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Una contribución del Ing Pedro para compartir conceptos del riego por goteo
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Ministerio de Agricultura
Ing. Pedro Chucya Ccahua
I N T R O D U C C I O NEl diseño hidráulico contempla el dimensionamiento de toda la red de tuberías, para lo cual se calculan las perdidas de carga de las diferentes combinaciones de diámetros y longitudes de tuberías, manteniendo una tolerancia de presiones en la subunidad y calculándose un requerimiento total de presiones (ADT)
La exposición se ha dividido en dos partes :1.- Expone sobre la uniformidad del riego y sus aplicaciones en la:
- Evaluación de instalaciones.- aquí se indicara los procedimientos a seguir para determinar el CU de una instalación esistente
- Diseño de instalaciones.- aquí se impondrá un CU para determinar las tolerancias de presiones que se utilizaran, para calcular los diámetros y longitudes del lateral y portalateral de una subunidad..
2.- Expone sobre los procedimientos para calcular la altura dinámica total (ADT),necesaria para la operación del sistema de riego que se esta diseñando.
Diseño Agronómico
U-1
2 Ha
U-2
2 Ha
U-4
2 Ha
U-5
2 Ha
U-3
2 Ha
U-6
2 Ha
U-7
2 Ha
Pp = 3.33 mm/día
TR = 1.8 horas / und
TR-total = 12.6 horas / día
# Unidades = 7 unid
Área Und = 2 Has
Área Total = 14. Has
Lamina R. = 6 mm/día
Caudal = 18.53 Lit/seg
Q
14 Has
TuberíaSecundaria
Cabezal deRiego
TuberíaTerciaria
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrimaria
Subunidadde riego
lateralescon emisores
Unidadde riego
DISEÑO HIDRAULICO
70 mt.Ø16mm
60 m
t.Ø63
mm
160
mt.Ø
90m
m
140 mt. Ø 75mm
ADT = 28 mt
UNIFORMIDAD DEL RIEGO
UNIFORMIDAD DE RIEGO
La uniformidad del riego, es un parámetro que se mide con el coeficiente de uniformidad CUy nos indica el grado de uniformidad con que aplican agua los goteros. En los sistemas de goteo, este parámetro se define como:
CU = Q25% / Qa Q25%= Caudal promedio del 25% de emisores con caudal mas bajoQa = Caudal promedio de todos los emisores
Este parámetro de uniformidad de los emisores se usa para :Evaluar una instalación existente.- en este caso se determina, con que CU esta trabajando una instalación, para aplicar correctivos Para diseñar una instalación nueva.- en este caso se impone un CU deseado para la instalación que se esta diseñando. En riego por goteo este coeficiente impuesto suele ser de CU=0.90 y se utiliza en :
- Diseño Agronómico: Para el calculo de lamina de riego Nt = Nn/((1-k)*CU)este coeficiente mayora las necesidades de agua , para garantizar mas aguapara el 25% de emisores que recibe menos agua
- Diseño Hidráulico: Para calcular la tolerancia de presiones dentro de unasubunidad, lo cual determinara las longitudes y diámetros de los laterales yportalaterales a utilizar en el diseño de la subunidad de riego.
EVALUACION DE INSTALACIONESDeterminación del CU
Tiene por objeto conocer la eficacia del sistema de riego instalado, sin considerar la evaluación de los otros parámetros agronómicos como , frecuencia, dosis, tiempo de riego etc.
