entre tamaños de partículas en el filtro y el número de mesh. Tabla 5: Relación diámetro de partículas y número de mesh

Hay que tener cuidado al definir el tamaño del filtro, ya que un tanque pequeño para agua con muchas impurezas genera altas pérdidas de carga, baja calidad de filtrado y necesidad de limpiezas frecuentes. A continuación se detalla los rangos para los parámetros de diseño para este tipo de filtros (Karmeli et al, 1983):  Tamaños de la masa granular

0,5 – 1,5 mm

 Profundidad de la cama de material

0,5 m (en caso de grava) – 1,0 m (en caso de arena)

 Pérdidas de carga

0,5 – 4,0 mca

 Intervalo entre retrolavados

12 – 72 horas

Para limpiar el filtro se realiza un retrolavado, invirtiendo la dirección de flujo dentro del tanque, permitiendo que el agua salga fuera del cabezal. Para ello puede usar un tanque en paralelo que produce agua limpia para el retrolavado del segundo tanque (Figura 7). En sistemas pequeños, suele haber un sólo tanque, por lo que se debe esperar un buen momento para hacer el retrolavado con agua de la mejor calidad.

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Figura 6: Dirección de flujo para filtrado

Figura 7: Dirección de flujo para retrolavado

Fuente: Catálogo FRESNO Valves and Casting. Inc.

Debido a que el material granular se va moliendo y perdiendo volumen, es recomendable colocar un filtro de malla posterior a los filtros de masa para evitar que entre material a la red de tuberías que podría obstruir emisores. Filtros de anillas (discos)

Foto 23: Filtro de anillas

Foto 24: Inspección de filtro de anillas

Los filtros de anillas (también denominados de discos) son filtros compuestos por una serie de anillas colocadas una encima de otra. Entre las anillas se generan pequeños conductos por donde pasa el agua. La tasa de filtrado (número de mesh) está en función del tamaño de estos conductos o ranuras. Poco a poco estos filtros están reemplazando a los tanques de arena, debido a que estos también permiten filtrar en superficie y profundidad (el volumen que se genera debido al ancho de la anilla). Su mayor ventaja radica en el menor espacio que ocupan, la facilidad para retrolavarlos y su resistencia a la abrasión química en caso de inyección de fertilizantes. La selección de los filtros de anillas depende del caudal de diseño, presión de trabajo y número de mesh requerido.

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Filtro de malla

Foto 25: Filtro de malla con hidrociclón

Foto 26: Carcasa filtro de malla

En los filtros de malla el agua pasa por una malla cilíndrica de acero inoxidable o de nylon resistente. A diferencia de filtros de arena y discos, solo permite un filtrado en superficie, reteniendo un menor número de partículas. En fuentes de agua con un alto grado de contaminantes requiere limpiezas frecuentes. Las mallas de acero tienen una capacidad de filtrado de un caudal máximo de 250 m3/hr por m2 de malla y las de nylon de máximo 100 m3/hr por m2 de malla. En su selección, se debe tener en cuenta el caudal de diseño, la presión máxima de operación y el número de mesh del filtro. De catálogo se obtiene la pérdida de carga. La Figura 8 presenta un cuadro de catálogo para el filtro de malla 3387 Palaplast de 2”, con una presión de trabajo máxima de 8 bares. Se aprecia que para un caudal (discharge) de 12,5 m3/h que pasa por el filtro de malla (screen) de 120 mesh se genera una pérdida de carga (Pressure loss) de 0,09 bar o 0,09 metros de columna de agua. Figura 8: Catálogo filtro Palaplast 3387 de 2”

Para sistemas por aspersión en ladera, es común colocar como filtro una malla milimétrica comercial (mosquiteras) en el ingreso de tuberías de carga a cada sector. Esta tiene una calidad de filtrado de aproximadamente 20 mesh.

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Foto 27: Filtro con marco para cámara de carga aspersión

Foto 28: Malla milimétrica para filtrado de agua

2.3.3 Tuberías La red de tuberías consiste de una sucesión de tubos y piezas especiales que conforman una estructura de conducción de agua para riego. Permite la distribución de agua a presión a cada sector, así como la entrega de agua a cada emisor para la aplicación de agua al suelo. En sistemas tecnificados, las tuberías de plástico tienen bastante éxito. Las más usadas son las de policloruro de vinilo (PVC) y polietileno (PE). Pueden tener una larga vida útil cuando no están expuestas al sol. En caso de tuberías expuestas, se recomienda el uso de tuberías metálicas, como de aluminio, fierro galvanizado (FºGº) o fierro fundido. Para mayor información se recomienda revisar el capítulo Tuberías del libro “Obras de riego en zonas montañosas” (Bottega y Hoogendam), que presenta características geométricas y de trabajo de tuberías, ventajas y desventajas, como también recomendaciones de cálculo para su diseño hidráulico y su instalación.

Foto 29: Rollos de tubería de polietileno

Foto 30: Tubos de PVC

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2.3.4 Accesorios Manómetros Los manómetros son equipos de medición de presión, que se colocan por lo general en el cabezal de control. Permiten verificar la presión de trabajo del sistema y la presión de operación de emisores. En sistemas con un cabezal complejo, el uso de dos manómetros, antes y después de los equipos de filtrado, permite evaluar la necesidad de limpieza en función de la pérdida de carga entre los dos puntos. En un sistema tecnificado se recomienda incluir algunos puntos de toma de presión, especialmente al ingreso de las unidades de riego, donde con un manómetro y aguja se pueda evaluar la presión (Foto 31). En sistemas por aspersión el uso de un pitot permite medir la presión dinámica de trabajo (Foto 32).

Foto 31: Medición de presión en cabezal

Foto 32: Aspersor y pitot

Válvulas Las válvulas permiten controlar y operativizar el flujo en la red de tuberías. Las más empleadas son:  Válvulas de retención, que también se conocen como válvulas anti-retorno. Garantizan que el flujo de agua vaya en un solo sentido. Se recomienda su uso especialmente en sistemas con equipos de fertirrigación y con agua de pozos, ya que evita un posible flujo de retorno hacia la fuente y su consecuente contaminación. Colocadas al inicio de la tubería de succión de una bomba evita que haya que cebar la bomba para cada puesta en marcha. En sistemas donde se eleva el agua a cotas superiores, es necesario colocar una válvula de retención que proteja al cabezal y bomba de posibles golpes de ariete.  Válvulas de paso, que son usadas para el control de flujo y presión. Las más usadas son las de medio giro, de mariposa y de compuerta. Las de medio giro se abren y cierran mediante el giro en 90º de una palanca. Las de mariposa se operan mediante el giro de un volante que hace rotar un plato circular. En las de compuerta el giro de un volante hace subir o bajar un plato. En general se recomienda no usar válvulas de medio giro en sistemas de riego tecnificado para evitar aperturas y cierres bruscos.  Válvulas de aire, son aquellas que permiten el ingreso y salida de aire de la red de tuberías. Salida de aire en los puntos altos donde se puede producir embolsamientos de aire e ingreso durante el vaciado de agua de la red evitando el trabajo a succión de las tuberías.

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Accesorios especiales Para la instalación de una combinación de tuberías se requiere una gran cantidad de accesorios para los cambios de dirección, empalmes, derivaciones o fines de líneas. En la Figura 9 se presentan algunos de estos accesorios. Figura 9: Accesorios para tuberías de polietileno

Codo 90º

Adaptador rosca

Tee Polietileno - rosca

Acople

Codo 90º polietileno - rosca

En los planos de detalle se recomienda presentar todos los accesorios para su implementación (Figura 10). Figura 10: Detalle de materiales. Planos de diseño

Para el empalme de laterales en sistemas de goteo se usan accesorios especiales, como empaques con gromits. Figura 11: Instalación de un lateral de goteo con empaque y gromit

Empaque

Gromit

Inyectores de fertilizante En el cabezal se puede inyectar un flujo de fertilizantes líquidos, que mezclados con el agua, se distribuirán de manera uniforme a todas las áreas de cultivo. Existen varios equipos para realizar estas aplicaciones. Entre los más comunes están el inyector venturi, que mediante la estrangulación del flujo produce un efecto de succión que permite el ingreso del fertilizante a la red de tuberías, y el tanque de fertilización, que es un depósito en el que se coloca la solución fertilizante para luego inyectarla al flujo por diferencia de presión a través de algún mecanismo giratorio.

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No es común el uso de estos equipos en zonas andinas debido a la baja disponibilidad de fertilizantes líquidos y su relativamente alto costo. En cultivos intensivos de pequeña escala hay algunas experiencias con la inyección de urea (nitrógeno) y la limpieza de tuberías con ácido fosfórico, que además apoya en la fertilización por el aporte de fósforo al suelo.

Foto 33: Tanque de fertilización

Foto 34: Inyector venturi

La inyección de fertilizante genera un incremento sustancial en la pérdida de carga en el cabezal. Es de esperar caídas de presión entre los manómetros de ingreso y salida del cabezal cercanas al 20%. La selección del tamaño de equipo está en función de los caudales de inyección que se prevea utilizar.

2.4 Obras adicionales Aparte de los equipos específicos, los sistemas de riego tecnificado también requieren las obras comunes para la captación, almacenamiento, conducción, regulación y control del flujo. Existe extensa literatura sobre estas obras, por lo que aquí se las describe en términos generales. Una referencia práctica para la zona andina es el libro “Obras de riego para zonas montañosas” de Bottega y Hoogendam.

2.4.1 Captaciones, desarenadores y estanques Captaciones En función del tipo de fuente y las características del lugar de la captación, se puede elegir entre una gran variedad de estructuras de captación, como cámaras colectoras para vertientes, azudes derivadores, tomas tirolesas, galerías filtrantes y tajamares. Su capacidad, dimensiones y obras adicionales dependen mucho del tipo de obra seleccionada, la carga de material que transporte el agua y la posibilidad de enfrentar crecidas de agua que pongan en riesgo la obra. Desarenadores Los desarenadores son las primeras estructuras destinadas a separar el material sólido y pesado del flujo de agua hacia la zona de riego, evitando su deposición en los canales y obras de arte. Un buen desarenador reduce el mantenimiento necesario, disminuye los efectos de erosión en la solera y las paredes de canales, y evita la obstrucción de tuberías en las que la limpieza es más compleja.

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Para el dimensionamiento de los desarenadores se tiene que tomar en cuenta el tipo de fuente, la carga de sólidos, la existencia de creciente en río y quebradas y la posibilidad de realizar mantenimientos periódicos frecuentes. De ninguna forma, los desarenadores pueden reemplazar la función de los filtros. Estanques Los estanques o reservorios son estructuras para almacenar agua. La acumulación temporal permite regular el caudal de salida, regular el intervalo entre aplicaciones y evitar el riego nocturno. Lo último se valora mucho en zonas en ladera donde se requiere mucha mano de obra para la aplicación controlada de agua. Existen varios tipos de estanques, así como variados materiales para garantizar su impermeabilización. Para riego tecnificado, su capacidad puede fluctuar entre 500 y 3000 m3 de agua. Para optimizar su uso deben instalarse en sectores elevados para poder cargar el sistema por gravedad. Hay que tomar en cuenta que inmediatamente debajo del estanque no existe la presión suficiente para hacer operar un sistema de riego de goteo o aspersión.

2.4.2 Cámaras En sistemas tecnificados, especialmente de aspersión en ladera, se necesitan varios tipos de cámaras con distintas funciones: permitir el ingreso y carga de agua a algún sector de riego, para cortar la línea de presión dinámica en la bajante de alguna tubería o para alojar válvulas de regulación y paso de agua. Para todas las cámaras se recomienda utilizar tapas metálicas con posibilidad de apertura en 180º y que tapadas cuenten con una leve pendiente para evitar el estancamiento de agua y oxidaciones. Cámara de carga La cámara de carga es una estructura que permite el ingreso y llenado de tuberías de una red a presión. Suele estar en el punto más alto de la red. Sus dimensiones dependen de razones constructivas y de mantenimiento. La altura mínima depende una altura h constante para la carga de la tubería. Para ello se propone usar la ecuación de Torricelli: Q = C*A*

2*g*h

Q

= Caudal (m3/s)

C

= Coeficiente de pérdida al ingreso de la tubería (adimensional)

A

= Área de la sección transversal de la tubería (m2)

h

= Tirante de agua sobre la tubería (m)

g

= Aceleración de gravedad (9,81 m/s2)

En caso de que el valor obtenido de h fuera menor a 0,60 m, se recomienda utilizar el valor de 0,60 m debido a razones constructivas.

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Se recomienda:  Ubicar la base de la tubería como mínimo 12 a 15 cm por encima de la solera de la cámara, para evitar que el material depositado en el fondo ingrese a la red.  Colocar un canastillo, prefiltro o malla milimétrica al ingreso a la tubería.  Colocar rejillas en posición inclinada al ingreso de la cámara para evitar el ingreso de material.  Dimensiones mínimas de 0,70 x 0,70 m para permitir la limpieza de la cámara.  Contar con una vía de desfogue de excedentes hacia lugares seguros (sin riesgo de erosión).

Foto 35: Cámara de carga de triple cámara

Foto 36: Cámara de carga

Para facilitar su construcción, se recomienda usar ladrillo “gambote”, porque ahorra en el uso de encofrados y acelera la construcción. Cámara rompe-presión Las cámaras rompe-presión rompen la línea de presión del agua al interior de una tubería, devolviéndola a la presión atmosférica. La cota para ubicar una cámara rompe-presión depende de la presión estática a la que pueden ser sometidas las tuberías. La idea es nunca permitir que esta presión sea igual o mayor a la resistencia de rotura de las tuberías empleadas. Cuanto mayor la resistencia de la tubería, mayor el área agrícola bajo la cobertura de cada cámara. Se recomienda reducir el número de cámaras rompe-presión al mínimo por un tema de costos, facilidad de operación y considerando que en las vecindades de las cámaras puede haber áreas sin regar con la presión adecuada. Las dimensiones de este tipo de cámaras están en función de razones constructivas y de mantenimiento. Pueden diseñarse cámaras de uno o dos compartimientos. En cámaras de un sólo compartimiento, este sirve tanto para el impacto de agua como para la carga al siguiente tramo de tuberías. En las de dos, el compartimiento de impacto recibe el flujo a presión y el compartimiento (interconectado) de carga sirve para llenar tuberías del siguiente sector. Antes de cada cámara se recomienda instalar una válvula, de manera que se puede instalar un hidrante antes de la cámara, para atender a los terrenos directamente inferior.

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Foto 37: Cámara rompe-presión de un solo compartimiento

Foto 38: Llenado de red de tuberías

Cámara de llaves Una cámara de llaves es una estructura que aloja una válvula de paso, que permite operar un sector de riego de goteo o una línea de aspersión. Aunque las válvulas pueden ser bastante pequeñas, se recomienda construirlas con una dimensión mínima de 0,50 x 0,50 m, para facilitar el manejo de las válvulas al interior de la cámara. Siempre se debe colocar una unión patente continua a una válvula para su desmontaje. Los accesorios de polietileno cumplen la misma función.

Foto 39: Cámara de llaves hidrante

Foto 40: Cámara de llaves rompepresión

2.4.3 Hidrantes Los hidrantes son los puntos de entrega de agua en la cabecera de parcela, que reciben agua desde una derivación de la tubería principal o secundaria. Por lo general se ubican en los puntos más altos de la parcela y cuentan con algún tipo de válvula para regular el paso de agua hacia la parcela. Para su construcción se recomienda:  Derivar el agua con accesorios tipo collarín, como el que se muestra en la Figura 12.

Componentes, equipos y materiales en sistemas de riego tecnificado

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 Proteger los hidrantes con cámaras, tomando en cuenta las recomendaciones mencionadas para cámaras de llaves para otorgarles mayor estabilidad y robustez.  Usar materiales de FºGº para su construcción, ya que son puntos expuestos a operación y posibles aplicaciones de fuerza al abrir y cerrar.  Soldar a la tubería de FºGº barras metálicas como las mostradas en la Foto 41 para evitar que el movimiento en las llaves genere desplazamientos de la tubería del hidrante.

Figura 12: Collar de derivación

Foto 41: Punto de construcción de hidrante

Foto 42: Colocado de collarín de derivación

Foto 43: Armado hidrante

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Manual de riego tecnificado para los valles

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Preparación de proyectos de riego tecnificado en los valles andinos

Existen varias metodologías de diseño para sistemas de riego tecnificado. La mayoría de ellas enfocan a agricultores individuales, con terrenos extensos y con una fuente de agua a su libre disposición. Estas condiciones difieren de las que se presentan en las comunidades campesinas, donde más bien la mayoría de los agricultores son pequeños productores con una serie de parcelas pequeñas, quienes reciben su agua de una fuente compartida y de acuerdo con un cronograma de distribución fijo. La diferencia en las condiciones de acceso y disponibilidad de agua hace que los métodos convencionales de diseño no sean directamente aplicables a la agricultura en los Valles andinos. Sus condiciones distintas requieren un tratamiento específico en la preparación de proyectos de riego tecnificado, que toma en cuenta las particularidades de las parcelas, la topografía, el acceso al agua, la rotación de los cultivos y las capacidades de operación y mantenimiento de los agricultores. Este Manual presenta una metodología que da respuesta a las condiciones específicas de los valles andinos, enfatizando los dos tipos de sistemas más comunes de la región:  Sistemas colectivos de riego por aspersión, que pueden ser sistemas independientes o parte de un sistema colectivo mayor.  Sistemas individuales de riego por goteo, que debido a su pequeña magnitud requieren tecnología adaptada a las capacidades de sustentación del productor. En vez de entrar directamente al tema de diseño entendido como la selección de emisores, posicionamientos y cálculos hidráulicos, primero se enfatiza la importancia del diagnóstico de las condiciones de producción, de las familias productoras, de su fuente de agua y métodos para su reparto, sobre todo para el caso de sistemas colectivos de aspersión. En un estudio detallado de las condiciones existentes, se debe evaluar las conveniencias del riego tecnificado para un cierto sector y definir las líneas generales del futuro sistema. Recién después de esta preparación y pasando por un diseño conceptual, se llegará al diseño final, que incluye los cálculos hidráulicos de la red de tuberías y emisores.

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Manual de riego tecnificado para los valles

Foto 44: Sistema individual de riego por goteo

Foto 45: Sistema colectivo con riego por aspersión

3.1 Etapas de un proyecto de riego tecnificado En la ejecución de un sistema de riego tecnificado se distinguen cuatro etapas:  Una primera etapa de diagnóstico y verificación de condiciones, en la que se levantan datos básicos y se verifica si existen condiciones para la posible instalación de equipos de riego tecnificado. En esta etapa se elabora una línea base, se comprueba el interés local y se determina la conveniencia de la tecnificación.  Una segunda etapa dedicada al diseño del proyecto, divida en 2 partes: una dedicada al diseño conceptual y otra al diseño hidráulico. En esta se seleccionan equipos de riego, se dimensiona la red de tuberías, se elabora un esquema de distribución acorde con las reglas locales de gestión, se verifica las capacidades de contraparte y se elabora los planos y detalles constructivos que permitan la posterior instalación. En esta etapa existe una comunicación intensiva entre diseñistas y agricultores para generar un planteamiento acorde con sus requerimientos y condiciones particulares.  Una tercera etapa destinada a la instalación de la red de distribución y equipos de riego. En esta etapa, se efectúan trabajos de replanteo, excavación, tendido de tubería, relleno y colocación de accesorios. Además se construyen las obras adicionales (estanques, cámaras). Los actores principales son el contratista que ejecuta la obra y la(s) comunidad(es) beneficiada(s), que efectúan sus aportes en mano de obra.  Una cuarta etapa denominada puesta en marcha del sistema, en la que los agricultores experimentan con los equipos y se realiza una capacitación básica para la operación adecuada del sistema construido. Adicionalmente, se ajusta en forma participativa las reglas de funcionamiento para llegar a una operación óptima. De estas cuatro etapas, las dos primeras corresponden a la preparación del proyecto, que son el objeto de los Capítulos 3, 4 y 5.

3.2 Etapa de diagnóstico y verificación de condiciones La primera etapa de un proyecto de riego tecnificado corresponde al diagnóstico y evaluación de las condiciones de producción. En el transcurso de esta etapa se decide si realmente vale la pena introducir riego tecnificado o no. En caso de una respuesta positiva, la etapa culmina con un planteamiento general

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para el sistema a instalarse, sobre el cual se prosigue en la siguiente etapa de diseño detallado.

3.2.1 Condiciones mínimas para la introducción de riego tecnificado Durante la primera fase del diagnóstico se propone inventariar y evaluar:  Producción agrícola. Cédulas de cultivos, con y sin riego. Expectativas en cuanto al incremento del área regada y la introducción de cultivos con riego tecnificado.  Experiencia en producción bajo riego. Conocimientos y habilidades en el manejo de agua y suelo. Costumbres en la aplicación del agua.  Problemas específicos que se desea resolver con el riego tecnificado. Verificar que las ventajas de tecnificar el sistema satisface las expectativas de los usuarios.  Características de la gestión de riego. Esquemas de distribución, organización de usuarios, frecuencia y volúmenes de agua disponibles para la producción, distinguiendo distintas épocas.  Nivel tecnológico de producción. Capacidad local de innovación en varios aspectos de la producción.  Rentabilidad de cultivos. Rendimientos generales promedios e ingresos netos posibles de obtener con el mejoramiento.  Interés por innovar y generar cambios. Específicamente se tiene que verificar que los agricultores estén dispuestos a participar y generar cambios en sus esquemas de distribución.

Foto 46: Diagnóstico de condiciones de producción

Foto 47: Cultivos rentables

Sobre la base de los datos básicos obtenidos, se evalúa si existen las condiciones mínimas para que un sistema de riego tecnificado funcione y pueda ser operado por el grupo de interesados o si estas condiciones pueden generarse. Entre las condiciones mínimas figura que:  El agricultor pueda hacer aplicaciones con un intervalo máximo de 3 días en goteo y 8 días en aspersión.  Sea posible realizar aplicaciones prolongadas con caudales pequeños.  La innovación tecnológica resuelva uno o más problemas de los agricultores.  Exista la predisposición y capacidad por parte de los agricultores para invertir en riego tecnificado.

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 Los cultivos a regar mediante riego tecnificado son rentables, de manera que justifiquen las inversiones y permitan su sostenibilidad en el tiempo.  Sea posible acceder a equipamiento de riego tecnificado y asistencia técnica próxima a la zona del proyecto. Preguntas para evaluar la existencia de las condiciones mínimas La siguiente serie de preguntas puede ayudar a evaluar la presencia de estas condiciones o las posibilidades de generarlas. Una respuesta negativa a alguna de éstas es una clara señal para reevaluar la aplicabilidad o conveniencia del riego tecnificado. ¿Está claro qué problemas se pretende resolver con la incorporación de la nueva tecnología? El riego tecnificado permite ahorrar agua, reducir erosión y mejorar la uniformidad de aplicación. No necesariamente reduce la mano de obra en el riego, incrementa la productividad, abarata los costos de riego. El riego tecnificado no multiplica la disponibilidad de agua en la fuente. Hay que averiguar que no existan falsas expectativas acerca del cambio de método. En caso de que el problema sea la falta de agua, ¿los usuarios ya intentaron resolver esta escasez? Muchas veces los agricultores manifiestan una alta escasez de agua, pero no se aprecian trabajos por aminorarla o para buscar nuevas fuentes. Si es así, se recomienda investigar por qué no se desarrollaron actividades propias para resolver o reducir el problema. ¿Mejorar las aplicaciones es un factor limitante para incrementar el rendimiento de los cultivos? Hay que estar seguro que una mejor aplicación de agua tendrá un efecto importante en la producción. Si otros factores son más limitantes (por ejemplo fertilidad o profundidad del suelo) se los tiene que resolver primero para evitar que el cambio de tecnología genere efectos mínimos en la producción. En caso de cambio de método superficial a tecnificado, ¿es necesario instalar una bomba donde antes no se necesitaba? Es difícil introducir instalaciones con bomba donde antes no se necesitaba. El uso de una bomba de agua incrementa los costos y requiere un cuidado intensivo. Hay que evaluar bien la capacidad de pago de los regantes para los gastos adicionales. Aún cuando el ahorro de agua económicamente justifique el uso de bombeo, no necesariamente los agricultores están dispuestos de invertir en los costos de operación. ¿Los cultivos a regarse con riego tecnificado cuentan con un mercado confiable? El incremento en ingresos como efecto de la producción con riego tecnificado debe ser suficiente para justificar las inversiones. Por tanto, se debe contar con mercados seguros y precios más o menos garantizados. La evaluación de experiencias exitosas en goteo demuestra que éstas solo son sostenibles cuando la desviación estándar de las fluctuaciones de precio no supera un 50%. Un ejemplo es el cultivo de

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tomate; durante la temporada 2005 - 2006 la venta de tomate en Santa Cruz fluctuó entre 10 y 80 Bolivianos la caja de 20 kilogramos. El efecto económico de esta fluctuación es mayor que el posible incremento de producción que uno puede lograr con riego tecnificado. Al invertir en riego tecnificado, un agricultor puede incrementar su producción en un 50%, pero aun perder dinero cuando entra al mercado en momentos de precios bajos. ¿Es posible reordenar la distribución de agua al interior del sistema mayor para permitir aplicaciones con riego tecnificado? Sólo se puede introducir riego tecnificado en sistemas en los que los usuarios están dispuestos a cambiar sus esquemas de distribución, por lo que tiene que averiguarse que no existen condiciones que impiden este proceso. ¿Hay necesidad de altas inversiones en filtrado o mantenimientos como efecto de la baja calidad de agua? Donde existe una exagerada carga de sedimentos, es menos factible introducir un sistema de riego tecnificado, principalmente de goteo. ¿Los agricultores tienen confianza en la innovación tecnológica y la consideran una respuesta a sus problemas priorizados? Si no existe una convicción en cuanto a las ventajas de la innovación tecnológica, se recomienda instalar parcelas demostrativas para crear confianza.

Foto 48: Mercado confiable para comercialización

Foto 49: Pozo excavado para incrementar disponibilidad

3.2.2 Selección de un método de riego tecnificado adecuado Si después de responder estas preguntas generales se considera pertinente instalar riego tecnificado, como siguiente paso se debe seleccionar el método tecnificado a usarse. Las siguientes preguntas pueden apoyar en la selección del método más adecuado.

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Manual de riego tecnificado para los valles

¿El cultivo tiene una cobertura total o parcial de la superficie de la parcela? Solo se recomienda regar toda la superficie cuando las raíces del cultivo también cubren su totalidad. Cuando las raíces de las plantas se encuentran sólo en una parte de la superficie se recomienda usar sistemas de goteo o microaspersión (riego localizado). ¿Es posible trabajar con sistemas móviles sin dañar al cultivo y sin que su uso implique un alto costo de mano de obra? En caso de contestar positivamente seleccionar un sistema de aspersión móvil, porque es más versátil que una instalación fija. ¿Se cuenta con agua de baja calidad química que impide usar aspersores o microaspersores? Una alta concentración de sales puede quemar o dañar las hojas de las plantas. En dicho caso se recomienda seleccionar sistemas de goteo, que entregan el agua directamente a la zona de raíces. ¿La rentabilidad del cultivo justifica los costos de instalación? Solo implementar sistemas de goteo en cultivos altamente rentables. ¿Los agricultores tienen alguna preferencia para un tipo de emisor? Después de presentar y discutir ventajas y desventajas de cada método y el tipo de emisores, es aconsejable seleccionar el método que los clientes prefieren. ¿Existe una alta carga de sedimentos en el agua? Sistemas de goteo y microaspersión son más exigentes en cuanto a calidad del agua que ingresa al sistema. Sistemas por aspersión son menos exigentes e implican menores costos de equipamiento. Tabla 6: Condiciones favorables para la introducción de distintos métodos de riego tecnificado

3.2.3 Planteamiento general Sobre la base de la información recolectada para el diagnostico y evaluación se debe sacar una conclusión sobre la conveniencia de riego tecnificado. En caso de ser positiva, se define un planteamiento general

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del posible método de riego, el tipo y tamaño de emisor y la operación del sistema presurizado. Luego, este planteamiento debe ser evaluado con miras a su implementación dentro del contexto de los sistemas de producción, sus parcelas y el sistema de riego mayor. Adicionalmente se debe estimar el costo referencial y revisar si la inversión es rentable en relación a los beneficios por obtenerse.

