Diseño Hidraulico

CURSO DISEÑO Y OPERACIÓN DE SISTEMAS DE RIEGO TECNIFICADO

DISEÑO HIDRÁULICO

LA MOLINA, ENERO DE 2017 ING. MSc. ERNESTO HELFGOTT CASTELLANOS

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

ASPECTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO HIDRÁULICO

-HIDRÁULICA DE EMISORES -UNIFORMIDAD DE RIEGO Y DISEÑO SUBUNIDAD DE RIEGO -SELECCIÓN ARCO DE RIEGO -CÁLCULO DE TUBERÍAS MATRICES -SELECCIÓN CABEZAL DE RIEGO -DETERMINACIÓN DE ALTURA DINÁMICA TOTAL (ADT) -CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBEO

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

HIDRÁULICA DE EMISORES

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CARACTERÍSTICAS HIDRAULICAS DE EMISORES 1. RÉGIMEN HIDRÁULICO -LOS EMISORES PUEDEN FUNCIONAR EN RÉGIMEN LAMINAR O TURBULENTO *EMISORES EN RÉGIMEN LAMINAR -LA PÉRDIDA DE CARGA EN UN CONDUCTO NO DEPENDE DE LA RUGOSIDAD, PERO SI DEPENDE DE LA VISCOSIDAD, QUE A SU VEZ DEPENDE DE LA TEMPERATURA. -SI HUBIERAN CAMBIOS DE TEMPERATURA A LO LARGO DE UNA MANGUERA, LOS GOTEROS A MAYOR TEMPERATURA ARROJAN UN CAUDAL MAYOR. -LA RELACIÓN ENTRE PÉRDIDA DE CARGA Y CAUDAL ES LINEAL, POR TANTO, EL CAUDAL DE LOS GOTEROS ES MUY SENSIBLE A LOS CAMBIOS DE PRESIÓN *EMISORES EN RÉGIMEN TURBULENTO -LA TEMPERATURA NO AFECTA TANTO COMO EN LOS DE RÉGIMEN LAMINAR -LA RELACIÓN ENTRE PÉRDIDA DE CARGA CAUDAL NO ES LINEAL Y EL CAUDAL DE LOS GOTEROS ES MENOS SENSIBLE A LOS CAMBIOS DE PRESIÓN.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

1. RELACIÓN CAUDAL-PRESIÓN (“ECUACIÓN DEL EMISOR”) -TODOS LOS EMISORES RESPONDEN A LA SIGUIENTE RELACIÓN:

q = K * hx DONDE: q K h x

: CAUDAL DEL EMISOR (l/h) : COEFICIENTE DE DESCARGA : PRESION DEL EMISOR (mca) : EXPONENTE DE DESCARGA

-LOS VALORES DE K y X SON CARACTERÍSTICOS DE CADA EMISOR; LOS DEBE PROPORCIONAR EL FABRICANTE O SE PUEDEN OBTENER DE LA CURVA q-h, (O DE LOS VALORES EN CATÁLOGOS TOMANDO LOS VALORES EXTREMOS), PARA LO CUAL SE DEDUCE LAS SIGUIENTES FÓRMULAS:

EJEMPLO: CALCULAR LA ECUACIÓN DEL EMISOR PARA LOS SIGUIENTES PARES DE DATOS: h1=0.5bar, h2=2bar; q1=0.47 l/h, q2=0.9 l/h x=ln(0.47/0.9)/ln(0.5/2)  x=0.47 K=0.47/0.50.47  K=0.65

x = ln (q1 / q2) / ln (h1 / h2) k = q1 / h1x -EL EXPONENTE DE DESCARGA MIDE LA SENSIBILIDAD DE LOS EMISORES A LA VARIACIÓN DE PRESIÓN -EN EMISORES DE RÉGIMEN LAMINAR :x=1 -EN EMISORES DE RÉGIMEN TURBULENTO : x < 1 -EN EMISORES AUTOCOMPENSADOS : x = 0 (EN TEORÍA)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

VARIACIÓN DE CAUDAL EN FUNCIÓN DE LA PRESIÓN EN GOTEROS NO AUTOCOMPENSADOS

TAL DRIP (NAANDANJAIN)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

AZUD LINE (AZUD)

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

VARIACIÓN DE CAUDAL EN FUNCIÓN DE LA PRESIÓN EN GOTEROS AUTOCOMPENSADOS

RAM 17 SUPER LIGHT (NETAFIM)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

“LEY DEL 20” -LA “LEY DEL 20%” ES UNA REGLA PRÁCTICA APLICADA INICIALMENTE AL RIEGO POR ASPERSIÓN. -”LEY DEL 20”:

“AL INTERIOR DE UNA SUBUNIDAD DE RIEGO, UNA VARIACIÓN DE PRESIÓN DEL 20% OCASIONA UNA VARIACIÓN DE CAUDAL DEL 10%”. -EN RIEGO POR ASPERSIÓN, EL EXPONENTE DE DESCARGA “x” ES 0.5 (FLUJO POR UN ORIFICIO), CON EL CUAL LA VARIACIÓN DE PRESIONES Y CAUDALES SE ACERCA MUCHO A LA “LEY DEL 20%”. -EN RIEGO POR GOTEO, CUANDO EL EXPONENTE DE DESCARGA “x” ES MENOR A 0.5, VARIACIONES DE PRESIÓN LIGERAMENTE MAYORES AL 20% OCASIONAN VARIACIONES DE CAUDAL DEL 10%. -PARA FACILITAR LOS CÁLCULOS, SE RECOMIENDA APLICAR LA “LEY DEL 20%” TANTO PARA ASPERSIÓN, COMO PARA MICROASPERSIÓN Y GOTEO. -COMO SE APRECIA EN EL SIGUIENTE EJEMPLO, LA “LEY DEL 20%” VA POR EL LADO SEGURO, YA QUE UNA VARIACIÓN DE 10% DE CAUDAL EN REALIDAD SE PRODUCE CON UNA VARIACIÓN DE PRESIÓN DEL 21%. -EJEMPLO: SE TIENE UN ASPERSOR CON x=0.5. CUAL ES LA TOLERANCIA DE PRESIONES PARA QUE LA TOLERANCIA DE CAUDALES SEA DEL 10%? **PARA x=0.5  h1/h2 = 1.11/0.5 = 1.21 = 21%

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

2. SENSIBILIDAD A LAS OBTURACIONES -EL RIESGO DE QUE UN GOTERO SE OBSTRUYA DEPENDE DE EL DIÁMETRO MÍNIMO DEL EMISOR Y DE LA VELOCIDAD DEL AGUA EN EL EMISOR. -MIENTRAS MAS BAJO EL CAUDAL, MENOR EL DIÁMETRO DE PASO. -EN GOTEROS SE TIENEN DIÁMETROS DE ENTRE 0.2 Y 1.0 mm. EN MICROASPERSORES LOS DIÁMETROS DE PASO SON DE 1 A 2 mm -LOS GOTEROS DE RÉGIMEN TURBULENTO SE OBSTRUYEN MENOS PORQUE EL AGUA VIAJA A MAYOR VELOCIDAD.

