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gotero01.JPG (32416 bytes)    El riego por goteo es un sistema que proporciona agua filtrada y fertilizantes directamente sobre el suelo al lado de la planta. Este sistema elimina la aspersión y el agua que fluye sobre la superficie del suelo; permite que el agua, liberada a baja presión en el punto de emisión, moje el perfil del suelo en una forma predeterminada.
    El agua de riego es transportada a través de una extensa red de cañerías o tuberías plásticas hasta cada planta; el aparato que emite el agua en el suelo se denomina emisor o gotero. Los emisores disipan la presión que existe en la red de cañerías por medio de un orificio de pequeño diámetro, o por medio de un largo camino de recorrido; de esta forma disminuye la presión del agua y permite descargar desde el sistema hacia el suelo solamente unos pocos litros por hora por cada gotero. Después de dejar el emisor, el agua es distribuida gracias a su movimiento normal a través de todo el perfil del suelo, tal como se discutió en el Capítulo referente al flujo de agua en el suelo (Diríjase al capitulo sobre conceptos generales). De esta manera el volumen del suelo que puede ser mojado por cada punto emisor está limitado por las restricciones del movimiento horizontal y vertical del agua en el perfil del suelo.

 

COMPONENTES DEL RIEGO POR GOTEO

    La red de laterales o líneas de emisores habitualmente está colocada en el suelo; existen también sistemas de riego por goteo subsuperficiales o enterrados, aunque consideraciones técnicas y económicas favorecen la instalación superficial de las cañerías. Los sistemas superficiales son usualmente fijos, por lo cual se les llama también sólidos; en la siguiente figura se presenta el esquema de un sistema fijo de riego por goteo.
  
Un sistema sólido implica que la línea lateral, con todos sus emisores, no se mueve entre riegos, sino que se mantiene en forma permanente a lo largo de toda la temporada de cultivo sobre el suelo en una posición fija. Sin embargo, es posible agregar o sacar líneas laterales, según el deseo de mojar mayor o menor superficie del suelo.
    Existen muchos métodos para controlar la operación de un sistema de riego por goteo; varían desde una operación completamente manual a una operación completamente automática. Los métodos básicos para proporcionar un sistema de control son el control del tiempo, el control del volumen y el control de retroinformación. Un sistema de control de tiempo permite que el agua circule por el sistema o no circule, en lapsos de tiempo predeterminados; un sistema de control por volumen permite que el agua circule o deje de circular de acuerdo con el volumen de agua que ha sido entregado por el sistema; un sistema de feedback o de retroinformación permite que el agua circule por el sistema de acuerdo con aparatos sensitivos de humedad del suelo colocados en la zona regada, como tensiómetros, bloques de resistencia eléctrica u otros indicadores.

 

Un sistema típico de riego por goteo incluye los siguientes componentes, además del emisor:

1. La línea lateral: generalmente de 12 a 32 mm de diámetro y construida en PVC flexible o en una cañería de polietileno. No se usan líneas laterales de PVC rígido, salvo cuando son enterradas. Los emisores se ubican en espaciamientos predeterminados sobre la línea lateral y están conectados a los laterales por distintas formas. Existen otros tipos de líneas laterales que combinan la función de línea y emisor al mismo tiempo; entre ellos se incluye las cañerías de doble pared, las cañerías porosas y las cañerías con pequeñas perforaciones.

2. Líneas distribuidoras: permiten conectar líneas laterales a ambos lados; pueden ser flexibles si están ubicadas sobre la superficie o rígidas si están enterradas bajo la superficie.

3. Línea principal: conecta las líneas distribuidoras a la fuente de agua. Puede estar construida de cualquiera de los siguientes materiales: cañería de polietileno, cañería rígida de PVC, cañería de acero inoxidable o cañería de asbestocemento; cualquiera que sea el material usado, debe ser corrosivo para prevenir problemas de contaminación desde dentro del sistema de cañerías.

4. Cabezal de control: se ubica generalmente al lado de la fuente de agua. Está constituida por los instrumentos de medición del agua: válvulas, inyectores, controles automáticos, controles de presión y filtros necesarios para facilitar la operación del riego por goteo.

    Generalmente se colocan a la entrada de las líneas laterales controles adicionales de presión y filtros secundarios; se trata de una precaución de seguridad, diseñada para remover materiales extraños del agua y para proveer controles adicionales de presión dentro del sistema; un cabezal de control típico como el que se presenta en la Fig. 1 contiene reguladores de presión y reguladores de flujo, un separador de vértice para la arena, un equipo automático de filtrado y un sistema de inyección de fertilizantes.
    Los filtros remueven los sólidos suspendidos en el agua, pero no son capaces de realizar una filtración química; la filtración de sólidos se logra a través de columnas de arena, a través de mallas y a través de separadores más finos. Cuando se presenta grandes volúmenes de sólidos de baja densidad, lo ideal es usar columnas de arenisca; las pequeñas partículas, como por ejemplo arena muy fina, requieren separadores de vértice o mallas con perforaciones muy pequeñas. Los filtros necesitan limpieza cada cierto tiempo, a menos que se utilice mecanismos automáticos de limpieza o lavado. Las válvulas de presión y los manómetros de presión se usan para medir diferencias de presión a lo largo del filtro; el conocimiento de estas diferencias de presión es importante para estimar el grado de sellamiento o pérdida de capacidad del filtro y la necesidad de limpieza. Las soluciones de fertilizantes pueden ser inyectadas en el sistema por pequeñas bombas; son vertidas dentro de la bomba misma o colocadas en un tanque de presión y drenadas dentro del sistema por una diferencial de presión a lo largo de un orificio o venturímetro.