Foto 50: Área propuesta a tecnificarse por aspersión

Foto 51: Expectativas de incremento de producción

3.3 Etapa de diseño Comprobada la existencia de condiciones favorables para implementar riego tecnificado y definido el planteamiento general del sistema por implementarse, comienza el proceso de diseño detallado. Inicialmente se selecciona un emisor de trabajo y se propone a detalle una modalidad de operación en función del número de agricultores que participará, sus terrenos y reglas locales de distribución. A partir de la propuesta de operación recién se procede al cálculo hidráulico para la red de distribución y se establece el listado de materiales, equipos y accesorios necesarios.

3.3.1 Del diseño conceptual al diseño hidráulico Para determinar los componentes de un sistema de riego tecnificado se utiliza como base de trabajo la metodología propuesta por Karmeli, modificada para este Manual a partir de las experiencias obtenidas en la investigación PIEN-Riego y las recomendaciones presentadas en las metodologías para la instalación de sistemas de riego por aspersión en laderas. La principal diferencia de la metodología acá propuesta en comparación con las metodologías clásicas, radica en que no se adopta como unidad de análisis a un agricultor más una cierta disponibilidad de agua, sino a un grupo de usuarios asociados en un sistema mayor, cuyo acceso al agua está normado y cuyos volúmenes de agua se entregan por lo general en periodos cortos e intervalos largos. Por tanto, el diseño cuenta con elementos adicionales: el reordenamiento de la distribución de agua de forma tal que permita la operación del sistema tecnificado y la definición de nuevas reglas de operación colectiva. Esta metodología de diseño adiciona bastante información básica a lo propuesto por Karmeli y da una gran importancia a la modalidad de operación. Para implementar esta metodología, se divide el diseño en un diseño conceptual y un diseño hidráulico. Los pasos por efectuarse en cada una de las dos fases están enumerados en la Tabla 7.

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Manual de riego tecnificado para los valles Tabla 7: Fases y pasos en el diseño detallado

En la Figura 13 se presenta un diagrama de flujo del proceso de diseño, basado en el propuesto por Karmeli y modificado para el presente Manual.

Foto 52: Levantamiento de información básica

Foto 53: Diseño participativo

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Figura 13: Pasos de diseño. Karmeli modificado.

Hay que tener presente que el proceso de diseño es iterativo. De las decisiones tomadas en los primeros pasos, sólo en parte se puede predecir sus consecuencias para los siguientes. Recurrentemente se necesita volver pasos atrás para generar un escenario de operación que satisfaga los requerimientos y expectativas inicialmente planteados.

3.3.2 Preparación de alternativas Es posible alcanzar eficiencias y uniformidades relativamente altas con más de un método de riego. Por tanto, para cada proyecto hay que elaborar soluciones alternativas y estudiar sus ventajas y desventajas. La evaluación de alternativas no debe restringirse a la selección de emisores. Adicionalmente, hay que

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Manual de riego tecnificado para los valles

evaluar alternativas en temas de operación del sistema como conformación de grupos, número de emisores simultáneos, frecuencias y tiempos de aplicación. Las alternativas conceptuales tienen que discutirse con los usuarios para recoger sus criterios al respecto e introducir al máximo sus propuestas para un adecuado funcionamiento del futuro sistema.

3.3.3 Flexibilidad en el diseño En sistemas colectivos, el diseño debe tener un cierto grado de flexibilidad. Primero, flexibilidad para la operación del sistema, por ejemplo manteniendo la posibilidad de regar por métodos superficiales a la vez que por aspersión. Segundo, flexibilidad para regar distintos cultivos de la rotación habitual por medio del sistema tecnificado. Finalmente, flexibilidad para una futura expansión del sistema. La necesidad de mantener flexibilidad proviene, entre otros, de los siguientes factores:  Muchos agricultores que riegan por aspersión o goteo prefieren realizar el primer riego de manera superficial con caudales mayores para lograr un máximo humedecimiento inicial (riego de empanto o trasplante).  En la época de desarrollo de algunas flores no es conveniente regarlas por aspersión porque puede afectar en la calidad de los pétalos.  Cuando se conforma grupos de regantes interesados en introducir riego tecnificado, puede haber personas que no desean participar a pesar de tener sus parcelas dentro del futuro perímetro de riego tecnificado. Se recomienda sobredimensionar la red principal, ya que es probable que una vez que se logre establecer el nuevo método, los reacios soliciten participar.  En sistemas mayores, el cambio hacia riego tecnificado suele darse primero con grupos pequeños. Es probable que una vez confirmadas las bondades de los nuevos métodos un mayor número de usuarios desee participar. Se propone establecer reglas de conversión que permitan que un nuevo grupo de usuarios entre en el riego tecnificado. Para aumentar la flexibilidad en un sistema de riego tecnificado, es útil disponer de estanques comunitarios, ya que su capacidad de regulación reduce las restricciones en la operación.

3.3.4 Proceso participativo En la preparación de proyectos de riego tecnificado se debe estimular una participación activa de los regantes en la toma de decisiones, análisis de ventajas y desventajas de métodos, tipos de emisores y reglas de conversión en la distribución. Es necesario discutir todas las propuestas con los usuarios, aclarando las implicaciones de cada una de ellas, tanto en beneficios y complejidades, como en operación, mantenimiento y costos de implementación. Se recomienda evaluar, conjuntamente a los agricultores, la factibilidad de uso de sistemas de aspersión antes que sistemas de goteo y micro-aspersión, debido a los mayores costos de los últimos en su implementación y mantenimiento. Considerando que la mayoría de los cultivos de los valles de Bolivia se producen en temporada de lluvias, no debiera haber problema con usar métodos de riego por aspersión.

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3.3.5 Capacidad local de operación y mantenimiento Al momento de analizar la gestión actual de riego es preciso evaluar las capacidades de operación y mantenimiento de los regantes, para determinar el grado de complejidad con el que se puede diseñar el sistema. Es necesario realizar un análisis real de las actividades que suelen hacer por su sistema, la proximidad a un servicio de asesoramiento y las capacidades de aporte. Por tanto, se propone trabajar intensivamente con los usuarios en las propuestas de operación. Tomando en cuenta que reglas consensuadas viabilizan el diseño, se debe conocer la percepción de los usuarios con relación a varios aspectos operativos. Ellos tienen que opinar sobre las posibilidades de sembrar más o menos en la misma fecha, cambios de posición de aspersores en momentos precisos e iguales para todos, sanciones a quien no riegue en su turno, etc. Se recomienda explicar las ventajas de operaciones colectivas y los ahorros que implican. En las discusiones, los agricultores pueden dar sus sugerencias para solucionar temas álgidos y proponer reglas específicas para la operación. Con relación al mantenimiento, se debe identificar el potencial de aporte monetario y en trabajo y determinar la posibilidad de incrementar la carga actual de mantenimiento. Hay que asegurar que los usuarios tengan una apreciación real de su futura responsabilidad en trabajos de mantenimiento y capacidad de cumplimiento, sobre todo para los trabajos de limpieza periódica (por ejemplo diaria). Sobrecargas de mantenimiento pueden provocar el abandono del sistema.

3.3.6 Aportes propios de los usuarios Generalmente la introducción de riego tecnificado es el resultado de proyectos que requieren que los regantes cumplan con una contraparte de los costos del proyecto. Una parte de sus aportes suele darse en mano de obra no calificada, principalmente en la excavación y el relleno de zanjas para la red de tuberías, pero es casi inevitable que también se tenga que poner una parte en dinero, aunque fuera sólo para adquirir los aspersores para la parcela propia. En función de los costos referenciales, se necesita indicar a los usuarios cuáles son los aportes requeridos, de manera que se genere un ahorro familiar para cumplir con esta obligación o se busquen otras soluciones para obtener el dinero (préstamo individual o colectivo). La capacidad de la contraparte (financiera) de los usuarios puede delimitar el nivel de inversión total en el sistema. El diseñista debe cuidar que la falta de capacidad de pago de los usuarios no afecte en la calidad de los materiales y la instalación.

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Manual de riego tecnificado para los valles

Foto 54: Organización de usuarios para mantenimiento

Foto 55: Trabajos de contraparte

3.3.7 Profesionales para el diseño En sistemas de riego individuales pequeños a medianos, se puede encomendar el diseño a un ingeniero agrícola, civil o agrónomo con experiencia en riego tecnificado. Por lo general los sistemas individuales no presentan problemas de distribución de agua, derechos de paso o reglas de gestión para su acceso, simplificando sustancialmente el proceso de recolección de datos básicos. Para diseñar sistemas colectivos se requiere un equipo de diseño compuesto por un agrónomo y un ingeniero agrícola o civil, quienes conjuntamente se encargan de la preparación del proyecto en vista de la gran cantidad de información básica requerida y evaluaciones interdisciplinarias de las alternativas. La experiencia demuestra que el trabajo preparatorio puede tomar varios meses, debido a que se tiene que esperar que los regantes deliberen y tomen sus decisiones. Este trabajo preparatorio es principalmente tarea de un agrónomo especializado en gestión de riego. El posterior diseño hidráulico suele limitarse a aproximadamente un mes (incluye presupuestos, especificaciones técnicas y planos).

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El diseño de sistemas de riego tecnificado

En la etapa de diseño se realizan tres pasos principales: la recolección de información básica, el diseño conceptual y el diseño hidráulico. Adicionalmente se efectúan, como último paso, algunas actividades finales, en preparación para la construcción de las obras. En este capítulo se presenta a detalle cada uno de los pasos previstos.

4.1 Información básica para el diseño 4.1.1 Datos climáticos Precipitación efectiva (Pef) Para determinar los requerimientos de riego es necesario tomar en cuenta el aporte de lluvias a los cultivos. Se propone utilizar las ecuaciones de precipitación efectiva formuladas por el PRONAR para distintas zonas agroecológicas para estimar los requerimientos de lámina complementaria. Si no se cuenta con datos de precipitación para la zona específica del proyecto, hay que buscar información en estaciones cercanas. Si la dimensión del proyecto justifica análisis climatológicos específicos, se recomienda interpolar valores de precipitación entre estaciones por ejemplo a través del método de polígonos de Thiessen. Evapotranspiración (ET) La lámina de agua a aplicar al terreno debe reponer el agua perdida por evaporación desde el suelo y aquella transpirada por la planta, cuya suma se denomina evapotranspiración. Considerando que las tasas de evaporación y transpiración varían en función de varios parámetros climáticos, se debe estimar estas tasas de manera inteligente. Para el diseño, hay que determinar los valores máximos de reposición requerida, porque guían al diseño. La literatura menciona varios métodos para estimar valores de evapotranspiración de un cultivo, que pueden aplicarse en función de la disponibilidad de información y conocimiento de ajuste a la condición local. Se recomienda usar la herramienta ABRO, Área Bajo Riego Óptimo, que estima valores de evapotranspiración mensual sobre la base de la ecuación de Penman Monteith. Mínimamente se debe contar con valores extremos promedios mensuales de temperatura. Adicionalmente se puede incluir horas de sol, valores promedio de humedad relativa mensuales y velocidades de viento promedio mensuales. Utilizando la herramienta ABRO para el cálculo de ET, hay que identificar el mes de mayor déficit de agua en el periodo de crecimiento, dividir este valor mensual por los días del mes y así obtener el valor diario de ET. El valor calculado es base para dimensionar el sistema.

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Para el proceso de diseño varios textos recomiendan usar valores extremos de evapotranspiración diaria, calculados con probabilidades de ocurrencia entre 75% y 85%, de manera de garantizar aplicaciones con un amplio margen de seguridad. En estos textos los valores estimados de ET son utilizados para definir las frecuencias de riego y optimizar la infraestructura, de manera que el sistema pueda regar todas las unidades dentro del intervalo de distribución establecido. En el caso de grupos insertos en un sistema mayor no se puede aplicar este razonamiento, ya que las condiciones locales de gestión obligan a usar frecuencias fijas. Asimismo, no es posible dimensionar el sistema de manera que exista un uso continuo de equipos. Por ejemplo en aspersión, los equipos suelen emplearse una vez cada 7 u 8 días, por periodos de 8 a 12 horas. En el caso de goteo, los equipos suelen trabajar cada día o día por medio tan solo algunas horas. Viento En los diseños de riego tecnificado, el viento tiene un efecto doble. Primero en el cálculo de la evapotranspiración, debido a que reduce la humedad relativa en la capa de aire inmediatamente superior al cultivo, lo que incrementa la evapotranspiración. Este efecto se analiza en la estimación de ET. Segundo, en la distribución de gotas en los sistemas de aspersión. En caso de altas velocidades de viento, la uniformidad de aplicación se ve comprometida y es necesario realizar un ajuste en los patrones de espaciamiento de equipos. Valores de velocidad de viento son difíciles de obtener, por lo que su uso en el diseño de sistemas de riego tecnificado va más enfocado a decidir en situaciones extremas entre la sí o no implementación de aspersión. Normalmente, se debe realizar un análisis cualitativo de la información de viento, más que usar valores en ecuaciones. Se recomienda un análisis temporal (mensual) y espacial del viento, indagando con la gente del lugar acerca de horas de viento y meses de mayor incidencia. En función de las magnitudes que se identifique se puede modificar patrones de espaciamiento de aspersores o restringir el uso a horarios específicos durante algunos meses. Para goteo no es necesario realizar mayores análisis de viento.

4.1.2 Área de riego y topografía Características de suelo Los métodos de diseño suelen pedir una gran cantidad de información sobre las a características de suelo, que se obtienen de análisis de laboratorio. En la presente metodología la recolección de información se concentra en pruebas e inspecciones de campo. Los datos adicionales se pueden obtener con la suficiente precisión desde tablas. La siguiente información básica debe determinarse en campo:  Textura del suelo.  Profundidad de la zona de raíces.  Velocidad de infiltración y curva de infiltración.  Características de drenaje.  Pendientes pronunciadas.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

Foto 56: Evaluación profundidad de raíces

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Foto 57: Excavación de calicata evaluación de suelo

Las texturas de las capas arables, la profundidad de raíces y características de drenaje pueden ser determinarse usando pruebas sencillas como la excavación de calicatas, la determinación de textura mediante tacto y la identificación de árboles de raíz profunda, quebradas de drenaje y zonas de encharcamiento. La curva de infiltración se puede obtener a un bajo costo utilizando un infiltrómetro de doble anillo (Foto 59) o estimarla usando tablas (ver Tabla 8). Para el caso de goteo sólo se recomienda este análisis en suelos arcillosos, ya que la mayoría de los suelos tienen una infiltración mayor que las tasas de aplicación por este método. Tabla 8: Velocidad de infiltración básica de suelos según textura

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Foto 58: Evaluación de profundidad de suelo

Foto 59: Infiltrómetro de doble anillo

La restante información básica de suelos se puede estimar mediante tablas:  Densidad aparente.  Capacidad de retención de humedad.  Riesgo de degradación química. En la Tabla 9 se presentan datos generales para seis texturas de suelos acerca de su porosidad, densidad aparente y humedad aprovechable. Las variaciones dentro de cada fila textural no son grandes, por lo que se recomienda emplear más tiempo en análisis en campo que remitir muestras al laboratorio. Tabla 9: Propiedades físicas del suelo

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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Con relación a la química del suelo, se recomienda hacer observaciones de campo (costras de sales, concentraciones de sales en el perfil, textura), pruebas simples (HCl o acido acético) y realizar un análisis de pH mediante pruebas rápidas como el uso de papel de pH (PIEN-Riego, 2007). Información general sobre la química de suelos también se obtiene de la apariencia y el desarrollo de los cultivos. A partir de estas referencias, se puede sacar conclusiones especialmente en lo que respecta a concentraciones de sales y sodio. Recomendaciones para incorporar fertilizantes con el riego sólo pueden basarse en análisis de laboratorio. Adicionalmente, es útil evaluar experiencias con agricultores prominentes en la zona acerca de aplicaciones foliares y respuestas a fertilización específica. Topografía y características del área Para el diseño de sistemas de riego tecnificados es necesario elaborar planos parcelarios para el dimensionamiento de laterales, la ubicación de hidrantes y el trazado de tuberías. El levantamiento planialtimétrico debe contar con la siguiente información:  Curvas de nivel cada 1 o 2 metros.  Límites de parcelas agrícolas.  Construcciones en el área.  Interrupciones topográficas, como quebradas, caminos y bosques. La información topográfica permite determinar las pendientes de los terrenos e identificar obstáculos para el trazado de la red, como casas y sectores donde generaría conflictos. En la Sección 6.2.3, se propone un método participativo para el levantamiento topográfico de un sector a presión cargado por gravedad. Este método abarata significativamente los costos del levantamiento.

Foto 60: Levantamiento topográfico participativo

Foto 61: Parcelas en ladera en zonas accidentadas

Agricultores, tenencia y área bajo riego tecnificado Durante el proceso de levantamiento de parcelas y sus características se tiene que relevar el nombre de los propietarios y las áreas que desean habilitar bajo riego tecnificado. Esta información es útil para definir:

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Superficies bajo riego tecnificado.  Número de emisores por usuario, de acuerdo con las superficies indicadas.  Reglas de equidad local para la habilitación de superficies.  Demanda de agua.  Derechos de agua.  Aportes por usuario como contraparte. La definición del grupo de usuarios y de las áreas de cada integrante debe hacerse en consenso de todos, con tal de evitar que algunos agricultores intenten conseguir mayores beneficios que los demás. Todas las definiciones deben estar plasmadas en un acta, que es la base para el trabajo de diseño.

4.1.3 Derechos y distribución de agua Por lo general todas las fuentes de agua cuentan con un grupo específico de usufructuarios, quienes han generado reglas específicas para su uso. El diseñista debe recolectar información sobre estas reglas. Existen conceptos y procedimientos para el análisis de los esquemas de distribución, los que se recomienda revisar antes de proceder al diseño de sistemas tecnificados al interior de sistemas mayores (Gerbrandy y Hoogendam). Resulta primordial de estos análisis obtener la siguiente información:  La base sobre la cual se distribuye el agua, superficies a regar u horas de derecho con un caudal determinado.  Los mecanismos por los cuales se adquieren y mantienen los derechos de agua.  Vinculación del agua a la parcela o a la familia.  Caudales de operación (considerando sus variaciones en el tiempo).  Frecuencia con la cual se entrega agua a cada usuario y la flexibilidad en los esquemas de distribución.  Tiempos de aplicación de cada integrante del grupo de interesados en riego tecnificado.

4.1.4 Calidad del agua Para el riego tecnificado es necesario evaluar la carga de sedimentos, la carga biológica y los compuestos y sales que contiene. Aguas de explotaciones subsuperficiales suelen ser de suficiente calidad físico para su utilización en sistemas de riego tecnificado. Aguas de ríos, vertientes, canales y estanques suelen tener altas cargas de sedimentos y contaminaciones biológicas, por lo que es necesario usar filtros especiales. Se recomienda hablar con los agricultores sobre variaciones temporales en la calidad de agua. En cuanto a la calidad química del agua, por lo general sólo se solicita evaluar la cantidad de sales presentes y la relación de absorción de sodio (RAS). Ante sospecha de alta concentración de carbonatos se debe evaluar los compuestos en laboratorio, porque pueden provocar quemaduras en las hojas. En sistemas de goteo con inyecciones de fertilizantes se deben realizar estudios específicos de carbonatos y aguas pesadas, para evitar mezclas que decanten y puedan obstruir los goteros.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

Foto 62: Río con una alta carga de sedimentos

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Foto 63: Degradación de suelo por aguas salinas

Se recomienda revisar literatura especializada sobre el tema (FAO, 1994). Como referencia, la Tabla 10 presenta parámetros para evaluar la calidad de agua para riego y la Tabla 11 para evaluar el riesgo de obstrucción por cargas de material físico, biológico o químico. Tabla 10: Restricción de uso según calidad química de agua (FAO, 1976)

Tabla 11: Riesgo de obstrucción según calidad de agua (FAO, 1987)

Las precipitaciones químicas en los emisores se producen por exceso de carbonatos o sulfatos de calcio o magnesio y también por la oxidación de hierro. Estos riesgos son favorecidos por temperaturas altas y pH alto.

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4.1.5 Cultivos y labores culturales Características de los cultivos a regar La definición del tipo de cultivo a regar es un aspecto clave para un proyecto de riego tecnificado porque determina los requerimientos de agua, la densidad de plantas, la profundidad de raíces, su altura y su respuesta al riego. Además, da luces para las posibles reglas operativas. Adicionalmente, el conocimiento de rotaciones, descanso de parcelas y calendarios agrícolas permite determinar la versatilidad de los sistemas propuestos en el contexto de las estrategias locales de producción y la economía familiar. Así por ejemplo, agricultores de los valles de Bolivia suelen rotar entre cultivos con distintos marcos de plantación. En este contexto, los sistemas de goteo no son adecuados, por lo menos no con espaciamientos fijos. Se solicita relevar de campo los siguientes datos:  Cultivo principal para el cual se propone instalar el riego tecnificado.  Cédula de cultivos habitual en la zona de trabajo, incluyendo las rotaciones de cultivo.  Descanso en la rotación de cultivos.  Calendario agrícola, con periodos de siembra y cosecha.  Eventual presencia de cultivos asociados.  Niveles actuales de stress, a partir del análisis de láminas aplicadas y requeridas. Labores culturales y trabajos mecánicos en parcela Para la selección de materiales y equipos se debe levantar en campo:  La necesidad de mover equipos o partes para poder realizar trabajos culturales.  La profundidad de labranza.  Las rutas de tránsito de tractores y equipos de labranza, para evitar daños a hidrantes por una ubicación incómoda.

Foto 64: Labores de labranza

Foto 65: Rotación de cultivo

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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4.1.6 Equipamiento y asistencia técnica En vista de que hay pocas empresas que comercializan equipos y accesorios de riego tecnificado, se recomienda usar materiales disponibles en la tienda más cercana, ya que asegura la disponibilidad de repuestos o accesorios compatibles con su instalación. Se debe relevar información acerca de equipos, repuestos y stock disponibles. Adicionalmente, se recomienda evaluar posibles equipos alternos que puedan usarse en caso de no contarse con repuestos iguales.

4.1.7 Fuente de energía Todos los sistemas de riego tecnificado requieren presión para su funcionamiento. Para ello se necesita una fuente de energía, como una bomba de impulsión mecánica o la diferencia de altura entre el punto de carga y de salida del agua. En sistemas que ya utilizan bombas para captar agua, se puede introducir riego tecnificado para ahorrar agua y energía. En sistemas con captación de agua por gravedad, antes de instalar un equipo de bombeo, hay que evaluar el real interés y su conveniencia, ya que incrementa los costos de producción. En campo es necesario medir diferencias de cota entre puntos de carga y zonas de aplicación. Para sistemas con bombeo, se debe evaluar la disponibilidad de tipos de energía y sus costos. En caso de que ya exista una bomba hay que verificar la potencia y su curva de rendimiento.

4.1.8 Agroeconomía y rentabilidad Las inversiones en riego tecnificado tienen por objeto generar una mayor producción y flujo económico, inclusive cuando solo se busca la disminución de erosión, porque evita la pérdida del sustrato para la producción. En los sistemas de riego tecnificado, la principal ganancia proviene del ahorro de agua (hasta 33% en aspersión y 50% en goteo) y la sucesiva ampliación de áreas de cultivo. Adicionalmente se espera un leve incremento en la productividad. En campo se propone realizar un levantamiento de la siguiente información:  Mercado de venta de productos.  Rendimientos de cultivos por superficie.  Intensidad de uso de suelo.  Fluctuaciones de precio de venta de productos.  Costos de producción.  Superficie de cultivo.

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Foto 66: Fuente de agua colectiva

Foto 67: Organización de regantes

4.2 Diseño conceptual del sistema de riego Se entiende el diseño conceptual como la determinación genérica de los elementos que conforman el sistema y de su futuro funcionamiento. En el diseño conceptual se definen: las áreas de influencia, los métodos de riego a utilizarse, los principales equipos y accesorios requeridos, los tiempos y volúmenes de aplicación, las reglas operativas y las necesidades de control de flujo. En el diseño conceptual se investiga la conveniencia de una serie de propuestas alternativas, de las que se evalúan sus parámetros de factibilidad técnica, económica y social para definir la alternativa más adecuada.

4.2.1 Diseño agronómico: láminas y frecuencias El diseño del sistema tecnificado debe responder a los requerimientos de reposición de agua a los cultivos y el suelo. Los valores de requerimientos provienen del diseño agronómico, que combina datos de los cultivos y del suelo para así determinar láminas de aplicación y los intervalos entre las aplicaciones. En el diseño conceptual de sistemas colectivos no se puede uniformar completamente los cultivos y calendarios agrícolas. Por tanto, en sistemas por aspersión, se debe planificar el riego para un conjunto de cultivos con características similares, como periodos de siembra cercanos, periodos de producción y tasas de aplicación similares. Sobre la base de la cédula propuesta, se determinan los parámetros del diseño agronómico que son referenciales para definir los futuros esquemas de distribución. A posteriori, se debe evaluar las posibilidades prácticas de entrega de agua y verificar que éstas no estén en contraposición al diseño agronómico. Por ejemplo en un sistema en el que se realiza repartos de agua cada 14 días, no es práctico cumplir una frecuencia cada 8 días, resultante del diseño agronómico. En este caso es más sencillo ajustar la distribución a 7 días. Humedad aprovechable (HA) y lámina de agua a aplicar (Lb) Sobre la base de los datos de la capa arable del suelo y la profundidad de raíces se puede estimar la humedad aprovechable utilizando los datos de la Tabla 9. El cálculo se realiza utilizando la expresión:

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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HA = (CC - PMP) * ZR * ρa HA

= Humedad aprovechable (% de peso)

CC

= Contenido de humedad del suelo a capacidad de campo (% de peso)

PMP = Contenido de humedad del suelo al Punto de Marchitez Permanente (% de peso) ZR

= Profundidad efectiva de raíces (mm)

ρa

= Densidad aparente relativa (adimensional)

En función del tipo de cultivo y su capacidad de resistencia al stress hídrico, se selecciona un valor de Criterio de Riego (CR), que es el porcentaje del total de humedad aprovechable que se permite consumir antes de una nueva aplicación. Adicionalmente, en sistemas de goteo o microaspersión, se define el Porcentaje de Área a Regar (PAR), que es el porcentaje de terreno en el que efectivamente se encuentran las raíces y es necesario humedecer. Un método para estimar el PAR consiste en evaluar la sombra del cultivo a medio día en su etapa de máximo crecimiento. Por lo general fluctúa entre un 50% a 70% del área. En sistemas de aspersión, el valor del PAR es igual a 100%. Con estos datos se calcula la lámina neta (Ln) a reponer al suelo: Ln = CR * HA * PAR Ln

= Lámina neta a aplicar (mm)

Considerando la eficiencia del método de riego con el cual se trabaja se puede calcular la lámina bruta (Lb) a aplicar: Lb = Ln / Efa Lb

= Lámina bruta a aplicar (mm)

Efa

= Eficiencia de aplicación del agua (%)

La Tabla 12 presenta rangos de valores de Efa según el método de riego. Tabla 12: Eficiencia de riego, según método empleado

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Foto 68: Riego por surcos

Foto 69: Riego en melgas

Se calcula la frecuencia teórica de riego dividiendo la lámina neta a aplicar (Ln) por la evapotranspiración diaria máxima (ETm), usando la expresión: Fr = Ln / ETm Fr = Frecuencia de riego (días) La posible frecuencia en el sistema debe ser igual o menor a la frecuencia calculada, verificando de esta manera que puede ser una alternativa viable de operación para el sector de riego tecnificado. Adicionalmente, se estima el área de influencia (AR) que puede regarse con el volumen de agua disponible: Volumen disponible (m3) AR = –––––––––––––––––––––––– (m2) Lámina bruta (m) Considerando que los agricultores por lo general aplican riegos deficitarios, se incrementa esta área con un 15%. En este cálculo ya debe apreciarse el efecto de la innovación tecnológica.