SENSIBILIDAD A LAS OBTURACIONES SEGÚN EL DIÁMETRO DE LOS EMISORES DIÁMETRO MÍNIMO (mm)

SENSIBILIDAD A LAS OBTURACIONES

<=0.7

ALTA

0.7 – 1.5

MEDIA

>1.5

BAJA

3. SENSIBILIDAD A LA TEMPERATURA -A LO LARGO DE UN LATERAL SE PUEDEN PRESENTAR VARIACIONES DE TEMPERATURA IMPORTANTES; LOS MAYORES INCREMENTOS OCURREN EN LAS PARTES FINALES DE LOS LATERALES EN LOS QUE EL AGUA VA MAS LENTO. -LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA PUEDE AFECTAR LA CALIDAD DE LOS LATERALES DE RIEGO. -LA VARIACIÓN DE TEMPERATURA ALTERA LA VISCOSIDAD DEL AGUA LO QUE INCIDE EN DISTORSIONES EN LOS CÁLCULOS DE PÉRDIDAS DE CARGA. -EN ZONAS CON CAMBIOS BRUSCOS DE TEMPERATURA, SE RECOMIENDA ENTERRAR O COLOCAR UNA CAPA DE TIERRA ENCIMA DE LOS LATERALES DE RIEGO.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CLASIFICACIÓN DE EMISORES (GOTEO Y MICROASPSERSIÓN) 1. GOTEROS DE LARGO CONDUCTO -LOS PRIMEROS EMISORES DE LARGO CONDUCTO FUERON LOS MICROTUBOS, QUE SON PEQUEÑAS MANGUERAS DE POLIETILENO DE 0.6 A 2.0 mm, LAS CUALES SE INSERTAN EN LAS MANGUERAS O LATERALES DE RIEGO. SUS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS SON: -FUNCIONAN EN RÉGIMEN LAMINAR, POR TANTO, SE VEN FUERTEMENTE INFLUENCIADOS POR LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA -EL EXPONENTE DE DESCARGA ES x = 1, POR TANTO, EL CAUDAL ES MUY SENSIBLE A LA VARIACIÓN DE PRESIÓN. -LA REGULACIÓN DE PRESIÓN EN CAMPO ES MUY COMPLICADA. POR EJEMPLO, PARA MANTENER LA UNIFORMIDAD DE CAUDALES EN UN LATERAL DE RIEGO, LOS MICROTUBOS DEBEN SER MAS LARGOS AL INICIO Y MAS CORTOS AL FINAL; ESTO SE DEBE HACER MANUALMENTE LO CUAL SUELE SER MUY IMPRECISO.

-LOS GOTEROS HELICOIDALES SON UNA MODIFICACIÓN DEL MICROTUBO YA QUE ÉSTE SE ENROLLA ALREDEDOR DE UN CILINDRO TOMANDO LA FORMA DE UN GOTERO PROPIAMENTE DICHO. LA TRAYECTORIA HELICOIDAL DEL AGUA AL INTERIOR DEL GOTERO, ALEJA EL RÉGIMEN HIDRÁULICO DE LA CONDICIÓN LAMINAR. EN ESTOS GOTEROS, x = 0.65 – 0.75, POR TANTO, EL CAUDAL ES MENOS SENSIBLE A LA VARIACIÓN DE PRESIÓN. -EN LOS GOTEROS DE LABERINTO EL AGUA PASA POR UN RECORRIDO TORTUOSO ANTES DE SALIR AL EXTERIOR, FUNCIONANDO A RÉGIMEN TURBULENTO. POR ELLO, SON MENOS SENSIBLES QUE LOS HELICOIDALES A LAS VARIACIONES DE PRESIÓN, OBTURACIONES Y CAMBIOS DE TEMPERATURA. EL EXPONENTE DE DESCARGA ES DE ALREDEDOR DE x = 0.50.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

2. GOTEROS DE ORIFICIO -EN LOS GOTEROS DE ORIFICIO, LA RELACIÓN ENTRE CAUDAL Y PRESIÓN SE RIGE POR LA ECUACIÓN DEL FLUJO DE AGUA POR ORIFICIOS:

q = 3.6 x a x C x gh DONDE: q a C h

: CAUDAL DEL EMISOR (l/h) : SECCIÓN DE PASO (mm2) : COEFICIENTE DE ORIFICIO : PRESIÓN (mca)

EJEMPLO: DETERMINAR EL TAMAÑO DE LA SECCIÓN DEL ORIFICIO DE UN GOTERO DE ORIFICIO PARA UN CAUDAL DE 4 l/h, UNA PRESIÓN DE 10 mca, SIENDO C = 0.6: a = 4 / (3.6x0.6x(2x9.81x10)1/2) = 0.13 mm2 LUEGO, EL DIÁMETRO ES 0.40 mm

-EL EXPONENTE DE DESCARGA ES x = 0.5 (RÉGIMEN TURBULENTO), PERO EL PRINCIPAL PROBLEMA ES QUE LOS ORIFICIOS SON MUY PEQUEÑOS POR LO QUE EL RIESGO A LAS OBTURACIONES ES ALTO. 3. GOTEROS TIPO VORTEX -ES UN GOTERO QUE SE INVENTÓ PARA MEJORAR EL PROBLEMA DE LAS OBTURACIONES DE LOS GOTEROS DE ORIFICIO. PARA ELLO, EL AGUA QUE INGRESA AL GOTERO PASA A UNA CÁMARA TANGENCIALMENTE LO QUE ORIGINA MAYORES PÉRDIDAS DE CARGA. POR ELLO, EL EXPONENTE DE DESCARGA ES APROXIMADAMENTE x = 0.40. LA ECUACIÓN DEL GOTERO VORTEX ES:

q = 15.9 x a x C x h0.4

DETERMINAR EL TAMAÑO DE LA SECCIÓN DEL ORIFICIO DE UN GOTERO VORTEX PARA UN CAUDAL DE 4 l/h, UNA PRESIÓN DE 10 mca, SIENDO C = 0.35: a = 4 / (15.9x0.35x100.4) = 0.29 mm2 LUEGO, EL DIÁMETRO ES 0.60 mm

DONDE: q a C h

EJEMPLO:

: CAUDAL DEL EMISOR (l/h) : SECCIÓN DE PASO (mm2) : COEFICIENTE DE ORIFICIO : PRESIÓN (mca)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

4. GOTEROS AUTOCOMPENSANTES -ESTE TIPO DE GOTEROS REDUCEN AL MÍNIMO LAS VARIACIONES DE CAUDAL PRODUCIDAS POR LAS VARIACIONES DE PRESIÓN, YA SEA POR PÉRDIDAS DE CARGA, POR DESNIVELES O POR UNA COMBINACIÓN DE LOS DOS FACTORES. -EL MECANISMO DE COMPENSACIÓN SE LOGRA GRACIAS A LA INCORPORACIÓN DE UNA MEMBRANA DE CAUCHO DENTRO DE LOS GOTEROS. CUANDO SE PRESENTAN SOBREPRESIONES, LA MEMBRANA CIERRA EL PASE DEL AGUA GENERANDO PÉRDIDAS DE CARGA Y MANTENIENDO EL CAUDAL CASI CONSTANTE. EN UN GOTERO AUTOMPENSANTE PERFECTO (TEÓRICO), LA ECUACIÓN DEL EMISOR ES LA SIGUIENTE:

q = k x h0 = K DONDE: q K h

: CAUDAL DEL EMISOR (l/h) : COEFICIENTE DE DESCARGA : PRESIÓN (mca)

