MANUAL DE PRÁCTICA DE LABORATORIO PARA FILTROS

DE MALLA HIDRÁULICOS AUTOLIMPIANTES AUTOMÁTICOS

Que como requisito parcial para obtener el titulo de

INGENIERO EN IRRIGACIÓN

PRESENTA:

AMANDA LOLITA PINEDA NORMAN

DIRECTOR:

DR. VICENTE ANGELES MONTIEL

Chapingo, México, Abril de 2007

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CONTENIDO

ÍNDICE DE CUADROS Iii ÍNDICE DE FIGURAS iv RESUMEN V SUMMARY v 1. INTRODUCCIÓN 1 2. OBJETIVOS 2 2.1 General 2 2.2 Particulares 2 3. REVISIÓN DE LITERATURA 3 3.1 Definiciones 3 3.1.1 Filtración 3 3.1.2 Filtro 3 3.1.3 Filtrado 3 3.1.4 Medio o elemento filtrante 4 3.2 Obstrucciones: prevención y tratamiento 4 3.2.1 Tipo de obstrucciones 5 3.2.2 Prevención y tratamiento de obstrucciones 6 3.3 Aplicación de filtros 7 3.4 Clasificación de los filtros para el agua de riego 7 3.4.1 Por el método de filtración, configuración y medio filtrante 7 3.4.2 Por el sistema usado para remover lo filtrado del filtro 8 3.3.3 En función al método de lavado con agua 8 3.4.4 En función de la presión requerida en su operación 8 3.4.5 En función de la velocidad de filtración 8 3.4.6 En función de la estructura del filtro y el arreglo del lavado con agua 9 3.4.7 En función de la alineación de la entrada y salida del filtro 9 3.4.8 En función de la orientación del cuerpo del filtro 9 3.4.9 En función del material principal del cuerpo del filtro 9 3.4.10 En función del plan de localización del filtro en el sistema de riego 9

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3.5 Proceso de selección de filtros 11 3.5.1 Calidad del agua en la fuente de abastecimiento 11 3.5.2 Gasto 12 3.6 Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) 14 3.6.1 Definición de FMHAA 14 3.6.2 Tipos de FMHAA 14 3.6.3 Ventajas de los FMHAA 14 3.6.4 Elección de FMHAA 14 3.6.5 FMHAA en el mercado 17 3.6.6 Fotos de FMHAA en campo 27 3.6.7 Instalaciones de FMHAA en campo y recomendaciones 31

4. MATERIALES Y MÉTODOS 35 4.1. Materiales 35 4.1.1. Lugar de la instalación en el laboratorio 35 4.1.2. Esquema y lista de materiales de los FMHAA 35 4.2. Métodos 37 5. RESULTADOS 38 5.1. Instalación de filtros 38 5.1.1. Instalación del filtro tipo H 38 5.1.2. Instalación del filtro tipo V 42 5.2. Manual de práctica de FMHAA 46 6. CONCLUSIONES 56 7. RECOMENDACIONES 57 8. BIBLIOGRAFÍA 58 9. ANEXOS Anexo 1. Manual de Operación y Mantenimiento de Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) Tipo H. Anexo 2. Manual de Operación y Mantenimiento de Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) Tipo V.

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ÍNDICE DE CUADROS

Página Cuadro 3.1 Tipos de obstrucción y sus niveles de concentración 5 Cuadro 3.2 Obstrucciones: prevención y tratamiento 6 Cuadro 3.3 Ejemplo de rango de gastos de funcionamiento en filtros 13 Cuadro 3.4 Conversión de grados de filtración 15 Cuadro 3.5 Selección de malla por sistema de riego 16 Cuadro 3.6 Calidad del agua en función de los SST 16 Cuadro 3.7 Comparación de gastos, micras y calidades de agua 17 Cuadro 3.8 Tabla resumen de ejemplos de modelos de FMHAA 24

Cuadro 4.1 Lista de materiales filtro Tipo H 35 Cuadro 4.2 Lista de materiales filtro Tipo V 37

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ÍNDICE DE FIGURAS Página

Fig. 3.1 Clasificación de filtros más usados en el riego en México 10 Fig. 3.2 Eli-Yamit. Serie AF-200 18 Fig. 3.3 Eli-Yamit. Serie AF-800 18 Fig. 3.4 Arkal. Serie B 18 Fig. 3.5 Arkal. Serie H 18 Fig. 3.6 Odis. Serie 850 19 Fig. 3.7 Odis. Serie 850. Modelo en Entrada/Salida en línea (IS, IE) 19 Fig. 3.8 Odis. Serie 850. Modelo en Entrada/Salida en paralelo (PS, PE) 19 Fig. 3.9 Odis. Serie 851 20 Fig. 3.10 Odis. Serie 852 20 Fig. 3.11 Amiad. Serie HydroTAF 20 Fig. 3.12 Amiad. Serie Filtomat M100 21 Fig. 3.13 Amiad. Serie Filtomat M300 21 Fig. 3.14 Tekleen. Serie MTF 21 Fig. 3.15 Tekleen. Serie Bell 22 Fig. 3.16 Tekleen. Serie ABW 22 Fig. 3.17 VAF. Serie V 22 Fig. 3.18 VAF. Serie V3 23 Fig. 3.19 Filtromatic. Serie FMH 23 Fig. 3.20 Lama. Modelo “Calado” 23 Fig. 3.21 Lama. Modelo “Carballino” 24 Fig. 3.22 Instalación de filtro tipo H en los Mochis, Sinaloa 27 Fig. 3.23 Instalación de filtro tipo H en Pánuco, Veracruz 28 Fig. 3.24 Instalación de filtro tipo H en Delicias, Chihuahua 1 28 Fig. 3.25 Instalación de filtro tipo H en Delicias, Chihuahua 2 29 Fig. 3.26 Instalación de filtro tipo H en Delicias, Chihuahua 3 29 Fig. 3.27 Instalación de filtro tipo V en Delicias, Chihuahua 30 Fig. 3.28 Instalación de filtro tipo H en Israel 1 30 Fig. 3.29 Instalación de filtro tipo H en Israel 2 31 Fig. 3.30 Canal con basura 1 32 Fig. 3.31 Canal con basura 2 32 Fig. 3.32 Esquema de un canal de llamada y prefiltrado 33 Fig. 4.1 Esquema de instalación de FMHAA Tipo H 35 Fig. 4.2 Esquema de instalación de FMHAA Tipo V 36 Fig. 5.1 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa automática. Vista 1 38 Fig. 5.2 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa automática. Vista 2 38 Fig. 5.3 Válvula de lavado y su tubo para conducir agua con suciedad 39 Fig. 5.4 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 2” aguas arriba 40 Fig. 5.5 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 2” aguas abajo 40 Fig. 5.6 Válvula hidráulica sostenedora de presión de 100 mm (4”) 41 Fig. 5.7 Filtro Tipo H instalado vista 1 41 Fig. 5.8 Filtro tipo H instalado vista 2 42 Fig. 5.9 Válvula de lavado y tubo de conducción de agua con suciedad 43 Fig. 5.10 Válvulas de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada aguas arriba y Abajo 44

Fig. 5.11 Instalación de la válvula hidráulica sostenedora de presión 44 Fig. 5.12 Filtro Tipo V instalado 45

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MANUAL DE PRÁCTICA DE LABORATORIO PARA FILTROS DE MALLA HIDRÁULICOS AUTOLIMPIANTES AUTOMÁTICOS

RESUMEN

Las innovaciones tecnológicas en el área de riego que existen actualmente demandan personas con conocimientos de estas, con el fin de contribuir a la comprensión de los elementos de control y seguridad, y componentes en general de un sistema de riego; en este trabajo se presenta la instalación y manual de práctica de laboratorio para filtros de malla hidráulicos autolimpiantes automáticos (FMHAA) tipo V y H para realizarse en el laboratorio de hidráulica del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo. Los aspectos que aborda el manual son: parte teórica para entender su funcionamiento, desinstalación e instalación del filtro para conocer los elementos que lo componen, configuración del controlador en caso del filtro tipo H, calibración de válvula hidráulica sostenedora de presión y prueba de funcionamiento del filtro. Este manual servirá para estudiantes, profesionales y productores agrícolas que lo deseen consultar.

MANUAL OF LABORATORY PRACTIC FOR AUTOMATIC SELF-CLEANING HYDRAULIC SCREEN FILTERS

SUMMARY

The technological innovations in the irrigation area that exist at the moment demand people with knowledge of these, with the purpose to help at the understanding of the elements of control and security, and general components of an irrigation system; in this document an installation and practice of laboratory manual is showed for automatic self-cleaning hydraulic screen filters (FMHAA) type V and H to be made in the hydraulics laboratory of the Irrigation Department-Universidad Autonoma Chapingo. The aspects that the manual approaches are: theoretical part to understand its operation, uninstall and installation the filter to know the elements that compose it, configuration of the controller for filter H type, calibration of hydraulic sustaining valve of pressure and operation test of the filter. This manual will be used for students, professionals and agricultural producers that wish it to consult.

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1. INTRODUCCIÓN Los sistemas de riego localizado de alta frecuencia y micro irrigación se han desarrollado tecnológicamente a tal grado que ahora se construyen de materiales que son fáciles de instalar, operar y darles mantenimiento. El Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo conciente de la necesidad de proporcionar herramientas de las nuevas tecnologías de los sistemas de riego localizado que actualmente existen en el mercado, propone instalar Filtros de Malla Hidráulicos Autolimpiantes Automáticos (FMHAA), elaborar un manual de práctica de laboratorio para que puedan ser operados y realizar en ellos prácticas demostrativas de este tipo de tecnología, fundamentalmente por los alumnos de séptimo año que cursan la asignatura de ingeniería de riego a presión. Estos filtros fueron recientemente incorporados al mercado y presentan ventajas para la operación en un sistema de riego. En el mundo existen filtros con aplicaciones en diferentes sectores, incluyendo el agrícola y su función es evitar que los emisores y otros componentes del sistema de riego no se tapen o dañen. Los filtros se clasifican de acuerdo al estándar internacional ISO 9912 parte 1 y 2 referida a Equipamiento de riego agrícola Filtros para microirrigación. Para la realización de la instalación de los filtros se llevaron a cabo los siguientes pasos: primero se escogió el lugar en el laboratorio de hidráulica y se dibujaron los esquemas de conexión; segundo, se realizó el listado de materiales; tercero, se llevó acabo la instalación con ayuda de manuales y catálogos de los componentes del sistema. Una vez instalados los filtros se llevó a cabo la prueba de funcionamiento. En este trabajo referente a filtros de malla hidráulicos autolimpiantes automáticos (FMHAA), se presenta una revisión que incluye definición, las ventajas con respecto a otros equipos del mercado, la forma de elegirlos, ejemplos de empresas en el mundo que los comercializan y ejemplos de instalaciones en el campo, y como resultado final se presenta su instalación y el Manual de Práctica de Laboratorio para Filtros de Malla Hidráulicos Autolimpiantes Automáticos, el cual será guía para estudiantes, técnicos y productores agrícolas que lo deseen consultar.

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2. OBJETIVOS

2.1. General • Explicar la manera de instalar un filtro de malla hidráulico autolimpiante

automático (FMHAA) y elaboración de su manual de práctica de laboratorio.

2.2. Particulares • Recopilar y sistematizar la información sobre la situación del uso actual

de los FMHAA. • Instalar un FMHAA tipo V y un tipo H para que se pueda llevar a cabo la

práctica de filtrado del agua con fines de riego agrícola en el laboratorio de hidráulica del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo.

• Elaborar un manual de prácticas para estudiantes, técnicos y

productores agrícolas en el uso de los FMHAA.