    El siguiente esquema detalla los componentes mas comunes de un cabezal de control de un sistema de riego por goteo:

cabegot.JPG (19167 bytes) 1. Válvula de conexión a la red de agua
2. Válvula volumétrica con medidor
3. Válvula de una sola salida
4. Agua al tanque fertilizante
5. Válvula de vacío
6. Manómetro diferencial
7. Válvula principal de control de presión
8. Entrada de fertilizante al sistema
9. Filtro principal
10. Línea de agua
11 . Línea de agua
12. Salida de fertilizante
13. Depósito de fertilizante
14. Válvula de lavado

Componentes de un cabezal de control de un sistema de riego por goteo

  En el siguiente esquema se puede observar la distribución de los componentes de un sistema de riego por goteo, con líneas de distribución y líneas laterales distribuidas en dos direcciones:

disgot.JPG (23261 bytes)
distribución de los componentes de un sistema de riego por goteo


MODELOS DE MOJAMIENTO DEL SUELO EN EL RIEGO POR GOTEO

    Un sistema típico de riego por goteo moja solamente una porción de la superficie del suelo en un cultivo plantado en un espaciamiento grande, como por ejemplo viñas o huertos frutales. Este mojamiento parcial tiene muchos beneficios y algunos problemas. Las diferencias en potencial del agua del suelo permiten el movimiento del agua desde el emisor a lo largo del perfil del suelo, tal como indican las líneas presentadas en la siguiente Figura, que representan zonas de igual contenido de humedad; las líneas que traen la dirección del movimiento del agua del suelo.

mojperf.JPG (23313 bytes)
Flujo de agua en el suelo a partir de un gotero

    En general las raíces de las plantas tienden a concentrarse donde las condiciones de absorción de agua son las mejores, o sea donde encuentra un adecuado potencial del agua del suelo, con buena aeración y baja salinidad.

LOS BENEFICIOS DEL RIEGO POR GOTEO

   El riego por goteo ofrece beneficios potenciales en el uso eficiente del agua, en la respuesta de las plantas, en el manejo del cultivo y en los rendimientos agronómicos de los cultivos. Estos beneficios no son exclusivos del sistema de riego por goteo, ya que otros sistemas de riego pueden producir beneficios similares; sin embargo, la combinación de ventajas analizadas a continuación es única para el riego por goteo.

1. Uso eficiente del agua de riego

   En el riego por goteo las pérdidas directas por evaporación se llevan a un mínimo, no existe movimiento de gotas de agua a través del aire, no hay un mojamiento del follaje de las plantas y no hay evaporación desde la superficie del suelo fuera de aquella mojada al lado del gotero o emisor; además el riego por goteo limita el crecimiento de las malezas y, por lo tanto, el uso consumo no beneficioso del agua por parte de estas malezas. Un sistema de riego por goteo bien diseñado y bien manejado no produce pérdidas por escurrimiento superficial. Por otra parte se puede regar toda un área hasta los bordes sin que queden zonas mojadas fuera del área plantada o zonas sin mojarse. También puede lograrse un ahorro de agua, ya que es posible aplicar cargas de agua muy precisas durante cada riego.


2. Respuesta de las plantas

   La respuesta de las plantas sometidas al riego por goteo parece ser superior que en otros sistemas de riego. Algunas veces se obtiene mayores rendimientos de los cultivos y una mejor calidad y uniformidad del rendimiento. Esto ha sido demostrado en muchas instalaciones comerciales agrícolas y en muchos experimentos; esa repuesta es especialmente válida en hortalizas y en huertos frutales.

   a. El ambiente de las raíces. Un sistema de riego por goteo bien manejado permite una aireación del suelo efectiva, una provisión de suficientes nutrimentos y fertilizantes inyectados en el agua y una constante baja tensión del agua del suelo.

   b. Enfermedades y plagas. Al minimizar el humedecimiento de la superficie del suelo y el follaje de la planta, el riego por goteo reduce la posibilidad de ataque de plagas y el desarrollo de enfermedades y problemas fungosos. Además se mejora notablemente la eficiencia de las pulverizaciones para el control de enfermedades.

   c. Salinidad. Cuando deben usarse aguas salinas para el riego, es muy conveniente utilizar sistemas de riego por goteo de alta frecuencia, para mantener continuamente un alto contenido de agua en el suelo; de esta manera la concentración de sales en el agua del suelo puede ser mantenida más baja que aquella que pueda producir daño a las plantas; en cultivos sensibles, puede producirse quemaduras de las hojas al concentrarse las sales sobre la parte área del cultivo cuando se utiliza un sistema de riego por aspersión; esto no ocurre con el sistema de riego por goteo.

   d. Malezas. En zonas áridas los huertos frutales regados por goteo se han mantenido prácticamente libres de malezas, ya que éstas no crecen en la superficie del suelo que se mantiene seca entre las hileras; en las áreas húmedas y sombreadas, alrededor de los árboles y cerca de los emisores, las malezas crezcan en forma retardada.