-EL EFECTO DE COMPENSACIÓN DE CAUDALES OCURRE A PARTIR DE UNA PRESIÓN MÍNIMA QUE PUEDE SER DE 3 A 5 mca. -EL COSTO DE ESTE TIPO DE GOTEROS ES BASTANTE MAS ALTO QUE LOS GOTEROS NO AUTOCOMPENSADOS, PERO LOS EFECTOS DE UNIFORMIDAD DE RIEGO SON IMPRESIONANTES. -SE PUEDEN LOGRAR TRAMOS DE MAS DE 400m CON EL MISMO CAUDAL Y, A LA VISTA, UNIFORMIDAD DE CULTIVOS. -TAMBIÉN SE PUEDEN LOGRAR TRAMOS MUY UNIFORMES A LA VISTA EN TERRENOS CON ALTAS PENDIENTES O DESNIVELES. -ADEMÁS DEL COSTO, TIENEN EL INCONVENIENTE DE DETERIORARSE CON LA ACCIÓN DE LA TEMPERATURA Y LOS QUÍMICOS APLICADOS DURANTE LA FERTIGACIÓN. -ALGUNOS GOTEROS AUTOCOMPENSANTES TIENEN MECANISMOS DE AUTOLIMPIEZA QUE REDUCEN LOS PROBLEMAS DE OBSTRUCCIÓN POR SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

5. MANGUERAS DE RIEGO -LAS MANGUERAS DE RIEGO SON TUBERIAS DE POLIETILENO LAS CUALES PUEDEN O NO TENER LOS GOTEROS INTEGRADOS. -LA PRESIÓN DE TRABAJO NORMALMENTE ESTÁ ENTRE LOS 4 Y 20 mca, Y LOS ESPACIAMIENTOS ENTRE ORIFICIOS DE SALIDA (“GOTEROS”) VAN DESDE 10 cm HASTA 70 U 80 cm. -NORMALMENTE SE FABRICAN EN ESPESORES MAYORES A LOS DE LAS CINTAS DE RIEGO. 6. CINTAS DE RIEGO -LAS CINTAS DE RIEGO SON “TIRAS RECTANGULARES Y ALARGADAS” DE POLIETILENO LAS CUALES “SE JUNTAN O SE COSEN” EN LA PARTE SUPERIOR, DE MANERA QUE CONFORMEN UNA “MANGUERA PEGADA”. -LAS CINTAS DE RIEGO TIENEN DOS CONDUCTOS PARALELOS: UNO DE DIÁMETRO MAYOR POR DONDE CIRCULA EL AGUA Y OTRO DE DIÁMETRO MUCHO MENOR POR DONDE EL AGUA INGRESA RECORRIENDO UN LABERINTO PARA PERDER PRESIÓN ANTES DE SALIR A LA SUPERFICIE A TRAVÉS DE UNA RANURA. -EL ORIFICIO QUE COMUNICA A LOS DOS CONDUCTOS MENCIONADOS LLEVA UN PEQUEÑO FILTRO PARA DETENER LAS PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN MAS GRANDES. -LA PRESIÓN DE TRABAJO NORMALMENTE ESTÁ ENTRE LOS 4 Y 8 mca, Y LOS ESPACIAMIENTOS ENTRE ORIFICIOS DE SALIDA (“GOTEROS”) VAN DESDE 10 cm HASTA 70 U 80 cm. -NORMALMENTE SE FABRICAN EN ESPESORES MENORES A LOS DE LAS MANGUERAS DE RIEGO, EMPLEANDO LA NOMENCLATURA DENOMINADA “CLASE XXX MIL” (XXX MILÉSIMAS DE PULGADA).

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

CLASES DE CINTAS DE RIEGO MAS COMUNES N°

CLASE

EQUIVALENCIA

1

4 mil

0.100 mm

2

5 mil

0.125 mm

3

6 mil

0.150 mm

4

8 mil

0.200 mm

5

10 mil

0.250 mm

6

15 mil

0.375 mm

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

7. CINTAS DE EXUDACIÓN -SON TUBERÍAS O CINTAS FABRICADAS A PARTIR DE UNA MEMBRANA COMPUESTA DE MICROFIBRAS DE POLIETILENO ENTRECRUZADAS, LAS QUE FORMAN UNA MALLA CON POROS DE 4 A 5 MICRAS QUE OCUPA EL 50% DE LA SUPERFICIE. -FUNCIONAN CON PRESIONES DE 2 A 5 mca Y FUNCIONAN EN RÉGIMEN LAMINAR LO QUE LAS HACE MUY SENSIBLES A LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA E INCLUSO LA SALINIDAD (LA QUE TAMBIÉN AFECTA A LA VISCOSIDADA). -EL TAMAÑO PEQUEÑO DE LOS POROS, CONVIERTE A LAS CINTAS DE EXUDACIÓN EN ULTRASENSIBLE A LAS OBTURACIONES, SOBRETODO LAS CAUSADAS POR BACTERIAS QUE SE DESARROLLAN A PARTIR DE ALGAS MICROSCÓPICAS, MAS AÚN CUANDO LAS CINTAS DEJAN PASAR CIERTA CANTIDAD DE LUZ. POR ESTE ÚLTIMO MOTIVO, EN CIERTOS CASOS SE PUEDEN ENTERRAR LAS CINTAS DE EXUDACIÓN.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS

1. PUNTOS DE EMISIÓN -LA MAYORÍA DE EMISORES TIENEN UNA SOLA SALIDA, PERO EN EL MERCADO EXISTEN ALGUNOS EMISORES CON MÚLTIPLES SALIDAS. -SE USAN EN INVERNADEROS, FLORICULTURA, RIEGO POR GOTEO CON PULSOS, JARDINERÍA, PLANTAS ORNAMENTALES, ETC. -ES IMPORTANTE CONOCER SI LA SEPARACIÓN DEL AGUA SE PRESENTA ANTES O DESPUÉS DE LA PÉRDIDA DE PRESIÓN.