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3. REVISIÓN DE LITERATURA 3.1 Definiciones 3.1.1 Filtración Se define como el proceso de separar del agua de riego los materiales que podrían obstruir los componentes de un sistema de riego empleando un medio permeable y/o un elemento que provoque precipitación de sólidos por centrifugado; asimismo se tiene un medio para remover estos materiales y garantizar el correcto funcionamiento del filtro (International Standard ISO 9912-2, 2004). Otra definición de filtración menciona que es el proceso de separar un sólido suspendido (como un precipitado) del líquido en el que está suspendido al hacerlo pasar a través de un medio poroso por el cual el líquido puede penetrar fácilmente (Aguamarket, 2006, en línea). Cuando se lleva a cabo la filtración, las partículas suspendidas en el fluido son retenidas en un medio poroso dejando pasar un fluido sin partículas sólidas. Dependiendo de la aplicación, el objetivo principal puede ser el de recuperar el sólido suspendido en el líquido o bien obtener un fluido libre de partículas. En el caso de micro irrigación el objetivo es el filtrado libre que evite el taponamiento de los emisores (Aguamarket, 2006, en línea). 3.1.2 Filtro Se define como el dispositivo o estructura para remover materia sólida o coloidal del agua o de otro líquido que normalmente no puede ser eliminada por sedimentación. El líquido se hace pasar a través de un medio filtrante; generalmente, éste es algún material granular, pero a veces puede ser una tela de trama fina, porcelana no vidriada o un papel especial (Aguamarket, 2006, en línea). Para el tema que nos interesa que es la micro irrigación o riego localizado de alta frecuencia, la función de un filtro en un sistema de riego es remover materiales del agua que pueden obstruir los componentes diversos de un sistema. Sin embargo, bajo las condiciones de riego típicas, y en vista del amplio rango de tamaños y dureza de las partículas en suspensión en el agua de riego, una remoción completa de todas las partículas suspendidas no puede ser esperada (International Standard ISO 9912-1, 2004). 3.1.3 Filtrado Agua que ha pasado a través de un filtro (Aguamarket, 2006, en línea) y que da como resultado la retención de escombro, partículas suspendidas de origen inorgánico u orgánico, u otros contaminantes que han sido removidos del agua (International Standard ISO 9912-1, 2004).

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3.1.4 Medio o elemento filtrante A continuación se numeran varias definiciones de medio filtrante: 1. Material permeable poroso que es parte del filtro y donde el material filtrado

es atrapado o depositado (International Standard ISO 9912-1, 2004). 2. Componente interno tipo coladera, que cosiste de una placa perforada,

malla, red, discos, o una combinación de estos, proyectado para retener contaminantes sólidos (International Standard ISO 9912-2, 1992).

3. Componente del filtro a través del cual se hace pasar agua, aguas

residuales u otro líquido para su purificación, tratamiento o acondicionamiento (Aguamarket, 2006, en línea).

El medio filtrante puede ser de diferentes tipos de materiales, tales como (Aguamarket, 2006, en línea):

• Material metálico o de tela especialmente diseñado para interceptar sólidos durante la filtración de partículas.

• Material particulado (arena o grava) colocado dentro de un filtro para retener las partículas en suspensión.

3.2 Obstrucciones: prevención y tratamiento Este apartado se basa en el documento de Reche M. J., 1994. La obstrucción de los goteros es uno de los problemas más importantes con que ha de enfrentarse el agricultor cuando se maneje el riego por goteo. El suministro de pequeños caudales de agua por los orificios de los goteros de pequeño tamaño, presiones poco elevadas, depósitos con aguas estancadas y aguas de superficie que llevan en suspensión partículas minerales o que pueden producir precipitados químicos u orgánicos, predisponen a que se produzca taponamiento en los goteros. Estas obstrucciones disminuyen y suprimen a veces la aportación de agua a las plantas. Principalmente por su facilidad de obstrucción al ser los orificios de los emisores, en su mayoría, menores de 1 mm de diámetro. Aunque el taponamiento sea parcial influye en la distribución y uniformidad del agua. También, al evaporarse el agua en los goteros, después de cada riego, la concentración de las sales disueltas se incrementa quedando pegadas a los orificios de salida de agua y ocasionando su obstrucción. Estos problemas no solo causan problemas a las plantas por su falta de riego, sino que también aumentan los costos de mantenimiento de la instalación y la mano de obra adicional para su control y tratamiento.

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3.2.1 Tipo de obstrucciones Las principales obstrucciones que se producen en los goteros son debidas a:

1. Taponamiento por elementos minerales no retenidos en los filtros. 2. Por precipitados en forma de fosfatos y carbonatos de calcio y

magnesio, sulfato de calcio, hidróxidos y sulfuros de hierro, etc. 3. Acumulación de sales en los goteros al producirse la evaporación del

agua. 4. Aglomeración de sedimentos orgánicos.

Todas estas obturaciones son de origen físico, químico y biológico. a) Físicas Son producidas por partículas sólidas que lleva el agua en suspensión, arcillas, arena, limos, etc., cuando ésta proviene de pozos o de conducciones al aire libre. Estas partículas pueden atravesar los filtros y se acumulan en los goteros tapando la salida del agua. b) Biológicas Están producidas por organismos vivos, algas, bacterias, hongos, etc., que se reproducen y viven en el agua y en el interior de las instalaciones a consecuencia de las condiciones ambientales que favorecen el desarrollo de estos organismos. c) Químicas Las obstrucciones químicas dependen principalmente de la calidad y composición del agua y de la clase de abonos empleados. En el cuadro 3.1 se muestra un resumen de los tipos de obstrucciones y niveles de concentración. Cuadro 3.1 Tipos de obstrucción y sus niveles de concentración

Baja Media Alta Obstrucciones físicas Materiales en suspensión 50 mg/litro 50-100 mg/litro > 100 mg/litro Obstrucciones químicas pH 7 7-8 > 8 Hierro 0.1 mg/litro 0.1-1.5 mg/litro > 1.5 mg/litro Manganeso 0.1 mg/litro 0.1-1.5 mg/litro > 1.5 mg/litro Calcio 10 mg/litro 10-50 mg/litro > 50 mg/litro Carbonatos 100 mg/litro 100-200 mg/litro > 200 mg/litro Obstrucciones biológicas Bacterias por cm3 10,000 10,000-50,000 > 50,000

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3.2.2 Prevención y tratamiento de obstrucciones El control de las obstrucciones tiene como objetivo prevenir y limpiar de impurezas la instalación para que el agua sola o con los fertilizantes llegue limpia a los goteros. Según el tipo de obstrucciones puede ser relativamente fácil su prevención, como ocurre con las partículas minerales que lleva el agua en suspensión. La diferencia de presión de los manómetros incorporados nos indica el grado de suciedad que ha sido retenida, procediendo, en su caso, a su limpieza y eliminación de dichas partículas. No ocurre así con las obstrucciones biológicas y con los precipitados que originan al reaccionar entre sí los abonos y el agua de riego, o por el efecto corrosivo en las instalaciones de algunos fertilizantes. Estos sedimentos solo se tratan y evitan con la cloración o la aplicación preventiva de ácidos y el manejo racional de los fertilizantes. En el cuadro 3.2 se muestra la clasificación de las obstrucciones y su forma de prevenirlos y tratarlos. Cuadro 3.2 Obstrucciones: prevención y tratamiento

Decantadores Hidrociclón Prefiltrado Canal de llamada Filtro de arena Filtro de mallas Filtro de anillos

Físicas

Filtrado

Filtros auxiliares Sulfato de cobre Hipoclorito sódico Hipoclorito cálcico Algas

Permanganato potásico Bacterias Hipoclorito sódico

Biológicas

Restos animales y vegetales Prefiltrado y filtrado Corrección de pH Acidular agua

Acido nítrico Acido fosfórico Acido sulfúrico Aplicación de ácidos y otros productos

Acido clorhídrico Compatibilidad

Químicas

Utilización de fertilizantes Manejo A continuación se describe el control de las obstrucciones físicas, tema que incumbe a este trabajo. Las obstrucciones físicas son fáciles de separar si contamos con un buen sistema de filtrado. Si los taponamientos se originan después de los filtros, la eliminación de las sustancias causantes es más problemática.

1. Prefiltrado. Tiene por objeto realizar una limpieza del agua antes de su entrada al cabezal de riego. Su misión principal es retener los sólidos de gran tamaño que arrastra o flotan en el agua. Dichos dispositivos de limpieza previa se instalarán de conformidad con la procedencia del agua.

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2. Filtrado. Consiste en el conjunto de mecanismos situados en el cabezal que limpian el agua de partículas minerales y de algas que podrían tapar el paso del agua en los goteros. Frecuentemente el agua circula en los goteros por unos conductos que tienen menos de 1 mm, por lo que las obstrucciones serían muy frecuentes de no contar en la instalación con un buen equipo de filtrado. Es una práctica imprescindible en toda instalación y de ello dependerá el buen funcionamiento del sistema.

3.3 Aplicaciones de filtros Los filtros se usan para filtrar agua de las fuentes de abastecimiento como: pozos profundos, ríos, lagos, canales de riego, depósitos de agua y aguas residuales. En estos tipos de fuentes de abastecimiento de agua se encuentran impurezas que los filtros tienen que quitar para prevenir el taponamiento de los accesorios del sistema de que se trate (Eli-Yamit, 2004). Los filtros son usados en diferentes ramos como son: la industria, doméstico y la agricultura (Eli-Yamit, 2004). En el caso del riego en la agricultura, los accesorios a proteger son los emisores de goteo, micro aspersores y aspersores; además también tiene que proteger los distintos accesorios de la red como válvulas y medidores (Eli-Yamit, 2004). 3.4. Clasificación de los filtros para el agua de riego Los dispositivos de filtración para el agua de riego pueden ser clasificados bajo las siguientes categorías principales y de acuerdo a alguna(s) característica(s) particular(es) que poseen (la intención es cubrir todas las posibilidades para diferentes tipos de dispositivos) (International Standard ISO 9912-1, 2004): 3.4.1. Por el método de filtración, configuración y medio filtrante

• Malla o Tipo coladera 1. Filtro con elemento simple 2. Filtro con multi elementos 3. Filtro con elementos configurados

• Hidrociclón

1. Centrífugo simple 2. Centrífugo doble

• Medio 1. Filtro de arena 2. Filtro con partícula-uniforme (simple-medio) 3. Filtro con capas de tamaños de partículas graduadas (multi-medio) 4. Filtro de discos 5. Filtro de cartucho 6. Otros filtros medio

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• Filtros integrados Son filtros que tienen dos o más de los tipos de dispositivos anteriores.

3.4.2. Por el sistema usado para remover lo filtrado del filtro

• Filtros tipo elemento-disponible • Filtros lavados manualmente

• Filtros de lavado con agua (flushing)

1. Filtros de lavado manual 2. Filtros de lavado semi-automáticos 3. Filtros de lavado automático, clasificados de acuerdo a:

a) Método de activación: - Prefijar el tiempo o intervalos de tiempo entre lavados - Diferencial de presión entre la entrada y la salida - Cantidad de agua de riego pasada a través del filtro - Otros métodos - Combinación de métodos

b) Secuencia de lavado: - Lavados simultáneos - Lavados secuenciales - Lavado de chorro directo

4. Filtros de lavado continuo 3.4.3. En función al método de lavado con agua

• Filtros de retrolavado • Filtros de lavado con agua a alta velocidad • Usando filtros de otro medio de lavado con agua

3.4.4. En función de la presión requerida en su operación

• Filtros de grava • Filtros presurizados

• Filtros de vacío

3.4.5. En función de la velocidad de filtración

• Filtración lenta (también conocida como filtración baja) – velocidad de filtración ≤ 15 m/h

• Filtración rápida (también conocida como filtración alta) – velocidad de

filtración > 15 m/h 1. Flujo continuo 2. Flujo intermitente (como el interrumpido por el retrolavado)

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3.4.6. En función de la estructura del filtro y el arreglo del lavado con agua

• Cuerpo de filtro-simple • Filtros compuestos (filtros con dos o mas cuerpos ensamblados como un

distribuidor con una entrada simple y una salida simple) 1. Filtro compuesto con mecanismo para lavado con agua

simultáneo para todos los cuerpos 2. Filtro compuesto con mecanismo para lavado con agua

secuencial de los cuerpos del filtro 3.4.7. En función de la alineación de la entrada y salida del filtro

• Filtros in-line • Filtros on-line

3.4.8. En función a la orientación del cuerpo del filtro

• Filtro con cuerpo en eje vertical o tipo V • Filtro con cuerpo en eje horizontal o tipo H

• Filtro con cuerpo en eje inclinado o tipo I

• Filtro con cuerpo en eje instalado en otra posición o tipo O

3.4.9. En función del material principal del cuerpo del filtro

• Metal

• Plástico

• Otros materiales

• Combinación de materiales

3.4.10. En función del plan de localización el filtro en el sistema de riego

• Filtro instalado en fuente superficial • Filtro instalado en sistema de abastecimiento de agua (tubería)

• Filtro instalado en cabezal de control de riego

• Filtro instalado en la entrada del lateral de riego

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En la figura 3.1 se muestra una clasificación de filtros usados en el diseño de sistemas de riego en México de acuerdo a la experiencia adquirida en el departamento de servicio técnico y diseño de Plásticos Rex S.A. de C.V. La clasificación se propone de acuerdo al tipo de material del cual esta hecho el cuerpo del filtro (figura 3.1.)