4.2.2 Sectores de riego y ubicación de hidrantes Se define el sector de riego como un conjunto de parcelas próximas que son regadas simultáneamente y bajo las mismas modalidades de entrega de agua (frecuencia, tiempos de aplicación y lámina). La división en sectores puede responder a distintas condiciones:  Número de aspersores que pueden funcionar simultáneamente, tomando en cuenta el tamaño del emisor, su caudal de emisión y el caudal de ingreso al sector.  Posición de cámaras de carga o de rompe-presión.  Características geográficas como quebradas o ríos.  Acuerdos sociales y capacidades de operación conjunta.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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Al definir los sectores, se busca equilibrar áreas de similar tamaño, consumo de agua y carga de presión para facilitar la futura operación del sistema. Un sector cuenta con uno o varios hidrantes. La ubicación de los hidrantes está en función de límites de parcelas y radios de cobertura de los laterales. Como un hidrante normalmente tiene que abastecer a varios terrenos y usuarios, los mismos agricultores tienen que consensuar su ubicación dentro de los límites físicos existentes. Se recomienda que los hidrantes de un sector estén ubicados dentro de un rango mínimo de cota (casi horizontal, con corrección por pérdida de fricciones). Se debe evitar que entre los hidrantes de un sector haya una gran diferencia de altura, porque al abrirse el hidrante inferior generaría una reducción de presión en los hidrantes superiores.

4.2.3 Balance hídrico El balance hídrico expresa la relación entre la oferta y la demanda de agua para riego. Normalmente se calcula por mes. Para el diseño es un parámetro que ayuda a evaluar si en toda la época de crecimiento hay suficiente agua en la fuente para satisfacer la suma de requerimientos de los cultivos en el área de influencia (AR). Se recomienda usar el balance hídrico también para evaluar las ganancias de agua y de área regable producto de la innovación tecnológica y así incorporarlas en los análisis económicos.

4.2.4 Gestión del sistema tecnificado En el diseño conceptual se debe establecer los principales aspectos de gestión del sistema tecnificado que afectan directamente al diseño hidráulico y a las dimensiones de la infraestructura requerida. En la definición de la gestión, se presenta la mayor diferencia entre las metodologías de diseño existentes y esta metodología específica para la introducción de riego tecnificado en la región de valles de Bolivia. Las metodologías convencionales parten del supuesto implícito que el agricultor dueño del sistema de riego tecnificado puede definir la disponibilidad de agua para riego tecnificado, el número de horas a regar al día, el número de días a regar y días de descanso y la frecuencias de aplicación según se acomode de mejor manera al desarrollo del cultivo.

Foto 70: Consenso de reglas de conversión

Foto 71: Operación de hidrante

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En sistemas colectivos estas decisiones no son del domino exclusivo de cada agricultor, sino se enmarcan dentro del contexto de las reglas colectivas existentes. Para facilitar la introducción del riego tecnificado una parte de estas reglas tiene que cambiarse, porque es imposible regar por aspersión o goteo manteniendo los caudales, tiempos y frecuencias establecidos para el riego superficial. En general, se tienen que reducir los caudales por usuario e introducir el riego simultáneo entre varios, con tiempos de riego más alargados. En este proceso de cambio hay que tomar en cuenta dos fundamentos claros:  Las modificaciones en el esquema de distribución sólo conciernen a la operación del sistema, y no así a la tenencia del agua. En efecto, no se modifican los derechos de agua, sino las formas de su entrega a los agricultores (caudal, tiempo y frecuencia).  Para las modificaciones se tiene que diseñar ‘claves de conversión’ sencillas. Por ejemplo, cuando antes se regaba cada 3 semanas con 20 l/s por el periodo de 1 hora, se puede proponer para el riego tecnificado regar cada semana con 3 aspersores de 0,5 l/s por 4,5 horas. En ambas situaciones, el regante recibe el mismo volumen de agua. Este proceso de conversión es una de las partes más importantes del diseño conceptual y también la parte más creativa y compleja. Las ‘claves de conversión’ tienen que ser simples, para que todos los agricultores puedan comprobar que la distribución nueva no modifique los derechos existentes y que cada agricultor siga recibiendo su justa porción. Sin embargo, hay que generar esa simplicidad en el contexto de una serie de condiciones complejas e interrelacionadas, tales como: los caudales dependen del tipo de emisor elegido, la suma de los caudales simultáneos debe ser igual al caudal en la fuente, los tiempos de riego tienen que ser más o menos redondos e iguales para varios regantes, la frecuencia de riego tiene que ser adecuada para el buen desarrollo de los cultivos. Por tanto, el diseño de la nueva distribución es un juego de caudales, tiempos, frecuencias y número de agricultores y emisores por sectores, que en sistemas medianamente complejos (con múltiples usuarios, con diferentes tiempos de riego por turno, con una variedad de cultivos, etc.) puede tomar hasta semanas hasta culminarse. Se propone analizar las posibilidades factor por factor y elaborar una serie de alternativas, cuya conveniencia se discute con los regantes. Una vez consensuada con los usuarios la alternativa óptima, el resto del diseño, el cálculo hidráulico y la selección de tuberías, es una tarea relativamente sencilla. Una razón adicional para diseñar ‘claves de conversión’ simples es que en varios sistemas de riego tecnificado existen periodos en los que la mayoría de los usuarios prefiere volver al riego por inundación, por ejemplo para el empanto o en periodo de floración de ciertos cultivos. Entonces, deben contar con la posibilidad de cambiar entre un esquema y otro. El reordenamiento de la distribución al interior de un sistema sólo es posible cuando se cuenta con una total claridad acerca de los derechos de cada usuario y existe una predisposición de los mismos agricultores para hacerlo. El diseño conceptual de la gestión debe resultar en una definición preliminar de:  Frecuencias y caudales de riego.  Tiempos de aplicación.

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 Número de aspersores y posiciones para cada agricultor.  Tiempo por sectores. Frecuencia La mayoría de los esquemas de distribución en sistemas de riego en valles de Bolivia cuentan con intervalos de distribución de agua superiores a los 14 días y caudales grandes por un periodo de tiempo relativamente corto. Por ejemplo el sistema Achocalla en Sacaba entrega a cada agricultor, por largada, un caudal de 50 l/s por un periodo de una hora (una acción). El sistema Lagun Mayu en Tiquipaya entrega a cada agricultor, por largada, hasta 150 l/s por un tiempo que varía entre unos minutos y varias horas, de acuerdo con el derecho de cada usuario. La frecuencia en riego tecnificado debe acomodarse a intervalos más cortos, debido a que la estrategia del riego tecnificado es evitar que se estrese al cultivo, manteniendo la humedad del suelo en la zona de raíces siempre cercano a la capacidad de campo. Los intervalos mas cortos resultan del análisis de humedad aprovechable (HA). Por ejemplo en un suelo arcilloso, con la máxima capacidad de retención de humedad y una profundidad de raíces de 1 metro (bastante común en cultivos no frutales en zona de valles) la humedad aprovechable (HA) no es mayor a 35 mm. Incorporando al cálculo un criterio de riego (CR) que permita un agotamiento del 60% de esta HA, se debe regar antes de que se agoten 21 mm de esta humedad. Considerando una evapotranspiración de entre 3 y 3,2 mm por día, el periodo máximo entre riegos no debe superar los 7 días. Entonces, para la introducción de método tecnificado es necesario cambiar la frecuencia de entrega de agua. Para aspersión intervalos no mayores a 8 días y en goteo no mayores a 3 días. Por ejemplo, si la frecuencia actual del sistema es de 14 a 16 días, se puede proponer reducir el intervalo a la mitad y regar cada 7 u 8 días, según corresponda. En caso de frecuencias de 15 días, se puede pensar en 3 aplicaciones en los días 1, 5 y 10 del intervalo de entrega del sistema, con un tercio del volumen que se entrega actualmente. Para sistemas de goteo uno casi está obligado a contar con un estanque de regulación, que permita un mayor número de riegos. Tiempo de aplicación (Tap) Para sistemas tecnificados el tiempo de aplicación debe obtenerse de la relación entre la lámina bruta requerida y la tasa de aplicación del emisor, en mm/hr. Menores tamaños de aspersor implican menores tasas de aplicación, con un consecuente mayor tiempo de aplicación (= horas que debe trabajar un aspersor en una posición). En el caso de un aspersor de ¾” cuya tasa promedio de aplicación es de 5,6 mm/hr (ver Ficha líneas móviles), se puede reponer una lámina de riego de 22,4 mm en un tiempo de 4 horas. Esta representa una evapotranspiración de 3,2 mm con una frecuencia de 7 días. La elección del emisor depende de la velocidad con la que se espera reponer la lámina al suelo, la que está en función de las horas de riego que se establezcan como posibles de destinar al riego. Así en el ejemplo anterior, se puede recomendar regar 12 horas diarias, lo que permite que un aspersor esté en 3 posiciones distintas en un día. Ecuaciones para determinar las tasas de aplicación para cualquier emisor se presentan en la Sección 4.3.1.

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Número de aspersores y posiciones Una vez establecido el tiempo de aplicación y las horas disponibles para realizar el riego, es necesario determinar el número de aspersores y posiciones para cubrir toda la parcela. Esta determinación difiere para cada agricultor y depende de su derecho de agua, el tamaño de su parcela o de los dos.

Foto 72: Línea móvil de aspersión

Foto 73: Estanque comunitario para riego

Se propone inicialmente determinar el volumen necesario para regar toda la parcela y después contrastar este valor con el volumen asignado por el derecho de agua correspondiente. En caso de que el agua asignada no cubra los requerimientos de la parcela, se debe establecer una estrategia para aprovechar al máximo el agua disponible. En caso de que la disponibilidad de agua supere los requerimientos de la parcela, se debe prever superficies de expansión a regar con el agua ahorrada. Cada tamaño de aspersor cuenta con un área de influencia o mojamiento. Una primera estimación del número de aspersores y posiciones se obtiene de la relación entre el tamaño de la parcela y el área de mojamiento de un solo aspersor. Así por ejemplo para regar una superficie cercana a los 3.000 m2 se necesita 9 aspersores de ¾”, que tienen un área de mojamiento cercano a los 320 m2. Estos 9 aspersores requeridos pueden ser instalados en un esquema fijo para que en 4 horas de riego simultáneo de todos los aspersores se complete el riego de la parcela, considerando el tiempo de aplicación antes mencionado. También se puede aplicar líneas móviles de solo 3 aspersores, que deben moverse a 3 posiciones para cubrir la totalidad del área de cultivo. Bajo esta modalidad se riega la misma superficie en 12 horas, 4 horas por posición. En la decisión sobre número de aspersores y posiciones, hay que tomar en cuenta factores como el costo de los aspersores, la facilidad de su traslado y la mayor complejidad al incluir un mayor número de usuarios simultáneos. En general se recomienda no diseñar líneas móviles con más de 4 aspersores, ya que el tiempo muerto para desplazarlos a la nueva posición es bastante alto. Por otra parte, sobre la base de experiencias en el Perú, se sugiere no extender el riego de una parcela por más de 12 horas (un día). Caudales de riego y `claves de conversión´ Una vez establecidos el tiempo de aplicación para reponer de lámina, intervalos más cortos entre aplicaciones y los tiempos de aplicación para cada agricultor, se debe reducir el caudal de riego para utilizar el mismo volumen de agua que se recibiría en una aplicación superficial con el esquema regular del sistema.

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Por ejemplo, en el caso del sistema Achocalla mencionado los 50 l/s por una hora representan un volumen de 180 m3 cada 15 días. En caso de querer utilizar esta acción de agua mediante un sistema por aspersión, requeriría utilizar 100 aspersores de ¾” de 0,5 l/s por un periodo de una hora. Lo que obviamente no es práctico. El ejemplo anterior, ya se estimó que cada aspersor deba trabajar 4 horas en cada posición para reponer la lámina. Entonces es posible utilizar 25 aspersores que trabajen 4 horas para seguir usando los 180 m3 asignados, lo que aún no es práctico y requerería un gran número de aspersores por familia. Como el intervalo del sistema es de 15 días y para el método tecnificado se recomienda usar intervalos más cortos, se propone usar la mitad del volumen asignado en el turno correspondiente de entrega del sistema y la otra mitad del volumen en un riego intermedio a los 7 días posteriores (reordenamiento de la distribución). Siguiendo con el ejemplo del sistema Achocalla, se puede usar la mitad de los aspersores, es decir 12,5 por un periodo de 4 horas de riego simultáneo en un riego y 12,5 aspersores en el riego intermedio. Finalmente, el sistema Achocalla estableció el caudal, tiempo de entrega y frecuencia del sistema mayor para que cada usuario pueda regar una arrobada de cultivo, aproximadamente un poco más de 3.000 m2. Como ya se mencionó, para regar esta superficie mediante aspersión solo se requiere 9 aspersores de ¾”, por lo que en caso de realizar el cambio de método de aplicación en cada riego sobran 3,5 aspersores (12,5 – 9 = 3,5) que podrían regar una superficie adicional (ganancia de agua por efecto del cambio de método). Ordenando un poco los datos, se concluye que una hora de 50 l/s cada 15 días equivale a 4 aspersores que trabajan en 3 posiciones (4 * 3 = 12) con un tiempo de aplicación de 4 horas y una frecuencia de 7 días. Notar primero que:  Para simplificar el cambio se redondeó el número de aspersores de 12,5 a 12.  El volumen utilizado en ambos métodos es similar.  Para que este esquema funcione, es necesario que un grupo de usuarios cambie a riego tecnificado y no un solo agricultor individual ya que la extensión de los tiempos de aplicación de 1 hora superficial a 12 horas de riego tecnificado solo puede lograrse cuando un grupo de usuarios riegue simultáneamente durante las mismas 12 horas.

Foto 74: Cañón de aspersión

Foto 75: Aspersor de ¾”

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Con esta clave de conversión es fácil también definir los escenarios para usuarios que no cuenten con una hora de agua, sino con un múltiplo o una fracción. Por ejemplo un usuario que tiene ½ hora tendrá derecho a usar 6 aspersores cada 7 días, lo cual podrá hacer con la combinación 3 aspersores en 2 posiciones o 2 aspersores en 3 posiciones. Un usuario con 2 horas tendrá derecho al uso de 24 aspersores cada 7 días, con muchas posibles combinaciones de número de aspersores y posiciones. Como base para establecer las proporciones, se recomienda usar un mismo tipo de emisor para toda la zona, por lo menos en el diseño y la primera propuesta de operación. Posteriormente, se puede experimentar con arreglos distintos. Por ejemplo, usar un cañón de aspersión de 2,5 l/s es igual a usar 5 aspersores de ¾”. En el caso de sistemas de goteo, el análisis es más complejo, pero tomando en cuenta el emisor seleccionado cuyo caudal puede fluctuar entre 2 y 8 l/hr, puede determinarse el caudal requerido por superficie. Se puede suponer que se requiere aproximadamente 2 a 3 l/s para cada media hectárea, regada en una sola posición. En general, el nuevo esquema de distribución implica que a futuro varios usuarios tienen que regar simultáneamente, cada uno con su porción del caudal total expresado en número de aspersores. En la práctica, los esquemas de distribución para riego tecnificado son como un cronograma de riegos simultáneos, con horas fijas para modificar las posiciones. En cada cambio de posición, puede haber también cambio de usuarios, todo de acuerdo con el número de aspersores y/o posiciones que le compete a cada uno. Este tipo de esquema deja poco espacio para elegir el día o la hora para regar. Experiencias en Chuquisaca y Cochabamba demuestran que como ya existe la costumbre de regar por turnos fijos, los usuarios respetan los horarios preestablecidos y se acostumbran a colocar en operación todos los aspersores que les corresponde regar ese día. Como resultado de esta fase se genera un esquema de distribución, que define el caudal del emisor, el número de emisores simultáneos, el número de emisores por usuario, los tiempos de aplicación, los tiempos de riego, el número de emisores requeridos para cada parcela / usuario, número de posiciones de cada usuario, frecuencias de aplicación de riego y el número de parcelas que pueden regar simultáneamente. Uno de los temas más complejos en el rediseño de la distribución es cuando se juntan usuarios que desean el sistema tecnificado con otros que quieren mantener aplicaciones superficiales. En estos casos se recomienda hacer grupos que utilizan el caudal completo, por ejemplo primero el grupo de riego tecnificado y después el grupo de riego superficial, cada uno con sus arreglos específicos de tiempo, caudal y frecuencia. Infraestructura mayor para el riego La existencia de estanques de regulación facilita enormemente la posibilidad de cambiar turnos de riego superficial por turnos por aspersión o goteo.

4.2.5 Evaluación del diseño conceptual Para evaluar las alternativas de selección de equipos, trazado de tuberías y alternativas de operación se

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deben estimar los costos de inversión por superficie a tecnificarse. Para ello se presentan algunos valores referenciales en la Tabla 13 y Tabla 14. Importante de destacar es que diseños simplistas en inversión suelen coincidir con una menor flexibilidad en la operación, lo que puede complicar enormemente el funcionamiento cotidiano del sistema. Al revés, amplios márgenes de flexibilidad de operación inducen a mayores costos de inversión. Un diseñista debe establecer un equilibrio entre estos dos extremos, conforme las capacidades de financiamiento en la inversión y las capacidades de gestión de los futuros usuarios. La posibilidad de encontrar un punto intermedio entre el cumplimiento de reglas locales, buena calidad de materiales y comodidad para los regantes solo es posible a través del entendimiento de las reglas actuales de distribución, las estrategias locales de producción y el diseño participativo continuo de manera que siempre estén claras las responsabilidades y obligaciones que recaen sobre el grupo innovador. Tabla 13: Costo referencial por hectárea

Tabla 14: Distribución de costo según componente del sistema

Entiéndase sofisticada como instalación con inyectores de fertilizante y manómetros diferenciales en los filtros. En el caso de aspersión, incluye la instalación de filtros comerciales y válvulas de aire. Una vez establecido el diseño conceptual del sistema, se recomienda verificar con los beneficiarios si estos pueden cumplir los requerimientos de operación. Esto no implica solamente la simple aceptación de los usuarios, sino verificar su verdadero entendimiento y discutir sus responsabilidades.

4.3 Diseño hidráulico de sistemas de goteo y aspersión El diseño hidráulico de un sistema se entiende como la selección y el dimensionamiento de todos los equipos, piezas y estructuras que conforman la red de captación, conducción y distribución. En el diseño hidráulico se definen y calculan: presiones en hidrantes, sectores de presión similar, longitudes y

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dimensiones de laterales, secundarios y de la tubería principal, accesorios, cámaras y obras complementarias. La clave para el diseño hidráulico de sistemas de goteo y aspersión radica en el emisor que se utilice, por lo que es necesario otorgar principal atención a su selección y propuesta de operación. En este Manual el diseño hidráulico en goteo y micro-aspersión se concentra en sistemas individuales y en aspersión en los sistemas colectivos. Los cálculos de los métodos de riego tecnificado se desarrollan por separado, aún cuando muchos criterios y parámetros son similares para ambos.

4.3.1 Cálculos relacionados con el emisor Las características del emisor que se seleccione tienen un gran efecto en el diseño del sistema. Establecen el rango de presiones de trabajo, que repercute en la energía necesaria, establecen caudales de emisión y determinan las condiciones de filtrado del sistema. En el Capítulo 2 ya se describió los posibles tipos de emisores a utilizar y sus características, de las cuales es preciso obtener para el diseño:  La presión y caudales nominales de emisión.  Su sensibilidad en el caudal de emisión ante variaciones de presión.  Diámetro de salida del emisor.  La ecuación de descarga del emisor en función de la presión.  El patrón de mojamiento de un solo emisor, así como de un grupo de emisores.  Calidad, costo y durabilidad. Caudal de emisión (qe) Los emisores de riego tienen descargas de caudal en función de la presión a que son sometidos y las características de fabricación del emisor. qe = k * Pex qe

= Caudal del emisor (l/hr)

k y x = Características del emisor (adimensional) Pe

= Presión del emisor (mca)

Muchos catálogos presentan los valores k y x de sus emisores, pero hay otros que no, por lo que es necesario obtenerlos a partir de un sencillo análisis de la curva de rendimiento del emisor. Cuando se dibuja esta curva en un papel logarítmico se convierte en una recta con pendiente x = log(q1 /q2)/log(P1/P2), siendo q1, q2, P1 y P2 caudales y presiones de dos puntos conocidos en la recta. Con el valor de x es posible determinar el valor de k. Para el proceso de diseño se da gran importancia al valor de x. Un menor valor significa mayor grado de auto-compensación del emisor (Sección 2.3.1).

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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Se recomienda usar goteros cuyo rango de operación se encuentre entre 8 y 15 mca, y micro-aspersores con un rango de presión entre 10 y 25 mca. Tasa de aplicación para riego (I) Con el dato de caudal del emisor (qe) es posible obtener la tasa de aplicación en mm/hr del emisor: qe I = ––––– * 1000 b*r I

= Tasa de aplicación (mm/hr)

qe

= Caudal del emisor (l/hr o mm/hr)

b

= Espaciamiento entre emisores en el lateral (m)

r

= Espaciamiento entre laterales (m)

En caso de sistemas de goteo donde no se moja toda la superficie, hay que reemplazar (b * r) por el área de influencia del emisor.

Foto 76: Evaluación de aplicación en cintas

Foto 77: Baldes para evaluar aplicación en aspersión

Tiempo de aplicación (Tap) La tasa de aplicación calculada debe ser menor a la velocidad básica de infiltración del terreno (Tabla 8), de manera que todo el flujo ingrese al perfil de terreno y no exista empozamiento o escurrimiento superficial. El tiempo requerido para aplicar una lámina deseada esta dado por: Lb Tap = ––––– I Tap = Tiempo de aplicación (horas) Lb = Lámina bruta a aplicar (mm)

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Se recomienda redondear el tiempo de aplicación a periodos de aplicación sencillos como horas enteras o medias horas. El cálculo del tiempo de aplicación es uno de los factores para elegir un emisor. Se recomienda iniciar el análisis con todos los emisores disponibles para las condiciones particulares y poco a poco ir descartando opciones hasta quedar con uno o dos. Diámetro de salida del emisor De los emisores posibles se revisa el diámetro de salida. Este valor se obtiene del catálogo. Es importante conocer la menor sección de paso, que puede ser no visible, pero que es la más susceptible a obstrucción y que define el grado de filtrado (número de mesh). Si la fuente de agua es un pozo profundo o hay poca carga de material sólido en el agua puede usarse cualquier emisor. En sistemas con agua con alta turbidez, se recomienda usar goteros desmontables como el gotero ARDAS 3091 de Palaplast. A las empresas que comercializan goteros no les gusta la instalación de goteros botón, debido a que son caros y su instalación es más compleja que la de goteros integrados. Sin embargo, algunos goteros botón tienen la ventaja que son fáciles de limpiar. Espaciamiento y posición de emisores en los laterales Una vez seleccionado el mejor emisor para el diseño previsto se debe establecer su espaciamiento y posición. Para ello es necesario conocer su diámetro de mojamiento (DM) en función del caudal del emisor (qe). En goteo también se toma en cuenta la textura del terreno, según las siguientes ecuaciones. Suelo textura fina

DM = 1,2 + 0,1 * qe

(m)

Suelo de textura media

DM = 0,7 + 0,11 * qe

(m)

Suelo de textura gruesa

DM = 0,3 + 0,12 * qe

(m)

Cada una de estas ecuaciones permite establecer el diámetro de bulbo de un solo emisor. Por razones económicas, se recomienda que la sobreposición de mojamiento de dos goteros contiguos no exceda el 60%, es decir: DMmax ≤ 1,6 * b DMmax =

Diámetro máximo de mojamiento (m)

b

Distancia entre goteros (m)

=

El patrón de emplazamiento más usado en goteo es el de uno o dos laterales rectos por hilera de plantas. La elección del número de goteros por línea depende del cultivo. En árboles frutales no se riega toda la superficie por lo que se concentran los goteros alrededor de las plantas. En los valles de Bolivia el número de goteros por árbol puede ser menor a lo generalmente calculado porque el riego suele ser sólo de apoyo antes del periodo de lluvias.

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4.3.2 Cálculo hidráulico para goteo Presión nominal y variaciones de presión Variaciones de presión generan variaciones de caudal por emisor. Para garantizar una alta uniformidad de aplicación no se permite una variación de caudal mayor al 10% entre el primer y el último emisor de una unidad (uniformidad = 90% o 0,9). Considerando un valor de x = 0,5 (coeficiente de la ecuación del emisor), se acepta una variación de presión de hasta un 20% en relación a la presión nominal del emisor. Mientras menor sea el valor de x, mayor es el porcentaje de variación de presión aceptado sin que ello afecte a la distribución de caudales en la unidad. La elección de un emisor cuyo rango de presión de trabajo es mayor permite mayores pérdidas y flexibilidades en el diseño, pero requiere más energía. La ecuación para determinar la variación de presión aceptable es: PP (1 - uniformidad) PP (1 - 0,9) –––– = ––––––––––––––––– ; –––– = –––––––––– = 0,2 Pn x Pn 0,5 PP

= Pérdida de presión permitida (mca)

Pn = Presión nominal del emisor (mca) La variación de presión aceptable se distribuye entre laterales y secundarios. Se acepta que un 55% sea absorbido en los laterales y un 45% en el secundario. Las variaciones de presión se reflejan en pérdidas de presión permisibles, por lo que es posible expresarlas como: PP = 0,20 * Pn PPL = 0,55 * PP PPS = 0,45 * PP PPL = Pérdida de presión permitida en laterales (mca) PPS = Pérdida de presión permitida en el secundario (mca) Diámetros y longitudes de tubería Una vez determinados el emisor, el patrón de espaciamiento y las pérdidas permisibles, como siguiente paso se determinan diámetros y longitudes de tuberías, aplicando el criterio que las pérdidas de carga en las tuberías laterales y secundarias deben ser menores a las permisibles determinadas en la sección anterior. En la siguiente figura se presentan alternativas de emplazamiento de tuberías dentro de una unidad, que tienen diferentes características de costo y distribución de presiones. Fíjese que en cada alternativa la distancia entre el primer y ultimo emisor es distinta, y con ello la pérdida de presión entre ambos.