2. GOTEROS “AUTOLIMPIANTES” -EXISTEN LOS LLAMADOS “GOTEROS AUTOLIMPIANTES”, LOS MISMOS QUE CUENTAN CON ELEMENTOS ELÁSTICOS QUE SE ACTIVAN BAJO LA ACCIÓN DE LA PRESIÓN DEL AGUA, CON EL FIN DE ELIMINAR PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN PARA EVITAR OBTURACIONES. TIENEN EL INCONVENIENTE DEL ENVEJECIMIENTO, AL IGUAL QUE ALGUNOS GOTEROS AUTOCOMPENSADOS. -ADEMÁS, EXISTEN GOTEROS DESMONTABLES QUE SE PUEDEN “DESARMAR” PARA LIMPIAR, LO CUAL PUEDE SER ÚTIL EN INSTALACIONES PEQUEÑAS PERO MUY ENGORROSO Y CASI IMPOSIBLE DE EJECUTAR EN PLANTACIONES COMERCIALES CON MILES DE GOTEROS…

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

3. GOTEROS “ANTIDRENANTES” -ESTE TIPO DE GOTEROS SE CIERRAN CUANDO TERMINA EL CICLO DE RIEGO DEJANDO LAS MANGUERAS LLENAS DE AGUA, DE MANERA QUE AL INICIAR EL SIGUIENTE CICLO DE RIEGO, NO SE PIERDA TIEMPO EN LLENAR LAS MANGUERAS. ADEMÁS, CON ELLO SE LOGRA MANTENER LA UNIFORMIDAD DE CAUDALES EN TODOS LOS GOTEROS.

4. CONEXIÓN DEL EMISOR AL LATERAL DE RIEGO -LA “CONEXIÓN INTERLÍNEA” SE USA CON GOTEROS QUE SUELEN LLEVAR “DIENTE DE TIBURÓN” O SIMILAR MECANISMO DE CONEXIÓN AL LATERAL DE RIEGO. VIENEN INSERTADOS DE FÁBRICA O PARA INSERTAR EN CAMPO. -PARA LOS GOTEROS DE “CONEXIÓN SOBRELÍNEA” SE PERFORA EL LATERAL DE RIEGO CON PUNZONES ESPECIALES; EN ESTE CASO, SE COMPRAN LOS GOTEROS Y LA MANGUERA POR SEPARADO.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

5. UNIFORMIDAD DE FABRICACIÓN -DEBIDO A LA FABRICACIÓN EN SERIE Y A LOS MATERIALES EMPLEADOS EN LOS GOTEROS, SIEMPRE SE PRESENTAN VARIACIONES ENTRE LOS MISMOS, LAS CUALES IMPLICAN DIFERENCIAS EN LOS RESPECTIVOS CAUDALES DE RIEGO. -DEBIDO AL TAMAÑO REDUCIDO DE LOS ORIFICIOS DE LOS GOTEROS, ESTE ASPECTO ES MUCHO MAS RELEVANTE EN COMPARACIÓN CON EL RIEGO POR ASPERSIÓN, EN EL QUE LOS ORIFICIOS DE SALIDA SON MAS GRANDES. -PARA REPRESENTAR LA CALIDAD DE LOS GOTEROS EN CUANTO A LA VARIABILIDAD DE FABRICACIÓN SE HA DEFINIDO EL PARÁMETRO “COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN (CV)”, EL CUAL CLASIFICA A LOS GOTEROS EN DOS CATEGORÍAS: COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

CATEGORÍA

CV

A

<0.05

B

0.05 – 0.10

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

UNIFORMIDAD DE RIEGO -LA UNIFORMIDAD DE RIEGO ES UNA MEDIDA DE LA DISPERSIÓN DE LOS CAUDALES DE LOS EMISORES AL INTERIOR DE UNA SUBUNIDAD DE RIEGO, RESPECTO AL CAUDAL MEDIO DE LA MISMA. SE EXPRESA MEDIANTE EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DE RIEGO (CU). -EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD SE ESTABLECE COMO META Y AFECTA AL DISEÑO AGRONÓMICO PORQUE INTERVIENE EN EL CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DE RIEGO TOTALES: Nt = Nn / ((1 – K) x CU) Nn Nt K

CU

: NECESIDADES DE RIEGO NETAS : NECESIDADES DE RIEGO TOTALES : ES EL MAYOR DE LOS DOS SIGUIENTES RESULTADOS: *K = 1 – EA EA: EFICIENCIA DE APLICACIÓN *K = LR  LR= LÁMINA DE LAVADO DE SALES : COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

-UNA VEZ DEFINIDO EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD, ÉSTE DEBE MANTENERSE Y VERIFICARSE DURANTE LA FASE DE DISEÑO HIDRÁULICO. -EN LOS PROYECTOS DE RIEGO INSTALADOS, SE MIDE LA UNIFORMIDAD DE RIEGO CON TÉCNICAS DE CAMPO; EN DICHA ETAPA SE DEBE VERIFICAR QUE LA UNIFORMIDAD DE RIEGO DE DISEÑO SE CUMPLA EN LA REALIDAD. -CON FRECUENCIA OCURRE QUE UNIFORMIDADES DE RIEGO DE CAMPO SON MENORES A LAS ESTABLECIDAS EN EL DISEÑO. ESTO SE DEBE A QUE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN SE VAN DETERIORANDO A MEDIDA QUE PASA EL TIEMPO, SOBRETODO EN CASOS EN LOS QUE EL MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE RIEGO ES DEFICIENTE (FALTA DE LIMPIEZA DE LATERALES DE RIEGO, MALOS SISTEMAS DE FILTRADO, ETC.). ASÍ MISMO, EL PASO DEL TIEMPO ENVEJECE A LOS EMISORES AFECTANDO SU PERFORMANCE.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

-LA FÓRMULA MAS CONOCIDA PARA EL CÁLCULO DE LA UNIFORMIDAD DE RIEGO ES LA FÓRMULA DE CHRISTIANSEN, AMPLIAMENTE UTILIZADA PARA RIEGO POR ASPERSIÓN: CU = 100 * (1 – ∑ (qi - qa) / n * qa) CU qi qa n

: COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD : CAUDAL DE UN EMISOR : CAUDAL PROMEDIO : NÚMERO DE EMISORES

-PARA RIEGO POR GOTEO Y MICROASPSERSIÓN, SE RECOMIENDA INCREMENTAR LA EXIGENCIA APLICANDO LA FÓRMULA CITADA POR PIZARRO: CU = q25 / qa CU q25 qa K

: COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD : CAUDAL PROMEDIO DE LOS CAUDALES QUE REPRESENTAN EL 25% MAS BAJO : CAUDAL PROMEDIO : ES EL MAYOR DE LOS DOS SIGUIENTES RESULTADOS

-CON LA FÓRMULA ANTERIOR, EL 25% MENOS REGADO RECIBE LA CANTIDAD “CORRECTA” DE AGUA, MIENTRAS QUE EL 75% RECIBE MAS AGUA QUE LA CORRECTA; DICHA CANTIDAD DE AGUA DESPERDICIADA SE REDUCE A MEDIDA QUE EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD SE HACE MAYOR. -CUANTO MAYOR ES EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD, LA INSTALACIÓN ES MAS COSTOSA PORQUE PARA PERDER MENOS PRESIÓN, LOS DIÁMETROS DE LAS TUBERÍAS DEBEN SER MAYORES, ADEMAS, SE PODRÍAN REQUERIR REGULADORES DE PRESIÓN Y OTROS ELEMENTOS.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