3. Beneficios agronómicos

   Es posible obtener varios beneficios al mojar solamente una parte del suelo y mantener otra parte de la superficie seca por medio del riego por goteo. En primer lugar, las actividades de riego no interfieren seriamente con otro tipo de trabajo agronómico como la preparación del suelo, la pulverización, la cosecha y el embalaje. Además, el riego por goteo reduce la necesidad de cultivar, o sea de escardar el suelo, ya que hay mucho menos malezas, hay menos encostramiento del suelo y pocos problemas de compactación en comparación con otros sistemas de riego. Las posibilidades de que se produzca escurrimiento superficial son reducidas a un mínimo. Esto es importante, ya que permite un control efectivo de la aireación del suelo.
    La fertilización es otro beneficio agronómico que no es necesariamente exclusivo del riego por goteo; puede formar parte del sistema de riego por la posibilidad de distribuir el fertilizante y llevarlo hasta la zona de raíces en forma controlada. La inyección de fertilizantes es eficiente en términos de mano de obra y cantidad de fertilizantes usados.


4. Beneficios de manejo y beneficios económicos

   Para regar cultivos ampliamente espaciados y plantados en hileras, como por ejemplo árboles frutales, el costo de un sistema de riego por goteo diseñado correctamente es bajo en relación con cualquier otro sistema de riego permanente. En huertos frutales el costo de un sistema de riego por goteo puede ser menor que el costo de riego por aspersión que tenga un sistema de automatización similar. Además, cuando no se producen problemas de taponamiento de los goteros y el mantenimiento de las líneas de emisores es mínimo, los costos de operación y de mantenimiento del sistema de riego por goteo son generalmente muy pequeños. Sin embargo, en la plantación de cultivos en hileras o en viñas, donde la distancia promedio entre las líneas de emisores debe ser menos de tres metros, el costo del riego por goteo es relativamente alto.
    La operación del sistema de riego no es afectada por el viento, lo cual es una ventaja muy importante sobre el sistema de riego por aspersión. El sistema de riego por goteo puede ser adaptado para terrenos con pendientes quebradas o pendientes no uniformes más que cualquier otro sistema de riego. Finalmente, el riego por goteo requiere, además, presiones relativamente bajas y descargas constantes y su eficiencia de aplicación es generalmente alta; esto reduce el tamaño de las cañerías y el uso de energía.


PROBLEMAS POTENCIALES DEL RIEGO POR GOTEO

   El riego por goteo está sujeto a tres problemas potenciales importantes: la taponadura de los emisores, problemas de salinidad alrededor de las plantas y una mala distribución de la humedad en el suelo.

1. Sensibilidad al taponamiento de los goteros

   El taponamiento del paso del agua en los emisores es el problema más serio que debe considerarse en el riego por goteo. Las causas más comunes de taponamiento son las partículas de arena y los crecimientos orgánicos; la filtración del agua de riego es la mejor defensa contra estos problemas, pues es bastante difícil y caro detectar un emisor tapado. El taponamiento paulatino puede deberse a una depositación de precipitados de productos químicos o de arcilla y a un incremento en la cantidad de limo en los emisores; se generan así problemas de mala distribución a lo largo de los laterales, lo que puede dañar muy severamente a un cultivo, si los emisores están tapados por un tiempo largo antes que sean descubiertos y reparados. En algunos casos se han observado huevos y larvas de insectos taponando los goteros.

gotcolg.jpg (15322 bytes) Una solución a este problema es colocar los goteros de tal forma de que estos no se encuentren en contacto con este, esto se puede hacer conduciendo los laterales mediante una guía de alambre ubicada a 15 0 20 centímetros sobre el suelo. Esto se demuestra en la fotografía de al lado donde se observa una viña recién plantada y sobre las plantas es posible observar la línea de goteros. Evidentemente esta disposición del lateral elimina toda posibilidad de taponamiento de los goteros, ya sea por tierra o arena o por larvas o huevos de insectos.


2. Desarrollo de condiciones de salinidad del suelo

   Todas las aguas de riego contienen algunas sales disueltas; como la planta absorbe solamente el agua, una gran parte de la sal es dejada en el suelo. Lo mismo ocurre en el proceso de la evaporación. Estas sales son generalmente empujadas hacia los bordes de la masa de suelo humedecida durante la estación de crecimiento. Por medio de una aplicación mayor de agua que la cantidad consumida por las plantas, la mayor parte de las sales puede ser empujada o lavada fuera de las zonas de raíces; sin embargo, es imposible evitar que se produzca algunas áreas donde se acumule la sal, siendo las zonas más críticos de acumulación las que se producen alrededor de los bordes de la línea de la superficie mojada por el gotero. Una lluvia ligera puede mover estas sales acumuladas, dentro de la zona de intensa actividad de las raíces, y dañar en forma severa a las plantas; para reducir este peligro al mínimo, el sistema de riego por goteo debe ser operado durante el período lluvioso, con el fin de lavar las sales hacia abajo en el perfil. En aquellas áreas en que la precipitación sea menor de 250 mm al año, será necesario hacer aplicaciones suplementarias de agua a través de sistemas de aspersión, o superficie, para eliminar los niveles críticos de acumulación de sales; esto es especialmente importante cuando se usa agua de riego salina. Es posible reducir los problemas de salinidad en el suelo realizando un riego superficial por tendido con gran cantidad de agua al final de cada temporada de crecimiento (Otoño) desplazando de esta forma las sales a zonas del perfil fuera del alcance de las raíces.