74

Manual de riego tecnificado para los valles Figura 14: Alternativas de distribución de tuberías en un sistema de goteo

Se puede asumir que la alternativa a es la de menor costo, pero sólo es aceptable cuando la pérdida de presión en laterales y el secundario es menor que las pérdidas permitidas. En caso de que las pérdidas en los laterales sean mayores que las permitidas hay que acortar los laterales (alternativa b). En caso de que las pérdidas de carga en el secundario son mayores a las permitidas hay que acortar la longitud del secundario (alternativa c). En la combinación de pérdidas no permitidas se puede optar por alternativa d. Para no acortar laterales o secundarios, también se puede escoger tuberías de mayor diámetro que ocasionan menores pérdidas de carga. Un análisis económico debe demostrar cuál de estas alternativas es la más económica. Factor de corrección de salida de caudal múltiple (Ecuación de Christianssen) En tuberías con un caudal variable a lo largo de su trayectoria se debe realizar un ajuste al cálculo de pérdida de carga. De acuerdo con la reducción del caudal a lo largo del lateral, también se reducen las pérdidas de carga, considerando un diámetro de tubería constante. Christianssen desarrolló una ecuación para este ajuste:

F

= Factor de reducción de Christianssen (adimensional)

ne

= Número total de emisores en el lateral

Este factor F tiende a aproximarse a 0,35 a mayor número de emisores. En la Tabla 15 se presentan

El diseño de sistemas de riego tecnificado

75

valores de F para distintos números de salidas. El factor F también varía en función de la distancia entre el secundario y el primer emisor, pero estas variaciones no son significativas. Tabla 15: Factor F para múltiples salidas

Tomando en cuenta este ajuste a las pérdidas de carga en el lateral, se puede estimar la pérdida de carga utilizando la expresión presentada por Karmeli:

ΔHL = Pérdida de carga en el lateral (mca) QL = Caudal del lateral (m3/hr) C

= Coeficiente de fricción de la tubería (140 para PVC y polietileno)

D

= Diámetro interior (mm)

F

= Factor de reducción de Christianssen (adimensional)

LL

= Longitud del lateral (m)

El caudal del lateral puede ser calculado mediante qe * ne QL = –––––– 1000 ne

= Número de emisores

qe

= Caudal del emisor (l/hr)

76

Manual de riego tecnificado para los valles

En la práctica, para laterales de goteo suele emplearse tuberías de polietileno de baja densidad en diámetros 12, 16 y 20 mm. Los dos últimos son más comunes. En cintas de goteo no se emplea el caudal por emisor sino por metro lineal de cinta. El caudal del lateral se obtiene multiplicando este por la longitud del lateral. En caso de utilizar laterales telescópicos, en los que se reduce el diámetro a medida que se reduce el caudal, la pérdida de presión se calcula con la expresión ΔHL = HD1L - HD1L2 + HD2L2 ΔHL

= Pérdida de carga en el lateral

ΔHD1L

= Pérdida de presión del lateral completo con el diámetro D1

ΔHD1L2 = Pérdida de presión del tramo L2 con diámetro ficticio D1 ΔHD2L2 = Pérdida de presión del tramo L2 con el menor diámetro D2 La longitud de lateral es aceptada cuando el valor de pérdida de carga es inferior al 55% de la pérdida de presión permitida en la unidad. ΔHL ≤ 0,55 * PP PP

= Pérdida de presión permitida (mca)

Distribución de pérdidas de carga en el lateral Independientemente del tipo de emisor que se emplee, el 77% de la pérdida ocurre en el 40% inicial del lateral. Para compensar estas pérdidas es necesario adicionar a la presión nominal del emisor (Pn) el 77% de las pérdidas que ocurran en el lateral (ΔHL). Así la presión de ingreso se calcula mediante: PiL = Pn + 0,77* ΔHL ± ΔZL PiL

= Presión de ingreso al lateral (mca)

ΔZL

= Diferencia de altura entre ingreso y salida del lateral (ΔZL = ZLin – ZLsa) (m)

Se suma ΔZL si el lateral va a favor de la pendiente y se resta si va en contra, para compensar la ganancia o pérdida de energía debido al desnivel del terreno. Laterales con emisores autocompensados pueden ser más largos, lo que reduce los costos de instalación de las tuberías secundarias y principales. Cálculo del secundario El secundario es la tubería desde la que salen las tuberías laterales. Su cálculo es similar al de los laterales, ya que nuevamente se cuenta con una tubería con salidas múltiples. El cálculo de pérdida en esta tubería se realiza con la misma ecuación de Karmeli. Como criterio de

El diseño de sistemas de riego tecnificado

77

verificación se utiliza la expresión: ΔHS ≤ 0,45 *PP ± ΔZS ΔHS = Pérdida de carga en el secundario (mca) PP

= Pérdida de presión permitida (mca)

ΔZS = Diferencia de altura entre ingreso y salida del secundario (ΔZS = ZSin -ZSsa) (m) Se suma ΔZS si el lateral va a favor de la pendiente y se resta si va en contra. La presión requerida al ingreso de la unidad (PiU), se calcula con: PiU= Pn + ΔHL + ΔHS PiU = Presión de ingreso a la unidad (mca) Tuberías principales En sistemas con bombeo se recomienda que las pérdidas por fricción en la red principal de tuberías no representen más del 15% del total de presión dinámica requerida en el cabezal del sistema. Para completar el cálculo de la red de tuberías sólo falta determinar los diámetros y pérdidas de carga en las tuberías principales, por fricción y por singularidades (cambios de dirección, llaves y reducciones de diámetro). Las pérdidas por fricción se calculan usando la ecuación de pérdida de carga presentada, con un valor 1 para el factor de corrección de Christianssen. Las pérdidas por singularidades se estiman como el 15% del total de pérdidas (laterales, secundarios y principales).

Foto 78: Goteo microtubo, planta de higo

Foto 79: Producción de cebolla con goteo

4.3.3 Cálculo hidráulico para aspersión Sistemas colectivos de riego por aspersión También en sistemas por aspersión, el emisor que se seleccione tiene gran influencia en el diseño del sistema. Define el mínimo de presión de trabajo, energía necesaria, caudales de emisión, rangos de presión permisibles y requerimientos de filtrado para el diseño.

78

Manual de riego tecnificado para los valles

Una descripción detallada de aspersores, sus componentes y características se presenta en el Capítulo 2 del presente Manual. Para su selección en un proyecto específico es preciso conocer:  Presión y caudales nominales de emisión.  Ecuación de descarga del emisor en función de la presión.  Patrón de mojamiento de un solo emisor, así como de un grupo de emisores.  Calidad, costo y durabilidad.  Ángulo vertical de salida del jet de agua. Tasa de aplicación de riego (I) Similar al caso de goteo, se calcula la tasa de aplicación del emisor en mm/hr, con la expresión: qe I = ––––– * 1000 b*r I

= Tasa de aplicación (mm/hr)

qe

= Caudal del emisor (mm/hr)

b

= Espaciamiento entre emisores en el lateral (m)

r

= Espaciamiento entre laterales (m)

La tasa de aplicación calculada debe ser menor a la velocidad básica de infiltración del terreno (Tabla 8), de manera que todo el flujo ingrese al perfil de terreno y no exista encharcamiento o escurrimientos de agua. Tiempo de aplicación (Tap) El tiempo requerido para aplicar una lámina deseada está dado por: Lb Tap = –––– I Tap = Tiempo de aplicación (horas) Lb = Lámina bruta a aplicar (mm) Se recomienda redondear el periodo de aplicación a tiempos sencillos de usar, como horas enteras o medias horas. Los cálculos anteriores permiten evaluar la conveniencia del aspersor para el caso específico a diseñar. Se recomienda evaluar varios tipos de aspersores descartando poco a poco los menos adecuados. Ángulo vertical de salida del jet de agua En función del cultivo y de la velocidad de viento predominante en la zona, se debe elegir la boquilla

El diseño de sistemas de riego tecnificado

79

más adecuada para los aspersores. Boquillas con menor ángulo de salida generan menores radios de mojamiento, pero su distribución de agua es menos susceptible al viento.

Foto 80: Diseño participativo

Espaciamiento y posición de aspersores en los laterales Una vez seleccionado el mejor emisor para el diseño previsto se establece su espaciamiento y posición. El espaciamiento entre aspersores depende principalmente del radio de mojamiento y del efecto del viento sobre la uniformidad de distribución de gotas. El radio de mojamiento se obtiene desde catálogo. En cuanto a la posición de los aspersores, dos tipos de patrones de distribución son comunes:  Cuadrado. La distancia entre aspersores es igual al radio de mojamiento R * 2.  Rectangular. La distancia entre laterales o entre aspersores es menor a R * 2, por ejemplo para contrarrestar el efecto de viento.  Triangular. La distancia entre aspersores es igual al radio de mojamiento R * 3. Los aspersores están distribuidos en forma de triángulo equilátero. Figura 15: Patrones de distribución de aspersores, línea móvil

80

Manual de riego tecnificado para los valles

En la Tabla 16 se presenta recomendaciones para el espaciamiento de aspersores en función del viento y del ángulo de la boquilla. Esta puede ser útil en caso de contar con valores locales de velocidad de viento. Tabla 16: Espaciamiento entre aspersores (en % del diámetro de mojamiento)

Cuando no hay datos de viento el espaciamiento se determina en la práctica. En los meses menos ventosos se aplica una superposición entre aspersores y laterales de un 60% y durante periodos ventosos de un 50%. En periodos de viento excesivo se recomienda regar solo en horarios menos ventosos. Presión nominal y variaciones de presión Variaciones de presión generan variaciones de caudal en aspersores. Para garantizar la uniformidad entre los aspersores es necesario garantizar una presión suficiente y uniforme en todos los aspersores. En sistemas fijos este cálculo puede realizarse hasta el nivel de cada aspersor en parcela. En sistemas móviles colectivos, donde las parcelas son irregulares en forma y pendiente y donde se cambia la posición de los aspersores, lo único que se puede hacer es garantizar presiones adecuadas en los hidrantes y dar recomendaciones generales para diámetros y longitudes de mangueras de línea móvil. Para ello se ha generado una ficha técnica que permite elegir rápidamente diámetros y longitudes para el tipo y número de aspersores necesarios. Su cálculo se realizó utilizando la ecuación propuesta por Karmeli para pérdidas de carga con salidas múltiples, aceptando una uniformidad del 85% y un exponente de descarga x = 0,5. En caso de que la longitud calculada fuera muy extensa, se recorta esta a longitudes recomendables para su operación. En la Figura 16 se presenta la parte de la ficha que corresponde a aspersores de ½”, ¾” y 1”. De la figura se concluye por ejemplo que para una línea de 3 aspersores de ¾” se precisa una manguera de 32 mm, con una longitud máxima de 83 metros.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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Figura 16: Ficha líneas móviles por aspersión

Se recomienda instruir a los usuarios que coloquen las líneas móviles de forma tal que los aspersores funcionan bajo presiones similares. Para ello se controla que la diferencia de presión entre el primer y el último aspersor sea menor que el 20% de la presión nominal. Pprimer - Púltimo < 0,2 * Pn Pprimer

=

Presión en el primer aspersor de la línea (mca)

Púltimo

=

Presión en el último aspersor de la línea (mca)

Pn

=

Presión nominal del aspersor (mca)

Como la mayoría de los sistemas colectivos funcionan con líneas móviles el diseño hidráulico enfatiza el cálculo de presiones y caudales hasta los hidrantes. Su objetivo es garantizar la entrega de un caudal y presión suficientes para el correcto funcionamiento de las líneas móviles. Longitudes y diámetros de tuberías La longitud de los tramos de tuberías de la red de distribución depende principalmente de la ubicación de los hidrantes, que a su vez depende de los sectores de riego, límites de parcelas y requerimientos de los agricultores. Existe una confusión u omisión muy común acerca de la longitud de tubería en el plano, la que no representa la longitud real en el terreno. La representación en plano está en función de su proyección en el plano horizontal (ver Figura 17). De un tramo en un terreno con pendiente uniforme, se puede calcular la longitud real como la hipotenusa de un triangulo rectángulo. En caso de terrenos poco uniformes, se propone trabajar por tramos, calculando longitudes reales como hipotenusas de cada tramo.

82

Manual de riego tecnificado para los valles Figura 17: Corrección entre longitud real y proyectada en planos

Para el cálculo de los diámetros de tubería, es necesario calcular la línea de energía en la red, generando las presiones dinámicas adecuadas en los hidrantes. Para ello se puede usar una de las varias ecuaciones de pérdida de carga disponibles. Se propone usar la ecuación de Karmeli, con el valor de F (factor de corrección de Christianssen) igual a 1.

ΔH ΔH = Pérdida de carga en el tramo de tubería (mca) Q

= Caudal (m3/hr)

C

= Coeficiente de fricción de la tubería (140 para PVC y polietileno)

D

= Diámetro interior (mm)

L

= Longitud del tramo (m)

De este análisis energético se obtiene diámetros de tubería y presiones estáticas y dinámicas en los hidrantes. Un ejemplo de cálculo a detalle se presenta en el Capítulo 5. Alternativas de distribución Cada propuesta de distribución requiere un diseño hidráulico propio, en vista de que las tuberías tienen que transportar el caudal determinado en la propuesta y entregarlo a las presiones requeridas en los hidrantes que funcionan simultáneamente. Cambiando la combinación de hidrantes simultáneos requiere también cambios en el diseño hidráulico. Desde un punto de vista de la hidráulica se recomienda para la división en sectores:  Sectores de riego con similares requerimientos de caudal, para optimizar la tubería. En caso de bombeo para evitar que esta trabaje fuera de su rango óptimo y se dañe.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

83

 Generar sectores de similar altitud, para evitar la caída de presión en sectores superiores cuando se abre hidrantes ubicados en sectores inferiores. Una vez determinadas las unidades y los puntos de abastecimiento, se hace un listado de componentes necesarios, ya sea tuberías, hidrantes, derivaciones y necesidades de cámaras rompepresión, las que tienen que ser diseñadas hidráulicamente según las recomendaciones presentadas en el Capítulo 2.

Foto 81: Replanteo con la comunidad

Foto 82: Capacitación en armado líneas móviles

4.3.4 Diseño del cabezal Todos los sistemas tecnificados, ya sea aspersión, microaspersión o goteo, cuentan con estructuras de control y regulación de presiones. En el caso de goteo y microaspersión los diseños deben incluir cabezales de control con sus distintos accesorios. En caso de aspersión, debe contener una estructura de regulación de caudal y filtrado de aguas. Filtros Para el riego por aspersión, se pueden instalar varios tipos de filtros. Los más sencillos son embudos con malla milimétrica y canastillos a la salida de tanques de almacenamiento, cámaras de carga y cámaras rompe-presión. Para sistemas de goteo y microaspersión, se debe evaluar los tipos de filtros en cuanto a su capacidad de filtrado, el tamaño de los orificios del filtro (número de mesh) y la pérdida de carga que se produce durante el paso del agua. Por lo general los catálogos de filtros presentan toda esta información. En la Figura 18 se presenta la curva de filtrado de un filtro de malla Palaplast de 2”. De la tabla se obtiene una combinación de datos útiles para el diseño:  Presión de trabajo máximo del filtro (8 bares = 80 mca).  Pérdida de presión en el filtro en función del caudal que circula por el filtro.  El número de mesh de la malla.

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Manual de riego tecnificado para los valles Figura 18: Catálogo filtro de malla de 2”

Fuente: Catalogo filtros Palaplast

En pequeños sistemas de goteo suele ser suficiente instalar un solo filtro, preferiblemente de malla o anillas, que funciona bien cuando se tiene que filtrar partículas de arena y arcilla. Cuando el agua contiene una alta carga de material biológico como algas, polen o microorganismos, se recomienda instalar un tanque de arena. Su instalación incrementa el costo y la energía necesaria en el cabezal. Como alternativa se puede mantener un solo filtro de anillas o malla, pero con una mayor capacidad para evitar limpiezas muy frecuentes. Durante el diseño, se debe definir:  El tamaño del filtro en función del caudal de trabajo (se recomienda por lo menos un 40% más de capacidad a la necesaria).  El tamaño de los orificios de paso para filtrar hasta un 25% del tamaño del orificio de salida del emisor.  La pérdida de presión en los filtros. Para el diseño se recomienda considerar un 15% de la presión de trabajo de los emisores, en vista de que la pérdida de presión incrementa durante la operación por acumulación de impurezas.  Las pérdidas por fricción en la tubería del cabezal, incrementada en un 15% para incluir las pérdidas por singularidades.  Eventuales pérdidas de presión por instalación de inyector de fertilizante. Estas se obtienen de catálogo de fabricación.

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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Presión dinámica total y potencia de bombeo En los sistemas por gravedad, se debe verificar que la presión gravitacional es igual o mayor a la presión requerida para cada hidrante. En sistemas con bombeo, se debe calcular la presión dinámica total requerida en la bomba. Para ello se suman las presiones requeridas más todas las pérdidas de presión. En la Tabla 17 se presenta las presiones a considerar: Tabla 17: Presiones a considerar para potencia de bombeo

Usando la siguiente expresión se puede calcular la potencia requerida: 9,81 * Q * Pt Potencia = –––––––––––– en KW Efg Q

= Caudal (m3/s)

Pt

= Presión total requerida (mca)

Efg = Eficiencia global de trabajo de bomba, que resulta de multiplicar la eficiencia de la unidad de potencia por la eficiencia de la bomba (%, ver Tabla 18). Tabla 18: Eficiencias de motores y bombas

Para obtener la potencia en HP se multiplica el valor calculado por 1,34.

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Manual de riego tecnificado para los valles

Con los valores de potencia, presión y caudal se elige una bomba adecuada para el sistema. Si los agricultores ya cuentan con alguna motobomba o bomba eléctrica, hay que ver la posibilidad de ajustar el diseño a la bomba. Para ello se recomienda determinar la curva presión descarga de la bomba. Como ayuda, en la Tabla 19 se presenta el caudal de descarga para distintos tamaños de motobombas, operando en buenas condiciones. Tabla 19: Caudales típicos para motobombas

Fuente: FAO 1992

Cámaras En sistemas de aspersión por gravedad el cabezal se reemplaza por una cámara de carga o rompe-presión. En sistemas pequeños el diseño de estas cámaras tiene pocos aspectos hidráulicos. Ancho y largo de las cámaras suelen depender más de criterios constructivos y de operación y mantenimiento. Solo la altura requiere una verificación hidráulica de pérdida de carga por la singularidad de la entrada de agua a la tubería. Esta pérdida se calcula con la ecuación propuesta por Torricelli: Q=C*A*

Q2 2 * g * h ⇒ h = ––––––––––––– C2 * A2 * 2 * g

Q

= Caudal (m3/s)

A

= Área de la sección de la tubería (m2)

h

= Tirante de agua sobre la tubería (m)

v

= Velocidad del flujo (m/s)

C

= Coeficiente de pérdida al ingreso de la tubería (0,40 con filtro y 0,80 sin filtro)

El diseño de sistemas de riego tecnificado

Foto 83: Armado línea móvil

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Foto 84: Sistema de asperción Kholuyo

4.4 Actividades finales del diseño 4.4.1 Evaluación de parámetros de operación Para cualquier sistema diseñado, una vez dimensionada la tubería y establecido un esquema de operación, debe evaluarse los costos de instalación, comodidad en la operación, complejidad de manejo, entendimiento de funcionamiento y otros aspectos. A continuación se presenta un listado de aspectos a revisar: Frecuencias de riego Muchos agricultores prefieren no hacer aplicaciones muy frecuentes para reducir la carga laborar en el riego. Sin embargo, se recomienda que en sistemas por aspersión y goteo el intervalo máximo sea de 8 días y 3 días, respectivamente. Con aplicaciones más frecuentes se puede reducir los caudales de trabajo y los diámetros de tuberías, lo que reduce los costos de instalación, pero su conveniencia depende de la estrategia local de producción. Tiempos de aplicación y cambio de posiciones Para la programación de operaciones se recomienda usar tiempos fáciles de controlar y que a la vez permitan al agricultor realizar actividades entre cambios de posición. Para sistemas por aspersión, los tiempos de aplicación deben permitir al agricultor alejarse unas cuantas horas de su parcela. En general se recomienda aplicaciones entre 4 y 6 horas. Complejidad de manejo Se tiene que evaluar que para el buen funcionamiento del sistema los agricultores no tengan que hacer operaciones complejas que podrían estar fuera de su alcance. La complejidad de las operaciones depende por ejemplo de tipo de filtros y requerimientos de limpieza, número de aspersores que deben trabajar simultáneamente, flexibilidad en los tiempos de aplicación y variedad de emisores que trabajan a distintas presiones. En cuanto al manejo se presentan recomendaciones derivadas de algunos sistemas en operación:  Los agricultores prefieren utilizar aspersores de ¾” y 1”, debido a que sus radios de mojamiento se adaptan a las formas de sus parcelas.

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Se recomienda que los laterales de aspersión móviles no tengan más de 4 aspersores, para evitar tiempos muertos de cambio demasiado largos y tuberías con diámetros mayores. Hay que recordar que las tuberías deben ser acarreadas por cualquier miembro de la familia. Manipular tuberías de 2” en polietileno es incómodo y pesado.  Tuberías con longitudes mayores a 90 metros, aún en diámetro de 1”, son difíciles de manipular.  Para facilitar el armado y desarmado de líneas móviles se sugiere usar juntas rápidas.  En general, es mejor operar el riego por aspersión durante las horas del día, especialmente en terrenos con altas pendientes.  En sistemas por goteo se recomienda utilizar como mínimo cabezales de 2”, para evitar altas pérdidas de presión y grandes esfuerzos en la bomba.  Cintas de goteo con espesor de paredes menores a 30 micrones no se recomiendan, porque son mordidas por pequeños animales en busca de agua. Entendimiento de funcionamiento Para la buena operación del sistema es imprescindible que los usuarios entiendan cómo funciona, cómo se evalúa su funcionamiento y cuándo hay que realizar limpieza o mantenimiento. Para ello las piezas tienen que ser sencillas y fáciles de desmontar y colocar. En lo posible se debe evitar piezas complejas como válvulas solenoide, hidrociclones, válvulas de regulación de presión y programadores.

4.4.2 Materiales, presupuesto y evaluación financiera Una vez concluido el diseño hidráulico se elabora un listado en detalle de los materiales a usarse en la instalación. Es recomendable armarlo en tres partes, una para el cabezal y estación de control, una para la red principal y otra para los secundarios, laterales y emisores. Los listados deben contener como mínimo la siguiente información:  Nombre y dimensiones.  Tipo de material.  Presión de trabajo.  Tipo de junta. Copias de los catálogos de piezas especiales, accesorios y emisores deben adjuntarse al diseño. Sobre la base del listado se calcula el presupuesto de materiales. Para obtener el presupuesto total debe incorporarse costos de transporte e instalación. Sobre la base del presupuesto y estimados ingresos netos de los cultivos se puede determinar los indicadores económicos como Valor Actual Neto (VAN), Tasa Interna de Retorno (TIR) y la relación Beneficio – Costo (B/C).

El diseño de sistemas de riego tecnificado

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4.4.3 Expediente técnico Para finalizar el diseño se elabora un expediente técnico del proyecto que resume las características del sistema: Datos generales  Ubicación del área de riego tecnificado.  Familias beneficiarias (con nombres y superficies a ser regadas).  Datos climáticos.  Fuente de agua (fuente independiente o descripción del sistema mayor de riego). Características de suelos  Tipo de suelo (textura).  Profundidad estrato arable.  Densidad aparente.  Humedad aprovechable (CC, PMP).  Velocidad de infiltración básica. Disponibilidad de agua  Tipo de fuente (toma directa, pozo, reservorio).  Derechos de agua.  Caudales disponibles.  Frecuencia de distribución. Calidad de agua  Carga y tipo de sedimentos.  Salinidad y sodicidad. Cultivos  Tipo de cultivos.  Cédula de cultivos.  Periodo y demanda de riego.  Densidad de plantas.  Altura de plantas.

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Fluctuaciones de precio del cultivo principal a regar.  Incrementos esperados como consecuencia de la innovación. Programación de operación  Frecuencias de aplicación.  Tiempos de aplicación.  Número de posiciones. Acuerdos  Convenios firmados.  Actas de reuniones de aprobación del sistema. Infraestructura tecnificada  Infraestructura mayor (estanques, cámaras).  Número de unidades y sus características.  Emisor(es) seleccionado(s), espaciamiento y posiciones.  Equipos de bombeo.  Estructuras de regulación y control.  Tuberías principales, longitudes y diámetros, detalles por tramos.  Tuberías laterales y secundarios (presiones, caudales, longitudes, diámetros). Especificaciones técnicas  Listado detallado de materiales.  Recomendaciones para la instalación. Planos  Planos de emplazamiento, con delimitación de parcelas.  Planos de detalles constructivos. Presupuesto  Costos por grupos.  Costo total. Evaluación económica  Indicadores VAN, TIR, B/C. Cálculos de diseño se deben adjuntar como anexos al expediente.

5

Ejemplos de cálculo

5.1 Ejemplo de cálculo para goteo Se solicita el diseño de un sistema de riego por goteo para una parcela en la localidad de Mairana.

5.1.1 Datos generales El sistema está ubicado en la provincia Florida del Departamento de Santa Cruz. Cuenta con temperaturas aptas para la agricultura. La altitud promedio es de 1.300 msnm, en la zona agroclimática denominada valles mesotérmicos. La precipitación promedio es de 680 mm/año, cerca del 80% está concentrada entre los meses de noviembre a marzo. Se trata de un sistema independiente con una fuente de agua privada (pozo profundo) para regar una parcela de 1,6 ha. Debido a la libre disponibilidad de agua en la fuente, no se precisa un análisis de frecuencias, derecho y grupos. En la parcela se cultivan principalmente hortalizas. Por la fácil comercialización a la ciudad de Santa Cruz los cultivos son rentables. Se determinó como cuellos de botella; el caudal disponible del pozo, que no abastece para que la familia riegue todas sus parcelas (4 ha) y el alto costo en energía eléctrica para el bombeo. Para resolver estos problemas la familia quiere introducir riego por goteo. El agua del pozo es de buena calidad. Tiene una baja cantidad de sedimentos. La parcela es más o menos rectangular, con 200 m de largo y 80 m de ancho. Tiene una pendiente cercana de 2%.

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Manual de riego tecnificado para los valles

Foto 85: Cultivo de pimentón

Figura 19: Croquis parcela a regar

Las características del suelo se presentan en la Tabla 20: Tabla 20: Características de suelo

La fuente de agua es un pozo profundo de 90 metros de profundidad, perforado en el año 2000. Su capacidad actual de producción es de 15.000 litros por hora. La bomba está ubicada a 40 metros de profundidad. La calidad de agua es C1S1 con excelente aptitud para riego. Modificaciones a labores culturales La familia trabaja con la siguiente cédula de cultivos:

Ejemplos de cálculo

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Tabla 21: Cédula de cultivos

Se propone diseñar un sistema de goteo para el cultivo de tomate, con espaciamiento entre hileras de 1,50 m y un lateral de goteo por hilera. Para utilizar el mismo espaciamiento en el cultivo de pimentón, se sugiere modificar su marco de plantación, como se presenta en la Figura 20. Figura 20: Marcos de plantación para pimentón

Marco de plantación común

Marco de plantación modificado

En ambos marcos de plantación el número de plantas por superficie es similar.