PLANTACIÓN DE ESPÁRRAGO EN VIRÚ, CON UNIFORMIDAD DE RIEGO MAYOR AL 90%

EVALUACIÓN DE UNIFORMIDAD DE RIEGO EN CAMPO Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

VALORES REFERENCIALES DE COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (RIEGO POR GOTEO) EMISORES

PENDIENTE

CLIMA ÁRIDO

CLIMA HÚMEDO

UNIFORME (i<2%)

0.90 – 0.95

0.80 – 0.85

UNIFORME (i>2%) U ONDULADA

0.85 – 0.90

0.75 – 0.80

ESPACIADOS MENOS DE 2.5m EN CULTIVOS PERMANENTES O SEMIPERMANENTES

UNIFORME (i<2%)

0.85 – 0.90

0.75 – 0.80

UNIFORME (i>2%) U ONDULADA

0.80 – 0.90

0.70 – 0.80

MANGUERAS O CINTAS DE RIEGO EN CULTIVOS ANUALES

UNIFORME (i<2%)

0.80 – 0.90

0.70 – 0.80

UNIFORME (i>2%) U ONDULADA

0.70 – 0.85

0.65 – 0.75

ESPACIADOS MAS DE 4m EN CULTIVOS PERMANENTES

FUENTE. PIZARRO. 1990. RLAF

FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD

CU = CUc x CUh CUc : COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DEBIDO A FACTORES CONSTRUCTIVOS (%) CUh : COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DEBIDO A FACTORES HIDRÁULICOS (%)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD – FACTORES CONSTRUCTIVOS 1. COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN -DEBIDO A FACTORES NETAMENTE CONSTRUCTIVOS, LOS CAUDALES DE UN GRUPO DE GOTEROS SOMETIDOS A UNA MISMA PRESIÓN, SIEMPRE VARÍAN. -EL COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN REPRESENTA LA RELACIÓN ENTRE LA DESVIACIÓN ESTÁNDAR DE LOS CAUDALES DEL GRUPO DE GOTEROS (σ), Y EL VALOR MEDIO DE LOS CAUDALES DEL GRUPO DE GOTEROS (qa):

CV = σ / qa -PARA CERTIFICAR SUS GOTEROS, LOS FABRICANTES HACEN EVALUACIONES EN LABORATORIO Y REPORTAN LOS RESULTADOS INDICANDO LOS RESPECTIVOS “CV”. HOY EN DÍA, LA MAYORÍA DE GOTEROS DEBERÍA TENER UN “CV” MENOR A 0.05. -SE HAN ESTABLECIDO DOS CATEGORÍAS DE EMISORES SEGÚN SU COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN (CV). COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

CATEGORÍA

CV

A

<0.05

B

0.05 – 0.10

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

2. DISTRIBUCIÓN NORMAL DE CAUDALES -COMO YA SE INDICÓ, DEBIDO A FACTORES NETAMENTE CONSTRUCTIVOS, EXISTE UNA VARIACIÓN DE CAUDALES EN UNA MUESTRA DE GOTEROS SOMETIDOS A LA MISMA PRESIÓN.

-TOMANDO EN CUENTA AL NÚMERO DE EMISORES DE LOS QUE RECIBE AGUA UNA MISMA PLANTA (e), EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD CONSTRUCTIVO QUEDA COMO:

CUc = 1 – 1.27CV / e

-SE HA COMPROBADO QUE LOS CAUDALES OBTENIDOS DE LA MUESTRA MENCIONADA EN EL PUNTO ANTERIOR, SE ORDENAN SIGUIENDO LAS CARACTERÍSTICAS ESTADÍSTICAS DE UNA DISTRIBUCIÓN NORMAL; POR TANTO, NECESARIAMENTE SE CUMPLE QUE:

DISTRIBUCIÓN NORMAL DE CAUDALES

-LA FRECUENCIA MÁXIMA CORRESPONDE AL VALOR MEDIO DE ABSISAS. -EL 68.27% DE LOS CASOS SE UBICA ENTRE (qa – σ) Y (qa + σ). -COMO CV = σ / qa ,  σ = qa * CV. LUEGO: -EL 68.27% SE UBICA ENTRE (qa – qa * CV) Y (qa + qa * CV)  ENTRE qa (1 – CV) Y qa (1 + CV) -EN EL LUGAR DONDE SE UBICA LA MITAD DEL 25% DE LOS CAUDALES MAS BAJOS (ES DECIR, EL q25), EL VALOR EQUIVALE A qa (1 – 1.27CV). LUEGO, q25 = qa (1 – 1.27CV).

34.1%

34.1%

25%

q25

-COMO: CU = q25 / qa  CU = (1 – 1.27CV). Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

Fuente. Pizarro, 1990. RLAF [email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD – FACTORES HIDRÁULICOS -ADEMÁS DE LAS DIFERENCIAS DE CAUDALES DEBIDAS A FACTORES CONSTRUCTIVOS, LOS CAUDALES TAMBIÉN VARÍAN POR FACTORES NETAMENTE HIDRÁULICOS: DIFERENCIAS DE PRESIÓN AL INTERIOR DE LAS SUBUNDIDADES DE RIEGO, LAS MISMAS QUE A SU VEZ DEPENDEN DE LA TOPOGRAFÍA Y DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA. EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD HIDRÁULICO SE DEFINE COMO:

CUh = qns / qa -DONDE, CUh: COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD HIDRÁULICO qns : CAUDAL MÍNIMO DE LA SUBUNDIDAD DE RIEGO qa : CAUDAL MEDIO DE LA SUBUNDIDAD DE RIEGO

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD DE DISEÑO INTEGRANDO LOS FACTORES CONSTRUCTIVOS E HIDRAULICOS, EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD A CONSIDERAR EN EL DISEÑO ES EL SIGUIENTE:

CU = (qns / qa) * (1 – 1.27CV / e ) -DONDE, CU : COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD HIDRÁULICO qns : CAUDAL MÍNIMO DE LA SUBUNDIDAD DE RIEGO qa : CAUDAL MEDIO DE LA SUBUNDIDAD DE RIEGO CV : COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN e : NÚMERO DE EMISORES QUE SUMINISTRAN AGUA A UNA MISMA PLANTA -MIENTRAS MAS GOTEROS ABASTEZCAN A UNA PLANTA, EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD AUMENTA PORQUE SE REDUCEN LAS POSIBILIDADES DE QUE DICHOS GOTEROS PERTENEZCAN AL 25% MAS BAJO. -MIENTRAS MAYOR EL COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN, MAYOR EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD. -A MAYOR COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD, MAYOR COSTO (MAS GOTEROS POR PLANTA Y GOTEROS DE MAYOR CALIDAD).