Fig. 3.1. Clasificación de filtros más usados en el riego en México Cabe aclarar que algunos de estos filtros también pueden tener uso en otros ramos y también se pueden instalar cabezales con combinaciones de más de dos es estos. A continuación se mencionan las diferencias de los filtros metálicos de malla automáticos (hidráulicos y eléctricos) y semiautomáticos. Los filtros de malla automáticos (hidráulicos y eléctricos) y semiautomáticos tienen el mismo principio de funcionalidad, el lavado se hace con ayuda del colector de suciedad y sus boquillas o cepillos, pero la diferencia entre ambas es la fuerza que ayuda a hacer ese movimiento lineal y de rotación del colector de suciedad, pues la limpieza de un filtro semi-autolimpiante se realiza manualmente con la manivela, en un filtro de malla eléctrico automático autolimpiante la energía la proporciona un pequeño motor eléctrico colocado

Material del cuerpo del filtro

Discos Separador de arena

Anillos con lavado automatizado

Plásticos Manuales

Automáticos o semiautomáticos

Metálicos

Manuales

Automáticos o semiautomáticos

Malla en forma de L Disco angular Malla angular Combinado ciclón y malla Arena Grava Hidrociclón

Malla semi-autolimpiante Malla eléctrico automático autolimpiante Malla hidráulico autolimpiante automático

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junto al cuerpo del filtro, y los filtros de malla hidráulico autolimpiante automático utilizan la presión hidráulica del sistema para funcionar. Debido a que en la agricultura la mayoría de los sistemas de riego cuentan con una presión del sistema mayor a 10 m.c.a.1 se recomienda la utilización de los filtros de malla hidráulicos autolimpiantes automáticos. 3.5 Proceso de selección de filtros Para la selección del filtro a instalar en un sistema de riego se recomienda tomar en cuenta los siguientes dos parámetros (Eli-Yamit, 2004):

1. Calidad del agua de la fuente de abastecimiento 2. Gasto

3.5.1 Calidad del agua de la fuente de abastecimiento A continuación se mencionan algunos filtros y sus aplicaciones con respecto a la calidad de agua de la fuente de abastecimiento para los cuales fueron diseñados. Hidrociclones. Los separadores de arena por centrifugación se usan para eliminar la arena y otras partículas más pesadas que el agua. En condiciones normales de funcionamiento, eliminan partículas de hasta 74 micras (200 mesh). No eliminan las materias orgánicas y tienen el inconveniente que su pérdida de carga suele ser mayor que en otros tipos de filtros. Filtros de malla manual o automático. Se usan, a menudo, como una unidad de filtración primaria para aguas de pozos. Sirven para eliminar contaminantes inorgánicos, tales como los limos y arenas. Además de actuar como una filtración primaria también lo hacen como filtros protectores para recoger arenas que puedan haber entrado accidentalmente en el sistema a través de roturas en las tuberías, fallos en los filtros de arena, o por otras circunstancias imprevistas. Los filtros de malla manuales no se recomienda usarlos en aguas que tengan un significativo nivel de suciedad, ya que esto implicaría desmontajes y limpiezas muy frecuentes. Los filtros de malla automáticos se recomiendan en prácticamente todos los tipos de agua para riego, con excepción de agua con mucha arena. Filtros de arena. Es básicamente un tanque lleno con arena fina. Sirven para eliminar sólidos en suspensión tales como algas y partículas de suelo y detritos orgánicos. La pureza del agua producida por un filtro de arena depende del caudal que pasa a través de él y del tipo de arena usada. En general, cuanto más bajo sea el caudal y más fina la arena, el filtrado será mejor. Sin embargo, un caudal más bajo da lugar a más filtros, y a mayor costo, una arena más fina puede dar lugar a una pérdida de carga mayor y a lavados más frecuentes. La velocidad del reflujo en el lavado debe ser cuidadosamente regulada, de tal manera que el material filtrado sea eliminado y que la arena permanezca en el

1 m.c.a.: metros de columna de agua.

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interior del filtro. A continuación de los filtros de arena deben colocarse filtros de malla para evitar la posibilidad de que la arena del filtro penetre en la instalación. 3.5.2 Gasto A continuación se muestran algunos filtros y las consideraciones para su selección en función de sus gráficas carga-gasto de acuerdo a información de la empresa Plásticos Rex S.A. de C.V. Malla en forma de L o angular. El gasto óptimo recomendado para este filtro se selecciona a 1.5 m de pérdida de carga. El rango de trabajo se ubica entre 1.0 y 2.0 m de pérdida. Disco angular. El gasto óptimo recomendado para este filtro se selecciona a 1.5 m de pérdida de carga. El rango de trabajo se ubica entre 1.0 y 2.0 m de pérdida. Combinado ciclón y malla. El gasto óptimo recomendado para este filtro se selecciona a 4.0 m de pérdida de carga para que se genere una velocidad de manera que se separen las partículas pesadas. El rango de trabajo se ubica entre 2.5 y 5.0 m de pérdida. El rango de gastos de funcionamiento (l/s) es para 4 orificios abiertos. Arena. El gasto óptimo recomendado para este filtro se selecciona a 2.0 m de pérdida de carga. El rango de trabajo se ubica entre 1.0 y 2.5 m de pérdida. Un criterio más apropiado que se sugiere tomar es que la velocidad del agua no exceda de 60 m/h en el cuerpo del tanque. El rango de gastos de funcionamiento (l/s) es con base al criterio de 55, 60 y 65 m/h. Hidrociclón. El gasto optimo recomendado para este filtro se selecciona a 4.0 m de pérdida de carga. El rango de trabajo se ubica entre 3.0 y 5.0 m de pérdida. Malla semi-autolimpiante. El gasto recomendado para este filtro se selecciona a 0.8 del gasto que genera una pérdida de 1.0 mca, para condición de calidad de agua media. Si el agua es de buena calidad puede usarse este factor en el rango de 0.9 a 1.0 y si el agua es muy sucia es necesario bajar este factor.

Malla hidráulico autolimpiante automático. El gasto recomendado para este filtro se selecciona a 0.7 del gasto que genera una pérdida de 1.0 m.c.a., para condición de calidad de agua media. Si el agua es de buena calidad puede usarse este factor en el rango de 0.8 a 1.0 y si el agua es muy sucia es necesario bajar este factor hasta 0.5.

En el cuadro 3.3 se muestran ejemplos de rangos de gastos de funcionamiento de los filtros mencionados anteriormente.

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Cuadro 3.3 Ejemplo de rango de gastos de funcionamiento en filtros Diámetro del filtro

Gasto Mínimo

(lps)

Gasto Óptimo

(lps)

Gasto Máximo

(lps) Malla en forma de L

2” 4 6 7 3” 8 11 12.5 4” 13 22 25 6” 40 56 65 8” 65 89 102

10” 102 140 170 Disco angular

3” 8 11 12.5 4” 13 22 25

Malla angular 2” 4 6 7 3” 8 11 12.5 4” 13 22 25 6” 36 53 61

Ciclón y malla 2” 4.5 5.5 6.5 3” 6 8 9 4” 9 13 14 6” 18 24 26.5

Arena 2” 4.8 5.3 5.8 3” 10 10.9 12 4” 17.8 19.5 21

Hidrociclón 2” 3.7 4.3 5 3” 9.7 11.5 13

3”x4” * 13.5 15.8 18 4” 23 27 31 6” 40 47 53.5

Malla semi-autolimpiante 2” - 10 - 3” - 14 - 4” - 22 - 6” - 35 - 8” - 70 -

Malla hidráulico autolimpiante automático 3” - 8 - 4” - 15 -

4” S ** - 18 - 6” - 25 - 4” - 22 - 6” - 35 - 8” - 70 -

10” - 100 - *Filtro con diámetro de entrada y salida diferentes **Filtro de 4” con mayor área de filtración

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3.6 Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) 3.6.1 Definición de FMHAA Se puede definir como un filtro construido de acero al carbón cocido al horno en la capa epoxi, acero inoxidable o titanio con una malla como elemento filtrante el cual tiene la función de retener las impurezas del agua; el filtro funciona hidráulicamente con una presión mínima que es proporcionada por la bomba principal del sistema, la eliminación de las impurezas es autolimpiante ya que se realiza con la ayuda de los elementos de los que se compone el filtro sin necesidad de suspender la alimentación del agua; es automático porque cuenta con una unidad de control electrónica donde se configura la diferencia de presión, volumen de agua que pasará a través del filtro o duración de la filtración para lo cual se llevará a cabo el lavado; también puede contar con la opción de configuración para el tiempo que dura el lavado e intervalo entre ciclos de lavado. La pérdida de carga mientras opera el filtro es normalmente de 1 m.c.a. La malla fina puede ser de aberturas de 10 hasta 3000 micrones (0.01 a 3.0 mm). 3.6.2 Tipos de FMHAA Para diferenciar los tipos de FMHAA que existen, se clasificarán de acuerdo a la orientación del cuerpo del filtro:

V. Filtro con el eje del cuerpo vertical H. Filtro con el eje del cuerpo horizontal I. Filtro con el eje del cuerpo inclinado O. Filtro que se puede instalar con el eje del cuerpo en más de

dos posiciones mencionadas en los tres puntos anteriores

3.6.3 Ventajas de los FMHAA

- El lugar que ocupa el filtro es mínimo a comparación de una batería de filtros de arena que servirían para filtrar la misma cantidad de agua.

- El lavado se lleva a cabo en cuestión de segundos. - No es necesario parar la bomba que opera el sistema de riego para lavar

el filtro. - La cantidad de agua para el lavado puede ir de 1 a 21 litros por ciclo de

lavado, que es baja si se compara con un filtro de arena. - El mantenimiento se hace una vez terminada la temporada de riego. - Ofrece una gama completa de diámetros, las boquillas del colector de

suciedad pueden ser tipo succión o cepillos, diseños del cuerpo y tipo de material.

3.6.4 Elección de FMHAA Los parámetros que hay que tener en cuenta para elegir un filtro son (Eli-Yamit, 2004):

1. Presión

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2. Calidad de agua exigida en el sistema 3. Calidad del agua en la fuente de abastecimiento 4. Gasto 5. Oferta

Los parámetros más fáciles de definir son: presión y calidad de agua exigida en la salida del filtro en términos del tamaño de las partículas que se dejen pasar. 1. Presión. En las zonas agrícolas las presiones de trabajo oscilan generalmente entre 20 a 80 m.c.a., que es la presión que asegura el funcionamiento de los emisores, y que al mismo tiempo protege los accesorios del sistema. Para estas presiones se recomiendan los FMHAA (Eli-Yamit, 2004). 2. Calidad de agua exigida en el sistema. El objetivo del filtro es proteger los sistemas de riego que están instalados en el campo. El filtro debe asegurar que ninguna partícula que pueda tapar el gotero o el micro aspersor pase la malla (Eli-Yamit, 2004). La regla será colocar una malla en que los orificios de ella sean 10 veces más pequeños que los orificios del gotero, micro aspersor o aspersor que el filtro tiene que proteger (Eli-Yamit, 2004). Por ejemplo: Diámetro del orificio de goteo = 0.8 mm. La malla elegida es de 80 micras. Diámetro del orificio de aspersores = 4 mm. La malla elegida es de 400 micras. A continuación se muestra la conversión de grados de filtración (cuadro 3.4) (Eli-Yamit, 2004). Cuadro 3.4 Conversión de grados de filtración Micron 25 30 40 50 80 100 120 150 200 400 800 1500 3000

Mesh 650 550 400 300 200 150 120 100 80 40 20 10 5

Mm 0.025 0.03 0.04 0.05 0.08 0.1 0.12 0.15 0.2 0.4 0.8 1.5 3.0

Mesh se define como el número de orificios por pulgada lineal que tiene la malla, contados a partir del centro de un hilo, así se dice que una malla de 120 mesh es igual a 120 orificios. Por ejemplo una malla 30 mesh es mas fina que una malla 20 mesh. En la definición el número de mesh no se refiere en ningún caso al tamaño, sino al número de orificios. Dos cartuchos con el mismo número de mesh pueden presentar tamaños de orificio diferentes, según el material de la malla, en función del grosor de los hilos que lo constituyen. Los hilos de acero son mas finos que los de de plástico, por lo que a igualdad de mesh, los orificios de malla de acero son mayores que los de plástico. El número de mesh puede ser por lo tanto, un dato orientativo sobre la capacidad de filtrado de una malla (El riego, 2006, en línea).