3. Distribución de humedad

  
El sistema de riego por goteo normalmente humedece solo una parte del volumen de suelo necesario para el crecimiento de las raíces; por lo tanto, el desarrollo del sistema radicular de un cultivo está limitado al área de humedad alrededor de cada emisor. No está claramente definido como esto afecta a la planta y a los rendimientos; a pesar de que los cultivos pueden crecer en un perfil de suelo parcialmente mojado, parece que existe un mínimo volumen de suelo necesario para un crecimiento óptimo; el tamaño de este volumen mojado es una función de la descarga de los emisores, de la distancia de los emisores y del tipo de suelo.
    En la siguiente figura se observan 2 formas comunes de distribución del agua de riego en un sistema de riego por goteo:

gotvsban.JPG (11419 bytes)
Formas de distribución del agua en un sistema de riego por goteo

   En la figura A se   observa un sistema de riego dejando una banda de humedad sobre la hilera. Este sistema es común en huertos de alta demanda evapotranspirativa que requiere de grandes aplicaciones de humedad o en suelos de textura pesada. Este sistema permite evitar los posibles aposamientos causados por una gran concentración de goteros alrededor del árbol o por una baja velocidad de infiltración mediante la distribución de la dotación de agua (distribuyendo los goteros) sobre una mayor superficie del terreno. Una desventaja de este sistema es una mayor disponibilidad de terreno con agua disponible para el crecimiento de malezas. En la figura B se observa un sistema empleando focos de riego individuales. Este sistema es apropiado para aquellas plantaciones de baja evapotranspiración o para aquellos suelos de textura liviana que presentan una alta velocidad de infiltración. Este sistema se logra al concentrar alrededor del árbol el o los goteros que sean necesarios para suplir el agua evapotranspirada. Esta distribución de emisores tiene la ventaja de no permitir el desarrollo de malezas sobre la hilera al no haber agua disponible para ellas, como desventaja se puede nombrar la imposibilidad de su uso en cultivos de alta demanda evapotranspirativa establecidos sobre suelos de baja velocidad de infiltración.
 


EJEMPLO DE DISEÑO DE RIEGO POR GOTEO


Se desea regar por goteo un predio con las siguientes características generales relativas al diseño:

plgot.JPG (8037 bytes) Superficie: 804.6 m x 804.6 m = 64.75 h
Pendiente: 0.25 % hacia el oeste (bajando)
Fuente de Agua: Pozo ubicado al centro del lado este, gasto de 95 l/seg.
Tipo de Suelo: Franco arcilloso
Velocidad de Infiltración Básica: 6 litros/h
Cultivo: Huerto frutal de 7 años plantado en hileras N-S y a 6.1 x 6.1 m
Uso Consumo Máximo: 7.6 mm/día (neto de 812 mm por año)
Precipitación: 203 mm/año
Área de Cubrimiento de los árboles maduros: 72 % (cuando el sol está directamente sobre ellos)

Se ha decidido que se requiere entre 4 - 6 puntos de emisión por árbol y que el porcentaje máximo de agotamiento que se permitirá será del 30 % de la humedad aprovechable

Equipo disponible: Cañerías de 0.58 pulgadas de polietileno y líneas secundarias de PVC que soportan hasta 100 psi

Goteros: tienen un coeficiente de variación de 0.033 y provocan una pérdida de carga (- H) en el lateral de 1.6 m.


Desarrollo del procedimiento de diseño:


Para desarrollar este sistema se procederá en el siguiente orden:

1. Selección y posición de los emisores
2. Ubicación del sistema
3. Diseño de laterales y otros de la bomba.
4. Selección de la línea principal y requerimientos de la bomba
5. Costo.


1. Selección y Posición de los Emisores:

    Previo a la selección de los emisores, es necesario indicar que en el mercado es posible encontrar dos tipos de goteros distintos, existen los goteros de tipo compensante y los goteros de tipo no compensante. Los goteros de tipo compensante se caracterizan por mantener un caudal mas o menos constante a distintos rangos de presión de trabajo. En la curva referente a goteros compensantes es posible observar que el emisor mantiene un rango mas o menos constante y cercano a su gasto de diseño (4 lt/hr.) en rangos de presión entre 100 y 400 KPa, lo que los hace útiles en aquellos sistemas de cañerías laterales mas bien largas que requieren de presiones de trabajo grandes para llegar con un gasto aceptable al ultimo gotero del lateral.
    El gotero no compensante se diferencia del primero en que su gasto es altamente dependiente de la presión de trabajo. así, es posible observar de la curva que para lograr un gasto promedio en cada gotero de 4 litros/hora es necesario trabajar con una presión constante de aproximadamente 100 KPa que en condiciones de terreno es imposible de mantener pues a medida que el agua avanza por el lateral la presión de trabajo va disminuyendo, ya sea por la salida de agua desde el sistema a través de los goteros al inicio del lateral, como también por el roce con las cañerías. Estos goteros no compensantes solo serán recomendables en aquellas situaciones donde el largo de los laterales sea reducido o donde las condiciones del suelo permitan aposamientos de agua.

cgotcmp.JPG (10823 bytes)
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cgotncmp.JPG (12483 bytes)
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Curvas de trabajo de Goteros compensantes y no compensantes (Fuente:Cebas)

    De lo explicado anteriormente se recomienda el empleo de goteros compensantes en cualquier situación, pues si bien su costo puede ser superior facilita considerablemente el diseño y manejo del sistema de riego, llegando incluso a reducir la capacidad de la bomba que será necesario emplear para alcanzar la presión de trabajo.