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

UNIFORMIDAD DE RIEGO – CÁLCULO DENTRO DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO

-EL ANÁLISIS DE UNIFORMIDAD DEBE HACERSE AL INTERIOR DE TODAS LAS SUBUNIDADES DEL PROYECTO. -SE DEBEN TOMAR EN CUENTA LAS PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN, LOS DESNIVELES Y LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS EMISORES SELECCIONADOS. -EN TODOS LOS CASOS, DEBE PONERSE COMO OBJETIVO OBTENER UN COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD IGUAL O MAYOR AL ESTABLECIDO EN EL DISEÑO AGRONÓMICO.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

DISEÑO DE SUBUNIDADES DE RIEGO DISTRIBUCIÓN DE PRESIONES AL INTERIOR DE LA SUBUNIDAD -LA UNIFORMIDAD DE RIEGO DEPENDE UNICAMENTE DE LO QUE OCURRA AL INTERIOR DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO, ES DECIR, AGUAS ABAJO DEL ARCO DE RIEGO, EL MISMO QUE DEBE ASEGURAR LA REGULACIÓN DE LA PRESIÓN DE ENTRADA A LA SUBUNIDAD. -LA SUBUNIDAD DE RIEGO ESTÁ COMPUESTA POR TUBERÍAS PORTALATERALES (“TERCIARIAS”) Y LATERALES DE RIEGO (“PORTAGOTEROS” O “PORTA ASPERSORES” EN EL CASO DE RIEGO POR ASPERSIÓN). -LAS PÉRDIDAS DE CARGA DENTRO DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO DEBEN REPARTIRSE ENTRE LAS TUBERIAS PORTALATERALES Y LOS LATERALES DE RIEGO. -SE ESTABLECEN LAS SIGUIENTES DEFINICIONES: -Hm : PRESIÓN AL INICIO DE LA PORTALATERAL -Ha : PRESIÓN PROMEDIO DE LA PORTALATERAL -Hn : PRESIÓN AL FINAL DEL PORTALATERAL -hm : PRESIÓN AL INICIO DEL LATERAL -ha : PRESIÓN PROMEDIO DEL LATERAL -hn : PRESIÓN AL FINAL DEL LATERAL -Hf : PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN EL PORTALATERAL -hf : PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN EL LATERAL Fuente. Pizarro, 1990. RLAF

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

DETERMINACIÓN DE PRESIONES EN LATERALES DE RIEGO -INDEPENDIENTEMENTE DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS SUBUNIDADES DE RIEGO, SIEMPRE SE CUMPLE QUE:

hm = ha + 0.733 * hf – d/2 -hm -ha -hf -d

: PRESIÓN AL INICIO DEL LATERAL : PRESIÓN PROMEDIO DEL LATERAL : PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN EN EL LATERAL : DESNIVEL TOPOGRÁFICO EN DIRECCIÓN DEL LATERAL

-LAS PÉRDIDAS DE CARGA SE CALCULAN SOBRE LOS EMISORES Y LATERALES DE RIEGO PREVIAMENTE SELECCIONADOS (LOS QUE DEFINIEN EL DIÁMETRO INTERIOR, DISTANCIA ENTRE GOTEROS Y CAUDAL DE GOTEROS), TOMANDO EN CUENTA LA LONGITUD DEL LATERAL DE RIEGO ESTABLECIDA EN EL DISEÑO AGRONÓMICO. -LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN LATERALES DE RIEGO SE CALCULAN CON LA FÓRMULA DE BLASIUS.

-FÓRMULA DE BLASIUS  LATERALES Y PORTALATERALES (<=63mm) Hf = 7.75 x 105 x L x Q1.75 x D-4.75 Hf L Q D

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

: PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN (mca) : LONGITUD (m) : CAUDAL (l/s) : DIÁMETRO INTERIOR (mm)

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

DETERMINACIÓN DE PRESIONES EN PORTALATERALES -LAS PÉRDIDAS DE CARGA EN LOS PORTALATERALES SIGUEN CRITERIOS PARECIDOS A LOS EMPLEADOS EN EL CÁLCULO DE LATERALES DE RIEGO.

VERIFICACION DE UNIFORMIDAD DE RIEGO -DESPUÉS DE CALCULAR LAS PRESIONES Y CAUDALES, SE PUEDE CALCULAR LA UNIFORMIDAD DE RIEGO DE LA SUBUNIDAD TOMANDO EN CUENTA LOS SIGUIENTES PASOS: 1. SELECCIÓN DE EMISOR Y LATERAL DE RIEGO, CONOCIENDO LA PRESIÓN NOMINAL (ha), EL CAUDAL NOMINAL (qa), LA ECUACIÓN DEL EMISOR (x) Y EL COEFICIENTE DEL EMISOR (K), ASÍ COMO EL COEFICIENTE DE VARIACIÓN DE FABRICACIÓN (CV) Y EL NÚMERO DE GOTEROS QUE ABASTECEN A UNA PLANTA (e) 2. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y SECUNDARIAS EN EL LATERAL 3. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y SECUNDARIAS EN EL PORTALATERAL 4. DETERMINACIÓN DE PRESIONES INICIAL, “MEDIA” Y FINAL EN LATERALES DE RIEGO Y PORTALATERAL 5. CONFIRMACIÓN DE PRESIÓN MÍNIMA 6. CON LA ECUACIÓN DEL EMISOR, CÁLCULO DE CAUDAL MÍNIMO 7. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD, CON LA FÓRMULA: CU = (qns / qa) * (1 – 1.27CV / e ) -DE NO CONTAR CON LA ECUACIÓN DEL EMISOR, SE PUEDE PONER UN LÍMITE REFERENCIAL DE VARIACIÓN DE PRESIÓN DE HASTA 25%, EL CUAL PARA LA MAYORÍA DE GOTEROS CON x < 0.48, ASEGURA UNA UNIFORMIDAD DE RIEGO CERCANA A 90%.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CONSIDERACIONES PARA LA SELECCIÓN DEL TIPO DE ARCO DE RIEGO -EL ARCO DE RIEGO ES EL CONJUNTO DE ACCESORIOS Y EQUIPOS CUYA FUNCIÓN ES: 1. ABRIR O CERRAR EL PASO DEL AGUA DESDE LA TUBERÍA MATRIZ HACIA EL INTERIOR DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO 2. REGULAR LA PRESIÓN AL INTERIOR DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO -LOS PRINCIPALES TIPOS DE ARCOS DE RIEGO SON: 1. POR EL TIPO DE VÁLVULAS: -VÁLVULAS MANUALES -VÁLVULAS HIDRÁULICAS 2. POR EL NIVEL DE REGULACIÓN DE PRESIÓN: -SIN REGULACIÓN DE PRESIÓN -CON REGULACIÓN DE PRESIÓN -CON REGULADORES DE PRESIÓN EN LÍNEA (“DE ACCIÓN DIRECTA”) -CON PILOTOS REGULADORES DE PRESIÓN 3. POR EL TIPO DE OPERACIÓN: -OPERACIÓN MANUAL -OPERACIÓN AUTOMATIZADA -CON MANGUERAS DE COMANDO HIDRÁULICO -CON CABLE ELÉCTRICO -COMBINACIÓN DE LAS DOS ANTERIORES

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

PILOTO REGULADOR DE PRESIÓN DE 3 VÍAS PC (BERMAD) Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

VÁLVULA HIDRÁULICA CON PILOTO [email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