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A continuación se muestran los tamaños recomendados de malla por sistemas de riego (cuadro 3.5). Cuadro 3.5 Selección de malla por sistema de riego.

Malla Sistema de riego mesh micra mm Goteo/Cinta de riego 200-120 80-120 0.08-0.12Microaspersión 120-80 120-200 0.12-0.2 Aspersión fija 80-40 200-400 0.2-0.4

3. Calidad del agua en la fuente de abastecimiento Este parámetro es muy importante cuando se elige el filtro a usar, debido a que el agua tiene características físicas, químicas y biológicas que se deben conocer para elegir el filtro adecuado, sobre todo lo relacionado a la superficie de la malla (Eli-Yamit, 2004). Pero la característica física más importante que se debe conocer son los Sólidos Suspendidos Totales (SST), que son las partículas que flotan en el agua y están en forma sólida (Eli-Yamit, 2004). No hay una tabla que indique como tal la elección de la malla, pero si hay tres grupos que nos ayudan a elegir el filtro y la superficie de malla adecuada (cuadro 3.6) (Eli-Yamit, 2004). Cuadro 3.6 Calidad del agua en función de los SST

SST (ppm2) Calidad del agua

0 – 20 Buena 20 – 50 Media 50 – 80 Mala

Nota: En más de 80 ppm de SST no es recomendable usar filtración de malla sin pre-tratamiento. También para elegir un filtro de acuerdo a la calidad del agua se puede seguir la siguiente regla: de la gráfica de pérdida de carga del filtro el gasto recomendado se selecciona a 0.8 del gasto que genera una pérdida de 1.0 m.c.a., para condición de calidad de agua media. Si el agua es de buena calidad puede usarse este factor en el rango de 0.9 a 1.0 y si el agua es muy sucia es necesario bajar este factor hasta 0.5. 4. Gasto El gasto siempre se va a conocer por la información que arroje el diseño del sistema de riego, sin embargo esto lo tenemos que combinar con los parámetros mencionados en los puntos 1, 2 y 3 de éste apartado. Se pueden comparar gastos, unidad de filtrado y calidades de agua, como se ve en el cuadro 3.7 (Eli-Yamit, 2004). 2 ppm = partes por millón = miligramos por litro

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Cuadro 3.7 Comparación de gastos, micras y calidades de agua. Malla Gasto Agua buena Superficie

de malla Agua

mediana Superficie de malla Agua mala Superficie

de malla Micras m3/h 0–20 SST cm2 20–50 SST cm2 50-80 SST cm2

Diámetro del filtro

(pulgada)

Diámetro del filtro

(pulgada)

Diámetro del filtro

(pulgada)

120 150 175

6 6

5780 8410

6 6

8410 8410

2*4pulg. 4 + 6

11560 11560

200 150 175

6 8

5780 5780

6 6

5780 8410

2*4pulg. 4 + 6

11560 14190

Para ejemplificar la interpretación del cuadro 3.7, supongamos que se requiere filtrar un gasto de 150 m3/h y la calidad del agua es buena (0-20 SST) entonces el filtro a usar tendrá 5780 cm2 de superficie de malla o de filtrado; por otro lado si la calidad de agua es media (20-50 SST) el filtro a usar deberá tener mayor área de filtrado (8410 cm2) y si el agua es de mala calidad, entonces se deberá tener un área de filtrado todavía mayor para evitar que los lavados del filtro se realicen en intervalos de tiempo pequeños. También en el cuadro se muestran los diámetros de filtro sugeridos para cada calidad de agua y su respectiva superficie de malla. 5. Oferta Después de terminar el proceso de elegir el mejor filtro por sus características técnicas habrá que seleccionar dentro de los que se ofertan en el mercado el que cumpla con los requerimientos particulares (Eli-Yamit, 2004). 3.6.5 FMHAA en el mercado En la actualidad existen empresas que venden una gran diversidad de filtros para el riego en la agricultura, estas fábricas se encuentran en Estados Unidos, Israel y España principalmente y tiene distribuidores en todo el mundo. A continuación se numeran algunos ejemplos de empresas que distribuyen FMHAA:

1. Eli-Yamit, país: Israel (Eli-Yamit, 2006, en línea) 2. Arkal, país: Israel (Arkal, 2006, en línea) 3. Odis, país: Israel (Odis, 2006, en línea) 4. Amiad, país: Israel (Amiad, 2005, en línea) 5. Tekleen, país: Estados Unidos (Tekleen, 2006, en línea) 6. VAF - Valve and Filter Corporation, país: Estados Unidos

(Valve and filter, 2003-2005, en línea) 7. Filtromatic, país: España (Filtromatic, 2004, en línea) 8. Lama, país: España (Lama, 2006, en línea)

1. Eli-Yamit Serie AF-200, son los FMHAA compactos desde 2” hasta 8” de diámetro de entrada, con opción de área de filtración larga (figura 3.2).

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Fig. 3.2. Eli-Yamit. Serie AF-200

Serie AF-800, son los FMHAA que van desde 3” hasta 16” de diámetro de entrada, con opción de filtro extra largo con área de filtrado extra largo o filtro largo con área de filtrado largo (figura 3.3).

Fig. 3.3. Eli-Yamit. Serie AF-800

2. Arkal Serie B, son los FMHAA compactos desde 2” hasta 8” de diámetro de entrada, con opción de área de filtración larga (figura 3.4).

Fig. 3.4. Arkal. Serie B

Serie H, que son los FMHAA con tamaños que van desde 3” hasta 16”, con opción de filtro extra largo con área de filtrado extra largo o filtro largo con área de filtrado largo (figura 3.5).

Fig. 3.5. Arkal. Serie H

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Además cuenta con otras series, en las cuales los filtros pueden operar eléctricamente, o son semiautomáticos, o la limpieza se hace por medio de cepillos en lugar de boquillas. 3. Odis La serie 850 es un FMHAA con diámetros que van desde 2” hasta 16”, con opciones de configuración en línea con longitud de malla estándar, configuración en línea con longitud de malla extendida, configuración en paralelo con longitud de malla estándar o configuración en paralelo con longitud de malla extendida. Rango de presión de trabajo recomendada de 2 a 8 kg/cm2. Máxima presión de 10 kg/cm2 (figura 3.6, 3.7 y 3.8).

Fig. 3.6. Odis. Serie 850

Fig. 3.7. Odis. Serie 850. Modelo de Entrada/Salida en línea

Fig. 3.8. Odis. Serie 850. Modelo de Entrada/Salida en paralelo

La Serie 851 tiene diámetros de 1 ½” a 4”, el rango de presión de trabajo recomendada de 1 a 8 kg/cm2. Máxima presión de 10 kg/cm2 (figura 3.9).

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Figura 3.9. Odis. Serie 851

La Serie 852 en diámetros de 12 a 16” son FMHAA para grandes flujos de agua con área de filtrado grande, con rango de presión de trabajo recomendada de 2 a 8 kg/cm2 y máxima presión de 10 kg/cm2 (figura 3.10).

Fig. 3.10. Odis. Serie 852

4. Amiad La serie HydroTAF es para caudales nominales de 25 a 50 m³/h; está diseñado para trabajar con diversos tipos de grados de filtración que van de 500 a 50 micrones, y está disponible en diámetros de entrada y salida de 2" y 3" (figura 3.11).

Fig. 3.11. Amiad. Serie HydroTAF

La serie Filtomat M100 es un filtro sin pistón M100-750 en 2” y 3”, M100-1500 en 3” y 4” de diámetro de entrada/salida (figura 3.12).

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Fig. 3.12. Amiad. Serie Filtomat M100

Filtro con pistón M100-4500 en 4” y 6”, M100-6800 en 4”, 6”, 8” y 10“ y MG100-13600 de 10” y 12” de diámetro de entrada y salida. La serie Filtomat M300 es un filtro con pistón de varios modelos: M300-400 en 2” y 3”, Filtomat M300-1550E, Filtomat M300-1550, Filtomat M300-3050, Filtomat M300-4700, Filtomat M300-4100, Filtomat M300-400, Filtomat M300-800, Filtomat M300-1550E, Filtomat M300-1550, Filtomat M300-3050, Filtomat M300-4700, Filtomat M300-4100, Filtomat M300-6100, Filtomat M300-7000, Filtomat M300-6100 y Filtomat M300-7000 (figura 3.13).

Fig. 3.13. Amiad. Serie Filtomat M300

5. Tekleen Serie Minitwist MTF de Tekleen va desde 1” a 6” de diámetro, son de bajos caudales y mallas tan pequeñas como 5 micras. Los filtros de MTF utilizan poco agua en el lavado del filtro sin la interrupción del flujo principal y se clasifican a 150 psi3 y 200°F. Los filtros se hacen con un cuerpo de acero inoxidable 316L (figura 3.14).

Fig. 3.14. Tekleen. Serie MTF

3 psi = poundal square inch = libra/pulgada2

22

La Serie Bell va de 1.5” a 6” de diámetro y ahorran hasta el 90% del agua del lavado (figura 3.15).

Fig. 3.15. Tekleen. Serie Bell

La Serie ABW va de 2” a 36” de diámetro. Los filtros están disponibles en acero inoxidable, acero de carbón con la capa de epoxi del polvo y titanio. Las mallas son de acero inoxidable y pueden instalarse con distribuidores para cualquier gasto que se requiera (figura 3.16).

Fig. 3.16. Tekleen. Serie ABW

6. VAF Serie V que va de rangos de gasto de 2.2 a 232 lps (litros por segundo) y funcionan con una presión máxima de 10.5 kg/cm2 y una presión mínima de 2.5 kg/cm2 (figura 3.17).

Fig. 3.17. VAF. Serie V

Serie V3 tiene filtros con gasto de 9 hasta 193 lps, también trabajan a una presión máxima de 10.5 kg/cm2 y presión mínima de 2.5 kg/cm2 (figura 3.18).

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Fig. 3.18. VAF. Serie V3

Controladores para ambos modelos: VF1B - Baterías, un solo filtro, VF -AC - Electrónico, hasta 12 Filtros y el controlador totalmente electrónico con múltiples interfaces. 7. Filtromatic

La Serie FMH va de 2” a 14” de diámetro; el elemento filtrante es de acero inoxidable con mayor superficie filtrante (figura 3.19).

Fig. 3.19. Filtromatic. Serie FMH

8. Lama Modelo “Calado” de diámetro que van de 1½“ a 6”; son recomendados para aguas no tan sucias, menor a 50 ppm (figura 3.20).

Fig. 3.20. Lama. Modelo “Calado”

Modelo “Carballino” de diámetro que van de 8” a 14”; también son recomendados para aguas no tan sucias, menor a 50 ppm (figura 3.21).