Este parametro se define CU = q25% / qa
se recomienda tomar 16 puntos de la subunidad a evaluar
q25% = Caudal promedio de los 4 goterosde mas bajo caudal
qa = Caudal promedio de los 16 goteros evaluados
EVALUACION DE INSTALACIONESDeterminación del CU
EJEMPLO Evaluación de instalaciones
se aforo los siguientes caudales en Lit/H
qa = 1.15 Lit / Horaq25= 1.04 Lit / HoraCU = 1.04 / 1.15 =0.904
1.201.201.081.08G-41.001.081.201.00G-31.201.201.081.20G-21.201.201.201.20G-1L-4L-2L-2L-1
< 60Inaceptable
70-65Pobre
80-75Regular
95-85Bueno
100-95Exelente
%CLASIFICA
Fuente: ASAE
DISEÑO DE INSTALACIONESCU
CU.-En este caso se impone un CU deseado (90% 85%) para la instalación que se esta diseñando y su valor es producto de factores constructivos e hidráulicos
CU = CUc * CUh
CUc : coeficiente de uniformidad constructivoCUh : coeficiente de uniformidad hidráulico
CUc .- Es el que mide la variación de caudales al aplicar igual presión a distintos emisoresde un mismo lote o modelo, es decir variaciones por causas de fabricación. Uno de los modelo probabilísticas que mas se ajusta a la distribución de caudales, es la distribución NORMAL, esta curva presenta propiedades bien conocidas como:
q25 =(1 - 1.27cv)qa ………….(1) CU= q25 / qa ………….(2) definición CUc = (1-1.27cv) --------------(1) en (2)
Cuando (e) emisores por planta es superior a uno se castiga por √e
CUc = (1-1.27cv / √e )cv = coeficiente de variabilidad gotero (dato catalogo)e = numero de emisores por planta
DISEÑO DE INSTALACIONESdistribución normal para CUc
CUh Expresa la variación de caudales en los emisores debido a la diferencia de presiones, que a su vez depende de los desniveles topográficos y perdidas de carga en la red de riego. El CUh se define como
CUh = qns / qa
FINALMENTE CU = CUc * CUh = (1- (1.27cv / √ e)) * qns /qa
EJEMPLO: CU = 0.90 : valor impuesto en goteo usamos 0.90cv = 0.05 : coeficiente de variación del emisor utilizado (catalogo)e = 5 : numero de emisores por plantaqa = 2.3 L/hr : es caudal promedio o nominal del gotero qns = ¿? :Caudal del gotero mas bajo
==> CU = (1- (1.27cv / √e)) * qns /qa 0.9 = (1-(1.27*0.05 / √5) ) * qns / 2.3
qns =2.13 L/hrCUc = (1-(1.27 * 0.05 / 5^0.5) ) = 0.97 CUh = 2.13 / 2.3 = 0.93
DISEÑO DE INSTALACIONESCU
TOLERANCIA DE PRESIONESΔH PERMISIBLE
Es la máxima variación de presiones permisible dentro de una subunidad de riego, para que los emisores se encuentren trabajando con una uniformidad del 90%
ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns)
Delta H : máxima variación de presiones permisibleha : presión del gotero con caudal nominal (qa)hns : presión del gotero con caudal mas bajo (qn)
EJEMPLO:q = 0.58 h ^ 0.59 ………se conoce la curva del gotero (catalogo)qa = 2.3 ………se conoce, es el caudal nominal de diseñoqns= 2.13 ……… se calcula con la condicion impuesta del 90% de CU
Con la ecuacion del gotero , qa y qns se determina ha y hns
2.3 = 0.58*ha^0.59 => ha = 10.31 mt.2.13 = 0.58*hns^0.59 => hns = 9,36 mt
===> ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) = 2.5 (10.31-9.36) = 2.37 mt.
DISEÑO DE LA SUBUNIDADhfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
El diseño de la subunidad de riego contempla dimensionar las longitudes y diámetros de la tubería Porta laterales y laterales de riego asícomo los caudales de estas tuberías, todo esto manteniendo un régimen de presiones.