ARCO DE RIEGO CON VÁLVULA MANUAL (HIDRANTE)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

ARCO DE RIEGO CON VÁLVULA HIDRÁULICA

VALVULA DE AIRE 2” (DOBLE EFECTO)

VALVULA HIDRÁULICA 2” (CON PILOTO REGULADOR DE PRESIÓN) ACCESORIOS PVC 2”

MANGUERA DE COMANDO HIDRÁULICO 8 mm

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

ARCO DE RIEGO CON VÁLVULA HIDRÁULICA

N°

COMPONENTE

PÉRDIDA DE CARGA (mca)

1

PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULA

0.90

2

PÉRDIDA DE CARGA EN ACCESORIOS

1.00

PÉRDIDA DE CARGA TOTAL EN ARCO DE RIEGO

1.90

EJEMPLO VÁLVULA HIDRÁULICA: -CAUDAL: 6 l/s = 22 m3/h -Modelo 75-2  Hfs = 0.90 mca -Modelo 75-1 1/2”  Hfs = 1.4 mca

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DE TUBERÍAS MATRICES -SELECCIONAR EL MATERIAL DE LAS TUBERÍAS (MAYORMENTE ENTRE PVC Y PE), EN FUNCIÓN A: FACILIDAD DE EXCAVACIÓN EN TERRENO SIN ROCAS. -EN ZONAS CON DESNIVELES TOPOGRÁFICOS IMPORTANTES, COMPARAR COSTOS DE LAS SIGUIENTES TRES ALTERNATIVAS: -USO DE TUBERÍAS DE CLASES 7.5, 10, 15 -VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN -CÁMARAS ROMPE PRESIÓN -VELOCIDADES ÓPTIMAS: 1 – 2 m/s -VELOCIDADES ADMISIBLES: 0.5 – 2.5 m/s -REVISAR EL NÚMERO DE REYNOLDS; EN GENERAL: *DIÁMETROS MENORES A 75mm  FÓRMULA DE BLASIUS *DIÁMETROS IGUALES O MAYORES A 75mm  FÓRMULA DE HAZEN-WILLIAMS -CASOS TÍPICOS: *PRESIÓN DISPONIBLE CONOCIDA (DESNIVEL TOPOGRÁFICO…) *PRESIÓN DISPONIBLE DESCONOCIDA (BOMBEO…)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

PERDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN -FÓRMULA DE HAZEN WILLIAMS  MATRICES

Hf = 1.131 x 109 x L x (Q/C)1.852 x D-4.871 Hf L Q C D

: PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN (mca) : LONGITUD (m) : CAUDAL (m3/h) : COEFICIENTE DE RUGOSIDAD : DIÁMETRO INTERIOR (mm)

MATERIAL DE LA TUBERÍA

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “C”

PVC

150

POLIETILENO

140

FIBROCEMENTO

140

CEMENTO

128

ACERO NUEVO

120

ACERO USADO

110

MATERIAL DE LA TUBERÍA

COEFICIENTE DE RUGOSIDAD “K”

ALUMINIO

0.40

ACERO GALVANIZADO

0.42

-FÓRMULA DE BLASIUS  PORTALATERALES Y LATERALES

Hf = 7.75 x 105 x L x Q1.75 x D-4.75 Hf L Q D

: PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN (mca) : LONGITUD (m) : CAUDAL (l/s) : DIÁMETRO INTERIOR (mm)

-FÓRMULA DE SCOBEY  ALUMINIO MÓVILES DE ASPERSIÓN

Hf = 0.004 x L x Q1.90 x K x D-4.90 Hf L Q K D

: PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN (mca) : LONGITUD (m) : CAUDAL (l/s) : COEFICIENTE DE RUGOSIDAD : DIÁMETRO INTERIOR (mm)

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

ELEMENTOS ESPECIALES EN LA RED DE TUBERÍAS 1. VÁLVULAS DE AIRE *TIPOS DE VÁLVULAS DE AIRE 1. VÁLVULAS DE DESCARGA DE AIRE (“VÁLVULA DE AIRE”) -ELIMINA AIRE DURANTE EL LLENADO DE UNA RED DE TUBERÍAS 2. VÁLVULAS DE INGRESO DE AIRE (“VÁLVULA DE VACÍO”) -PERMITEN EL INGRESO DE AIRE AL INTERIOR DE LA RED DE TUBERÍAS DURANTE EL “VACEADO” DEL SISTEMA -EVITAN EL COLPASO DE LAS TUBERÍAS POR APLASTAMIENTO 3. VÁLVULAS AUTOMÁTICAS -ELIMINAN AIRE DE MANERA AUTOMÁTICA, MIENTRAS EL SISTEMA ESTÁ EN FUNCIONAMIENTO 4. VÁLVULAS COMBINADAS -RESULTAN DE LA COMBINACIÓN DE LAS FUNCIONES DE LAS TRES VÁLVULAS ANTERIORES *ALGUNOS PROBLEMAS GENERADOS POR LA PRESENCIA DE AIRE EN LOS SISTEMAS DE RIEGO: -LAS “BOLSAS DE AIRE” REDUCEN LOS DIÁMETROS GENERANDO MAYORES PÉRDIDAS DE CARGA, LLEGANDO INCLUSO HASTA Q=0. -LAS “BURBUJAS DE AIRE” REDUCEN LOS DIÁMETROS, INCREMENTANDO LA VELOCIDAD, REDUCIENDO LA PRESIÓN…”CAVITACIÓN” -AIRE CERCA DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN: SE DISTORSIONAN LAS LECTURAS. *¿EN QUÉ PUNTOS UBICAR VÁLVULAS DE AIRE? -EN TRAMOS RECTOS: VÁLVULAS AUTOMÁTICAS CADA 400 – 500 m -EN PUNTOS ALTOS: VÁLVULAS COMBINADAS Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

2. OTROS COMPONENTES EN LAS REDES DE TUBERÍAS MATRICES 1. VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESIÓN (“REDUCTORAS DE PRESIÓN”) -SON VÁLVULAS HIDRÁULICAS CON PILOTOS REGULADORES DE PRESIÓN, LOS MISMOS QUE MANTIENEN LA PRESIÓN SEGÚN -SE USAN CUANDO LOS DESNIVELES TOPOGRÁFICOS SON SIGNIFICATIVOS (A PARTIR DE 50 m) 2. CÁMARAS ROMPE PRESIÓN -SON ESTRUCTURAS QUE REDUCEN LA PRESIÓN DE UNA RED DE TUBERÍAS A CERO -SE USAN CUANDO LOS DESNIVELES TOPOGRÁFICOS SON SIGNIFICATIVOS (A PARTIR DE 50 m) -EL DISEÑO DEBE CONTEMPLAR ACCESORIOS PARA EVITAR EL REBOSE DE AGUA… -LAS MAS COMUNES SE CONSTRUYEN EN CONCRETO, TAMBIÉN SE PUEDEN USAR LADRILLOS, MAMPOSTERÍA DE PIEDRA, ESTRUCTURAS PREFABRICADAS, ETC. 3. VÁLVULAS DE PURGA -SE UBICAN EN LAS PARTES FINALES DE LAS TUBERÍAS MATRICES Y SIRVEN PARA LIMPIAR LA RED DE SEDIMENTOS Y OTRAS IMPUREZAS -SE RECOMIENDA PROTEGERALES EN CAJAS DE CONCRETO 4. VÁLVULAS DE ALIVIO -SON VÁLVULAS HIDRÁULICAS CON PILOTOS REGULADORES DE PRESIÓN -PROTEGEN A LA RED DE TUBERÍAS DE SOBREPRESIONES -SE CALIBRAN A UNA PRESIÓN CERCANA A LA CLASE DE LA TUBERÍA QUE SE QUIERA PROTEGER 5. OBRAS CIVILES COMPLEMENTARIAS -DADOS DE ANCLAJE -ACUEDUCTOS -CRUCES