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Fig. 3.21. Lama. Modelo “Carballino”

En el cuadro 3.8 se muestra un resumen de ejemplos de modelos de FMHAA que se pueden encontrar actualmente en el mercado de sistemas de riego. Cuadro 3.8 Tabla resumen de ejemplos de modelos de FMHAA

Característica

Modelo Tipo Diámetro (pulg)

Gasto máx (lps)

Gasto drenaje (lps)

Sup malla (cm2)

Marca Eli-Yamit AF-202 V 2 8.33 1.67 1100 AF-202S V 2 8.33 1.67 1630 AF-203 V 3 11.11 1.67 1100 AF-203S V 3 13.89 1.67 1630 AF-204 V 4 22.22 1.67 1630 AF-204S V 4 25.00 5.56 3100 AF-206 V 6 36.11 5.56 4500 AF-208 V 6 55.56 5.56 5780 AF-803 LOPR H 3 13.89 8.33 3220 AF-804 LOPR H 4 22.22 8.33 5780 AF-806 LOPR H 6 41.67 8.33 5780 AF-806 XLP H 8 44.44 8.33 8410 AF-808 PR H 8 44.44 8.33 5780 AF-808 LOPR H 8 83.33 8.33 8410 AF-810 PR H 10 97.22 16.67 8090 AF-810 LOPR H 10 111.11 8.33 8410 AF-810 XLP H 10 125.00 25.00 11710 AF-812 PR H 12 166.67 25.00 11170 AF-814 PR H 14 250.00 25.00 12990 AF-816 PR H 16 305.56 25.00 12990 AF-816 XLP H 16 416.67 25.00 17020 Marca Arkal AK B2 V 2 8.33 1.67 1100 AK B2S V 2 8.33 1.67 1630 AK B3 V 3 11.11 1.67 1100 AK B3S V 3 13.89 1.67 1630 AK B4 V 4 22.22 1.67 1630 AK B4S V 4 25.00 5.56 2770 AK B6 V 6 36.11 5.56 4120 AK B8 V 8 55.56 5.56 5240 AK HL*3 H 3 13.89 8.33 3220 AK HL*4 H 4 22.22 8.33 5780 AK HL*6 H 6 41.67 8.33 5780 AK HX*6 H 6 44.44 8.33 8410 AK H*8 H 8 44.44 8.33 5780 AK HL*8 H 8 83.33 8.33 8410 AK H*10 H 10 97.22 16.67 8090 AK HL*10 H 10 111.11 8.33 8410 AK HX*10 H 10 125.00 25.00 11710 AK H*12 H 12 166.67 25.00 11710

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Característica

Modelo Tipo Diámetro (pulg)

Gasto máx (lps)

Gasto drenaje (lps)

Sup malla (cm2)

sigue marca Arkal AK H*14 H 14 250.00 25.00 12990 AK H*16 H 16 305.56 25.00 12990 AK HX*16 H 16 416.67 25.00 17020 Marca Odis 85002M-PE H 2 6.94 5.56-6.67 412 85002F-IE I 2 6.94 5.56-6.67 412 85003F-PE H 3 11.11 5.00-6.67 1530 85003F-IE I 3 11.11 5.00-6.67 1530 85003F-IS I 3 11.11 5.56-6.67 412 85003F-PS H 3 11.11 5.56-6.67 412 85004F-IS I 4 22.22 7.78-9.44 775 85004F-PS H 4 22.22 7.78-9.44 775 85004F-PE H 4 22.22 7.50-10.00 3060 85004F-IE I 4 22.22 7.50-10.00 3060 85006F-PE H 6 41.67 7.50-10.00 3060 85006F-IE I 6 41.67 7.50-10.00 3060 85008F-PE H 8 83.33 10.0-13.3 4600 85008F-PS H 8 83.33 7.50-10.00 3060 85008F-IS I 8 83.33 7.50-10.00 3060 85010F-PS H 10 111.11 7.50-10.00 4080 85010F-IS I 10 111.11 7.50-10.00 4080 85012F-PS H 12 166.67 10.0-13.3 6100 85012F-IS I 12 166.67 10.0-13.3 6100 85014F-PS H 14 250.00 10.0-13.3 6900 85014F-IS I 14 250.00 10.0-13.3 6900 85016F-PS H 16 305.56 10.0-13.3 6900 85115M V 1½ 4.16 1.11-1.38 580 85115 F V 1½ 4.16 1.11-1.38 580 85102M V 2 6.94 1.11-1.38 580 85102 F V 2 6.94 1.11-1.38 580 85103M V 3 11.11 1.11-1.38 1100 85103 F V 3 11.11 1.11-1.38 1100 85104 F V 4 22.22 1.11-1.38 1100 85212 H 12 166.66 9.72 10050 85214 H 14 222.22 9.72 10050 85216 H 16 277.77 9.72 10050 Marca Amiad 2” HydroTAF V y H 2 6.94 2.22 465 3” HydroTAF V y H 3 13.88 2.22 465 M102C V 2 6.94 M103C V 3 11.11 4.17 541 M103CL V 3 11.11 M104C V 4 22.2 M100-1500 V 3,4 22.22 5.56 857 M100-4500 H 4,6 50.00 7.22 3065 M100-6800 H 4,6,8,10 111.11 7.78 4598 MG100-13600 H 10,12 166.67 15.56 9196 M300-400 H 2,3 11.11 6.94 406 M300-800 H 4 22.22 13.89 766 M300-1550E H 2,3,4,6 41.67 6.94 1532 M300-1550 H 3,6 41.67 13.89 1532 M300-3050 H 4,6,8 83.33 13.89 3065 M300-4700 H 6,8 83.33 20.83 4698 M300-4100 H 10 111.11 13.89 4084 M300-6100 H 10,12 166.67 20.83 6127 M300-7000 H 16,14 305.56 20.83 6888 Marca Tekleen ABW2-L V 2 8.33 2.52-10.09 500 ABW2-LP V 2 8.33 2.52-10.09 500 ABW2-S I 2 13.89 2.52-10.09 1300

26

Característica

Modelo Tipo Diámetro (pulg)

Gasto máx (lps)

Gasto drenaje (lps)

Sup malla (cm2)

sigue marca Tekleen ABW2-SP H 2 13.89 2.52-10.09 1300 ABW3 H 3 8.33 2.52-10.09 500 ABW3-S I 3 13.89 2.52-10.09 1300 ABW3-SP H 3 13.89 2.52-10.09 1300 ABW3-LP H 3 19.44 2.52-10.09 2300 ABW4 I 4 19.44 2.52-10.09 1300 ABW4-P H 4 19.44 2.52-10.09 1300 ABW4-LPE H 4 25.00 2.52-10.09 2300 ABW4-L H 4 30.56 2.52-10.09 4600 ABW4-LP H 4 30.56 2.52-10.09 4600 ABW4-XLP H 4 50.00 2.52-10.09 7400 ABW4-SP H 4 63.89 2.52-10.09 6500 ABW6-P H 6 38.89 2.52-10.09 2300 ABW6-L H 6 50.00 2.52-10.09 4600 ABW6-LP H 6 50.00 2.52-10.09 4600 ABW6-XLP H 6 50.00 2.52-10.09 7400 ABW6-TXLP H 6 94.44 2.52-10.09 14900 ABW6-SP H 6 111.11 2.52-10.09 6500 ABW8 I 8 83.33 2.52-10.09 4600 ABW8-P H 8 83.33 2.52-10.09 4600 ABW8-LP H 8 94.44 2.52-10.09 7400 ABW8-SP H 8 111.11 2.52-10.09 6500 ABW8-TLP H 8 158.33 2.52-10.09 14900 ABW10 I 10 111.11 2.52-10.09 6500 ABW10-P H 10 111.11 2.52-10.09 6500 ABW10-LP H 10 166.67 2.52-10.09 10200 ABW12 H 12 166.67 2.52-10.09 10200 ABW12-P H 12 166.67 2.52-10.09 10200 ABW12-LP H 12 252.78 2.52-10.09 11600 ABW14 I 14 252.78 2.52-10.09 11600 ABW14-P H 14 252.78 2.52-10.09 11600 ABW14-LP H 14 377.78 2.52-10.09 14900 ABW16-P H 16 316.67 2.52-10.09 11600 ABW16-LP H 16 377.78 2.52-10.09 14900 ABW16-L I 16 377.78 2.52-10.09 14900 ABW16-SP H 16 630.56 2.52-10.09 22300 ABW18-TP H 18 505.56 2.52-10.09 23200 ABW18-SP H 18 630.56 2.52-10.09 22300 ABW20-TP H 20 536.11 2.52-10.09 23200 ABW20-SP H 20 630.56 2.52-10.09 20400 ABW20-TLP H 20 630.56 2.52-10.09 29700 ABW24-SP H 24 630.56 2.52-10.09 20400 ABW24-TLP H 24 758.33 2.52-10.09 29700 ABW30-TSP H 30 630.56 2.52-10.09 40900 ABW36-TSP H 36 1261.11 2.52-10.09 44600 Bell - 1.5 V 1.5 3.15 2.52-10.09 465 Bell - 2 V 2 6.31 2.52-10.09 465 Bell - 3 V 3 9.46 2.52-10.09 465 Bell - 3L V 3 12.62 2.52-10.09 743 Bell - 4 V 4 18.93 2.52-10.09 743 Bell - 4L V 4 25.24 2.52-10.09 1579 Bell - 6 V 6 31.55 2.52-10.09 1579 MTF1 V 1 1.89 2.52 557 MTF1.5 V 1.5 3.15 2.52 557 MTF2 V 2 5.05 2.52 557 MTF2 - L V 2 9.46 2.52 1394 MTF3 V 3 12.62 2.52 1394 MTF4 V 4 18.93 2.52 1394

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Marca VAF V250 H 2,3,4 23 30 1445 V500 H 3,4,6 45 57 2890 V1000 H 4,6,8 88 57 5593 V1500 H 6,8,10 131 87 8387 V2000 H 10,12,14 172 125 10941 V2500 H 12,14,16 242 167 14593 V3500 H 14,16,20 309 167 19741 V3 V 8,10,12,14 171 125 10942 Marca Filtromatic FME3 H 2,3,4 13.89 Variable 2200 FME4 H 3,4,6 22.22 Variable 4400 FME6 H 4,6,8 41.67 Variable 6600 FME8 H 6,8,10 69.44 Variable 8800 FME10 H 8,10,12 97.22 Variable 11000 FME12 H 10,12,14 138.89 Variable 13200 FME14 H 10,12,14 194.44 Variable - Marca Lama Calado A1ML V 1 ½ 4.16 3.61 140 Calado A2CL V 2 6.25 5.41 614 Calado A3CL V 3 11.11 6.11 1195 Calado A4CL V 4 19.4 10.83 2388 Calado A5CL V 5 22.77 12.63 2787 Calado A6CL V 6 30.55 16.25 3583 Carballino A8CA I 8 47.5 25.27 5573 Carballino A10A I 10 50.83 26.94 5971 Carballino A12A I 12 61.11 32.5 7165 Carballino A14A I 14 74.72 39.72 8758

3.6.6 Fotos de FMHAA en campo

A continuación se muestran algunas fotos de filtros de la marca Eli-Yamit instalados en campo por distribuidores de la empresa mexicana Plásticos Rex S.A. de C.V. a partir del año 2000; además se muestran fotos de filtros instalados en Israel.

Fig. 3.22. Instalación de filtro tipo H en Los Mochis, Sinaloa

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Fig. 3.23. Instalación de filtro tipo H en Pánuco, Veracruz

Fig. 3.24. Instalación de filtro tipo H en Delicias, Chihuahua 1

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Fig. 3.25. Instalación de filtros tipo H en Delicias, Chihuahua 2

Fig. 3.26. Instalación de filtro tipo H en Delicias, Chihuahua 3

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Fig. 3.27. Instalación de filtro tipo V en Delicias, Chihuahua

Fig. 3.28. Instalación de filtro tipo H en Israel 1

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Fig. 3.29. Instalación de filtro tipo H en Israel 2

3.6.7. Instalaciones de FMHAA en campo y recomendaciones Definitivamente el sistema de filtración para equipos de riego constituye parte esencial del funcionamiento futuro de los sistemas, si embargo, no hay filtro en el mercado actual que pueda superar u operar con la eficiencia requerida cuando las aguas son de mala calidad. Los casos para los que se recomienda el uso de los FMHAA es prácticamente para cualquier fuente de abastecimiento con cualquier tipo de agua con objetivo de riego. Sin embargo, existen dos consideraciones importantes que se deben tomar en cuenta: 1.- El primer caso para tomarse en cuenta es cuando exista una fuente de abastecimiento con mucha arena, como un pozo; si se selecciona un FMHAA de forma normal, seguramente esto nos provocaría un taponamiento muy pronto de la malla, lo cual generaría que los lavados sean demasiado frecuentes a como el proveedor lo recomienda (8 por hora), o puede suceder que se tape la malla, se eleve la presión del sistema y se tenga que apagar la bomba para lavar la malla manualmente. En este caso se podría elegir un filtro con mayor área de filtración y un diámetro de la conexión mayor al que se indique en la ficha técnica. Para hacer esta selección adecuada primero se deberá hacer un análisis del agua a filtrar, de preferencia en la época más critica y así conocer la cantidad de Sólidos Suspendidos Totales. Otra forma de evitar tanta arena será un rebombeo, es decir, decantar el agua antes de bombear el agua hacia el filtro. 2.- El segundo caso es que la fuente de abastecimiento de agua en ciertas épocas del año, como canales de riego, tenga sólidos muy grandes, como bolsas, palos, botellas, desechos domésticos, etc. (figuras 3.30 y 3.31). Esta

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situación impide lograr un funcionamiento adecuado de los cabezales de filtración, de ahí la importancia que tiene un “prefiltrado” del agua antes de entrar propiamente en el cuerpo filtrante. Es común que los prefiltrados se realicen a través de canales de llamada con pantallas de sedimentación para azolves y cercos de malla que permitan separar los sólidos que puedan acarrear los canales de riego (figura 3.32). Dichas estructuras no representan un costo adicional significativo con respecto a la inversión económica en los cuerpos filtrantes, sin embargo garantizan un mejor funcionamiento de los filtros de mallas, disminuyendo el riesgo del taponamiento por algún sólido y aumentando los intervalos en los ciclos de lavado.