Los emisores y número de puntos de emisión por árbol son seleccionados con base en los requerimientos de riego.

a. Se aplica el procedimiento:

 

T = ET * (Ps/85)

Ecuación 1

T = Uso consumo promedio diario (mm/día)

Ps = Área ocupada por el cultivo, como un porcentaje del área total

ET = Uso consuntivo en (mm/día)

T = 7.6 * 72/85 = 6.5 (mm/día) (72 = porcentaje de cobertura; 85 = Eficiencia del sistema)


Los requerimientos anuales netos (IDn) se calculan en forma similar:

IDn = 812 * 72/85 = 688 (mm)


b. Porcentaje de suelo humedecido:

 

P = (100 * n * Sep * Sw)/(St * Sr)

Ecuación 2

P = Porcentaje de suelo humedecido en (%)

n = Número de Puntos de emisión por árbol = 6

Sep = Espaciamiento entre puntos de emisión (m)

Sw = Ancho de humedecimiento (m) 

St = Distancia entre árboles (m)

Sr = Distancia entre hileras (m).

Para el caso en estudio se hace uso de la siguiente tabla que indica el espacio entre los goteros sobre la línea lateral (Sep) y el porcentaje de suelo humedecido.

Espaciamiento entre laterales (Sl) en m. Descarga del Gotero
< 1.5 l/hora 2.0 l/hora 4.0 l/hora 8.0 l/hora > 10.0 l/hora
Espaciamiento de goteros sobre la línea lateral (Sep) en m.
Ar Fr Fi Ar  Fr Fi Ar Fr Fi Ar Fr Fi Ar Fr Fi
0.2 0.5 0.9 0.3 0.7 1.0 0.6 1.0 1.3 1.0 1.3 1.7 1.3 1.6 2.0
Porcentaje de suelo humedecido
0.8 38 88 100 50 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
1.0 33 70 100 40 80 100 80 100 100 100 100 100 100 100 100
1.2 25 58 92 33 67 100 67 100 100 100 100 100 100 100 100
1.5 20 47 73 23 56 80 53 80 100 80 100 100 100 100 100
2.0 15 35 55 20 40 60 40 60 80 60 80 100 100 100 100
2.5 12 28 44 16 32 48 32 48 64 48 64 80 64 80 100
3.0 10 23 37 13 26 400 26 40 53 40 53 67 53 67 80
3.5 9 20 31 11 23 34 23 34 46 34 46 57 46 57 68
4.0 8 18 28 10 20 30 20 30 40 30 40 50 40 50 60
4.5 7 16 24 9 18 26 18 26 36 26 36 44 36 44 53
5.0 6 14 22 8 16 24 16 24 32 24 32 40 32 40 48
6.0 5 12 18 7 14 20 14 20 27 20 27 34 27 34 40

De la tabla anterior se obtiene que:

Sep=(1.3 + 1.7)/2=1.5

   
Sw = (1.5 + 2)/2=1.75

 

St = 6.1 m

Sr = 6.1 m

Reemplazando en la ecuación 2:

P = (100 * 6 * 1.5 * 1.75)/(6.1 * 6.1) = 42 %

    Por lo tanto se obtuvo un 42 % de humedecimiento con dos filas y seis puntos de emisión. Las filas deberían estar espaciadas 0.88 m a cada lado de la hilera de árboles; los árboles están a 6.1 m separados entre ellos sobre la fila y dos Puntos de emisión a 1.5 m, de acuerdo con la Figura siguiente:

disgot02.JPG (10350 bytes)

 

c. Lámina de Riego:

    Con el criterio de 30 % de la humedad aprovechable y según la profundidad Radicular del tipo de cultivo, para este caso: Z = 1.5 m. Además, a partir de la textura se encuentra el Rango de humedad aprovechable entre Capacidad de Campo y Punto de Marchitez Permanente, transformándose este valor a mm/m.

Para las condiciones del ejemplo:

Idx = Y * (CC - PMP) * Z * P/100

Ecuación 4

Y = es la porción de la humedad aprovechable que se ha agotado y que se desea regar.

(CC - PMP) = Es el Rango de Humedad aprovechable entre Capacidad de Campo y Punto de Marchitez Permanente expresada en mm/m.

Z = Es la profundidad Radicular considerada (m).

P = Es el área humedecida como un porcentaje del área total. (Ecuación 2).

 

Idx = 0.30 * 108 * 1.5 * (42/100) = 20.4 (mm)

La frecuencia de riego (Ii)

Ii = Idx/T = h/UC

Ecuación 5

Ii = 20.4/6.5 mm/día > 3 días


I (dn), la lámina neta de agua, se calcula a partir de la Frecuencia de Riego y el máximo uso-consumo

I(dn) = Frecuencia * UC máximo

Ecuación 6

I(dn) = 3 días * 6.5 mm/día = 19.5 mm

    Se recomienda láminas más pequeñas e intervalos más pequeños para aumentar la productividad, ya que las aplicaciones pueden ser controladas con mayor precisión y las pérdidas por evaporación serán mínimas. En tales casos, con una frecuencia de uno o dos días pueden asumirse igual lámina neta e igual transpiración diaria. Frecuentemente, las aplicaciones altas no afectan la capacidad del diseño hidráulico.


d. Para determinar la carga a aplicar en cada riego debe hacerse una estimación de la eficiencia de aplicación, la cual es función de las pérdidas bajo la zona radicular y la uniformidad de aplicación.

La carga de agua en cada riego es igual a la lámina neta dividida por la eficiencia de aplicación.

 

Id = (100 * Idn)/TR * EU

Ecuación 7

Id = carga de agua en cada riego (mm)

Idn = es la lámina neta de riego (mm)

TR = es la razón entre transpiración y aplicación

EU = es la uniformidad de aplicación.