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

SELECCIÓN DE CABEZAL DE RIEGO

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

FILTROS DE GRAVA

EJEMPLO FILTRO GRAVA: -CAUDAL: 40 l/s = 144 m3/h -O3 FILTROS  48 m3/h por filtro -Modelo 4363  Hfs = 1.50 mca -Modelo 4303  Hfs = 3.20 mca

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

FILTROS DE ANILLOS

EJEMPLO FILTRO DISCOS: -CAUDAL: 40 l/s = 144 m3/h -O3 FILTROS  48 m3/h por filtro -Modelo 4S  Hfs = 1.20 mca -Modelo 4N  Hfs = 2.00 mca

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

MEDIDOR DE AGUA

EJEMPLO MEDIDOR DE AGUA: -CAUDAL: 40 l/s = 144 m3/h -Modelo 125mm  Hfs = 0.50 mca -Modelo 150mm  Hfs = 0.20 mca

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

VÁLVULA DE COMPUERTA

EJEMPLO MEDIDOR DE AGUA: -CAUDAL: 40 l/s = 144 m3/h -Modelo 3”  Hfs = 0.50 mca -Modelo 4”  Hfs = 0.15 mca

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

PERDIDAS DE CARGA TOTALES EN EL CABEZAL DE RIEGO

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

N°

COMPONENTE

PÉRDIDA DE CARGA (mca)

OBSERVACIÓN

1

FILTRO DE GRAVA

2.00

AÑADIR % POR FILTRO SUCIO

2

FILTRO DE ANILLOS

2.00

AÑADIR % POR FILTRO SUCIO

3

MEDIDOR DE AGUA

0.20

4

VÁLVULA COMPUERTA

0.15

5

“MANIFOLD”

1.00

6

OTROS

2.00

TOTAL

7.15

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

DETERMINACIÓN DE ALTURA DINÁMICA TOTAL (ADT) N°

COMPONENTE

PÉRDIDA DE CARGA (mca)

1

PRESIÓN NOMINAL EN EMISOR

10.00

2

PÉRDIDA PERMISIBLE DENTRO DE SUBUNIDAD

2.00

3

PÉRDIDAS DE CARGA EN ARCO DE RIEGO

1.90

4

PÉRDIDAS DE CARGA POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS

12.00

5

PÉRDIDAS DE CARGA SECUNDARIAS EN TUBERÍAS

1.00

6

PÉRDIDAS DE CARGA EN EL CABEZAL DE RIEGO

7.15

7

DESNIVEL TOPOGRÁFICO

3.8

8

ALTURA DE SUCCIÓN*

6.00

9

ALTURA DINÁMICA TOTAL

43.85

-PROCEDIMIENTO: -SUMATORIA DE REQUERIMIENTO DE PRESIONES, PÉRDIDAS DE CARGA Y DESNIVELES TOPOGRÁFICOS -EMPEZAR DESDE NIVEL PARCELARIO HACIA AGUAS ARRIBA -SELECCIONAR EL TURNO DE RIEGO CRÍTICO -SELECCIONAR LA SUBUNIDAD DE RIEGO CRÍTICA

*EN CASO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS, ENTRE 3 Y 8 m *EN CASO DE BOMBAS DE SUMERGIBLES, DE TURBINA VERTICAL Y OTRAS PROFUNDAS, SUMAR LA ALTURA DE LA COLUMNA DE SUCCIÓN Y LAS PÉRDIDAS DE CARGA PRODUCIDAS EN LA COLUMNA DE SUCCIÓN

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBEO CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL CÁLCULO DE POTENCIA: -EL CÁLCULO DE POTENCIA DEBE HACERSE PARA TODOS LOS TURNOS DE RIEGO -SE DEBE PROCURAR QUE TODOS LOS TURNOS DE RIEGO TENGAN CAUDALES Y ALTURAS DINÁMICAS TOTALES PARECIDOS -CADA TURNO DE RIEGO TIENE UNA COMBINACIÓN ÚNICA DE CAUDAL Y PRESIÓN, EL MISMO QUE DEBE UBICARSE EN ALGÚN PUNTO DE LA CURVA DE LA BOMBA. -LOS SALTOS DE UN PUNTO A OTRO DENTRO DE UNA CURVA, IMPLICAN REDUCCIONES DE EFICIENCIA Y DEPENDIENDO DEL GRADO, PROBLEMAS DE OPERACIÓN Y/O MANTENIMIENTO DE LOS COMPONENTES DEL MOTOR Y BOMBA. -UNA VEZ DETERMINADOS LOS CAUDALES Y ALTURAS DINÁMICAS TOTALES DE TODOS LOS TURNOS DE RIEGO, DEBEN BUSCARSE DICHOS DATOS EN LAS CURVAS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS. -PROCURAR UBICARSE EN LOS PUNTOS DE MAYOR EFICIENCIA DENTRO DE LAS CURVAS DE FUNCIONAMIENTO. -LA POTENCIA SE CALCULA CON LA SIGUIENTE ECUACIÓN:

POT = (Q * ADT) / (270 * Ef) DONDE: POT Q ADT Ef

: POTENCIA DE BOMBEO (HP) : CAUDAL DE DISEÑO (m3/h) : ALTURA DINÁMICA TOTAL (mca) : EFICIENCIA*

*SEGÚN EL CASO, PUEDE REFERIRSE LA EFICIENCIA DE LA BOMBA, EL MOTOR O AMBOS.

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

*ELECTROBOMBA SUMERGIDA / MODELO SEMIAXIAL TIPO E12S55/4JF + MC8100 SEGÚN EL PUNTO IDENTIFICADO EN LA CURVA, TENEMOS: *CAUDAL=60 l/s=216 m3/h; *ADT=98 mca *n=78%; *POT=100 HP Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

SEGÚN LA FÓRMULA, CON EL PUNTO IDENTIFICADO EN LA CURVA, TENEMOS: *POT= (216*98)/(270*0.78) = 101 HP

[email protected]

DISEÑO HIDRÁULICO

GRACIAS!!!

Ing. MSc. Ernesto Helfgott Castellanos

[email protected]