Fig. 3.30 Canal con basura 1

Fig. 3.31 Canal con basura 2

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Fig. 3.32 Esquema de un canal de llamada y prefiltrado Además, en la instalación del cabezal de riego se recomienda poner los elementos de control y seguridad que se enumeran a continuación (IMTA, 1997): Medidor de gasto. Son dispositivos que relacionan la velocidad del agua en la tubería y el área de paso, con el gasto hidráulico que pasa por ella. Cuentan con indicador numérico del gasto que pasa por la tubería. Estos medidores indican directamente el estado del funcionamiento del sistema de riego. Los medidores pueden ser de propela, de rotámetro, de placa de orificio y tipo ventura.

Válvula de seguridad. Son dispositivos que permiten evitar riesgos o daños en el sistema. Las válvulas “check”, cuando se cierra el paso del agua en la tubería, evitan que el golpe de ariete afecte el sistema de bombeo. Las válvulas de alivio permiten la fuga de agua o del aire cuando aumenta la presión sobre un límite preestablecido o permiten la salida de aire atrapado. Las válvulas de entrada de aire evitan el golpe de ariete o la succión que se origina en los emisores al detenerse los sistemas de bombeo.

Válvulas de control. Son válvulas de apertura y cierre parcial o total. Las válvulas de compuerta tienen un mecanismo de tornillo para abrir y cerrar, por lo que puede regularse su operación. Las válvulas mariposa y de cuadro se usan para operar en posiciones fijas.

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Manómetros. Son dispositivos que sirven para medir la presión en diferentes puntos del sistema de riego. Tienen sensores que indican las presione de operación y pueden ser de mercurio o mecánicos con carátula. No generan pérdidas de carga en las tuberías. Los sistemas de riego se deben supervisar con la presión de operación, debido a que para cada gasto del sistema debe corresponder una presión de operación. Dosificadores de agroquímicos. Son equipos que sirven para aplicar fertilizantes, fungicidas, herbicidas y soluciones para prevenir taponamientos en los goteros y en las tuberías. Pueden ser: bombas inyectoras, inyectores por succión e inyectores por disolución. Pueden emplear energía eléctrica o hidráulica. Decantadores. Son equipos o estructuras que permiten separar las partículas sólidas dispersas en un líquido, siempre que sean de mayor densidad que el líquido. Accesorios. Son los dispositivos que sirven para hacer conexiones entre las partes del sistema de riego. Pueden ser: coples, niples, reducciones, ampliaciones, codos, tees, etc. Todos generan pérdidas localizadas de carga hidráulica.

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4. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1. Materiales 4.1.1. Lugar de la instalación en el laboratorio El lugar se elige pensando que será una instalación definitiva para llevar a cabo las prácticas. Y para fines de cubrir la función de enseñanza, los filtros se instalan en el laboratorio de hidráulica del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo. Se instala un FMHAA marca Eli-Yamit Serie AF-800 (tipo H) en el anexo del laboratorio de hidráulica del Departamento de Irrigación de la Universidad Autónoma Chapingo y el FMHAA marca Eli-Yamit Serie AF-200 (tipo V) se instala en la entrada del mismo laboratorio. 4.1.2. Esquema y lista de materiales de los FMHAA En la figura 4.1 se muestra el esquema del FMHAA tipo H y en la figura 4.2 el esquema del FMHAA tipo V de la marca Eli-Yamit. Los materiales se listan en los cuadros 4.1 y 4.2 respectivamente. a) Filtro Tipo H

Fig. 4.1. Esquema de instalación de FMHAA Tipo H Cuadro 4.1 Lista de materiales filtro Tipo H

No. DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD1 TUBO HID. RD-26 CEM. 75 MM MT 12 2 CODO HID. CEM. 90- 75 MM PZ 4 3 REDUC. HID. CEM. BUSH. 75- 50 MM PZ 1 4 EXTREMIDAD HID. ESPIGA 100 MM PZ 2 5 NIPLE PVC4 50-200 MM CEM-RM PZ 3 6 NIPLE PVC 50-200 MM C/2 RM PZ 2 7 VALV. ANGULAR I-R DE 13 MM RM-RM PZ 1 8 VALV. ADM-EXP 25 MM 1" SEGEV SG-10 RM PZ 1 9 TUERCA UNION 50 MM RH PZ 1

4 PVC = Poli cloruro de Vinilo

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Sigue cuadro 4.1 No. DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD10 ADAPT. 6 MM-1/4" INS-RM PZ 2 11 NIPLE REDUCTOR 1/4"-1/8" RM PZ 1 12 COPLE 1/4" - 1/4" PZ 1 13 REDUC. BUSHING 1/2"-1/4" PZ 1 14 VALV. HIDR. SOSTENEDORA DE PRESION 47- 4"-PS BR PZ 1 15 CODO 6 MM-1/8" INS-RM PZ 2 16 ADAPT. 6 MM-1/8" INS-RM PZ 3 17 VALV. DE TRES VIAS 1/4"RM PZ 1 18 T 6-6-6 MM INS-INS PZ 2 19 FILTRO MALLA AUTOM. AF804LOPR 4" BR PZ 1 20 EMPAQUE NEOPRENO BRIDA 100 MM PZ 5 21 MANOMETRO 7.0 KG/CM2 (100 PSI) GLICERINA PZ 2 22 CODO FOFO 90-100 MM PZ 2 23 TOR. TUERCA HEX. Y ROND. 15.9- 76 MM PZ 40 24 T GALV 25 MM PZ 1 25 NIPLE GALV 25- 100 MM PZ 1 26 REDUC. CAMP. GALV 13- 6 MM PZ 1 27 CINTA TEFLON PZ 1 28 VALV. ADM-EXP 50 MM 2'' BARAK D -040 RM PZ 2 29 TUBIN 4/7-2000 MM EN LÍNEA PZ 2 30 COPLE TUBIN 4/7 MM INS PZ 2 31 T CEM. 100-100- 50 MM. PZ 2 32 ADAP. HIDR CEM HEMBRA 50 MM C/L PZ 2 33 REDUC. HID. CEM. BUSH. 150-100 MM PZ 1 34 COPLE HID. CEM. 150 MM PZ 1 35 EXTREMIDAD HID. ESPIGA 150 MM PZ 1 36 EMPAQUE NEOPRENO BRIDA 150 MM PZ 1 37 TOR. TUERCA HEX. Y ROND. 19.1- 89 MM PZ 8 38 CODO HID. CEM. 90-150 MM PZ 7 39 TUBO HID. RD-26 CEM. 150 MM MT 12 40 LIMPIADOR REXOLIT .500 LTS. PZ 1 41 CEMENTO REXOLIT BAJAPRESION 480 ML PZ 1

b) Filtro Tipo V

Fig. 4.2. Esquema de instalación de FMHAA Tipo V

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Cuadro 4.2 Lista de materiales filtro Tipo V. No. DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD

1 TUBO HID. RD-26 CEM. 50 MM MT 6 2 TUBO HID. RD-26 CEM. 75 MM MT 6 3 CODO HID. CEM. 90- 50 MM PZ 4 4 CODO HIDR CEM 45- 75 MM C/L PZ 2 5 CODO HID. CEM. 90- 75 MM PZ 5 6 ADAPT. HID. CEM. HEMBRA 50 MM PZ 2 7 ADAP. HIDR CEM HEMBRA 75 MM C/L PZ 1 8 T HID. CEM. 75 MM PZ 2 9 REDUC. HID. CEM. BUSH. 50- 25 MM PZ 1

10 REDUC. HID. CEM. BUSH. 75- 50 MM PZ 2 11 CODO 6 MM-1/4" INS-RM PZ 2 12 NIPLE PVC 25- 75 MM CEM-RM PZ 1 13 TUERCA UNION 25 MM RH PZ 1 14 ADAPT. 6 MM-1/4" INS-RM PZ 2 15 NIPLE REDUCTOR 1/4"-1/8" RM PZ 2 16 COPLE 1/4" - 1/4" PZ 2 17 VALV. HIDR. MANUAL PVC 96-3" -M CEM PZ 1 18 MINIPILOTO RED. SOST.PRESION (AZUL) 29-200 PZ 1 19 CODO 6 MM-1/8" INS-RM PZ 2 20 ADAPT. 6 MM-1/8" INS-RM PZ 4 21 T 6-6 MM-1/8" INS-RM PZ 1 22 VALV. DE TRES VIAS 1/4"RM PZ 1 23 T 6-6-6 MM INS-INS PZ 2 24 FILTRO MALLA AUTOM. AF-203-M 3" RH PZ 1 25 MANOMETRO 7.0 KG/CM2 (100 PSI) GLICERINA PZ 1 26 REDUC. BUSH. GALV 50-25 MM PZ 2 27 NIPLE GALV 25- 100 MM PZ 1 28 MACHUELO DE 1/4" PZ 1 29 BROCA DE 1/4" PZ 1 30 CINTA TEFLON PZ 2 31 VALV. ADM-EXP 25 MM 1"BARAK DG- 10 RM PZ 2 32 NIPLE PVC ING CEM-RM 75- 850 MM PZ 2 33 TUBIN 4/7-2000 MM E.L. PZ 2 34 LIMPIADOR REXOLIT .500 LTS. PZ 2 35 CEMENTO PARA SISTEMAS DE RIEGO 480 ML PZ 1

4.2. Métodos

La instalación de los filtros en el laboratorio de hidráulica se realizó siguiendo la metodología mencionada en los anexos 1 y 2; que son los manuales del fabricante de los filtros tipo H y V de la marca comercial Eli-Yamit® que se usaron en este trabajo. La instalación de accesorios de control adicionales se hizo de acuerdo a las recomendaciones técnicas de la empresa Plásticos Rex S.A. de C.V.

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5. RESULTADOS 5.1. Instalación de filtros 5.1.1. Instalación del filtro Tipo H Además de las recomendaciones indicadas en el anexo correspondiente para llevar a cabo la instalación del filtro, se conectó en la parte superior del filtro una válvula de admisión y expulsión de aire y un tubo para desalojar el agua con suciedad de la válvula de lavado; además se hizo la conducción que viene de la bomba y se pusieron los elementos de control, como son, las válvulas de admisión y expulsión de aire y la válvula hidráulica sostenedora de presión. A continuación se describe con detalle lo antes mencionado. Conexiones en la parte superior del filtro tipo H: En la figura 5.1 y 5.2 se presentan dos vistas de la conexión del distribuidor (1) localizado en la parte superior del filtro donde se instala una válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa automática de 1” (25 mm) (2), la cual tiene la función de purgar grandes volúmenes de aire y cuenta con mecanismo de auto limpieza.

Fig. 5.1 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa automática. Vista 1

Fig. 5.2. Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa automática. Vista 2

Distribuidor (1)

Válvula de admisión y expulsión de aire (2)

Válvula de admisión y expulsión de aire (2)

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En la figura 5.3 se aprecia la válvula de lavado (3) donde se conecta un tubo de PVC 2” (50 mm) (4) de diámetro, esto nos ayuda a conducir el agua sucia hacia la parte donde se desechará. En este caso, por ser un lugar para hacer la práctica se usará la misma fuente de abastecimiento del filtro para desechar el agua sucia.

Fig. 5.3. Válvula de lavado y su tubo para conducir agua con suciedad

En la parte de la conducción se hizo la siguiente instalación: En la figura 5.4 y 5.5 se muestran las dos válvulas de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 2” (50 mm), una aguas arriba (5) y otra agua abajo (6); estas válvulas de aire tienen varias funciones, reducir los casos de aumento brusco de la presión del agua (golpes de ariete), permite descargar el aire a alta velocidad cuando el sistema esta en la fase de llenado y eliminar el aire que se acumula durante el funcionamiento del sistema. Además se colocaron dos tomas de presión aguas arriba y aguas abajo para medir la presión durante la práctica.