5.1.2 Cálculos hidráulicos Selección del emisor Tomando en cuenta la rotación propuesta se propone usar cintas de goteo por la fácil colocación y desmontaje de los laterales para cada cultivo. En el mercado hay cintas de goteo de 16 y 20 mm. En este caso se selecciona una cinta de 16 mm, por su menor costo. En caso de que no cumpla las expectativas durante el diseño se puede evaluar el uso de cintas de 20 mm. Se selecciona inicialmente una cinta con un caudal medio de 5 litros por hora por metro lineal. Si no cumple los criterios de diseño propuestos se podrá cambiar a otra cinta de mayor o menor caudal. Tomando en cuenta las características de textura media del suelo y la intención de generar toda una banda mojada en la hilera, se eligen emisores bastante próximos (30 cm). Se aplica la ecuación de diámetro de mojamiento DM = 0.7 + 0,11 * qe, con qe igual a 1,5 l/hr, lo que genera un diámetro de bulbo de 85 cm (adecuado considerando el traslape requerido).

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Manual de riego tecnificado para los valles

Del catálogo del emisor se sabe que la presión de operación nominal es de 10 metros de columna de agua con un requerimiento de filtrado de 120 mesh. Según las curvas de descarga del fabricante k = 3 y x = 0,5. Tiempo de aplicación El tiempo de aplicación necesario para reponer la evapotranspiración del cultivo, está en función de:  El valor de evapotranspiración diario de diseño, estimado con la herramienta ABRO en 3,5 mm por día.  La frecuencia de aplicación se establece en día por medio. Por tanto se debe aplicar una lámina de 7 mm en cada riego. La tasa de aplicación del emisor, se calcula con la relación: qe 1,5 I = ––––– * 1000 = ––––––––––– * 1000 = 5,88 mm/hr b*r 0,30 * 0,85 I

= Tasa de aplicación (mm/hr)

qe

= Caudal de un emisor (m3/hr)

b

= Distancia entre emisores (m)

r

= Ancho del bulbo generado por el gotero (m)

Entonces, el tiempo de aplicación máxima: Lb 7 mm Tap = –––– = ––––––––––– = 1,20 hr I 5,88 mm/hr Diseño de laterales La dirección de plantación depende de la ventilación dentro del cultivo. En este caso, las hileras de cultivo están a lo ancho de la parcela. Por tanto se propone como primera y más económica opción el uso de laterales de 80 m. Para el cálculo hidráulico se determina el número de emisores en la lateral (ne): LL 80 m ne = ––– = –––––– = 266 b 0,3 m LL

= Longitud del lateral (m)

b

= Espaciamiento entre emisores en el lateral (m)

Después el caudal del lateral (QL) en l/hr, con la ecuación para cintas de goteo:

Ejemplos de cálculo

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QL = LL * qec = 80 m * 5 l / hr / m = 400 l / hr = 0,40 m3 / hr qec = Caudal de emisión por metro lineal de cinta (l/hr/m) Posteriormente se calcula la pérdida de presión permitida (PP) en función del valor de uniformidad que se desee alcanzar y el valor del coeficiente de descarga x del emisor. En este caso, se exige una uniformidad del 90% (0,9) y se cuenta con un valor de x = 0,5. Con la formula PP (1 - uniformidad) 0,1 –––– = –––––––––––––––– = –––– ⇒ PP = 0,20 * Pn = 2 mca Pn x 0,5 PP

= Pérdida de presión permitida (mca)

Pn = Presión nominal del emisor (mca) x

= Exponente de descarga del emisor (adimensional)

Esta pérdida admisible en una unidad se distribuye en un 55% en los laterales (PPL = 1,1 mca) y un 45% en el secundario (PPS = 0,9 mca). Por tanto, hay que verificar que la pérdida de carga en el lateral no exceda 1,1 mca. Para ello se utiliza la ecuación de pérdida de carga con salidas múltiples:

ΔHL = Pérdida de carga en el lateral (mca) LL

= Longitud del lateral (m)

QL = Caudal del lateral (m3/hr) C

= Coeficiente de fricción de la tubería (adimensional)

D

= Diámetro interior (mm)

F

= Factor de reducción de Christianssen (adimensional)

El valor de ΔHL resulta en 0,84 mca, que es menor que el valor permisible en el lateral. Por tanto es posible cubrir todo el ancho (80 m) con un solo lateral de 16 mm de diámetro. El cálculo de la longitud máxima permisible para una pérdida de carga de 1,1 mca es más complejo ya que por cada metro que se adiciona hay que incrementar el caudal del lateral y ajustar el valor de F. Es posible hacerlo mediante un cálculo iterativo. En caso de que la pérdida de carga calculada fuera superior a la permitida se tiene varias opciones para ajustarlas y cumplir con los criterios establecidos:  Utilizar laterales (cintas) de mayor diámetro, lo que reduce el valor de ΔHL.

96

Manual de riego tecnificado para los valles

 Dividir la parcela en una mayor cantidad de unidades con menores longitudes de lateral (ver Figura 14). Posteriormente se determina la presión de ingreso al lateral (PiL). Con la finalidad de garantizar el funcionamiento de goteros a presiones cercanas a su presión nominal, es necesario ingresar al lateral con una presión adicional de 77% de la pérdida calculada (ΔHL), 0,77 * 0,84 = 0,65 mca PiL = Pn + 0,65 = 10,65 mca Diámetro, longitud y presión en secundario Nuevamente se propone un análisis iterativo para optimizar el esquema de tuberías. En un primer análisis se propone regar toda la parcela de goteo al mismo tiempo (una sola unidad), con una longitud del secundario de 200 m. Para esta longitud de tubería se calcula el número de laterales en el secundario (nL) y su caudal (QS). LS 200 nL = –––– = ––––– = 133 r 1,5 LS

= Longitud del secundario (m)

r

= Espaciamiento entre laterales (m)

QS = nL * QL = 133 * 0,4 m3/hr = 53,2 m3/hr = 53.200 l/hr El caudal del pozo solo es de 15.000 l/hr, que cubre un 28% de lo requerido. Por tanto, es necesario dividir la parcela en aproximadamente 4 partes de similar tamaño. Un segundo análisis entonces considera una tubería secundaria de solo 50 metros. Figura 21: División de parcela en varias unidades

Para esta nueva condición, el número de laterales (nL) es 33, el caudal de diseño del secundario (QS) es 13,2 m3/hr o 13.200 l/hr, que es menor a los 15.000 l/hr máximos de explotación en el pozo.

Ejemplos de cálculo

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Para determinar el diámetro de la tubería se utiliza la ecuación de pérdidas de carga con salidas múltiples. Se opta por tuberías de polietileno de media a alta densidad. Este tipo de tuberías se comercializa en milímetros y pulgadas, con una variación en el diámetro efectivo entre las dos medidas debido a la norma de fabricación. Los valores de ingreso del catálogo son: QS = 13,2 m3/hr, F = 0,366 para 33 salidas y D = 45,2 mm La pérdida de carga en el secundario (ΔHS) resulta en 2,31 mca, que es superior a los 0,9 mca de pérdida de presión permitida. Para cumplir con el criterio de máxima pérdida de presión, se utiliza una tubería de diámetro inmediato superior (63 mm), con un diámetro interior de 57,0 mm. En este caso la pérdida en 50 metros de tubería es de 0,75 mca, menor a los 0,9 mca máximos. Posteriormente se calcula la presión de ingreso al secundario (PiS). De nuevo se compensa el 77% de las pérdidas de carga que ocurren en el secundario, para asegurar que la presión de ingreso a los laterales sea próxima a los 10,65 mca establecidos en el diseño de laterales. PiS = PiL + 0,77 * ΔHL = 10,65 + 0,77* 0,75 = 11,22 mca PiL = Presión de ingreso al lateral (mca) Por lo tanto, la presión de ingreso al secundario debe ser 11,22 mca. Correcciones por efecto de topografía En función de la topografía y la dirección de las tuberías a favor o en contra de la pendiente se realizan ajustes a las presiones de ingreso. Para tuberías emplazadas en contra de la pendiente se aumenta la presión de ingreso, caso contrario se la reduce. En el presente caso, los laterales están a favor de la pendiente (aproximadamente 1,3%). Tres secundarios están a favor y uno en contra de la pendiente de la parcela (aproximadamente 2%, ver Figura 21). Para la Unidad 1 se calculan entonces las siguientes presiones de ingreso para laterales y para la unidad:  Para los laterales se resta de la presión calculada (10,65 mca) la presión ganada por la pendiente que es igual a 1,3% de 80 m = 1,04 m. La presión de ingreso resultante es 9,61 mca.  Para calcular la presión de ingreso a la Unidad 1 se parte de la presión corregida (9,61 mca), compensando primero el 77% de las pérdidas de carga en el secundario, lo que resulta en 9,61 + 0,77 * 0,75 = 10,18 mca. Sumando después la presión perdida por la pendiente, con el resultado: 11,13 + (2% * 50 m) = 11,18 mca. Para cada unidad se debe realizar este análisis. La mayor presión requerida entre las unidades es el dato de ingreso para determinar la potencia de la bomba. Potencia de bomba Una vez determinadas las presiones de ingreso a sectores, se deberá evaluar pérdidas de agua en tuberías para el transporte de agua a las unidades, las pérdidas de paso en el cabezal y las diferencias de cota entre los ingresos de subunidades y el cabezal y la posición de la bomba.

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Manual de riego tecnificado para los valles Tabla 22: Presiones requeridas para la estimación de bomba

9,81* Q * Pt La potencia requerida en la bomba se calcula con la ecuación: Potencia = ––––––––––– Efg Los datos de ingreso son: Q = 3,66 * 10-3 m3/s (13,2 m3/hr), Pt = 56,36 mca y Efg = 0,68. La potencia requerida resultante es de 3 KW o 4 HP.

Ejemplos de cálculo

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5.2 Ejemplo de cálculo para un sistema por aspersión en ladera Se detalla el cálculo hidráulico para un pequeño sistema tecnificado por aspersión en ladera, que consta de:  Una derivación de agua desde un canal de aducción (cámara de carga).  Una red matriz principal.  Una cámara rompe-presión.  7 hidrantes para cubrir cerca de 1,8 hectáreas de área agrícola. Figura 22: Croquis área a tecnificarse

5.2.1 Datos generales El sector de riego está inserto en un sistema de riego mayor, en el que se riega mediante métodos superficiales. Las parcelas en el sector tienen pendientes pronunciadas (promedio 30%), por lo que es difícil manejar el agua, ocasionando hay una baja eficiencia de aplicación y erosión hídrica del suelo. La disponibilidad de agua en el sector depende de las reglas de distribución del sistema mayor. En periodos de estiaje los agricultores reciben agua cada 14 días, sin división de caudal. En el periodo más crítico el caudal en el canal es cercano a los 10 l/s. Los cultivos principales en el sector son: papa, arveja, haba y avena. Los agricultores que quieren participar en el cambio al riego por aspersión se presentan en la Tabla 23.

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Manual de riego tecnificado para los valles Tabla 23: Lista de usuarios, superficies y derechos

Tiempo de riego y frecuencias Para introducir riego por aspersión se necesitan aplicaciones que no superen los 7 u 8 días, por lo que se tiene que modificar el actual esquema. Se propone entregar la mitad del turno pero cada 7 días. En efecto el volumen por usuario sigue siendo el mismo, solo se lo recibe en dos partes. Con una frecuencia de 7 días y una evapotranspiración diaria máxima de 3,5 mm/día, se debe reponer una lámina de 24,5 mm. Si se considera valores promedio de intensidad de aplicación de aspersores de ½”, ¾” y 1” (Ficha líneas móviles) se necesita respectivamente 4,8 horas, 4,4 horas y 3,2 horas. Considerando que en un día evitando riego nocturno se puede regar más o menos 12 a 14 horas, como propuesta inicial se maneja 3 posiciones de 4,5 horas usando aspersores de ¾”.

5.2.2 Cálculos hidráulicos Selección del emisor En el presente caso se prevé el uso de un aspersor de ¾”, con una presión nominal de 25 mca, caudal nominal de 0,55 l/s y radio de mojamiento de 16 m. Este tipo de aspersor tiene una buena aceptación en varios proyectos ejecutados por el PIEN-Riego, así como el Plan MERRIS en el Perú. Existe una gran cantidad y variedad de emisores de ¾” en los mercados locales, por lo que no es necesario amarrarse a una marca específica.

Ejemplos de cálculo

Foto 86: Aspersor de bronce de ¾”

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Foto 87: Aspersor de plástico de ¾”

Posición de hidrantes y trazado de tubería Se optimiza la cantidad de hidrantes a instalar según acuerdos sociales, condiciones geográficas, áreas de presión similar y el tamaño del área de servicio bajo el hidrante. Utilizando la metodología participativa de identificación de hidrantes y trazados de tubería (Sección 6.2.3) se ubicaron los hidrantes y se conformó la siguiente red de tuberías (ver Figura 23). El cálculo hidráulico se realiza para abastecer adecuadamente a dichos hidrantes.

Foto 88: Hidrante ubicado en la cabecera de parcela

Foto 89: Lateral móvil funcionando

Tomando en cuenta las recomendaciones realizadas en el capítulo de diseño, los hidrantes se ubican en:  Los vértices superiores de los linderos de las parcelas.  Cubriendo un área bajo el hidrante que no requiere longitudes de manguera superiores a 100 metros.  Los puntos altos del tendido de la tubería, de manera que permiten eliminar el aire de la red y así evitar el uso de válvulas de aire.

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Manual de riego tecnificado para los valles Figura 23: Croquis y trazado preliminar red de tubería

Presiones estáticas Las presiones hidráulicas estáticas no deben superar la resistencia de las tuberías y provocar fallas del material. Para ello se sobrepone el trazado de tubería y el levantamiento topográfico del sector, con curvas de nivel cada 1, 2 o 5 metros y se calcula las presiones estáticas en cada uno de los hidrantes. Tabla 24: Presión estática en hidrantes

En el caso del ejemplo, se tiene previsto usar polietileno con la resistencia a la rotura de 80 mca. Las presiones estáticas en los hidrantes H01 y H02 superan este valor. Por tanto, hay que introducir una cámara rompe-presión que divide el sector en dos áreas de superficie similar. Inmediatamente superior a la cámara se coloca un hidrante para regar la zona cercana a esta. Longitud de línea móvil En un sistema de riego por aspersión colectivo en ladera, es relativamente complejo hacer un cálculo de longitud de línea móvil para cada una de las parcelas. Por lo que se propone realizarlo de forma genérica:  Primero se establece el número máximo de aspersores que conforma la línea móvil más extensa en el sistema. En este caso 3 aspersores.

Ejemplos de cálculo

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 En función del tipo de emisor se calcula la longitud máxima de línea móvil y el diámetro de la manguera, usando la ecuación de pérdidas de carga con salidas múltiples. Los catálogos indican que el coeficiente de emisión x es próximo a 0,5. Con este valor y la intención de mantener un coeficiente de uniformidad de emisión superior al 85%, se acepta una diferencia de presión de hasta un 30% entre el primer y el último aspersor de la línea móvil. Por tanto, la máxima pérdida de carga es igual a 30% de la presión nominal (0,30 * 25 mca = 7,5 mca). Los otros datos de ingreso son el caudal del lateral que es igual a la suma de caudales de los aspersores en m3/hr (3 * 0,55 l/s = 1,65 l/s = 5,94 m3/hr), el coeficiente de rugosidad C = 140, el diámetro interior de tubería D (30 mm) y el factor de corrección por salidas múltiples F para 3 emisores (0,534). Con estos datos se determina la longitud máxima de tubería para la línea móvil:

Caudales por hidrante El caudal por hidrante es la suma de los caudales de los aspersores que funcionan bajo el hidrante. Se tiene que determinar si el hidrante es doble o simple y en caso de ser doble si se espera que ambas llaves funcionen simultáneamente. Para el ejemplo actual se establece los siguientes caudales por hidrante: Tabla 25: Caudales por hidrante

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Manual de riego tecnificado para los valles Figura 24: División de la red de tubería en secciones

La Tabla 26 presenta dos opciones de distribución. La primera se basa en el funcionamiento simultáneo de todos los aspersores y requiere un caudal de 13,20 l/s (47,52 m3/hr) que supera los 10 l/s (36 m3/hr) del sistema durante los meses de escasez. La segunda opción se basa en una entrega en dos turnos, con un número similar de aspersores en cada turno. El caudal máximo a derivar es 7,15 l/s (25,74 m3/hr) que es menor a los 10 l/s disponibles, lo que expresa la ganancia de agua por la tecnificación que puede utilizarse en otras superficies. Tabla 26: Caudales por sección para dos modalidades de operación

Ejemplos de cálculo

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Diámetro y longitud de tuberías de la red Primero se calcula la presión mínima en hidrante (PH). Se lo hace para la posición menos ventajosa (más próxima al hidrante = menor ganancia de presión por pendiente), aplicando una pendiente promedio del terreno. En este caso se utiliza 30% de pendiente y un radio efectivo de mojamiento de 16 m. PH = Pn + 0,77 * ΔHL ± ΔZ PH = Presión mínima en hidrante (mca) Pn = Presión nominal del aspersor (mca) ΔZ = Diferencia de altura entre hidrante y primer aspersor (m) PH = 25 + 0,77 * 7,5 – 0,30 * 16 = 25,98 mca A este valor se suma 0,75 metros de carga para compensar por la elevación del hidrante por encima de la red de tuberías. Esta presión final se asume para todos los hidrantes, es decir PH = 26,73 mca. Para calcular el diámetro y longitud de las tuberías, primero se definen los tramos principales (Figura 25). En este caso, el primer tramo es la tubería principal que inicia en la cámara de carga, pasa por el hidrante H07 y se dirige al hidrante H05. Tiene una derivación hacia la cámara rompe-presión y el hidrante H06. El segundo tramo inicia en la cámara rompe-presión pasa por el hidrante H04 y se dirige hacia el hidrante H01. Tiene una derivación al hidrantes H03 y otra hacia el hidrante H02. Figura 25: Definición de tramos de análisis hidráulico

Para el cálculo se dividen los tramos principales en subtramos de 20 metros en la horizontal, sobre la base de un perfil topográfico del tramo (Figura 26).

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Manual de riego tecnificado para los valles Figura 26: Perfil del segundo tramo principal

Las pérdidas de carga por fricción de cada subtramo (ΔHf) se calculan con la formula de pérdida de carga para salidas múltiples, pero manteniendo el valor de F igual a 1.

ΔHf = Pérdida de carta por fricción (mca) Para facilitar el cálculo se utiliza una tabla en la que se introducen: la progresiva en horizontal del subtramo, la cota superior e inferior del subtramo (cota solera de la tubería), el caudal y el diámetro propuesto de tubería (celdas amarillas). Se calculan la pendiente, longitud real del subtramo, la velocidad de flujo y la pérdida de carga ocurrida en el subtramo, más la pérdida de carga acumulada en la tubería y la presión estática y dinámica en el punto final del subtramo. Tabla 27: Tabla de cálculo de energía del segundo tramo de tubería

Ejemplos de cálculo

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En la última parte del tramo se eligió tubería de 30 mm (diámetro exterior 32 mm) en la que se supera levemente los 3 m/s recomendados, pero reduciendo así los costos. Cálculo valores en la tabla Como ejemplo se calculan los valores de la tabla para la sección desde la cámara de rompe-presión hasta el hidrante H04.  Los valores de progresiva y cota solera tubería se extraen del perfil de terreno (Figura 26).  La longitud del subtramo se corrige con relación a la proyección horizontal, aplicando Pitágoras para un triangulo rectángulo. L=

(2241,73 – 2230,54)2 + (0 – 20)2 = 22,92 m

 La pendiente se calcula con los valores de progresiva y cotas de los extremos del subtramo. (2241,73 – 2230,54) Pendiente = ––––––––––––––––– = – 0,56 (0 – 20)  El caudal se extrae de la Tabla 26. Hay que tener cuidado con las unidades ya que en la fórmula de pérdida de carga se aplican caudales en m3/hr.  El diámetro interno de tuberías se obtiene del catálogo comercial, en este caso para tuberías de polietileno con medida milimétrica. Tabla 28: Diámetros exterior e interior para polietileno

 Para distintos diámetros se calcula la velocidad necesaria para transportar el caudal y se verifica que esta no exceda los 3 m/s. La velocidad en la tubería v se calcula con la ecuación v = Q / A, donde Q es el caudal (m3/s) y A es el área de la sección de paso (m2). En este caso 0,92 m/s para la tubería de 99,4 mm interior.

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Manual de riego tecnificado para los valles

 La pérdida de carga por subtramos se calcula con la ecuación de pérdidas con salidas múltiples. Para el primer subtramo hasta la progresiva 0+020, Q = 7,15 l/s (25,74 m3/hr), C = 140, D = 99,4 mm (interior tubería 90 mm), F = 1 y la longitud real 22,92 m.

 Para la pérdida de carga acumulada simplemente se suma las pérdidas de carga en cada subtramo.  La presión estática se calcula como la diferencia de cota de entrada de agua a la tubería y la cota final del subtramo, más el tirante de agua en la cámara de carga. Desde el punto de carga (rompe-presión) hasta el hidrante H04 2241,73 – 2215,00 + 0.60 = 27,33 m  La presión dinámica se calcula como la presión estática menos la pérdida de carga acumulada hasta el final de la sección menos el componente de energía cinética

. En el hidrante H04:

 La presión de derivación hacia el hidrante H04 es igual a la presión dinámica al final de la sección menos las pérdidas de carga por singularidades, que se estiman como un 15% del total de pérdidas de carga por fricción en la sección. ΔH singularidad = 0,15 * 0,60 = 0,09 mca Pderivación = 26,69 – 0,09 = 26,60 mca Esta presión de derivación es similar a la presión requerida en el hidrante (26,73 mca), por lo que cumple con la condición básica.  Si se comprueba que la presión de derivación hacia el hidrante es menor que la presión requerida hay que incrementar el diámetro de tubería en uno o varios subtramos. La división en subtramos de 20 m no coincide con las longitudes comerciales de piezas de tubería de PVC y FºGº (4, 6 o 7 m). Con un poco de experiencia se puede adecuar el cálculo para optimizar el uso de tubería de estas longitudes. Debido a que los hidrantes H04 y H01 derivan directamente desde la tubería calculada, los valores de presión en hidrante se obtienen directamente de la Tabla 27. Para los hidrantes H02 y H03 se tiene que añadir un cálculo del diámetro de tubería hasta estos hidrantes y su presión de llegada.

Ejemplos de cálculo Tabla 29: Cálculo presión dinámica hidrantes H02

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Tabla 30: Cálculo presión dinámica hidrantes H03

Tabla 31: Presión de operación por hidrante

Todas estas presiones son mayores que la presión requerida en hidrantes. En algunos casos se podría reducir esta presión usando tubería de diámetro menor, pero generaría velocidades superiores a las permitidas para ese material. Donde hay presiones superiores durante la operación se controla la sobrepresión con la llave de paso hacia la línea móvil. Dimensiones de cámaras Para el presente ejemplo se dimensiona la cámara de rompe-presión. Con un cálculo hidráulico sólo se determina el tirante de agua (h) por encima del ingreso de la tubería. Las demás dimensiones (largo y ancho) responden a criterios constructivos y de mantenimiento (mínimo 0,70 * 0,70 m). Para el cálculo del tirante se utiliza la ecuación de Torricelli para el ingreso de agua a un orificio, tomando en cuenta el uso de un filtro en el coeficiente de pérdida C:

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Manual de riego tecnificado para los valles

Q=C*A*

2*g*h

Q

= Caudal (m3/s)

C

= Coeficiente de pérdida al ingreso de la tubería (0,40 con filtro y 0,80 sin filtro)

A

= Área de la sección de la tubería de ingreso (m2)

g

= Aceleración de gravedad (m/s2)

h

= Tirante de agua sobre la tubería (m)

En la cámara de rompe-presión el diámetro interior de la tubería es 81,4 mm, el caudal 7,15 l/s y el coeficiente C = 0,4 por el uso de un filtro, lo que resulta en una altura de 0,60 m. Considerando unos 0,15 m entre la solera y la base del tubo para sedimentos, el diámetro del tubo de 0,090 m y los 0,60 m requeridos para la carga de agua sobre el tubo, la altura mínima de la cámara es 0,84 m. En general se recomienda incrementar esta altura por seguridad y por eventual taponamiento del filtro. A la altura incrementada se instala la tubería de desfogue.

Foto 90: Zona de riego

Foto 91: Cámara rompe-presión

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Sugerencias para la implementación participativa

 Una primera etapa de diagnóstico y verificación de condiciones, en la que se recogen datos básicos y se verifica si existen condiciones para la posible instalación de equipos de riego tecnificado. En esta etapa se elabora una línea base, se comprueba el interés local y determina la conveniencia de la tecnificación del riego.  Una segunda etapa dedicada al diseño del proyecto, en la que se seleccionan y dimensionan los equipos de riego tecnificado y la red de tuberías, se elabora un esquema de distribución acorde con las reglas locales de gestión, se verifica las capacidades de contraparte y se elaboran los planos y detalles constructivos que permitan la posterior instalación.  Una tercera etapa destinada a la instalación de la red de distribución y de los equipos de riego en las parcelas. En esta etapa se efectúan trabajos de replanteo, excavación, tendido de tubería y colocación de accesorios. Además se construyen las obras adicionales (estanques, cámaras). En esta etapa juegan un papel preponderante el contratista que ejecuta la obra, y la(s) comunidad(es) beneficiada(s), que efectúan sus aportes en mano de obra.  Una cuarta etapa denominada puesta en marcha del sistema. En esta etapa los agricultores experimentan con los equipos y se realiza una capacitación básica a los usuarios para la operación adecuada del sistema construido. Adicionalmente, se ajusta con ellos las reglas de funcionamiento para llegar a una operación óptima. En cada una de las etapas los beneficiarios tienen que estar activamente involucrados en las decisiones y actividades y asumir ciertas responsabilidades. Primero, para asegurar que el sistema concuerde con sus capacidades y condiciones, y segundo, para generar un proceso paulatino de apropiación de la nueva tecnología. El tipo y grado de participación varía según etapa. En las etapas de diagnóstico y diseño se concentra en la recolección y análisis de datos y toma de decisiones, en la etapa de instalación principalmente se refiere a trabajos de excavación, traslado de tubería, materiales y equipos y el relleno de zanjas. En la etapa de puesta en marcha culmina con capacitaciones que les dan todas las herramientas y habilidades necesarias para poder asumir plena responsabilidad sobre la operación y el mantenimiento de todas las instalaciones y equipos. En vista de que el trabajo participativo es un elemento novedoso para el diseño de sistemas colectivos de riego tecnificado y que es un enfoque crucial para lograr sistemas adecuados a las condiciones locales, este capítulo da recomendaciones prácticas para involucrar a los futuros usuarios en la conceptualización e instalación de su sistema. Para elaborar las recomendaciones, se tomó como idea base que existan los siguientes actores: una

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institución acompañante que se responsabiliza de la implementación del proyecto, un contratista responsable de la construcción de obras y colocación de tubería y el grupo de usuarios, quienes asumen algunas actividades específicas en la ejecución como su contraparte. Además, por etapa se mencionan los acuerdos que son imprescindibles para avanzar con la etapa siguiente.