   La uniformidad de aplicación (EU) da una estimación del porcentaje de la profundidad media de aplicación. Bajo un buen manejo puede esperarse perder aproximadamente 10 % del agua, ya sea por evaporación o percolación; por lo tanto TR = 0.90. Para este caso se ha asumido un valor de EU = 92 %, el cual es posible de corregir mediante:

 

EU' = 100 * qn'/qa'

Ecuación 8

EU' = Corresponde a la uniformidad de emisión (control) expresado en porcentaje

qn' = Es el promedio de descarga (litros/h) del cuarto más bajo de los emisores

qa' = Es el promedio de descarga (litros/h) de todos los emisores.


Aplicando la Ecuación 7 (Id) se obtiene:

Id = (100 * 19.5)/(0.90 * 92) = 23.6 mm

e. Duración del Riego:

    Cuando se utilizan 6 emisores por árbol, se obtiene un promedio de descarga total qa = 34.1 litros/h, con igual espaciamiento entre laterales (S1) y entre emisores (Se) de 6.1 m.

It = (K * Id * Se * S1)/qa

Ecuación 9


It = (1.0 * 23.5 * 6.1 * 6.1)/34.1 = 25.75 h

K = es una constante igual a 1.0 en unidades métricas y 0.623 para unidades inglesas.

Id = carga de agua en cada riego para cada aplicación (mm)

Se = es la distancia entre emisores sobre la línea

S1 = es el espaciamiento promedio entre líneas (m)

It = es el tiempo total de operación para cada unidad operacional durante cada ciclo de riego (h).

   El valor de It encontrado debería mejorarse para una óptima eficiencia operacional. Así, si se toma It = 24 h y se reemplaza en la Ecuación 14.9, el grado de ajuste a la descarga del emisor es:

qa = (1.0 * 23.6 * 6.1 * 6.1)/24 = 36.6 litro/h

    En el diseño se supuso que el volumen relativo de suelo humedecido provenía suficiente seguridad para la frecuencia dada. Sin embargo, It puede ser reducido si un sistema de captación adicional es puesto en marcha. En muchos sistemas, existe una lenta disminución de qa en el tiempo de uso de estos. En este caso, no se obstruirán debido a que la calidad del agua es excelente. Además, el tipo de emisores utilizado (salida múltiple), tiene un flujo semi-turbulento, que impediría en cierta medida el depósito de sales o de otros materiales.


f. Selección del emisor:

    El emisor seleccionado descarga 31.4 litros/h a 10.0 m y 41.2 litros/h a 15.24 m de presión (altura) de acuerdo con las tablas proporcionadas por el fabricante. Con base en la Ecuación10, el exponente de descarga del emisor es:

X = log (q1/q2)/log (H1/H2)

Ecuación 10

 

X = log (31.4/41.2)/log (10.0/15.3)  = 0.64

    Cuando la temperatura del agua es sólo 10º C, la curva de descarga nominal para el emisor debería ser aproximadamente 5 % más baja. Cuando la temperatura es 35º C, la curva de descarga nominal del emisor debería ser aproximadamente 7 % más alta. Estas pequeñas variaciones en la descarga no deberían ser un problema, ya que la mayor descarga ocurrirá en el período de mayor demanda.

   Una solución alternativa para seleccionar la descarga del emisor es determinar T y estimar EU del siguiente modo: si se supone que la frecuencia de riego (Ii) = 1 día, se seleccionan valores aceptables para Se (distancia de emisores sobre la hilera) y S1 (distancia entre hileras), y se ensaya diferentes valores It (tiempo de riego) tales como 24; 12; 8 ó 6 horas utilizando la Ecuación 11.

qa = K *(T * Se * S1)/[0.9 * EU/100]

Ecuación 11

T = Valor máximo de transpiración (mm/día)

Se = Distancia de emisores sobre la línea (m)

S1 = Distancia de las líneas (de tuberías)

EU = Uniformidad de emisión (%)

Ii = Frecuencia de riego (días)

It = Tiempo de riego (horas)

qa = Descarga del emisor (litros/h)

qa = [(1.0 * 6.5 * 6.1 * 6.1)/(9 * 92/100)] *(1/8) = 36.6 (litros/h)

La capacidad del sistema es la misma de las descargas de muchos emisores que operan simultáneamente.


2. Ubicación del Sistema

    El tamaño y número óptimo de subunidades se seleccionan con base en razones de tipo económico y de operación eficiente, mientras se reúnen los requisitos necesarios del riego:

   a. Es importante mantener al mínimo los costos y los caudales; para esto es conveniente diseñar el sistema para los períodos de mayor demanda y para los períodos de mayor tiempo de operación, que normalmente coinciden con los de mayor demanda. Para el diseño en estudio, que está basado en It = 24 h; Ii = 3 días, el número de estaciones de operación (o unidades) es:

N = (Ii * 24)/It

Ecuación 12

N = 3 * 24/24 = 3 unidades

    b. Considerando el punto anterior, cada una de las 3 estaciones o unidades es dividida en 8 subunidades. El área de cada una de las 24 subunidades es:

As = 64.75 * 10.000/24 = 26980 m²

Para el cálculo del largo óptimo del lateral se usa la Ecuación 13, en donde la constante K = 0.685 para unidades métricas.

L1 = K * As exp 0.45

Ecuación 13

As = Área de la subunidad

L1 = 0.685 (26.980) exp 0.45  = 67.6 m


El largo óptimo para las líneas principales es aproximadamente:

Lm = K * A exp 0.55

Ecuación 14

    K es un coeficiente que se ajusta para discrepancias dimensionales y es igual a 1.0 para unidades métricas y 0.888 para unidades inglesas.