Válvula de lavado (3)

Tubo de 2” (50 mm) (4)

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Fig. 5.4 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 2” aguas arriba

Fig. 5.5 Válvula de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 2” aguas abajo

Válvula de admisión y expulsión aguas arriba (5)

Válvula de admisión y expulsión aguas abajo (6)

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La figura 5.6 muestra la válvula sostenedora de presión (7) que viene de fábrica con sus conexiones: tubín, válvula de tres vías y minipiloto, por lo que solo hay que verificar con el diagrama de conexiones y después conectarla al sistema. Su función es mantener la presión aguas arriba, es decir, que el filtro se encuentre presurizado y de esta manera opere correctamente, además que no baje la presión en el proceso de lavado del filtro.

Fig. 5.6 Válvula hidráulica sostenedora de presión de 100 mm (4”)

En las figuras 5.7 y 5.8 se aprecian dos vistas de la instalación definitiva en el laboratorio de hidráulica.

Fig. 5.7 filtro Tipo H instalado vista 1

Válvula hidráulica sostenedora de presión 4” (7)

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Fig. 5.8 Filtro tipo H instalado vista 2

5.1.2. Instalación del filtro Tipo V Además de las recomendaciones indicadas en el anexo correspondiente para llevar a cabo la instalación del filtro, se conectó en la parte superior del filtro un tubo para conducir el agua de la válvula de lavado; también se hizo la conducción de 75 mm (3”) que viene de la bomba y se pusieron los elementos de control, como son, las válvulas de admisión y expulsión de aire y la válvula hidráulica sostenedora de presión. A continuación se describe con detalle lo antes mencionado. Conexiones en la parte superior del filtro tipo V: En la figura 5.9 se muestra la válvula de lavado (1) donde se conectó una reducción y tubo de PVC de 25 mm (1”) de diámetro (2) y dos codos 90°-50 mm, esto nos ayuda a conducir el agua sucia hacia el lugar donde se desechará. En este caso, por ser un lugar para hacer la práctica se usará la misma fuente de abastecimiento del filtro para desechar el agua sucia.

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Fig. 5.9 Válvula de lavado y tubo de conducción de agua con suciedad

En la parte de la conducción se hizo la siguiente instalación: En la figura 5.10 se muestran las dos válvulas de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada de 25 mm (1”), una aguas arriba (3) y otra aguas abajo (4); estas válvulas de aire tienen varias funciones, reducir los casos de aumento brusco de la presión del agua (golpes de ariete), permite descargar el aire a alta velocidad cuando el sistema esta en la fase de llenado y eliminar el aire que se acumula durante el funcionamiento del sistema. Además se colocaron dos tomas de presión aguas arriba y aguas abajo para medir la presión durante la práctica.

Tubo de 1” (25 mm) (2)

Válvula de lavado (1)

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Fig. 5.10 Válvulas de admisión y expulsión de aire tipo ventosa combinada aguas arriba y

aguas abajo La figura 5.11 muestra la válvula sostenedora de presión (5) que viene de fábrica con sus conexiones: tubín, válvula de tres vías y minipiloto, por lo que solo hay que verificar con el diagrama de conexiones y después conectarla al sistema. Su función es mantener la presión aguas arriba, es decir, que el filtro se encuentre presurizado y de esta manera opere correctamente, además que no baje la presión en el proceso de lavado del filtro.

Fig. 5.11 Instalación de la válvula hidráulica sostenedora de presión

Válvula de admisión y expulsión aguas arriba (3)

Válvula de admisión y expulsión aguas abajo (4)

Válvula hidráulica sostenedora de presión de 3” (5)

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En la figura 5.12 se muestra la instalación terminada del filtro tipo V.

Fig. 5.12 Filtro Tipo V instalado

Además cada filtro viene con su respectivo manual de mantenimiento y servicios, los cuales se anexan: Manual de Operación y Mantenimiento de Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) Tipo H Manual de Operación y Mantenimiento de Filtro de Malla Hidráulico Autolimpiante Automático (FMHAA) Tipo V

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5.2. Manual de práctica de FMHAA Desarrollo de la Práctica Nombre: Filtros de Malla Hidráulicos Autolimpiantes Automáticos (FMHAA) TIPO: Demostrativa OBJETIVO:

• Reconocer las partes de un filtro FMHAA Tipo V y Tipo H, desinstalándolos e instalándolos

• Comprender el funcionamiento de un FMHAA Tipo V y Tipo H • Poner en funcionamiento un FMHAA Tipo V y Tipo H • Conocer la evaluación de fallas de los FMHAA y como resolverlas

ASPECTO TEÓRICO: Partes del FMHAA Tipo H El FMHAA Tipo H consta de las siguientes partes (figura 1).

1. Entrada 8. Boquilla de succión 2. Malla gruesa 9. Motor hidráulico 3. Malla fina 10. Salida 4. Válvula de lavado 11. Diferencial de presión (DP) electrónico 5. Pistón hidráulico 12. Controlador 6. Cubierta del motor hidráulico 13. Solenoide 7. Colector de suciedad

Fig. 1. Partes del FMHAA Tipo H

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Operación del FMHAA Tipo H A continuación se describe la operación del filtro (figura 1). El ciclo de filtrado comienza en la entrada (1) y pasa por la malla gruesa o prefiltrado (2) el cual retiene las partículas más gruesas. Después el agua pasa por la malla fina (3) donde serán separadas las partículas de tamaño predeterminado por el grado de filtrado elegido. La acumulación de partículas en la malla fina crea una diferencia de presión entre la sección interna de la malla fina (3) y su sección externa. Cuando el diferencial de presión alcanza el valor preseleccionado en el controlador (12), varias acciones ocurren simultáneamente mientas se sigue suministrando agua a las unidades del sistema: la válvula de lavado (4) se abre, la presión es liberada por el pistón hidráulico (5) y el agua fluye a la parte exterior. La presión en la cubierta del motor hidráulico (9) y el colector de suciedad (7) se reduce significativamente, y las boquillas del colector de suciedad (8) comienzan el proceso de succión. El agua fluye a través del motor hidráulico (9) el cual hace rotar el colector de suciedad (7) a lo largo de sus ejes. La presión liberada del pistón (5) y la alta presión en el interior del filtro causa un movimiento lineal del colector de suciedad. La combinación del movimiento lineal y rotatorio limpian cada una de las secciones internas de la malla fina (3). El ciclo de lavado dura 10 segundos generalmente. La válvula de lavado (4) se cierran al termino del ciclo y el incremento de la presión en el agua regresa el pistón hidráulico (5) a su posición inicial. El filtro está limpio y operando normalmente. El agua filtrada y limpia todavía fluye a través de la salida (10). Operación de la Unidad de Control Electrónico en FMHAA Serie AF-800 A continuación se describe la operación de la Unidad de Control Electrónica (figura 1). El controlador (12) indica el proceso de limpieza basado en la diferencia de tiempo (DT) y/o a través del indicador de diferencial de presión (11), que cierra un circuito y activa la unidad de control electrónico después de 15 segundos. El controlador (12) manda la señal de apertura y cierre de la válvula de lavado (4) con ayuda del solenoide (13). El ciclo de lavado que dura 10 segundos generalmente (puede se ajustado por el operador) se llevara a cabo siempre que la diferencia de presión alcance el valor preseleccionado en el controlador. Si la diferencia de presión se mantiene, después de 25 segundos empezará otro ciclo de lavado.

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Partes del FMHAA Tipo V El FMHAA tipo V consta de las siguientes partes (figura 2).

1. Entrada 5. Motor hidráulico 2. Salida 6. Cámara del Motor Hidráulico 3. Malla fina 7. Válvula de lavado 4. Colector de suciedad 8. Unidad de Control Eléctrica

(Controlador, DP y Galit)

Fig. 2. Partes del Filtro Tipo V Operación del FMHAA Tipo V El agua entra al filtro por la entrada (1). El agua pasa a la cámara de filtrado interna o malla (3) donde serán separadas las partículas del tamaño determinado por la malla del grado de filtrado elegido. Estas partículas se irán acumulando sobre la malla interna del filtro creando un diferencial de presión entre la cara interna del filtro y la cara externa del mismo. Cuando el diferencial de presión (DP) alcanza el valor predeterminado, los siguientes pasos se sucederán en el sistema. El controlador transmite una señal de lavado durante 5 segundos. La válvula de lavado se abre (7), se libera la presión que sujeta el pistón y el agua fluye hacia la atmósfera. La presión en la cámara del motor hidráulico (6) y en el colector de succión (4) es significativamente reducida provocando una succión a través de las boquillas de succión al colector de succión y de este, a la cámara hidráulica, esta agua provoca hidráulicamente el giro del motor generando un movimiento centrífugo por donde pasa la suciedad llegando a la válvula de lavado, y por esta a la atmósfera. Esta rotación del motor hidráulico (5) provoca el giro del colector de succión (4) sobre su eje y así consigue limpiar toda la superficie de la malla. La presión es liberada del pistón hidráulico y la alta presión dentro del filtro hace avanzar verticalmente el colector de succión en dirección a la cámara

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hidráulica. La combinación del movimiento vertical y del movimiento rotativo del colector de succión provoca la limpieza de la malla. Finalizando los 5 segundos del ciclo de lavado, la válvula de lavado (7) se cierra. Al haber presión nuevamente en la cámara hidráulica, el pistón vuelva a su posición inicial (filtrado). El filtro está ya listo para un nuevo ciclo de filtrado y continua suministrando agua limpia por el colector de salida. Los ciclos de lavado se efectúan durante 5 segundos, y cuando finalizan, el DP debe volver a su posición inicial. En el caso que el DP continúe, el DP volverá a accionar el lavado 5 segundos después de haber finalizado el ciclo anterior. Si no es así entonces el filtro esta listo para el siguiente ciclo de lavado. El agua filtrada fluirá por la salida (2). Operación de la Unidad de Control Electrónica del FMHAA Tipo V El sistema de control electrónico controla el proceso de lavado del filtro. El DP cierra un circuito eléctrico cuando aumenta la diferencia de presión, entonces la unidad de control eléctrica (8) envía una orden a la válvula de lavado (7) a través del solenoide. Los ciclos de lavado se efectúan durante 5 segundos, y cuando finalizan, el DP debe volver a su posición inicial. En el caso que el DP continúe con la diferencia de presión, el DP volverá a accionar el lavado de 5 segundos después de 25 segundos de haber finalizado el ciclo anterior. Función de la válvula de admisión y expulsión de aire También llamadas válvulas de aire o ventosas, es un implemento de gran importancia para mantener un control adecuado del aire dentro de los sistemas de riego presurizados, que debe tanto evacuar como ingresar aire al sistema en el momento adecuado. A continuación se enumeran las causas por las que existe aire en las tuberías: • Liberación del aire disuelto en el agua • Entrada de aire del exterior de las tuberías al momento de vaciarse el

sistema • Aspiración de aire en estaciones de bombeo • Descarga incompleta de aire durante el llenado de las tuberías • Entrada controlada de aire para evitar presiones negativas La importancia de la evacuación del aire del sistema radica en que cuando el agua entra a las tuberías se empuja el aire, concentrándose en los puntos más altos o en los finales de las tuberías. En dichos lugares el aire puede formar acumulaciones que originan graves problemas de pérdida de carga, o bien, se pueden producir sobre presiones que podrían causar la rotura de los tubos. Existe otra condición en la que debe evacuarse aire del sistema, que es cuando éste ya entra en régimen establecido, de donde hay que evacuar pequeñas cantidades de aire en forma de burbujas.