Foto 92: Instalación laterales de goteo

Foto 93: Instalación goteros botón

6.1 Etapa de diagnóstico y verificación de condiciones Antes de elaborar el diseño detallado de un sistema tecnificado, es necesario pasar por una etapa de diagnóstico y verificación de condiciones básicas para su exitosa introducción. En esta, se verifica de forma rápida si existen condiciones favorables o desfavorables para la introducción de riego tecnificado, se estiman los alcances de trabajo y se evalúan los posibles beneficios y ganancias con el proyecto. En esta etapa se precisa la participación de los beneficiarios en la recolección de datos básicos: sobre la disponibilidad de agua en las distintas épocas del año, el objetivo del riego, el funcionamiento de su actual sistema, las cédulas de cultivos, los costos y beneficios de la producción y sus capacidades de cooperación en un emprendimiento colectivo. Por otra parte, se requiere de los usuarios reflexionen sobre la conveniencia de una conversión a riego tecnificado, la envergadura de los aportes que pueden dar y la futura organización del sistema. En estos temas, los técnicos informan a los beneficiarios de forma realista sobre las consecuencias del riego tecnificado (costo, esfuerzo, necesidad de reordenamiento de la distribución, etc.), para que los beneficiarios puedan tomar sus decisiones al respecto. Estas decisiones deben plasmarse en acuerdos básicos para el trabajo futuro. Los técnicos deben aprovechar la interacción con los beneficiarios para ganar su confianza. Para ello, es importante que demuestren dominio de todos los aspectos del riego tecnificado y obtengan una comprensión rápida de las condiciones de cultivos, suelos y gestión de riego existentes. Generar confianza en esta etapa es de gran importancia sobre todo con miras al proceso de reorganización de los turnos.

6.1.1 Acuerdos resultantes de la etapa En la etapa de diagnóstico y verificación de condiciones se tienen que establecer los acuerdos que forman

Sugerencias para la implementación participativa

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la base para las etapas de diseño final e instalación. En resumen, se refiere a:  Definición de los usuarios que se beneficien del riego tecnificado (listas generadas por los usuarios) y quienes asumen las responsabilidades de participar en toda actividad requerida para su preparación y ejecución.  Definición de tareas de los beneficiarios en las siguientes etapas.  Establecimiento de cronogramas para la implementación (deseable tener ya comprometidos fondos para la inversión) y responsabilidades tanto de los agricultores como de los técnicos e instituciones.  Estimación de volúmenes de aportes de contraparte: en efectivo y aportes en mano de obra, en total y por familia.  Conformación preliminar de grupos de usuarios por sectores de riego.  Acuerdo explícito para modificar las reglas de operación (en sistemas existentes).

6.1.2 Recomendaciones para la participación de los usuarios Para involucrar a los beneficiarios activamente, se recomienda:  Organizar visitas a sistemas exitosos en la introducción de riego tecnificado. Durante las visitas se puede hacer énfasis en el cumplimiento de contrapartes, beneficios logrados y la necesidad de tener que modificar la distribución de agua. Después de la visita, los participantes deben explicar sus impresiones a los demás usuarios, lo que a la vez es un momento oportuno para subrayar algunos temas por parte de los técnicos.  Realizar un análisis participativo de problemas en la producción y de la real escasez de agua. Para conseguir datos validados, se recomienda hacer entrevistas a grupos de productores, aparte de conversaciones con productores individuales. Muchas veces los mismos agricultores se corrigen entre ellos, consiguiéndose datos que representan mejor a la media del sistema.  Evaluar aplicaciones de riego en parcela, especialmente en sistemas con una gran cantidad de superficies en ladera. Tomar especial atención a caudales utilizados, erosión hídrica y el número de personas necesarias para realizar el riego.

Foto 94: Reducción de erosión con aspersión

Foto 95: Entrevista a un productor

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Sistematizar de manera colectiva el funcionamiento del sistema. Se recomienda utilizar mapas parlantes, realizar entrevistas grupales y recorridos en campo. Esta sistematización incluye un análisis de los problemas internos. Las preguntas deben ser concretas y sencillas, apuntando a conocer todos los detalles que pueden complicar la modificación de la distribución.  Interiorizarse acerca de las modalidades por las que los agricultores obtuvieron y mantenían sus derechos de agua. Analizar con ellos los cambios en derechos de agua en el tiempo.  En caso de que no exista un catastro actualizado de derechos, estimar con los beneficiarios el tiempo y costo para generarlo. Confirmar con ellos la disposición para transparentar todos los detalles de los derechos establecidos.  Identificar y conocer a usuarios claves: aquellos influyentes, conflictivos, ex directivos y más antiguos. Conversaciones con estas personas permite conocer mejor sus intereses, necesidades y expectativas del diseño del sistema de riego y ayuda a diseñar una estrategia de intervención.  Conjuntamente a los agricultores analizar ventajas y desventajas para la introducción de sistemas de riego tecnificado. Mencionar frecuencias, necesidades de variaciones en la distribución, requerimientos de mantenimiento, costos iniciales y de operación, cambio en la mano de obra, ahorros de agua e incrementos en la productividad.  Estimar los aportes y discutir con los beneficiarios sus posibilidades reales para cumplirlos. Se tiene que calcular con ellos si todas las familias puedan asumir los compromisos, cuánto significa en dinero y en mano de obra, qué se hace con familias con ingresos más bajos o con familias de madre sola (o padre sólo) que no cuentan con la mano de obra necesaria.  En esta etapa es importante hacer una estimación confiable de los costos aproximados, ya que estos afectan a los volúmenes de contraparte. Es contraproducente que durante las siguientes etapas del proyecto estos montos referenciales se incrementen sustancialmente. Es mejor sobreestimar los costos al inicio.  Registrar todo acuerdo en los libros de actas de la organización de riego, con el fin de formalizarlos como acuerdos de la comunidad.  Hacer esfuerzos por obtener fotografías aéreas, satelitales o croquis detallados del sistema de riego.  Evitar que la instalación de un sistema tecnificado sea una actividad obligatoria en el Plan Operativo Anual (POA) de una institución de apoyo, para evitar que la misma institución lo sienta como una necesidad propia más que una necesidad de los regantes. En muchos sistemas las condiciones no están dadas para introducir riego tecnificado. Especialmente no en sistemas donde hay disputas sobre los derechos de agua.

Sugerencias para la implementación participativa

Foto 96: Recorrido por la zona de riego

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Foto 97: Explicación de modalidad de trabajo

6.2 Etapa de diseño detallado Una vez verificadas que existen condiciones favorables para la implementación de un sistema tecnificado, se puede avanzar hacia el diseño detallado del sistema a construirse. En el diseño se elabora una representación completa del futuro sistema de riego tecnificado: en sus aspectos técnicos, operativos y organizativos. Asimismo, se presentan todos los materiales, equipos, obras básicas y accesorios a ser requeridos, así como las cantidades, ubicaciones, especificaciones de construcción y presupuestos. El diseño final debe presentar estimaciones de los volúmenes de contraparte de los usuarios, tanto para aportes en efectivo como en mano de obra y una estrategia consensuada sobre su cumplimiento (¿qué actividades en qué fase del trabajo?). Finalmente el diseño final también incluye una propuesta consensuada de operación del sistema, con tiempos de aplicación, superficies posibles de regar por cada usuario, intervalos entre riegos y caudales de operación por usuario. Sobre todo en esta etapa, se requiere de la opinión de los futuros beneficiarios para algunas decisiones importantes del diseño. Para ello primero tienen que conocer las distintas opciones del riego tecnificado, su forma de operación y los requerimientos para su mantenimiento. Sin por lo menos un conocimiento básico es imposible emitir criterios bien fundados. Por tanto, los beneficiarios deben recibir mas información sobre riego tecnificado, por ejemplo mediante videos, visitas a sistemas operando, pruebas con equipos, etc. Es tarea de los diseñistas primero fortalecer sus capacidades de análisis y opinión, antes de pedirles opiniones para el diseño.

6.2.1 Acuerdos resultantes de la etapa Durante esta etapa es necesario establecer los siguientes acuerdos claros:  Definición de equidad sobre beneficios y contrapartes correspondientes a cada agricultor. Los rangos de equidad locales no necesariamente coinciden con los propuestos por técnicos e instituciones. Hay que destacar en el acuerdo, la superficie posible de regar por cada agricultor mediante el método tecnificado, el número de hidrantes que puede recibir cada familia y la proporcionalidad entre beneficios y aportes.  Verificación y consolidación de derechos. Prerequisito indispensable para lograr una modificación

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Manual de riego tecnificado para los valles

de los esquemas de distribución es el contar con una lista verificada y consolidada de los derechos de agua de los agricultores, por lo menos de aquellos involucrados en la tecnificación del riego.  Consenso con relación a la propuesta de distribución. En la propuesta de distribución hay que detallar: frecuencias, caudales, tiempos de derechos de turno, riegos nocturnos y diurnos.  Consenso sobre las reglas de conversión entre riego por superficie y riego por aspersión o goteo. Claridad sobre las reglas de conversión permite generar el acuerdo social en cuanto a los turnos con riego tecnificado y a la vez permite que a posteriori se cambie entre métodos de riego (por ejemplo riego superficial para el empanto antes de la preparación del terreno y posteriormente riegos de mantenimiento por aspersión o goteo).  Acuerdo sobre la ubicación de hidrantes. Debido a la necesidad de optimizar costos, muchos hidrantes deben ser compartidos por más de una familia o bien quedan lejos de alguna parcela ubicada en el límite del área de influencia.  Cronograma de ejecución de obras. Debido a que la ejecución de zanjas es una actividad crítica en la instalación, se debe establecer claramente los periodos de trabajo de los usuarios y las consecuencias de retrasos. De igual manera, se deben definir las fechas para cuando los usuarios deben contar sus aportes en efectivo.

6.2.2 Recomendaciones para la participación de los usuarios Para cumplir los resultados previstos en esta etapa y concretizar los acuerdos mencionados se recomienda aplicar las siguientes prácticas:  Para que los agricultores puedan seleccionar los aspersores que más les convengan, se propone prestarles mangueras largas y distintos tipos de aspersores con los que puedan experimentar. Así ellos mismos pueden evaluar características como área de mojamiento, caudal de salida, tiempo necesario para regar, facilidad de manejo y robustez. Un buen conocimiento de las características favorece la selección conciente de equipos que convienen a los agricultores.  De la misma manera, en sistemas de goteo se propone trazar algunas líneas preliminares en un terreno de prueba para demostrar la posición de las líneas y poder discutir cuáles son sus implicancias para las labores culturales o el paso de maquinaria. Se recomienda realizar análisis tecnológicos de emisores, discutiendo con los usuarios temas como facilidad de instalación versus posibilidad de limpieza.  En el diseño de un sistema de aspersión, como primer paso, se tiene que hacer un recorrido detallado de toda la zona que se pretende regar, para inventariar aspectos como tamaño y formas de parcelas, pendientes, tipos de linderos, ubicación y tamaño de quebradas, construcciones y obstáculos existentes. Sobre la base de esta primera apreciación, ya se puede elaborar primeros croquis de la red de tuberías y dar sugerencias sobre los emisores más adecuados.  El siguiente paso es la preparación para el levantamiento topográfico mediante un proceso totalmente participativo, en el que los usuarios, por primera vez, visualizan su futuro sistema. En la sección 6.2.3 se presenta la metodología que se utilizó durante la ejecución del PIEN-Riego, que permite definir con los beneficiarios la ubicación de hidrantes y el emplazamiento de las tuberías y a la par es una primera instancia para resolver problemas de servidumbre de acueducto y derecho de paso.

Sugerencias para la implementación participativa

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 Se tiene que informar a los usuarios acerca de las necesidades de modificar el esquema de distribución y las alternativas formas de hacerlo. Los usuarios deben analizar la conveniencia y utilidad de propuestas alternativas preparadas por los técnicos. Estas discusiones pueden ser sumamente enriquecedoras para saber qué es y qué no es práctico y posible a los ojos de los usuarios.  Sobre la base de las propuestas de distribución, en campo se debe evaluar las necesidades y consensuar la ubicación de aforadores. Antes de hacer el recorrido, el diseñista debe tener una noción técnica del número mínimo de aforadores a instalarse con relación al esquema de distribución elegido. Durante los recorridos puede incrementarse este número según los requerimientos de la organización. Hay que frenar una demanda exagerada de aforadores, porque en vez de ayudar puede complicar la distribución.  Es necesario discutir con los usuarios su capacidad y voluntad de mantenimiento. Se tiene que explicar con total claridad las exigencias de los equipos por usarse y sus requerimientos de limpieza, riesgo de taponamiento, etc. Por otro lado, hay que analizar críticamente la capacidad de los usuarios para mantener equipos colectivos, el cuidado que tienen con sus herramientas, etc. Este análisis no tiene por objetivo descartar la opción de riego tecnificado, sino buscar los equipos e instalaciones que están más acorde con las reales capacidades de gestión. Además permite definir propuestas para algunas tareas que obligatoriamente tienen que cumplirse, como por ejemplo convenir pagar un sueldo a un comunario para que se encargue de la limpieza rutinaria del filtro.  Discutir con los usuarios acerca de la necesidad del uso múltiple de cámaras de rompe-presión. Debido a que existe una reducción de canales abiertos, pueden eliminarse puntos de abrevadero actuales, función que posiblemente debe ser restituida en las cámaras de rompe-presión. Si así se decide, hay que introducir esta función en su diseño, sin que perjudique al funcionamiento de la red de presión.  Conjuntamente con los agricultores hacer pruebas en campo de posicionamiento de aspersores, para evaluar las posibilidades de cubrir sus superficies, sin desperdiciar demasiada agua en zonas aledañas.

Foto 98: Variedad de equipos de aspersión disponibles

Foto 99: Accesorios para la regulación y control de flujo

6.2.3 Metodología participativa para el levantamiento topográfico Para el diseño de pequeños sistemas de aspersión, el clásico levantamiento topográfico parcelario puede tener un costo prohibitivo. Su costo es elevado porque el topógrafo debe levantar todos los detalles imaginables (parcelas, casas, quebradas, caminos, etc.) sin saber qué detalles serán de importancia para el diseño del ingeniero hidráulico en gabinete.

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Manual de riego tecnificado para los valles

Se puede bajar el costo de la topografía cuando en campo primero se trazan las líneas generales del diseño y así se reduce el número de elementos por levantarse. Este prediseño en campo tiene la ventaja que se lo puede hacer conjuntamente con los agricultores, quienes así por primera vez se generan una idea de su futuro sistema presurizado y que en campo directamente pueden resolverse los problemas más visibles con relación a las posiciones de los hidrantes y al paso de las tuberías. En esta metodología de levantamiento topográfico participativo, los pasos son los siguientes:  Antes del recorrido, se preparan banderas de por lo menos dos colores: un color para hidrantes y otro para la red de tuberías. Eventualmente se puede tomar distintos colores para la red principal y las tuberías secundarias.  Para diferenciarlas más, las banderas para hidrantes pueden tener una altura de 1 a 1,2 metros y las para la red de tuberías una altura cercana a los 2 metros.  Con los beneficiarios se hace un recorrido de campo para identificar sus parcelas y los lugares que prefieren para sus hidrantes. El lugar del hidrante marcan con una bandera.  Con el técnico de diseño se discute la conveniencia de los sitios de los hidrantes. En campo ya pueden verse las posibilidades de combinar varios hidrantes cercanos en uno sólo, o para alinear los hidrantes en una línea más conveniente para el diseño hidráulico. En general, ya se busca identificar conjuntos de hidrantes en líneas horizontales para generar grupos de similar presión.  Utilizar un cordel o pita de la longitud aproximada de la línea móvil para verificar con los usuarios que se puede regar la parcela desde un hidrante específico. Recordar que después del último aspersor se tiene que añadir el radio de mojamiento de este aspersor.  A la par de definir los hidrantes, se empiezan a poner las banderas que identifican el trazado de la red. Se recomienda poner banderas cada 50 a 100 metros y en todos los puntos de cambio de dirección.  Este ejercicio permite reconocer inmediatamente los posibles problemas en su emplazamiento. Entre técnico y usuarios se identifican los problemas topográficos (por ejemplo cruces de quebradas) y los problemas sociales de paso, por ejemplo donde la tubería cruza una parcela, pasa por árboles, corte un canal, una casa u otro sitio que puede generar inconveniencias.

Foto 100: Ubicación de hidrante

Foto 101: Planificación de trabajo con la asociación

Sugerencias para la implementación participativa

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 Viendo los posibles problemas, directamente se puede optimizar el trazado de la tubería, reduciendo los posibles problemas a un mínimo y así facilitar la futura instalación. En este mismo ejercicio puede ser necesario reubicar algunos hidrantes.  De esta manera se evita que los problemas evidentes recién surjan durante el replanteo, cuando ya exista presión para avanzar con la excavación de las zanjas y el tendido de las tuberías.  El ejercicio termina con una telaraña de banderas puestas en campo. Las de un color para indicar la posición de los hidrantes y las del otro color en líneas entre los hidrantes e indicando todo el trazado preliminar de la red. Es conveniente que aparte de las banderas se colocan monumentos fijos, para así reducir el trabajo de replanteo para la instalación.  Una vez colocadas las banderas de hidrantes y de la red, el topógrafo levanta sus posiciones, más una franja adyacente para eventuales correcciones en el diseño de gabinete. Hasta donde sea posible, durante el levantamiento ya se detalla la ubicación de las cámaras de rompe-presión.  Con este método, un topógrafo levanta alrededor de 10% a 15% de los puntos que levantaría para un levantamiento parcelario. En trabajos de diseño fue posible hacer el levantamiento topográfico de 65 hectáreas en solo dos días de trabajo; el primer día con comunarios en colocar las banderas y el segundo día con el topógrafo para su relevamiento de datos.  Después de este método rápido y preciso, es útil combinar estos datos topográficos precisos con una digitalización rápida de una foto aérea o imagen satelital de la zona, identificando detalles físicos como parcelas (para determinar tamaños y tenencia), caminos, escuelas, casas, quebradas y canales de riego. En el peor de los casos, se puede rellenar la topografía precisa con un croquis a mano.  En el caso de sistemas tecnificados cargados por gravedad, se recomienda primero colocar en el terreno una línea a partir de la que podrán ser regadas las parcelas (entre 20 y 30 metros por debajo del punto de carga). De esta manera a primera vista se identifican los terrenos que si y que no pueden regarse.  Es obvio que este tipo de levantamiento topográfico debe ser dirigido por el responsable del diseño. No se puede dejar que el topógrafo lo haga a su criterio.

Foto 102: Levantamiento con teodolito

Foto 103: Bandera para ubicación de hidrante

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Replanteo  En sistemas que se ejecutan pronto después del diseño, es posible que muchas de las banderas sigan en el terreno.  Cuando el periodo de tiempo entre la conclusión del diseño y la ejecución sea largo, hay que volver a colocar las banderas en su lugar original o de acuerdo con las correcciones introducidas en el diseño. Entre las banderas de la red de tubería se coloca hilo para indicar con mayor precisión la excavación de las zanjas.

6.3 Etapa de instalación del sistema En la etapa de instalación se colocan todos los componentes previstos en el diseño final. La etapa inicia reafirmando la participación de los beneficiarios y conjuntamente definiendo un plan de trabajo para la instalación. En campo, la primera actividad es el replanteo de las tuberías, hidrantes y obras complementarias. Después empieza el trabajo de excavación, tendido de tuberías, construcción de cámaras y colocado de accesorios. De cada trayecto acabado se realiza una prueba hidráulica para comprobar que no haya fuga de agua y que todos los elementos funcionen bien. Después de las pruebas se rellenan las zanjas y se terminan los detalles faltantes. La etapa termina con la colocación de líneas móviles en caso de aspersión o la conexión de emisores en las parcelas y las pruebas finales del funcionamiento del sistema.

Foto 104: Aporte comunal en excavación

Foto 105: Aporte en traslado de materiales

6.3.1 Acuerdos resultantes de la etapa Durante esta etapa es necesario establecer los siguientes acuerdos claros:  Cuando la etapa se lleva a cabo bastante tiempo después del diseño final, se recomienda confirmar todos los acuerdos anteriormente establecidos (principalmente el grupo de participantes, los aportes por familia y la conversión de la distribución).  Al inicio de la fase, y esta vez conjuntamente con la empresa encargada de la instalación (contratista), se elabora el cronograma de instalación. En el cronograma hay que mencionar específicamente las

Sugerencias para la implementación participativa

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fechas cuando los usuarios deben haber terminado ciertas actividades para no retrasar el trabajo del contratista.  Al finalizar esta etapa se tiene que definir un cronograma para la capacitación, avalado por la organización matriz de los regantes.

6.3.2 Recomendaciones para la participación de los usuarios  Para reafirmar los acuerdos anteriores se tiene que organizar una reunión de inicio de obras con el grupo de beneficiarios. En la reunión se vuelven a presentar los productos del diseño final y se discute con los usuarios la estrategia de la instalación. En la reunión se averigua si por parte de los usuarios surgieron modificaciones en la idea del proyecto, como por ejemplo familias adicionales que quieren ingresar al proyecto o que se cambiaron las ideas sobre el tipo y distribución de aportes.  En cuanto a la estrategia de instalación, la institución acompañante debe explicar cuáles son las actividades de la ruta crítica de las obras y cuáles de estas son de responsabilidad de los usuarios. También tienen que aclarar cuáles las consecuencias en caso de incumplimiento de los beneficiarios (por ejemplo anulación del proyecto o incremento de costos para los beneficiarios).  Por su parte, la organización de usuarios tiene que definir qué se va a hacer con usuarios que no cumplen a tiempo sus obligaciones.  Es importante que en el momento de contar con una fecha concreta para iniciar las obras, los usuarios definan su real disponibilidad de tiempo en el periodo de ejecución de las obras. En caso de que se prevean problemas en sus aportes, hay que buscar soluciones que eviten el retraso en las actividades del contratista.  Para ganar tiempo, los usuarios ya pueden adelantar algunas de las actividades que asumen como aporte. Por ejemplo cuando se inicia el proceso de contratación (que en proyectos pequeños suele durar algunas semanas) ya pueden iniciar con la excavación de zanjas principales o con el acopio de materiales.  En próximas reuniones, esta vez con participación del contratista, se afina el cronograma de ejecución de la obra. El contratista debe indicar sus fechas clave, para que los usuarios estén concientes de los tiempos precisos para poder cumplir su parte de las actividades de la ruta critica.  Como inicio de la instalación de la red, se debe replantear toda la infraestructura propuesta mediante el método participativo con banderas, descrita en la sección 6.2.3. Entre las banderas se coloca hilo o yeso para indicar el emplazamiento exacto de la zanja. Durante esta actividad se tiene que reafirmar los acuerdos de derechos de paso acordados.  En caso de conflictos de derecho de paso, los usuarios y específicamente su directiva deben resolverlos. Tiene que estar claro que la resolución debe ser a corto plazo, para no perjudicar al contratista.  Inmediatamente después del replanteo se define en campo la distribución de tareas de responsabilidad de los usuarios. Cuando se acuerda trabajar por tareas, estas deben ser indicadas en el terreno (por ejemplo con yeso), distribuyéndose las tareas respectivas a cada familia.  Después de la apertura de las zanjas, se arma la red de tuberías. Se recomienda hacer el tendido desde inicio hasta el final con participación de los usuarios. De esta manera se asegura que los usuarios

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conozcan todos los detalles del sistema, incluyendo las partes enterradas, y que sepan cómo montar y desmontar sus componentes. De esta manera se capacita para las actividades de mantenimiento y para efectuar bajo responsabilidad propia una eventual posterior ampliación del sistema.  La misma recomendación de construcción conjunta con los beneficiarios se aplica a la construcción de cámaras y demás obras complementarias.  En caso de que los aportes sean en forma de jornales, es importante preparar una buena contabilidad de los jornales trabajados. Se recomienda llevar una contabilidad con control doble; por un lado, de la organización de usuarios y por otro, de la institución acompañante.  La participación en la ejecución de las pruebas hidráulicas es una buena oportunidad para explicar a los usuarios el funcionamiento del sistema y las precauciones para su manejo. Adicionalmente, es aconsejable que los usuarios apoyen en la búsqueda de puntos de fuga o mal funcionamiento, para garantizar que estén de acuerdo con la calidad de las obras por entregarse.  Durante las pruebas hidráulicas se debe verificar las presiones estáticas y las presiones dinámicas bajo varias modalidades de distribución posibles (con distinto número de aspersores y con aspersores funcionando en distintas zonas del proyecto).

Foto 106: Cuellera para instalar hidrante

Foto 107: Explicación uso junta rápida

6.3.3 Contratar personal de la zona En todo proyecto de riego tecnificado, el contratista necesita algún personal de apoyo para las actividades que forman parte de su contrato. Es una excelente idea que la empresa contrate personas de la zona para las actividades para mano de obra no o semi calificada. Así se matan tres pájaros de un sólo tiro: la empresa ejecuta las obras requeridas, algunos usuarios ganan algo de dinero que pueden usar para pagar su contraparte en efectivo o para comprar aspersores y los usuarios contratados conocen mejor los detalles del sistema. Sin embargo, con la contratación de personal local también hay que tener cuidado. Es un riesgo que se confundan actividades de aporte propio con actividades remuneradas. Sobre todo cuando se trata de actividades similares, por ejemplo en caso de la excavación de zanjas (a cuenta de los usuarios) y el perfilado de la zanja (por encargo del contratista).

Sugerencias para la implementación participativa

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Por tanto, se recomienda que la contratación de personal sea siempre en coordinación estrecha con la organización de beneficiarios. Así, todos ellos estarán al tanto de los pormenores de las contrataciones y por ejemplo pueden restringirlas a los socios que ya hayan cumplido con sus compromisos ante la organización.

6.4 Etapa de puesta en marcha Durante esta etapa, el objetivo es lograr que los usuarios tengan las capacidades técnicas y organizativas para operar y mantener el sistema tecnificado. Para asegurar la correcta operación del sistema en el tiempo los usuarios deben recibir capacitación en la aplicación de agua a la parcela, en la organización de la distribución, en la operación de los componentes y en su mantenimiento. Las experiencias del PIEN-Riego enseñaron que la mejor capacitación es la capacitación práctica en el sistema de los usuarios. Para ello, la institución acompañante en coordinación con los usuarios debe implementar una campaña de pruebas de riego, con evaluaciones regulares y la posibilidad de introducir ajustes en caso de que algunas cosas no funcionan como previstas.

Foto 108: Armado y colocado de aspersor en línea móvil

Foto 109: Espaciamiento entre aspersores

6.4.1 Recomendaciones para la participación de los usuarios  Al inicio de la Puesta en marcha, se tiene que averiguar si las condiciones del funcionamiento del sistema instalado son iguales a las supuestas en el diseño final. Lo principal es revisar la distribución de las presiones en el sistema. El contratista debe entregar un análisis de las presiones estáticas y de las presiones dinámicas bajo la modalidad de distribución máxima. Operaciones con un menor o mayor número de aspersores funcionando deben ser evaluadas durante la puesta en marcha.  A los usuarios hay que enseñar métodos sencillos de control de presión. Una manera práctica consiste en medir el radio de operación de los aspersores. Por ejemplo, un aspersor de ¾” Rainbird o Riegoscosta, trabajando dentro de su rango óptimo de presiones debiera generar un radio de mojamiento de 15 a 18 metros. Para evaluar su funcionamiento, se colocan estacas a una distancia de 16 metros del aspersor. El aspersor funciona correctamente cuando moje la base de la estaca de control. Si no moja la base, la presión es demasiada baja, por lo que el aspersor tiene un menor alcance y bota

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gotas demasiado grandes. Si moja toda la estaca, la presión es demasiada alta, lo que genera una mayor difusión del agua y sucesivas pérdidas.