inicialmente el diseño se inicia por tanteo, ya que los calculos pueden dar resultados no satisfactorios que obliguen a modificar la distribución en planta o los diámetros de las tuberia
hfLateral + dLateral + hfPortalateral + dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
Hf - LATERAL
Hf - PORTALATERAL
OTRA FORMA
hm - hn < HlHm - Hn < Ht
Regulador de Presión
TuberíaSecundaria
Hm Ha=hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DISEÑO DE LA SUBUNIDADhfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
ΔHl + ΔHt = ΔHPERMISIBLE
hs
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD Laterales y Portalaterales
DETERMINACIONADT
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT)
Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías mas los desniveles a favor o en contra y las perdidas estimadas en el cabezal
ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseñohm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta laterald/2 = Es el desnivel en el lateral
TuberíaSecundaria
Cabezal Riego
TuberíaPortalateral
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrincipal
Subunidadde riego
laterales Unidadde riego
DETERMINACION DEL ADTADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL
TuberíaPortalateral
Arco deRiego
CABEZAL DE RIEGOUF - Tanque
PORTALATERALES y LATERALES
hfLateral+dLateral+hfPortalatera+dPortalateral < ΔHPERMISIBLE
HmHa = hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DETERMINACION ADT
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
cabezal
De Riego Arco
Portalateral
PortalateralTubería
Secundaria
TuberíaPrincipal
Condición de Subunidad
PERDIDAS EN TUBERIASTubería salidas múltiples y Tubería ciega
a) Hf LATERALES
b) Hf PORTALATERALES
c) Hf SECUNDARIA
d) Hf PRINCIPAL
Perdidas en PRINCIPAL Y SECUNDARIA
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87
EJEMPLO: Caudal de Conducción 6.39 L / sLong, Conducción 120 mtC 150Diámetro interno 84.1 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12) * (( 6.39 /150)^1.8552)*84.1^-4.87J (m/100m) = 1.47 Hf = 1.47 * 120 /100 Hf = 1.76 mt
Perdidas en PORTALATERAL
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87
2.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas
Hf = J * F * L /100 F : factor de corrección de Christiansen
EL FACTOR
DE CORRECCION
DE CHRISTIANSEN
DATOS: Caudal de Lateral 0.1065 L / sEsp. laterales 1 mtLong, Porta lateral 60 mtCaudal Porta lateral 6.39 L / sC 150Diámetro interno 69.3 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * (( 6.39 / 150)^1.8552)*69.3^-4.87J (m/100m) = 3.74
2.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiplesHf = 3.74 * 0.36 * 60 /100 Hf = 0.80 mt
EJEMPLOPerdidas en PORTALATERAL
Perdidas en LATERAL1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87Q : Caudal total del lateral en Lit/segC: Coeficiente de Hazen y WilliamsD: Diámetro de tubería en milímetros
2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/seJ`(m/100m) = J * (se+fe) / sese : separación entre emisores en metrosfe : longitud equivalente en metros
3.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidasHf = J` * F * L /100
DATOS: Caudal de gotero 2.3 L/hrEsp. Goteros 0.3 mtLong, Lateral 50 mtCaudal de lateral 0.1065C 130Diámetro interno 14 mm
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((0.1065 / 130)^1.8552)*14^-4.87J (m/100m) = 5.95
2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/seJ`(m/100m)= 5.95 * (0.3+0.1) / 0.3J`(m/100m)= 7.94
3.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiplesHf = 7.94 * 0.36 * 50 /100 Hf = 1.43 mt
EJEMPLOPerdidas en LATERAL
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT)
Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías y las perdidas en cabezal
ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZALHm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseñohm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta laterald/2 = Es el desnivel en el lateral
Hm - hns < H permisible
De Riego Arco
TuberíaSecundaria
HmHa = hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DETERMINACION ADT
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
cabezal
TuberíaSecundaria
Cabezal deRiego
TuberíaTerciaria
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrimaria
Subunidadde riego
lateralescon emisores
Unidadde riego
EJEMPLO DE CALCULO DE ADT
50
60
Delta H permisible = 2.37 mt.Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mtTotal perdida subunidad =2.23 mt
2.23 < 2.37 ……OK
ADT=Hm + Hf ARCOS + Hf CONDUCCION + Hf CABEZALHm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = 11.04+0.73*0.80+0=11.62hm = 10+0.73*1.43+0 =11.04ha = 10D/2 = 0d/2 = 0Perdida en conduccion =3.0ADT=11.62 + 1.5 + 3.0 + 5 = 20 mt