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El aire debe entrar en la red cuando hay una caída brusca de la presión en la tubería, ya sea por drenaje, paro de bombas, cierre de válvulas, rotura, etc., ya que esta situación acarrea un efecto de succión que produciría un colapso de la tubería por vacío. Otros problemas que acarrea la existencia o falta de aire en las tuberías son: cavitación en las partes donde hay bolsas de aire, vibraciones de la tubería cuando las bolsas de aire se desplazan a través de ella, corrosión de tuberías metálicas, reducción de la eficiencia de estaciones de bombeo, errores en medición de caudal, etc. Existen tres tipos de válvulas de aire que se instalan en distintos puntos del sistema de riego, según sean las necesidades de éste. A continuación se presenta una descripción con las características de trabajo de cada una de ellas.

a) Válvula cinética y antivacío Estas válvulas evacuan grandes cantidades de aire cuando se está llenando la tubería y además, permite la entrada de altos volúmenes de aire de la atmósfera durante el proceso de vaciado de la red. Estas válvulas, dejan de funcionar cuando las tuberías se llenan y entran en régimen establecido. Su funcionamiento tiene como base un flotador que es empujado por el agua de la tubería. Cuando no llega agua a la válvula, el flotador desciende y abre el orificio permitiendo la salida o entrada de aire. Cuando llega el agua a la válvula, ésta hace subir el flotador cerrando el orificio de salida de aire e impidiendo la salida de agua (figura 3).

Fig. 3 Válvula de aire cinética

b) Válvula automática Estas válvulas evacuan en forma continua pequeñas cantidades de aire que en forma de burbujas existen en tuberías presurizadas en régimen establecido. Para dimensionar el orificio será necesario conocer los cambios de temperatura y de presión que se puedan producir en la tubería. Este volumen se podrá relacionar con el área del orificio de la válvula y la capacidad de expulsión de aire de la misma. Como simplificación, se puede suponer que el contenido de aire en el agua es de aproximadamente 2% en volumen. Normalmente, con las válvulas automáticas, es más importante conocer la localización de las mismas que su tamaño para obtener una eficaz evacuación del aire (figura 4).

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Fig. 4 Válvula de aire automática

c) Válvula de doble propósito (combinada) Este tipo de válvula combina las funciones de la ventosa cinética con las de la automática, es decir, funciona tanto durante el proceso de llenado de la tubería (purgado) como en su vaciado (antivacío) a través de un gran agujero que permite el paso de cantidades importantes de aire. A su vez trabaja con la tubería llena o en régimen establecido, evacuando aquellas burbujas de aire que se depositan en los puntos altos de la red, a través de un orificio más pequeño que se ubica en el mismo cuerpo (figura 5).

Fig. 5 Válvula de aire combinada

Función de la válvula hidráulica sostenedora de presión La válvula hidráulica sostenedora de presión viene de fábrica con sus conexiones (figura 6), se instalan en línea en la tubería y se montan con pilotos sostenedores cuyo sensor se conecta aguas arriba de la válvula, los pilotos pueden ser de 2 o 3 vías, su presión mínima de funcionamiento es de 10 m.c.a.

Fig. 6 Esquema de conexión de una válvula hidráulica sostenedora de presión

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Piloto29-200

13

42

AC

La función sostenedora consiste en mantener la válvula hidráulica cerrada o semi cerrada mientras la presión de entrada no alcance un determinado valor. Dicho valor se determina mediante el tornillo de ajuste del piloto.

Cuando la presión de entrada llega al valor de ajuste, la válvula abre, manteniendo como mínimo dicha presión a la entrada de la válvula. Cuando aguas arriba de la válvula tenemos una presión inferior a la ajustada, el piloto actúa llenando la cámara con lo que la válvula tiende a cerrar lentamente. Al cerrar la válvula, la presión a la entrada aumenta. Cuando aguas arriba de la válvula se incrementa la presión por encima de la ajustada, el piloto actúa drenando la cámara de la válvula con lo cual ésta tiende a abrir lentamente, disminuyendo por tanto la presión a la entrada. En el punto de equilibrio, el piloto impide la entrada o salida de agua de la cámara con lo que la válvula se sitúa en una posición fija de la regulación, manteniendo a la entrada la presión deseada. Cualquier cambio de las condiciones de presión debido a variaciones del consumo o de suministro es detectado por el piloto, el cual actuará para contrarrestar el efecto. En resumen se pueden presentar los siguientes casos:

1. Presión aguas arriba menor que la ajustada: El minipiloto conecta la cámara con la presión (figura 7).

2. Presión aguas arriba mayor que la ajustada: El minipiloto conecta la cámara con la atmósfera (figura 8).

3. Presión aguas abajo igual que la ajustada: El minipiloto tiene un equilibrio, en el cual no hay flujo ni hacia dentro ni hacia fuera de la cámara.

Fig. 7 Válvula hidráulica sostenedora de presión trabajando con presión baja

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Piloto29-200

13

42

AC

Fig. 8 Válvula hidráulica sostenedora de presión trabajando con presión alta MATERIALES:

1. Filtro FMHAA Tipo V instalado 2. Filtro FMHAA Tipo H instalado 3. Llaves tipo perico 4. Desarmador de cruz 5. Manual de Operación y Mantenimiento FMHAA Tipo H. 6. Manual de Operación y Mantenimiento FMHAA Tipo V. 7. Dos manómetros

METODOLOGÍA:

1. De acuerdo al manual de operación y mantenimiento del filtro Tipo H desinstalar e instalar las siguientes partes del filtro FMHAA.

• Pistón hidráulico • Prefiltrado • Malla fina • Colector de suciedad

2. De acuerdo al manual de operación y mantenimiento del filtro Tipo V

desinstalar e instalar las partes del filtro FMHAA. • Malla fina • Colector de suciedad

3. Coloque un manómetro con su aguja en las tomas de presión que se

localizan aguas arriba y otro aguas abajo del filtro. 4. Ambos filtros están instalados cada uno con una válvula hidráulica

sostenedora de presión, la cual debe ser regulada como se muestra a continuación:

Afloje el tornillo del piloto y cuando la bomba empiece a funcionar empiece a apretar hasta que en el manómetro aguas arriba marque una presión de 2.0 kg/cm2.

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5. A continuación se debe asegurar que el controlador este configurado de la siguiente forma:

Controlador filtro tipo H. Controlador DC (Corriente Directa) con DP electrónico. Configurar diferencial de presión en 7 psi (0.5 kg/cm2 o 5 m.c.a.), duración de lavado de 10 segundos, lavados cada 5 minutos o cada que se llegue a la diferencia de presión seleccionada. Controlador filtro tipo V. Controlador configurado para un tiempo de lavado de 5 segundos con su DP en 7 psi (0.5 kg/cm2 o 5 m.c.a.). Nota: Los controladores pueden ser de tipo corriente alterna (AC) o corriente directa (DC) según se solicite al proveedor.

6. Se debe poner en marcha la bomba, entonces se deberá observar el

manómetro antes y después del filtro para corroborar que hace un lavado, de acuerdo a: En el FMHAA Tipo V observar el manómetro de baja presión y alta presión y cuando se genera la diferencia de presión definida, observar el lavado. En el FMHAA Tipo H observar el manómetro de baja presión y alta presión y cuando se genera la diferencia de presión definida, observar el lavado. O en su caso después de 5 minutos, tiempo definido en punto 5. Notas: 1. En caso de observar que el pistón del filtro Tipo H no hace su

recorrido completo en los 10 segundos seleccionados, se podrá cambiar hasta que este se cumpla, por ejemplo, a 13 segundos.

2. Los lavados máximos recomendados por el proveedor son 8 por

hora, de otra forma significa que la selección del área de filtración podría no se la adecuada.

3. Cuando se trate de la primera prueba de un filtro mandar a hacer un

lavado manual. El lavado manual en el filtro Tipo H se puede hacer de dos formas: girando la palanca del galit en sentido de las manecillas del reloj durante 10 segundos o apretando el botón que se encuentra a un costado del controlador. El lavado manual se puede hacer de una forma en el filtro Tipo V: girando la palanca del galit en sentido de las manecillas del reloj durante 5 segundos.

7. Localización de averías.

Muchas ocasiones el filtro tiene detalles que se resuelven fácilmente siguiendo el Localizador de averías, ubicado en el Manual de Mantenimiento y Servicio del filtro. Ver capitulo de localizador de averías en los manuales correspondientes.

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CUESTIONARIO:

1. Describa con sus propias palabras el funcionamiento de un FMHAA 2. Describa con sus propias palabras el funcionamiento de una válvula

hidráulica sostenedora de presión 3. ¿Que es un controlador y para que sirve? 4. ¿Cuales son los rangos de gasto que se pueden manejar en los filtros

Tipo V de 2 y 3 pulgadas? y los rangos de gasto en filtros Tipo H de 4, 6, 8 y 10 pulgadas? Dar respuesta en lps y m3/h

5. De un diseño de sistema de riego por goteo se tiene que el gasto que resulta es de 45 lps, la fuente de abastecimiento es un río con calidad de agua mala. Elegir el filtro que corresponde utilizando las referencias de la presente práctica

6. Cuales son los pasos a seguir si un filtro esta operando en el campo y suceden los siguientes casos: 1. Si se llego a la diferencia de presión configurada en el controlador y

la válvula de lavado no abre 2. Si se llego a la diferencia de presión configurada en el controlador, se

abre la válvula de lavado y ya no cierra 7. En que casos recomendaría la utilización de los FMHAA, teniendo en

cuenta los aspectos técnicos del proyecto 8. ¿Cuáles son las partes móviles del FMHAA? 9. ¿Cuáles son las partes estáticas del FMHAA?

REFERENCIAS:

• A. L. Pineda. 2004. (Traducción). Manual de Mantenimiento y Servicio Filtros de Malla Automáticos Serie Hidráulica AF-800. Eli-Yamit 2004. Plásticos Rex S.A. de C.V.

• A. L. Pineda. 2004. (Traducción). Manual de Mantenimiento y Servicio

Filtros de Malla Automáticos Serie Hidráulica Bell AF-200. Eli-Yamit 2004. Plásticos Rex S.A. de C.V.

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6. CONCLUSIONES

Se realizó la recopilación de la información que existe actualmente de los FMHAA, enlistando a ocho empresas importantes en fabricación y distribución a nivel mundial; estas empresas son de origen israelí, español y estadounidense. Así también se realizó un cuadro resumen para la sistematización de los modelos que maneja cada una de estas empresas. Se instalaron los FMHAA tipo V y H en el laboratorio de hidráulica del Departamento de Irrigación para llevar a cabo la práctica, la cual ayudará a que se conozcan las partes que lo componen, su funcionamiento inicial, su operación normal, la forma de localizar averías, la calibración de las válvulas hidráulicas sostenedora de presión como elemento de control, así como válvulas de admisión y expulsión de aire; todo esto se conocerá tanto en la parte teórica como en lo práctico. Se elaboró el manual de práctica para estudiantes, técnicos y productores agrícolas en el uso de los FMHAA con apoyo de los manuales de operación y mantenimiento de los filtros tipo V y H y la experiencia obtenida en la empresa de sistemas de riego Plásticos Rex, S.A. De C.V.

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7. RECOMENDACIONES

Se recomiendan las siguientes mejoras para poder hacer una práctica con condiciones ideales: La instalación se hizo con bombas ya existentes que se utilizan para otras prácticas en el laboratorio de hidráulica, por lo que: la bomba que abastece al filtro tipo H no da la suficiente presión para calibrar la válvula hidráulica sostenedora de presión y el gasto no es suficiente, por lo que se recomienda un sistema de bombeo que proporcione 22 lps y una presión de 3 kg/cm2; y en el filtro tipo V se requiere un gasto de 8 lps y presión de 3 kg/cm2. Se recomienda la inyección de suciedad (arenas de diferentes granulometrías) aguas arriba del filtro y tener distintos tamaños de mallas para hacer prácticas con calidades de agua mala, media y buena con tamaños de malla de 200, 120 y 80 mesh. También se recomienda mejorar la instrumentación de medición con sistemas de adquisición de datos, es decir, automatizar el sistema para obtener datos instantáneos, como son la presión y el gasto para precisar el sistema. Se elaboró el manual de práctica para personas interesadas en el tema, pero debido a que el mercado de los sistemas de riego crece a una manera acelerada, las tecnologías y la competencia entre fábricas, con este documento se cubre la parte de los FMHAA; pero también es necesario proveer información sobre otros elementos de control y seguridad en un sistema de riego como son: filtros de otras características, como son, hidrociclones, malla manuales y filtros de arena, muy usados en México; también el uso y calibración de válvulas hidráulicas reguladoras de presión y sostenedoras de presión hidráulica con comando manual o eléctrico, válvula hidráulica de alivio de presión, demostraciones de funcionamiento y diseño de válvulas de admisión y expulsión de aire en un sistema de riego, conocimientos de los emisores de riego disponibles en el mercado para su correcta selección.

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8. BIBLIOGRAFIA

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