   Cuando los laterales van en ambas direcciones de la línea principal, puede utilizarse un valor de K = 0.685 (en unidades métricas); al mismo tiempo para estas mismas condiciones puede utilizarse K = 0.730 (en unidades métricas) para la línea principal.

Lm = 0.730 (26.980) exp 0.55  = 199.7 m.

   Estas dimensiones coinciden con el diseño del problema en estudio e indican que la ubicación y las medidas dadas resultan económicas.

   c. En los campos con pendientes la posición más económica para la Bomba es el punto más alto.


3. Diseño de Laterales y Líneas Principales

Se realizará el siguiente procedimiento:

   a. Las subunidades con subidas, ya sea el principal o los laterales, implican normalmente una gran variación de presión. Para el ejemplo se seleccionará la subunidad en la esquina noroeste, la cual es operada como parte de la estación número 3 (Fig. 61).

   b. EU = 92 % (fue asumido anteriormente)    

    c. qa = 36.6 (litros/h) (fue calculado)

    d. El largo del lateral es 67 m y se obtiene de tablas o gráficos proporcionados por los fabricantes, en los que se relaciona el flujo con la pérdida de carga para diferentes tipos de cañerías. El diseño está basado en :
        a ) emisor con 6 salidas por árbol
        b ) St = Se = 6.1 m 
        c ) el número de emisores por lateral es n = 11

El flujo promedio en el principal:

Qa = 1/3600 * 11 * 36.6

Ecuación 15

Qa = 0.112 (litros/seg.)

    e. El largo del principal según las tablas antes mencionadas es 201.6 m. El diseño está basado en Sr = S1 = 6.1 m y el número de laterales es N1 = 33. El flujo promedio en el principal con los laterales extendidos en ambas direcciones es:

Qm = N1 * 2 * Qa

Ecuación 16

Qm = 33 * 2 * 0. 112  = 7.4 (litros/seg.)

    f. Las pérdidas de carga en la línea principal se calculan con la siguiente ecuación:

H1 = [J * ne * (1 + 1* f) * F]/100

Ecuación 17

H1 = pérdida de carga en el lateral (m)

J = es el gradiente de pérdidas por fricción en tubo (cañería) m/100 m.

ne = es el número de emisores sobre el lateral

l = largo de la cañería entre emisores

If = pérdida de carga originada por los goteros

F = Coeficiente de compensación para la descarga a lo largo de la cañería

H1 = [39 * 11 * (6.1 + 1.6) * 0.369]/100

La pérdida de carga en el Principal ; con cañerías del tipo 3-in IPS y que soporta hasta 100 psi, en la cual:
    J = 1.65 m/100 m 
    F = 0.36

Hm = (J * Lm * F)/100

Ecuación 18

Hm = (1.65 * 201.6 * 0.36)/100 = 1.2 m.

   En algunas oportunidades las cañerías principales pueden ser diseñadas igual que las laterales y normalmente el costo es menor. Sin embargo, esto no siempre ocurre y depende del diámetro de cada tubería.

   g. La altura de Presión promedio de la subunidad es Ha = 12.2 m; qa = 36.6 (litros/h). La diferencia de elevación entre el punto más bajo y más alto de la tubería principal es:

EI = (% pendiente/100) * Lm

Ecuación 19

EI = (+0.25/100) * 201.6  = 0.5 m.

La pérdida de carga total en la subunidad es:

H = H1 + Hm + EI

Ecuación 20

H = 1.3 + 1.2 + 0.5  = 3.0 m.

La razón de la mínima descarga en la subunidad es:

(qn/qa)s = 1.00 - Rfn' * X * [(H1 + Hm + EI)/Ha]

Ecuación 21

(qn/qa)s = 1.00 - 0.22 * 0.64 * [(1.3 + 1.2 + 0.5)/12.2] = 0.965

X = exponente de descarga del emisor

Rfn' = Se selecciona si EI es mayor o menor que 1/4 (H1 - Hm). Corresponde a un ajuste al flujo mínimo y depende del diámetro usado.

   h. La uniformidad de emisión de la subunidad es:

Eus = 100 * (1.0 - 1.27 *V/e) * (qn/qa)s

Ecuación 22

Eus = Uniformidad de emisión de la subunidad; se expresa en porcentaje

e = es 1.0 ó el número de emisores por planta en el caso de que sean más de uno (Se * S1 /St * Sr)

V = coeficiente de variación (de fabricación)

qn = es la descarga mínima calculada con la mínima presión; utilizando la relación nominal entre descarga del emisor y altura de presión qa = es la descarga media del emisor (considerando todos los emisores)

Eus = 100 * 1.0 - (1 * 27/1) * 0.33 * 0.965  = 92.5 %


    i. El diseño de prueba es aceptable, ya que Eus = 92,5 % es muy próximo al asumido EU = 92 %.

   j. Mientras los valores de EU no están malos, los valores de qa; Qa, H1 ; Hm; y Ha necesitan ser recalculados.

    La presión de entrada para el flujo promedio en el lateral es igual al promedio de presión sobre el principal, H1 = Ha' y para laterales con tamaño de cañería uniforme.

Ha = H1 = Ha + 0.77 * (H1 +- E1/2)

Ecuación 23

Ha = 12.2 + 0.77 * 1.3 + (0.5/2)  = 13.2 m.

   La altura de presión de entrada a la cañería principal puede ser calculada con la ecuación 14.24, dejando Rh = 0.77.