Foto 110: Verificación de presión en hidrantes

Foto 111: Manejo de válvulas

 Para sistemas de goteo es más complejo evaluar la presión a los emisores. En caso de no tener un par de manómetros operables en el cabezal, se recomienda realizar evaluaciones visuales acerca de crecimiento en las plantas y posteriormente concentrar evaluaciones de tasas de aplicación de agua en sectores de bajo crecimiento, a través de posillos de volumen conocido y determinando su tiempo de llenado.  Hay que capacitar a los usuarios a que limpien las tuberías antes de iniciar el riego. Durante el traslado y almacenamiento de tuberías suele entrar material que podría fácilmente obstruir las boquillas.  Debido a que no todas las personas de un sector hacen funcionar sus aspersores exactamente al mismo momento, hay que trabajar con los regantes en una secuencia cómoda para iniciar el riego. Es recomendable que los agricultores más abajo sean los primeros en abrir sus hidrantes, paulatinamente seguidos por los regantes hacia arriba. Cuando todos los aspersores estén funcionando, se deben regular las presiones con las válvulas en los hidrantes. Una vez experimentados, los agricultores conocen el número de vueltas de la válvula que deben dar para lograr la presión adecuada.  En muchos sistemas cargados por gravedad las tuberías matrices se mantienen sin agua, ya que esta es drenada desde los hidrantes. El llenado de tuberías y la eliminación de aire debe realizarse en forma lenta. Solo cuando se ha purgado todo el aire y cargado correctamente la red se debe iniciar el riego.  Capacitar a los usuarios en la determinación del tiempo requerido de riego. Una buena aplicación de agua implica el no encharcar el terreno. Por lo que debe aplicarse agua hasta que se aprecie la saturación, pero no encharcamientos.  El uso de aspersores con mayor diámetro de boquillas permite mayores aplicaciones de agua debido a un mayor caudal de salida en el emisor. Es necesario capacitar a los usuarios que este tipo de prácticas solo perjudica la distribución de agua y que las posibles ganancias por incrementos en radios no son significativas.

Sugerencias para la implementación participativa

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 Hay que capacitar a los agricultores acerca de quienes pueden o no regar simultáneamente, ello permite mantener uniforme las presiones en hidrantes durante el riego.  Tener presente que para evitar presiones negativas en tuberías, es necesario contar con puntos de ingreso de aire. Por lo regular se aprovecha las cámaras de carga y rompe-presión para este propósito, por lo que estas no deben ser cubiertas o tapadas herméticamente.  En caso de mal funcionamiento hay que capacitar a los usuarios acerca de un orden para revisar las obras o equipos. Por lo general se cuenta con puntos críticos que deben ser atendidos principalmente.  En sistemas por aspersión el colocado y retiro de tuberías pueden dañar el cultivo, por lo que se recomienda generar pasillos por los cuales se realicen estas actividades y así solo se tenga mermas menores en producción por efecto de daños mecánicos.

Foto 112: Mantenimiento de filtro de malla

Foto 113: Explicación armado de línea móvil

 Como parte del proceso de capacitación se debe considerar intercambios de experiencias con usuarios con un sistema que ya cuenta con mayor tiempo de operación. Ello permite informarse sobre experiencias positivas y negativas en la gestión, operación y mantenimiento de un sistema de riego tecnificado en condiciones similares a las suyas.  Temas de capacitación propuestos: 

Equipos disponibles, ventajas y desventajas. Costos.



Materiales de baja calidad disponibles en el mercado.



Evaluación de piezas y accesorios, riesgos de daño y pérdida, reemplazo de tubos y accesorios.



Espaciamiento entre aspersores.



Láminas máximas de aplicación.



Análisis de frecuencias de aplicación y stress hídrico.



Regulación de tiempos de riego en función del tamaño del cultivo.



Análisis de tiempos muertos de traslado de equipos.



Actividades de mantenimiento, especialmente limpieza de filtros.

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Una vez que los usuarios manejen información básica, las próximas capacitaciones consisten en socializar información y experiencias cada vez más específicas. Por ejemplo: cursos de operación y mantenimiento de: equipos móviles, emisores, válvulas, hidrantes, cámaras, bombas, inyectores de venturi y otros componentes del sistema de riego tecnificado; determinación de láminas, tiempos y frecuencias de riego. Estas actividades se desarrollan con el fin de consolidar las capacidades y competencias de las familias beneficiarias.  Formar grupos diferenciados de usuarios con fines de capacitación, según habilidades y experiencias, permite obtener mejores resultados a corto plazo.

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Operación y mantenimiento de sistemas de riego tecnificado

Para aumentar su vida útil, todo sistema de riego requiere proteger y conservar sus obras y equipos mediante actividades de operación y mantenimiento. En sistemas tradicionales, estas actividades suelen efectuarse como procedimientos rutinarios, de acuerdo con reglas no escritas que todo usuario conoce y está de acuerdo en cumplir. En los sistemas de riego tecnificado, los requerimientos de operación y mantenimiento son más específicos y a la vez más determinantes para el buen funcionamiento del sistema. Estos requerimientos deben formar parte de los cursos de capacitación a los usuarios. Este capítulo presenta recomendaciones para los procedimientos a seguir en la operación y el mantenimiento de un sistema tecnificado. Estas recomendaciones provienen de instrucciones de operación y mantenimiento estandarizadas, de experiencias recolectadas durante la ejecución del PIENRiego, y adicionalmente de experiencias aportadas por técnicos de casas comerciales de riego tecnificado en Bolivia. Estas recomendaciones deben ser seguidas en forma minuciosa y sistemática. Asimismo, las reparaciones necesarias deben ser ejecutadas a tiempo y con la calidad suficiente para garantizar un correcto y duradero funcionamiento. Toda interrupción en la operación o descuido en el mantenimiento de los componentes generan restricción en el abastecimiento de agua, lo que puede tener consecuencias irreparables para las plantas y generar cuantiosas pérdidas.

7.1 Definición Los procesos de operación y mantenimiento se definen de la siguiente manera: Operación: es una labor permanente que realizan los usuarios en el manejo de las diferentes obras hidráulicas de una infraestructura de riego, con el fin de lograr la distribución de agua según los derechos y obligaciones que corresponde a cada usuario, acorde a los requerimientos de las plantas y tratando de optimizar la eficiencia del uso de agua. Las actividades de operación más comunes en los sistemas de riego tecnificado son: apertura y cierre de válvulas, cargado de tubería, verificación de salida de aire, control de presiones, colocado de emisores, control de funcionamiento de emisores, evaluación de sectores de pérdidas. Mantenimiento: es la tarea continua y/o periódica, cuya finalidad es conservar y prolongar en buen estado el conjunto de obras hidráulicas y equipos de riego. En los sistemas colectivos, estas tareas deben

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Manual de riego tecnificado para los valles

ser coordinadas por la organización de regantes, con una buena definición de las responsabilidades colectivas y las individuales. Los problemas comunes que se presentan en los sistemas de riego tecnificado son: obstrucción de emisores (goteros, micro aspersores y aspersores), obstrucción de filtros (malla, anillas, grava), desajuste de válvulas y roturas y obstrucción de tuberías (principales, secundarias y laterales). Las actividades de mantenimiento se diferencian en función del objetivo, el periodo en el cual se ejecutan y las actividades que implican:  Mantenimiento rutinario: actividad ejecutada en forma permanente por los usuarios, destacando la limpieza de la infraestructura de riego en general y la reparación de las partes dañadas. Las reparaciones más frecuentes son: resanes del material concreto, soldaduras de compuertas y válvulas, reemplazo de empaques de válvulas, sustitución de redes rotas o con fisuras y sustitución de emisores.  Mantenimiento preventivo: actividad que permite prevenir daños en el futuro, mediante limpiezas periódicas de desarenadores, reservorios, cámaras de carga y/o rompepresión, filtros, engrasado y repintado de partes metálicas y válvulas, de redes y emisores.  Mantenimiento de emergencia: actividad a ejecutarse en forma rápida cuando se presentan daños ocasionados por factores externos (clima, hombre, animales) que comprometen el funcionamiento de la infraestructura de riego. Limpieza de los deslizamientos en los canales y reservorios, reposición inmediata de tuberías rotas, válvulas, filtros, bombas, líneas móviles de riego y emisores.

Foto 114: Limpieza de tuberías y cámara

Foto 115: Mantenimiento y reparación de canal

7.2 Responsabilidades y planificación En los sistemas colectivos, en general, la organización de regantes asume la responsabilidad de la operación y el mantenimiento de las estructuras comunes (captación, red principal, cámaras de carga y de rompepresión) hasta la entrega del agua a los hidrantes de los agricultores. La organización puede encargar las tareas al conjunto de usuarios o a una persona en específico. Desde el hidrante y dentro de la parcela, las actividades de operación y mantenimiento son responsabilidad del mismo agricultor. Por naturaleza, las actividades de operación, se efectúan cada vez que se riega. Mientras que las

Operación y mantenimiento de sistemas de riego tecnificado

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actividades de mantenimiento se tienen que organizar de forma regular, de acuerdo con los requerimientos de cada componente. El proceso de mantenimiento se debe planificar considerando:  Un inventario de los componentes de la infraestructura que necesitan mantenimiento.  La identificación del tipo, la complejidad y la periodicidad de los trabajos de mantenimiento necesarios, que pueden variar de acuerdo con la intensidad del uso y las fluctuaciones en la calidad del agua.  La determinación de fechas de ejecución de trabajos de mantenimiento.  La determinación de las necesidades de mano de obra para llevar a cabo el mantenimiento.  La elaboración de un presupuesto y el establecimiento de prioridades pertinentes.  La disponibilidad de recursos (propios o gestionados) para ejecutar procesos de mantenimiento. Para los trabajos de mantenimiento u operación, hay que tomar en cuenta la accesibilidad hacia las obras, la disponibilidad de materiales y productos necesarios, los cambios en la calidad de agua, volúmenes disponibles y mano de obra local libre para las actividades planificadas. A continuación se detalla para cada tipo de obra y equipo un listado de los mayores problemas identificados, para luego presentar recomendaciones para su mejor operación y mantenimiento.

7.3 Captación La captación es la obra que deriva el agua desde su fuente (vertiente, río, embalse, estanque o cualquier otra) hacia una red de aducción que la conduce hacia las zonas agrícolas. Una estructura de captación especial es un equipo de bombeo, que eleva el agua desde una fuente de nivel inferior hacia la red de distribución.

7.3.1 Captación por gravedad En muchos sistemas en ladera y pequeños sistemas tecnificados de baja presión, se aprovecha el potencial gravitacional del agua, disponiendo de un nivel de carga superior al nivel de las áreas de aplicación. Una obra mejorada posiblemente cuenta con estructuras de regulación que permiten una mejor operación, pero que también exigen un mayor cuidado y mantenimiento. En captaciones rústicas, es común que apenas existan condiciones de operación y que más bien existan altos requerimientos de mantenimiento. Muchas obras rústicas tienen que reconstruirse cada año o después de cada riada. Mayores problemas identificados  Rotura de la estructura de toma por efecto de riadas.  Captaciones menores a lo previsto debido a obstrucciones.  Acumulación de material sólido sedimentario.

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 Crecimiento de vegetación alrededor de la estructura.  Daño y deterioro de estructuras de regulación. Recomendaciones para la operación  Usualmente las estructuras de captación se diseñan para una operación automática, sin que sea necesario realizar muchas actividades para su funcionamiento. Sobre todo en la época de estiaje cuando se espera que trabajen de forma continua, sin necesidad de manipulaciones.  En época de caudales mayores, hay que reducir el caudal de entrada para evitar el ingreso de un flujo de agua que comprometa la estructura de conducción o red de tuberías.  Se recomienda evaluar el acceso a la obra, la frecuencia con la que se va a inspeccionar el funcionamiento, la existencia de sectores seguros de vertido de excedentes y la operabilidad de las piezas de regulación. Recomendaciones para el mantenimiento  Se debe considerar un mínimo de tres fechas de mantenimiento rutinario; una primera al inicio de la temporada de estiaje, una segunda justo antes del periodo de lluvias y finalmente una durante el periodo de estiaje, cuando se ingresa a los meses más críticos de oferta de agua.  Al mantenimiento concierne principalmente la limpieza de sedimentos, retiro de obstrucciones y vegetación circundante y el resane del material del cuerpo.  Conservar las partes metálicas con pintura anticorrosiva y engrasado de la compuerta.

Foto 116: Captación por gravedad desde el río

Foto 117: Captación desde pozo

7.3.2 Equipo de bombeo El equipo de bombeo convierte la energía mecánica en presión dinámica para la impulsión de cierto caudal de agua, bajo cierto nivel de presión, para alimentar un sistema de riego tecnificado. Toda bomba de agua requiere de un motor que hace girar el rodete al interior de la carcasa. Las fuentes de energía para los motores pueden ser gas licuado, gasolina, diesel o electricidad.

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Mayores problemas identificados  Bomba que no genera la presión requerida en el sistema.  Ruidos extraños en la bomba.  Calentamiento de la carcasa de la bomba.  Calentamiento de la bomba.  Golpes de agua al inicio y al final del riego.  Fugas de agua en la bomba.  Quiebre en la columna de agua impulsada. Recomendaciones para la operación Arranque  Verificar que el motor cuente con suficiente combustible (motor de combustión).  Verificar el nivel de aceite en el motor, tratar que siempre esté a full (motor de combustión).  Evitar que el equipo se apague por falta de combustible o que chupe el combustible del fondo de la cámara, porque suele tener basuras (motor de combustión).  Si en varios intentos no logra levantar presión en la bomba, deberá detenerse el intento y buscar el problema.  En el caso de bombas con válvula de pie al inicio de la tubería de succión, verificar su correcto funcionamiento, con el fin de mantener cebada la tubería y prefiltrar el agua.  Debido a la movilidad de las motobombas sus uniones con tuberías no suelen ser herméticas, por lo que se recomienda usar bandas de goma para sellar estas uniones para evitar el ingreso de aire.  Verificar que la altura de succión no supere los 4 metros.  En caso de motobombas eléctricas, cebar la bomba, llenar con agua la manguera de succión y la bomba (normalmente no es necesario en motobombas de combustión).  Apagar la bomba si esta no expulsa agua. Partes de la bomba son lubricadas por el agua y no debe trabajar en seco.  Una vez que se verifique que la bomba se encuentra trabajando correctamente abrir lentamente la válvula de salida. Si la válvula es abierta rápidamente puede causar: 

El descebado de la bomba, a causa de aire presente en las tuberías.



Un golpe de ariete como efecto del cambio brusco en dirección del flujo.



Una buena señal para abrir completamente las válvulas es cuando los emisores empiecen a trabajar, que es señal de que las tuberías se hayan llenado.

 En el caso de motobombas de combustión, iniciar el trabajo a media velocidad y acelerar una vez verificado el correcto funcionamiento.

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Apagado  Antes de apagar la bomba, cerrar lentamente la válvula de salida, lo que evita que las tuberías trabajen a succión y que se descebe la bomba.  Apagar la bomba inmediatamente después de haber cerrado la válvula de salida.  En caso de motobombas de combustión desacelerar la bomba hasta una velocidad media, en la que ya es posible apagar el motor. Posibles causas de problemas comunes Fallas de cebado y corte de flujo  Probable ingreso de aire a la tubería de succión debido a un incremento de altura entre la bomba y el espejo de agua.  Filtración en los acoples de las tuberías, ingreso de aire.  Válvula de salida mal cerrada.  Tubería de succión obstruida. Fallas en la presión y descarga de la bomba  Aire en la tubería, pero no suficiente como para descebar la bomba.  Tubería de succión o sector de impulsores obstruidos con basura.  Nivel de succión demasiado alto.  Velocidad de la bomba muy baja; una baja de velocidad en 20% reducirá también en 20% el caudal, pero reducirá en un 44% la presión dinámica.  Tuberías o filtros obstruidos reducen el caudal de paso, pero incrementan la presión, forzando a la bomba (característica de bombas centrífugas).  Impulsores gastados ya no generan la suficiente impulsión.  Bajas de tensión de voltaje (red eléctrica). Calentamiento de bomba y motor, ruidos  La bomba no se encuentra correctamente nivelada y empieza a vibrar.  Falta de ventilación en la cámara de bombeo.  Bomba forzada, trabajando fuera del rango de operación, porque cuenta con demasiadas tuberías o laterales de emisión de agua. Esto afecta a la vida útil de la bomba. Problemas por demasiada potencia  Velocidad de la bomba muy elevada.  Problemas mecánicos en la bomba o en el motor. Verificar que el eje de la bomba pueda girar

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fácilmente de forma manual. La fricción en el giro del eje fuerza a una mayor potencia.  Regularmente es necesario verificar la presión de operación de la bomba en las válvulas. Recomendaciones para el mantenimiento  Es necesario asegurarse que todos los componentes de la bomba se encuentren lubricados. Muchas bombas son lubricadas por agua, por lo que sus juntas no deben ser lubricadas con aceite.  Recomendaciones específicas para motobombas de combustión: 

El primer cambio de aceite se debe efectuar después de las primeras horas de trabajo. Hay que efectuarlo con motor caliente. Posteriormente se recomienda su cambio cada 200 horas. En sistemas de goteo de riegos de 2 horas día por medio y un cultivo con 120 días de producción, se puede esperar hasta dos temporadas para el cambio de aceite. En sistemas por aspersión con aplicaciones cada 4 a 7 días, en tiempos de 8 a 12 horas de riego y con el mismo periodo de cultivo, se tiene que cambiar aceite cada temporada agrícola.



En caso de trabajar en una zona con mucho polvo, se debe limpiar el filtro de aire cada 2 horas, o bien después de 6 a 8 horas en zonas con bajas cargas de polvo en el ambiente. Esta limpieza se realiza golpeando suavemente el filtro contra una superficie plana. No se debe usar ningún tipo de líquido o solvente.



Nunca debe hacerse funcionar el motor de la bomba sin el filtro de aire.



Se debe cambiar la bujía cada 100 horas, lo que equivale a una vez por temporada en goteo y hasta dos veces en sistemas de riego por aspersión. La bujía se debe calibrar a 0,30, que corresponde más o menos al grosor de la pared de una caja de fósforos.



Se recomienda no hacer andar la motobomba por más de 4 horas continuas. En caso de requerir más horas de riego hay que apagarla por un periodo de 30 minutos.

 El motor debe trabajar siempre nivelado horizontalmente, jamás en posición inclinada. Al final de la temporada de riego  Drenar el agua del cuerpo de la bomba, para evitar corrosión y cualquier posible daño. Las bombas suelen tener un tapón o válvula de fondo para este propósito.  Dejar la válvula de salida ligeramente abierta para evitar que sus empaquetaduras de goma se sellen entre si.  En bombas portátiles cubrir los orificios de entrada y salida para evitar el ingreso de basuras y pequeños animales. Al inicio de la temporada de riego  Antes de hacer funcionar la bomba hacer girar los impulsores a pulso.  Desmontar la bomba para limpiar y revisar todas las partes móviles que puedan sufrir desgastes y reponerlas en caso necesario. Verificar los empaques y/o retenes del eje impulsor y de la carcasa, para evitar que la fuga de agua y el ingreso de aire impidan la impulsión del agua.

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Foto 118: Motobomba

Foto 119: Bomba eléctrica

7.4 Desarenador El desarenador es una estructura ubicada después de una captación y antes del ingreso a la red de conducción o a un estanque de almacenamiento. En el desarenador disminuye la velocidad del agua y así se permite la decantación de las partículas más pesadas en forma automática. Esta estructura solo elimina gravas y arenas pesadas. Mayores problemas identificados  Subestimación de la carga de sedimentos que trae la fuente de agua, por lo que se satura muy rápidamente el estanque de acumulación de sólidos, requiriendo limpiezas demasiado frecuentes.  Algunas de estas estructuras no cuentan con vertedor de excedencias, por lo que al obstruirse se desbordan.  Debido a escasas actividades de mantenimiento las partes móviles y de control presentan problemas de operación. Recomendaciones para el mantenimiento  El desarenador debe ser limpiado en forma periódica para su colmatación. La frecuencia de limpieza depende de la cantidad de sólidos en el agua, que puede variar de acuerdo con la temporada del año. En sistemas de riego por gravedad, la colmatación no tiene más impacto que una mayor acumulación de sólidos en los canales, pero en sistemas de riego tecnificado es más perjudicial. Para evitar la entrada de agua turbia, se propone el uso de varias trampas de sedimentos cada vez más próximas a las zonas de aplicación de agua, para facilitar el mantenimiento.

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Foto 120: Desarenador

7.5 Reservorios de regulación En general, hay dos tipos de reservorios de regulación: los individuales, con una capacidad estimada a partir del derecho de uso de agua del propietario de la parcela, y los colectivos. La construcción de reservorios responde a requerimientos específicos, como por ejemplo el evitar regar durante la noche para controlar el flujo o para facilitar el riego a mujeres, o bien para almacenar el agua para turnos intermedios. Mayores problemas identificados  Daños a muros de conformación del estanque por falta de cuidado y mantenimiento.  Filtraciones por el piso y muros del estanque.  Pérdida de volumen útil por sedimentos.  Obstrucción de salida.  Falta de operatividad de piezas para la regulación y control de salida. Recomendaciones para la operación  Es importante verificar que el caudal de ingreso no erosiona al estanque.  Se cuente con un vertedor de excedencias operativo.  La válvula de regulación cierre herméticamente o bien abra correctamente.  El operario deben conocer el número de vueltas que da una válvula, con el fin de regular óptimamente el caudal de salida del estanque y atender eficientemente a un número de emisores que demandan agua.  Para la comodidad en la operación del reservorio, se recomienda instalar reglas volumétricas para vigilar el ingreso y la salida de volúmenes de agua.

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Recomendaciones para el mantenimiento  Los reservorios se deben limpiar por lo menos una vez por mes y en forma continua, para remover sedimentos, algas, ramas, hojas de árboles y piedras. Los materiales extraídos deben ser depositados en lugares alejados del perímetro del estanque para evitar que vuelvan a entrar al reservorio.  Para reparaciones de estructuras, se deberá resanar los muros y el piso del estanque con cemento más impermeabilizante cuando la necesidad lo exija. En los estanques con mantas plásticas hay que poner mayor cuidado en su limpieza, para evitar daños en las mantas. Se recomienda la limpieza con escobas.  Los reservorios colectivos, debido a la alta recirculación de agua presentan pocos problemas de algas. También, existe una baja proliferación de algas en reservorios con aguas turbias debido al poco ingreso de luz al interior. Ocasionalmente, para controlar la proliferación de algas en reservorios poco profundos y con baja recirculación de agua, se puede aplicar sulfato de cobre en dosis de 30 ppm. Esta concentración se puede lograr colocando la mitad de una botella de 350 cc con sulfato de cobre, en un barril de 500 litros. Una vez removidas las algas, hay que evaluar la posibilidad de generar sombreado sobre el reservorio para evitar mayor ingreso de luz y radiación. Entre los principales trabajos de mantenimiento rutinario y de reparación se cuenta con:  Cambiar la manta plástica cuando exista un corte o daño irreparable que genere pérdidas o una vez concluida su vida útil. En general las mantas pueden servir 5 años (depende del espesor) siempre y cuando hayan recibido buen cuidado.  Proteger el estanque con cerco natural plantando arbustos a una distancia de 3 a 4 metros respecto a los muros del estanque.  Si el estanque está ubicado en ladera, proteger con plantaciones arbustivas y pastos, con el fin de evitar la erosión del suelo.  Para evitar el ingreso de agua de lluvia, excavar una zanja de coronamiento que desvíe los caudales no deseados.  Engrasar y pintar las partes metálicas (válvulas y compuertas) para evitar el óxido.  Verificar que la tubería de salida del estanque esté por lo menos a 20 centímetros de altura con respecto al piso del estanque. Ésta ubicación permite prevenir el ingreso de piedras o arenillas a las tuberías y emisores sedimentados al fondo del estanque, evitando daños y desgaste de las tuberías y obstrucción en los emisores.  Colocar y mantener limpio un canastillo de PVC o un canastillo recubierto con malla milimétrica que evite el ingreso de material que pueda ocasionar daños y obstrucción a la red de tuberías y a los emisores.

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Foto 121: Estanque revestido con hormigón

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Foto 122: Estanque cubierto con membrana plástica

7.6 Cámaras de carga y/o rompe-presión Las cámaras de carga son obras en las que el agua ingresa a las tuberías de un sistema de riego presurizado, sin que entre aire ni sedimentos. Cámaras de rompe-presión son cámaras de control de presión, con una apertura libre, que interrumpen las líneas de presión y devuelven al flujo la presión atmosférica. La operación de ambos tipos de cámaras puede llevarse a cabo mediante válvulas o compuertas de regulación ubicadas al ingreso o a la salida de la cámara. En el caso de cámaras de carga desde canales, se recomienda el uso de sistemas de triple cámara, como se aprecia en la Figura 27. Ante el arrastre de materiales, las primeras dos cámaras se saturan de sedimentos, asegurando que la tercera cámara, donde se encuentra el ingreso a la tubería, funcione con agua relativamente limpia. Figura 27: Cámara de carga de triple cámara

En todas las cámaras es necesario prever que eventuales excedentes de agua puedan reutilizarse o en su defecto encontrar un desvío seguro, sin poner en riesgo de erosión a ninguna obra cercana.

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Foto 123: Cámara de carga

Foto 124: Cámara rompepresión

Mayores problemas identificados  Inoperabilidad de las válvulas de regulación (de ingreso o de salida).  Falta de un punto de vertido de excedencias, con ruta segura para el agua.  Rotura de la rejilla o malla de protección contra ingreso de objetos flotantes.  Reducción de la capacidad de toma debido a obstrucciones con sedimentos.  Pérdida de agua desde estas cámaras. Recomendaciones para la operación  El operario debe conocer el número de vueltas que da una válvula y con cuántas vueltas logrará regular el caudal de ingreso requerido para abastecer de agua a las redes y emisores.  Verificar que los puntos de control de excedentes se encuentren operables y que en el mejor de los casos puedan devolver el flujo excedente hacia el sistema de riego.  Tener muy claro los horarios de apertura y cierre de válvulas para el ingreso del agua a cada sector de riego.  Verificar la existencia de poco material en las pozas de sedimento de las cámaras, tanto al inicio como al final del riego.  Utilizar válvulas tipo compuerta porque permiten regular mejor el ingreso y salida de agua de la cámara. Válvulas de medio giro pueden producir cierres o aperturas bruscas que pueden dañar las tuberías. Recomendaciones para el mantenimiento  Se deben repintar y engrasar las partes metálicas por lo menos 2 veces al año, antes y después de la temporada de riego. Esto ayuda a la conservación y al buen funcionamiento de la cámara.  Generar una frecuencia de limpieza de materiales depositados en las cámaras.  Limpiar rejillas o mallas de filtrado con escobas o bien manualmente, sin utilizar picos o palas.

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 Revisar y reparar válvulas cuando sea necesario.  Para el mantenimiento de la tubería de salida de la cámara se recomienda instalar un filtro o canastilla de PVC, para evitar el ingreso de partículas que detengan el funcionamiento del sistema de riego.  Para el buen mantenimiento es importante que las dimensiones de la tapa de las cámaras sean suficientes para el ingreso de una persona. La bisagra en el marco de la tapa debe permitir abrirla hasta más de 180º con respecto al marco y debe ser instalada con una ligera inclinación para evitar acumulación de agua en su superficie y evitar su oxidación. Debe contar con un candado de seguridad.

7.7 Cabezal de control El cabezal de control es utilizado generalmente en sistemas de riego por goteo y micro aspersión. Un cabezal complejo está constituido por elementos hidráulicos, mecánicos, eléctricos y electrónicos que tienen el fin de controlar, tratar, activar y desactivar el flujo del agua de riego. Sus principales componentes son: equipo de bombeo, sistema de filtrado, equipo de inyección de fertilizantes, controladores de presión (manómetros) y válvulas. Es recomendable que el cabezal de control esté protegido en lo posible por una caseta o malla perimetral, que brinde seguridad contra el clima, robos y daños por animales. La protección mínima es contra los efectos de la radiación solar.

Foto 125: Cabezal básico con filtro de anillas

Foto 126: Cabezal con tanques de arena

7.8 Filtros 7.8.1 Filtro tipo canastilla Los filtros tipo canastilla son utilizados en sistemas de riego por aspersión como filtro principal y en el caso de goteo como prefiltro de apoyo. Se recomienda su uso ya que al ser muy visibles, de fácil acceso, reparación o reemplazo, los usuarios pueden tener mayor confianza en su limpieza y su manejo. Generalmente son instalados a la salida de las tuberías principales en reservorios, cámaras de carga y/o rompe presión y cumplen la función de filtrar los sólidos en suspensión, evitando obstrucciones en las boquillas de los aspersores y generando aguas más limpias para reducir la limpieza de filtros de anillos o malla. Además, previenen obstrucciones en la red de tuberías.

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Mayores problemas identificados  Muchos canastillos suelen hacerse de materiales que pueden podrirse.  Hojas y algas suelen tapar muy fácilmente estos prefiltros. Recomendaciones para el mantenimiento  En las cámaras de carga se recomienda la limpieza regular de los canastillos con una escobilla. La frecuencia depende de la calidad del agua.  Verificar el perfecto estado del canastillo, de otra manera se pierde el sentido de su uso.

Foto 127: Filtro canastilla al ingreso de la tubería

7.8.2 Filtro para microriego En sistemas de riego por goteo y micro aspersión el filtrado debe ser más minucioso, porque la obstrucción de los pequeños orificios genera cortes en los caudales de descarga, lo que influye en la producción del cultivo. Por este motivo es necesario el buen filtrado del agua, minimizando el riesgo de taponamiento de emisores. Bacterias y hongos suelen pasar estos filtros y es necesario el uso de biocidas para eliminarlos. Suele haber una variación significativa en la calidad de agua en función de la temporada del año. En el caso de agua de pozo, puede haber variaciones en el contenido de sales y en el caso de otras fuentes variaciones en la cantidad de carga biológica. Mayores problemas identificados  Rápido taponamiento de filtros.  Complejidad en la limpieza.  Baja disponibilidad de repuestos para los elementos de filtrado.  Falta de limpieza regular por parte de los agricultores.

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Recomendaciones para la operación  La pérdida de presión en el sistema de filtros limpios no debe exceder los 3,5 mca.  En caso de determinarse un rápido taponamiento es necesario tomar medidas para mejorar el proceso de limpieza del agua. Se considera muy frecuente una limpieza cuando se limpian los filtros más de una vez al día.  Por reducción de costos muchos sistemas cuentan tan solo con un tipo de filtros. En la Tabla 2 y 3 se detalla una recomendación general de combinaciones de filtros. En función del tipo de impureza o de la fuente de agua.  Para la limpieza de filtros, se recomienda considerar una pérdida máxima de presión. Una regla útil consiste en limpiar el filtro una vez que la diferencia de presión entre el manómetro de entrada y salida alcance un 10%.  En el caso de filtros de arena, la limpieza consiste en el retrolavado de la arena, invirtiendo el flujo de agua que pasa por el filtro y permitiendo el desfogue de agua por una válvula de limpieza. El tiempo de retrolavado es de entre 3 a 5 minutos. Retrolavar antes de que se sature de suciedad la arena no genera mayores beneficios, sólo incrementa el trabajo.  Durante el proceso de retrolavado se evidencia un incremento de potencia en la bomba, ya que se trata de una operación a baja presión y alto caudal. La regulación de flujo con la válvula de purga de limpieza permite mejorar el funcionamiento de la bomba. En caso de no hacerlo, se puede calentar la bomba.  En el caso de filtros de anillas y malla, se debe tomar el mismo criterio de porcentaje de pérdida de presión para determinar el momento de limpieza. Por lo general no se cuenta con sistemas de retrolavado para estos filtros, por lo que hay que desmontar el filtro, sacar el cartucho de malla o anillas y limpiarlo con agua a presión, con ayuda de un cepillo de cerdas suaves. En caso de existir mucha presencia de algas o material biológico, se recomienda remojarlo por unos minutos en un balde con agua e hipoclorito de sodio (lavandina) al 10% (referencia, 0,7 a 1 litro por balde).  Con el tiempo y en función de un manejo continuo del sistema, es posible determinar periodos promedio de taponamiento de filtros para cada época del año. A un principio, cuando aún no se cuenta con experiencia, es necesario tener un estricto control de presiones, registrando los tiempos entre limpiezas, ya que así se puede mejorar la eficiencia del trabajo posterior.  Se recomienda utilizar filtros de anillas cuando el sistema funciona con inyección de fertilizantes, por su mayor capacidad para retener impurezas y su resistencia a la abrasión.

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Recomendaciones para el mantenimiento

Foto 128: Filtro de malla

Foto 129: Filtro de anillas

 Se recomienda la limpieza y verificación de la arena del tanque una vez por año. Debe verificarse que la grava no se encuentre redondeada o gastada por el flujo y la abrasión. Adicionalmente, se recomienda sacar la arena, limpiarla con hipoclorito de sodio al 10% y después reponerla al tanque.  En el caso de filtros de anillas se debe tener especial cuidado en no perder los empaques y reemplazarlos cuando se hayan desgastado.  Retirar los filtros de malla y anillas al terminar cada riego, como medida preventiva contra robos.  Al momento de adquirir el filtro, evaluar la disponibilidad de repuestos. La necesidad de repuestos, es una desventaja de los filtros de anillas y malla, en comparación con los filtros de arena.

Foto 130: Lavado de filtro

Foto 131: Filtros de arena

7.9 Equipo de inyección de fertilizantes El equipo de inyección de fertilizantes tiene como función mezclar el fertilizante con el agua de riego. El buen manejo de un equipo de fertilización permite la administración precisa de fertilizantes al cultivo sin trabajo adicional y sin tener que caminar por entre los cultivos. Por su costo, en Bolivia son poco frecuentes. Sólo se conoce de su aplicación en sistemas por goteo de cultivos de flores, vid y algunos esporádicos intentos en proyectos especiales.

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Recomendaciones para la operación  Conocer bien la capacidad de inyección del sistema con el que se cuenta (litros/hora) y bajo qué rangos de presión ocurre este flujo de inyección.  No inyectar hasta el final del depósito con fertilizante, porque suele haber precipitados.  Regular el ingreso del fertilizante a partir de las válvulas de by pass en el cabezal.  En el caso de inyectores de venturi es necesario que se produzca una diferencia de presión mínima de 5 mca.  Se recomienda el uso de fertilizantes ácidos.  Controlar el aporte de fertilizantes mediante mediciones de pH y CE, actuando sobre las llaves que regulan los venturis y midiendo los caudales inyectados mediante rotámetros.

Foto 132: Inyector de venturi

Foto 133: Tanque de fertilización

Recomendaciones para el mantenimiento  Una vez por temporada probar la capacidad de inyección del sistema.

7.10 Controladores de presión (manómetros) Un manómetro es un dispositivo para medir la presión del agua en una red de tuberías. Sobre la base de las mediciones, el agricultor puede controlar las presiones en su sistema. Por lo general se ubica un par de manómetros en el cabezal de control en sistemas de riego por goteo y micro-aspersión. En sistemas de goteo grandes se recomienda ubicar puntos de control en la red de tuberías principales (cada 100 metros en tuberías de longitudes mayores a 500 metros). En sistemas de riego por aspersión se recomienda ubicar puntos de control a la entrada de las tuberías principales.

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Foto 134: Presión al ingreso sector de goteo

Foto 135: Presión en aspersor

Recomendaciones para la operación  En sistemas de riego por aspersión, es poco probable encontrar agricultores que tienen un manómetro y que lo utilicen de forma regular. Por ello se recomienda usar algunas otras técnicas para el control y verificación de operación de aspersores: 

Sobrepresiones: las gotas de agua no deben caer más allá de la superposición diseñada, que normalmente es un 60% del diámetro. Por tanto, en caso de aspersores con un diámetro de 30 metros (= radio de 15 metros), el rocío del aspersor no debe llegar a una distancia menor de 3 metros del aspersor próximo. Cuando el traslape sea de un 50% el rocío de un aspersor no deberá superar el pie del siguiente aspersor.



Las subpresiones o sobrepresiones también puede identificarse a partir del tamaño de las gotas, ya que estas serán o muy grandes (subpresión) o muy pequeñas (sobrepresión).

Recomendaciones para el mantenimiento  Se debe controlar el nivel de aceite (3/4 partes) al interior del manómetro.  Una vez por temporada se debe verificar que el equipo de medición esté calibrado.  El líquido al interior del manómetro debe ser aceite (glicerina).  Mantener limpia la entrada del punto de medición del manómetro.

7.11 Válvulas Las válvulas tienen la función de controlar el caudal y la dirección del flujo (válvula de compuerta y de bola), permitir el retrolavado del filtros (válvula de compuerta y de bola), impedir que el agua sea devuelta hacia el equipo de bombeo, evitar el golpe de ariete (válvula de retención o shech), permitir la entrada y salida del aire del sistema (válvulas de aire). Mayores problemas identificados  Inoperabilidad de las válvulas.  Cierre no hermético de paso del flujo.

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 Daño mecánico a partes de las válvulas.  Robo de partes de las válvulas. Recomendaciones para la operación  La apertura y cierre de la válvula debe hacerse lentamente, para evitar el golpe de ariete en la red de tuberías.  No forzar ninguna válvula, si esta no opera correctamente desmontar y verificar el problema.  Una vez concluido el riego, cuando se procede al drenado del agua, verificar que se cuenta con suficientes aperturas para la reposición de aire a las tuberías. Evitar que las tuberías trabajen a succión o presión negativa.  Las válvulas tipo bola no deben permanecer inmovilizadas por periodos de tiempo muy largos (1 año). Deben ser movidas a intervalos regulares (máximo cada dos meses) para asegurar una operación correcta y continua.  Para su traslado, nunca levantar una válvula del volante (palanca, rosca o timón).  En el mercado también existen válvulas de compuerta y de bola que sirven para regular el flujo de agua y que funcionan abiertas, cerradas y a medio abrir. Estas son las válvulas de uso correcto en hidrantes y cámaras de válvulas para regular el flujo de agua.  Instalar las válvulas con suficiente espacio al interior de la caja protectora, con el fin de poder desmontarlas cuando se requiera.

Foto 136: Válvula de compuerta

Foto 137: Válvula de medio giro

Recomendaciones para el mantenimiento  Una vez al año desmontar y verificar el correcto funcionamiento de las válvulas. Verificar sus empaquetaduras y su cierre correcto. No deben presentar pérdidas de agua.  Controlar la hermeticidad de los empaques y el funcionamiento del vástago. En caso que la válvula o el vástago deje de funcionar se cambian las piezas o empaques, o toda la válvula.  Normalmente no es necesario lubricar la válvula, porque sus anillos de asiento, las empaquetaduras de teflón y las bocinas antifricción, son autolubricantes. Algunas válvulas pueden incluir puntos de lubricación, en este caso, se utilizan lubricantes para reducir la fricción o como sellante.

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 Identificar establecimientos comerciales donde se venda repuestos y partes para válvulas.  Guardar las válvulas en posición ‘totalmente abierta’ para proteger la bola.  Instalar cada válvula con dos uniones patente (unión universal), una a cada extremo de la válvula, inmediatamente después del niple de fierro galvanizado a la salida de la válvula. Estos accesorios permitirán desmontar las válvulas sin romper la caja de protección.

Foto 138: Válvula ventosa

7.12 Redes de tuberías Las fallas de funcionamiento de las tuberías en las redes de un sistema de riego tecnificado se deben generalmente a deficiencias en su instalación (mal pegado o mala unión de las campanas o de las anillas de goma) o a fisuras y roturas. Las tuberías utilizadas en la instalación de redes de sistemas de riego tecnificado son fabricadas para resistir presiones internas de trabajo y su operación no puede exceder el límite de la presión nominal del tubo recomendado por el fabricante. Por ello, existen en el mercado diferentes clases de tuberías con distinta resistencia interna. Por su constitución y posición las tuberías o redes requieren de un bajo nivel de mantenimiento. Recomendaciones para su operación  Lentamente llenar agua a las tuberías.  Tener cuidado con la acumulación de aire en las tuberías, porque reduce la capacidad de conducción y puede hasta impedir el paso del agua. Recomendaciones para el mantenimiento  Limpiar la red de tuberías principales y secundarias antes del primer riego, con el fin de evacuar los residuos de la instalación.  Es útil lavar las tuberías antes de presurizar el sistema, abriendo los extremos de las tuberías para que el agua drene y elimine las basuras y/o sedimentos.

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 Primero limpiar con agua las tuberías principales, luego las secundarias, terciarias y finalmente los laterales, con este procedimiento se asegura la eliminación de todos los residuos acumulados al interior del sistema de tuberías y mangueras.  Almacenar las tuberías móviles en lugares con sombra y nivelados, para evitar quemaduras y deformaciones.

Foto 139: Tubería de PVC

Foto 140: Tubería de polietileno

7.13 Laterales porta emisores En sistemas de riego por aspersión la posición del lateral porta emisor es crucial para su correcta operación. Su posición tiene influencia directa sobre la uniformidad de distribución y eficiencia de aplicación. En cambio en sistemas de riego por micro aspersión y goteo el lateral es generalmente fijo, por lo que una alta eficiencia de operación se limita a un buen diseño de las sub unidades y unidades de riego, así como al mantenimiento de estas líneas.

7.13.1 Laterales porta aspersores En sistemas de aspersión móviles o semi móviles, la operación se centra en disponer los emisores de tal forma que se obtienen coeficientes de uniformidad adecuados y en mantener los laterales suficientemente limpios como para que no se reduzca o corte el riego a un aspersor. Es necesario tener especial cuidado con la ubicación de los laterales y de los aspersores para conseguir la suficiente sobreposición y para facilitar el movimiento del lateral al interior de la parcela. Mayores problemas identificados  Por una mala disposición de los aspersores, el riego no es uniforme, aplicándose mucha agua en algunos sectores y poca en otros.  Los porta aspersores no están instalados firmemente, por lo que se mueven y hasta pueden caerse.

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Recomendaciones para la operación  Al ubicar los porta aspersores, tomar en cuenta la forma de la parcela, tanto para determinar longitud de laterales y la elección de aspersores (sectoriales o circulo completo).  Considerar la incidencia del viento en la distribución espacial del agua. Reducir el espacio entre emisores ante velocidades de viento mayores. Con baja velocidad de viento sobreposición 60% y con mayor velocidad de viento 50%. Figura 28: Efecto del viento en el patrón de mojamiento en aspersión

 Tomar en cuenta la proyección del círculo del alcance del agua del aspersor con relación a la pendiente del terreno. Figura 29: Distribución del agua de aspersión en terrenos en pendiente

 Considerar el tipo de cultivo y su desarrollo para determinar la altura del aspersor y el tipo de boquillas a ocupar.  Limpiar el porta aspersor con agua antes de cada riego para evacuar los residuos de tierra que se acumulan por el traslado del lateral de una posición a otra.

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 El lateral porta aspersor no debe exceder los 100 metros de longitud fraccionada para evitar dificultades de traslado y pérdidas de presión considerables. Por ejemplo, para 3 aspersores de ¾” se puede fraccionar el lateral de 1 pulgada ó 32 mm en 2 pedazos de 20 metros y 1 pedazo de 60 metros.  El diámetro de laterales móviles (polietileno (PE)) no deben exceder los 32 mm ó 1 pulgada.  Utilizar accesorios de acople rápido para reducir los tiempos muertos de traslado de la línea móvil.  Considerar estacas altas, bien enterradas, a las cuales se pueda amarrar el porta aspersor. Recomendaciones para el mantenimiento  Verificar el estado de tuberías, porta aspersores y accesorios de manera que no existan fugas o pérdida de agua.  Limpiar los laterales antes de cada riego.  Si se identifica una alta cantidad de algas y bacterias en las tuberías se recomienda el uso de hipoclorito de sodio (Lavandina) en concentraciones de 1 ppm, es decir una bolsa de 250 cc alcanza para 250 litros de agua. Es necesario que el plan de operación y mantenimiento a formularse indique la cantidad de agua necesaria para el llenado de tuberías. Una vez llenas las tuberías con la solución, dejarla por 30 minutos y posteriormente lavar con bastante agua.  La efectividad del hipoclorito está en función del pH del agua. Mejora drásticamente cuando el agua es levemente ácida (con pH aproximadamente 6) y reduce drásticamente cuando es básica.

Foto 141 Lateral de aspersión móvil

7.13.2 Laterales porta goteros y cinta de goteo En sistemas de riego por goteo la operación del lateral porta goteros o de la cinta de goteo consiste simplemente en poner en marcha el sistema y controlar su funcionamiento. Ello debido a que por lo general son sistemas fijos, que requieren poca manipulación para su operación. Mayores problemas identificados  Rotura de líneas debido a maltratos durante los trabajos en el cultivo, a vandalismo o a animales.  Cristalización de la tubería y debilitamiento del lateral.

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 Deposición de sedimentos en el lateral.  Reducción del diámetro efectivo de tuberías por deposiciones de algas y compuestos químicos. Recomendaciones para la operación  Evitar el llenado brusco de laterales.  En cada riego evaluar las condiciones de la tubería y verificar que no existan fugas.  Periódicamente limpiar los laterales abriendo los fines de línea. Se deben abrir unas 4 a 5 líneas por vez y esperar a que salga agua limpia.  En cultivos como la vid, los laterales de goteo son colocados a una altura de 30 centímetros del piso para permitir las labores culturales. Esta posición puede perjudicar la distribución del agua, ya que la tubería formará una catenaria entre amarres y habrá una concentración de agua. Recomendaciones para el mantenimiento  Las obstrucciones de las redes de tuberías pueden ser de origen físico por partículas inorgánicas en suspensión que ingresan a la red de riego; de origen químico por depósitos de sales contenidos en el agua; o de origen biológico por acumulación de materias orgánicas en la red de riego.  Las limpiezas de partículas inorgánicas se deberán realizar tan frecuentemente como se propone en las recomendaciones de operación.  En caso de problemas de obturación por sales, se recomienda el uso de ácidos para su limpieza. Se recomienda utilizar una solución con acido fosfórico al 30%, es decir llenar un balde con un poco mas de 2/3 de agua y el restante con acido. Añadir esta solución a partir del inyector de fertilizantes.  Si se identifica una alta cantidad de algas y bacterias en las tuberías se recomienda el uso de hipoclorito de sodio (Lavandina) en concentraciones de 1 ppm, es decir una bolsa de 250 cc alcanza para 250 litros de agua. Es necesario que el plan de operación y mantenimiento a formularse indique la cantidad de agua necesaria para el llenado de tuberías. Una vez llena las tuberías con la solución, dejar por 30 minutos y posteriormente lavar con bastante agua.  La efectividad del hipoclorito está en función del pH del agua. Mejora drásticamente cuando el agua es acida y reduce drásticamente cuando es básica.  Como medida preventiva, se recomienda aplicar soluciones ácidas con intervalos y dosis que dependen de la carga de sales en el agua. Aplicaciones de ácido sulfúrico o ácido clorhídrico al 2% o 3% del caudal impulsado por la red, producen un adecuado control de algas y previenen los depósitos de sales.  Cada vez que se realice una limpieza ya sea con ácidos o hipoclorito, es necesario mantener el sistema de riego andando por lo menos por unos 20 a 30 minutos.  Al trasladar el lateral de un lugar a otro cuidar que no se prenda con espinas, ramas o piedras que puedan generar cortes en el lateral.  Recoger el lateral enrollándolo, caminando en sentido del lateral.  No jalar el lateral por el terreno.  Guardar los laterales en un lugar seguro, para evitar daños por roedores.

Operación y mantenimiento de sistemas de riego tecnificado

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Foto 142: Goteo para cultivo de tomate

7.14 Emisores En sistemas de riego tecnificado existen varios tipos de emisores: goteros, micro-aspersores, microjets y aspersores. Su funcionamiento depende de las presiones de trabajo y del buen funcionamiento de las redes de tuberías. La mejor manera de mantener un sistema en condiciones óptimas es prevenir la obstrucción de sus componentes. Así se evita la limpieza cara o la reposición. Mayores problemas identificados  Caudal de emisión no uniforme o desigual.  Obstrucción de emisores.  Rotura de piezas.  Robo de emisores. Recomendaciones para la operación Aspersores  Se recomienda trabajar con aspersores robustos debido a que deben soportar altas presiones en su operación. Los de bronce o acero inoxidable son los más resistentes a la corrosión, aunque ahora también se pueden encontrar de plástico resistente.  Es posible trabajar con aspersores de una o dos boquillas. El tipo y diámetro de las boquillas determina el modelo de reparto del aspersor.  Lo aconsejable es utilizar aspersores con 2 boquillas. Una distribuye el agua en la periferia del círculo mojado y la otra en la zona adyacente al aspersor.  Un aspersor con una sola boquilla alcanza una buena uniformidad y puede aplicar bajas descargas. El de dos boquillas mejora la uniformidad de aplicación con descargas altas con la desventaja que el viento puede afectar su aplicación.

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Manual de riego tecnificado para los valles

 Por lo general se dispone de varios tipos de boquillas para cada aspersor, hay que tener presente las ventajas de cambiar de boquillas según los requerimientos.  El aspersor debe estar a una altura máxima de 1,5 metros del piso, con el fin de lograr buena uniformidad de riego y no perder agua por efecto del viento.  Para garantizar la operación continua y satisfactoria, hay que controlar su comportamiento: 

Asegurar que las boquillas de los aspersores estén completamente libres de cualquier obstrucción. No limpie la boquilla con elementos que puedan dañarla, como lijas o limas de metal.



Asegurar que la boquilla esté bien ajustada en el aspersor para evitar su pérdida en el momento de su operación.



Garantizar que el brazo del aspersor esté libre para que cumpla su función de rotación.



Controlar que el cuerpo del aspersor esté libre para rotar sobre su junta.

 Las juntas son lubricadas por el agua de riego. Es importante que estas juntas no pierdan agua en su operación. Goteros  Asegurar que los orificios de los goteros estén completamente libres de cualquier obstrucción. No limpie con elementos que puedan dañar el gotero.  Asegurar que el gotero esté bien ajustado en la línea de gotero o lateral para evitar su pérdida en el momento de su operación. Recomendaciones para el mantenimiento  En sistemas de riego por aspersión la causa principal de obstrucción de las boquillas son los sólidos en suspensión (arena gruesa, grava, piedras) y material biológico (algas, hojas, ramas, insectos, batracios, anuros, ofidios). La limpieza se realiza desmontando la o las boquillas, para limpiar en forma manual.  En sistemas de goteo y micro aspersión, las obstrucciones se deben principalmente a sólidos en suspensión (arenas, limos, arcillas). Estos son controlados con la instalación de filtros de malla, anillas o arena en rangos de 80 a 200 mesh. Los precitados químicos (fertilizantes) son controlados con ácidos, usualmente ácido sulfúrico y clorhídrico. Por razones de disponibilidad se puede usar también ácido fosfórico. La obstrucción por algas, hongos y microorganismos es controlada con hipoclorito de sodio como se detalló anteriormente.  Por lo menos dos veces al año evaluar la tasa de aplicación de los emisores, seleccionando emisores al azar y aquellos donde se prevea algún problema.  Observar en el campo variaciones en el crecimiento de las plantas que pueden ser resultado de un mal funcionamiento de uno o varios goteros.  Cuando el grado de obstrucción es elevado, hay que limpiar los emisores (goteros o micro aspersores) individualmente, sumergiéndolos en ácido al 1% – 2% durante unos quince minutos. Este tratamiento puede ser eficaz cuando el emisor es desmontable, pero requiere un importante gasto de mano de obra. En algunas ocasiones es más rentable limpiar las tuberías y poner emisores nuevos.

Operación y mantenimiento de sistemas de riego tecnificado

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Al finalizar la campaña de riego se debe controlar la necesidad de mantenimiento del sistema: Aspersores  Inspeccionar cada aspersor y lavarlo con agua limpia para remover tierra y sedimentos.  Examinar el orificio de la boquilla. La arena y las partículas en el agua pueden causar daños incrementando el diámetro del orificio. Esto afecta al comportamiento del aspersor.  Controlar el funcionamiento del resorte del brazo del aspersor, manteniendo su tensión para garantizar la velocidad recomendada de operación.  Para verificar el correcto funcionamiento del aspersor, se puede probar su comportamiento midiendo su descarga y presión. Goteros y microaspersores  Inspeccionar cada línea o lateral de goteo. Reemplazar los tramos o goteros dañados.  Examinar los microaspersores. La arena y las partículas en el agua pueden causar daños incrementando el diámetro del orificio. Esto afecta al comportamiento del microaspersor.  Para verificar el correcto funcionamiento del gotero, se puede probar su comportamiento midiendo su descarga.

Foto 143: Aspersor

Foto 144: Gotero botón desmontable

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Manual de riego tecnificado para los valles Tabla 32: Tratamientos de limpieza preventivo y correctivo de redes

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Este “Manual de riego tecnificado para los valles” es parte de la serie de publicaciones del Proyecto de Innovación Estratégica Nacional en Riego (PIEN-Riego), financiado por el Ministerio de Desarrollo Rural y Medio Ambiente (MDRAyMA) y ejecutado por la Consultora Boliviana Beccar Bottega Ltda (C3B). El PIEN-Riego tenía como objetivo desarrollar métodos y técnicas para optimizar el uso de agua de riego en su distribución y aplicación en la parcela. Su ámbito de trabajo se dividía en las siguientes tres líneas de acción: 1. Optimización de la distribución de agua en sistemas mayores. 2. Mejoramiento de métodos de riego por gravedad. 3. Introducción de riego tecnificado en el contexto de sistemas medianos existentes.

Las otras publicaciones del PIEN-Riego son: Optimización de la distribución de agua en sistemas mayores: 

“Reordenamiento de la distribución de agua”

Mejoramiento de métodos de riego por gravedad 

“Aumentar la disponibilidad de agua en el suelo “



“Abonos orgánicos para riego”



“Surcos en zig-zag, surcos en contorno”



“Mejorar el riego superficial en la parcela”



“Surcos en zig-zag, Surcos de cabecera”



“Melgas con surcos Melgas con cajetas”



Capacitación en riego superficial “regante a regante”

Introducción de riego tecnificado 

“Operación y mantenimiento de sistemas de riego tecnificado”



“Filtros de arena artesanales”

Manejo de agua y suelo de baja de calidad 

“Riego en suelos y con aguas de baja calidad”

Si tiene interés en conocer estas publicaciones, puede contactarse con la Consultora C3B Ltda., Telf. 4112049, Cochabamba – Bolivia.

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