Hm = Ha + Rh * (Hm +- E1/2)

Ecuación 24

Hm = 13.2 + 0.77 (1.2 + 0.5/2 )   = 14.4 m.

Hm = presión de entrada en la tubería principal

Ha = es la altura de presión promedio en principal

Rh = es la razón de ajuste a la pérdida de carga que depende del número de cañerías de diferente diámetro.

   Debido a que existe una pérdida de carga por causa de la adición de válvulas o filtros, la presión de entrada a la tubería principal debe ser ajustada. Las pérdidas de carga debida a estas singularidades o fittings se estiman en 1.5 m aproximadamente. Esto no afecta a EU y no es acumulativo.

H'm = 14.4 + 1.5  = 15.9 m

    k. La razón de flujo en las subunidades y las alturas de presión requeridas son :

Qs = Qm = 7.4 litros/seg.

Hs = H'm = 15.9 m

La razón de máxima descarga para la subunidad es:

(qx/qa)s = 1.00 + Rfx * X * (H1 + Hm +- E1 )/Ha)

Ecuación 25

(qx/qa)s = 1.00 + 0.58 * 0.64 * {(1.3 + 1.2 + 0.5)/12.2 }  = 1.09

   Entonces, cuando Eus = 92,5 % es usado en cálculos de requerimientos de riego , el área de humedecimiento sólo recibe 1.09 * 100/92.5 = 1,18 veces lo requerido para la profundidad de aplicación. Esto no debería causar problemas con la precipitación.

La uniformidad de emisión absoluta para la subunidad es:

(Eua)s = 100 * {1.0 - (1.27/e) * V) * 1/2 * [(qn/qa)s + (qa/qx)s] }

Ecuación 26

(Eua)s = 100 * (1.0 - 1.27/1 * 0.033) * 1/2 (0.965 + 1 /1.09)  = 90 %

la cual es aceptable, ya que cae dentro del rango recomendado para el diseño.


4. Selección de la Línea Principal y Requerimientos de la Bomba

    Esta selección debe hacerse pensando en el costo del tamaño de la línea principal y de la Bomba. Con una válvula de control de presión a la entrada de cada subestación se controlarían las diferencias de presión posibles.

   a. La capacidad del sistema debería ser suficiente para abastecer las 8 sublíneas principales de cada subestación (8 subestaciones cada una con una línea principal).

Q = 8 Qm

Ecuación 27

Q = 8 * 7.4 = 59.2 (litros/seg.)

Esto también puede ser calculado con el uso de la Ecuación 28.

Q = K * A/N * qa/Se * S1

Ecuación 28

Q = 2.78 * 64.75/3 * 36.6/6.1 * 6.1  = 59 (litros/seg.)

K = es una constante igual a 2.78 para unidades métricas

A = es el área que será regada

N = es el número de estaciones de operación


    b. Se debe seleccionar el tamaño más económico de la cañería; para esto debe ser estimado el número promedio de horas de operación por año.

Las horas de operación requeridas para suplir el requerimiento total IDN = 690 mm son:

IT = N * (IDN/Idn) * It

Ecuación 29

IT = número de horas de operación en toda la temporada.

N = número de estaciones de operación

IDN = requerimientos netos totales

Idn = profundidad neta de aplicación (lámina)

It = tiempo de riego

IT = 3 * (690/19.5) * 24  = 2548 (h) = 106 días de riego efectivo


    c. El flujo en la línea principal entre la Bomba y el Punto A es Q = 59.2 (litros/seg.). En la línea subprincipal entre A y B el flujo es Qm = 14.8 (litros/seg.)


    d. Las pérdidas de carga en la línea principal de 8 pulgadas con J = 1.1 (m/100 m) de las Tablas que relacionan pérdidas de carga con diámetro en cañería de diferentes materiales:

H = (J * L)/100

Ecuación 30

H = (1.1 * 200)/100  = 2.2 m

y las pérdidas por fricción en los 335 m de la línea subprincipal es:

H = (0.7 * 335)/100  = 2.3 m

    e. La carga dinámica total para la descarga de la bomba es la suma de lo siguiente:

Hs de la subunidad crítica = 15.9 m

Altura adicional para compensar deterioro del emisor o pequeños obstáculos = 0.0 m

Pérdidas por fricción en línea principal = 2.2 m

Pérdidas por fricción en subprincipal = 2.3 m

Pérdidas por fricción en control automático de la válvula (para válvulas con flujo 2 Qm) = 4.6 m

Pérdidas por fricción en el regulador de presión = 0.0 m

Pérdidas por fricción en el filtro principal y control de altura = 3.5 m

Pérdidas por fricción debidas al inyector de fertilizante = 0.0 m

Diferencia de altura entre la bomba y el punto más alto = -0.5 m

Otro tipo de pérdidas (10 % de pérdidas por fricción y otras). = 1.4 m


HT 30.4

    f. Los requerimientos de descarga de la Bomba son:

Q = 59.2 (litros/s) y HT = 30.4 m

La potencia de la bomba, requerida para el sistema, con una eficiencia del 80 % es:

Pot = Q * HT/K * Eff

Ecuación 31

Pot = (59.2 * 30.4)/(0.76 * 80)   = 29.5 BHP

K = Constante que para unidades Inglesas es 39.6  

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Bibliografía:

-Gurovich, L. 1985. Fundamentos y Diseño de Sistemas de Riego. 415 pp. Ed. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura.

-Gurovich, L. 1997. Riego Superficial Tecnificado. 538 pp. Ed. Colección de Textos Universitarios de la Pontificia Universidad Católica de Chile.