Diseo de Sistemas de Riego. Diseos del sistema de riego en un campo de golf. Indice:

Suministro de agua.

Vamos a determinar la "evapotranspiracin de referencia del cultivo" (ETo) definida como la velocidad de evaporacin de un manto de hierba verde de gran extensin, formado por gramneas, y con una altura uniforme de 8 a 15 cm, en proceso de crecimiento, que cubre por completo el suelo y que dispone de agua suficiente. Siguiendo el mtodo semiemprico de Penman (1948) modificado por la FAO (1986).

Se ha considerado que los valores de ETo, calculados de esta forma, proporcionan una estimacin suficientemente aproximada de la prdida de agua que se produce en un csped bien cuidado. Dado que la altura de una superficie verde suele variar ente 2 y 5 cm; al considerar la ETo como demanda de agua de la misma se comete un ligero error por exceso, pero que en todo caso est del lado de la seguridad para el buen abastecimiento hdrico de la pradera.

Clculo de las necesidades de riego.

Bases de diseo.

Criterios pera el diseo del sistema de riego.

Eleccin del sistema de riego.

Determinacin de los parmetros de riego.

Seleccin del tipo de aspersor y bocas de riego.

Clculo de los ramales/circuitos porta aspersores .

Clculo hidrulico de la red general de distribucin.

Caractersticas resistentes de las conducciones.

Clculo del sistema de impulsin.

Clculo de las necesidades de almacenamiento.

Sistemas de control y automatismos.

Otros elementos del sistema de riego.

Evapotranspiracin de referencia.

A continuacin se indica el proceso de obtencin del valor de la ETo partiendo de los siguientes datos:

CLCULO DE LAS NECESIDADES DE RIEGO EVAPOTRANSPIRACIN DE REFERENCIA SEGN EL MTODO DE PENMAN

TABLA N1 DATOS DE PARTIDA ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC T 10,6 12,4 15,4 17,7 21,5 26,4 30,8 30,9 28 20,2 14,4 10,7

tm 5,5 7,3 9,2 11,4 14,9 19,5 23,1 23,4 20,6 14 8,7 6,2 t 0,3 2,2 3 5 8,4 12,7 15,4 16 13,2 7,8 2,9 1,7

Pa 940 937 937 935 935 937 938 937 939 938 940 939 U 178,4 202,5 223,4 224,7 215,9 206,8 209,9 201,7 178,8 177 177,2 181,5

n/N 48,5 49,75 58,6 51,15 57,9 63,5 73 74,6 72,2 60,3 55,25 47,27Hr 77,1 75,2 66,3 66,3 61 54,6 47,4 51,3 58,3 72,1 79,8 83,5

TABLA N2 DATOS DE PARTIDA SEGN TABLAS ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Ra 357 486 667 829 943 985 957 855 705 530 382 316 e(T) 12,8 14,4 17,5 20,3 25,6 34,4 44,4 44,7 37,8 23,7 16,4 12,9

e(tm) 9,04 10,2 11,6 13,5 17 22,7 28,3 28,8 24,3 16 11,3 9,49 e(t) 6,25 7,17 7,59 6,74 11 14,7 17,5 18,2 15,2 10,6 7,54 6,92

Albedo 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 TABLA N3 CLCULO DE LA ETo SEGN EL MTODO DE PENMAN

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Das 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 A 0,63 0,70 0,78 0,89 1,09 1,41 1,71 1,73 1,49 1,04 0,76 0,66 hv 592,2 591,28 950,38 589,19 587,4 585,06 583,22 583,07 584,49 587,86 590,56 591,84J 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,62 0,62 0,62 0,62 0,62 0,61 0,61 w 0,51 0,53 0,56 0,59 0,64 0,69 0,73 0,74 0,71 0,63 0,55 0,52 f 32,35 34,64 36,63 36,73 35,92 35,05 35,35 34,57 32,39 32,22 32,24 32,64

Rs 159,49 221,37 335,03 382,44 470,04 521,31 556,5 504,71 406,86 271,17 184,84 139,04Rso 284 432 529 677 742 800 755 674 567 426 323 248 Rbo 169,22 166,86 163,54 158,39 148,23 130,38 111,87 110,2 125,16 151,29 164,02 168,3Rb 80,20 69,23 91,58 75,69 83,03 75,88 76,57 76,99 82,74 85,31 79,83 79,56Rn 39,42 96,79 159,70 211,14 269,49 315,11 340,80 301,54 222,40 118,07 58,80 24,71

e(tm) 6,97 7,67 7,69 8,95 10,37 12,39 13,41 14,77 14,17 11,54 9,02 7,92 e"-e 2,56 3,11 4,85 5,57 7,93 12,16 17,54 16,68 12,33 5,61 2,95 1,99

ET(Ly/da) 61 102 168 209 275 349 415 374 274 141 75 44 ETo

mm/mes 32 48 88 106 145 179 221 199 141 75 38 23 c 0,6 0,6 0,7 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6

ETo mm/mes 19 29 62 74 116 143 177 159 99 52 23 14

Rs 159,49 221,37 335,03 382,44 470,04 521,31 556,5 504,71 406,86 271,17 184,84 139,04 3 4 6 6 8 9 10 9 7 5 3 2

Hr 77 75 66 66 61 55 47 51 58 72 80 84 c (FAO) 0,8 0,85 0,85 0,85 0,9 0,95 1 1 0,95 0,9 0,9 0,9

ETo 25 41 75 90 131 170 221 199 134 67 34 18

Ra: radiacin extraterrestre expresada en Ly/da, funcin del mes y latitud.

Rso: radiacin solar en un da sin nubes.

n/N: porcentaje de insolacin, relacin entre las horas reales de insolacin y la duracin mxima diaria media de las horas de sol dependientes de la latitud y mes considerado.

Latitud del lugar de las observaciones.

Albedo para un cultivo de pradera de gramneas.

Pa: presin atmosfrica en milibares.

tm: temperatura media mensual.

T: t media de mximas.

T: t media de mnimas.

Hr: humedad relativa.

v: velocidad del viento (km/da).

Siendo la ecuacin utilizada en este mtodo:

En donde:

ETo: la evapotranspiracin del cultivo de referencia en Ly/da.

G: flujo adventivo de calor

= 33,8039[0,05904(0,00738tm+0,8072)7 - 0,0000342]

: constante psicomtrica

siendo:

Cp: calor especifico del agua 0,24 kcal/kgC

Pa: presin atmosfrica

: calor de vaporizacin del agua

=595-tm.0,51

Rn: radiacin neta,

siendo,

: albedo 0,25

Rs = Ra(0,18+0,55n/N)

Rb: radiacin trmica perdida

Rbo: radiacin solar trmica perdida en un da sin nubes;

e: tensin de vapor en mb para esa temperatura

v= f(u): funcin del viento f(u)=15,36(1+0,0062u2)

u2: velocidad del viento medida a 2 metros sobre la superficie del suelo en km/da.

(e-e): dfict de saturacin de vapor,

c: factor de correccin por la existencia de diferencias entre la ETo real y la calculada en condiciones que no sean representativas de aqullas dadas anteriormente, siendo funcin de la humedad relativa mxima (%), de la radiacin solar (mm/da), de la velocidad del viento por el da (m/s) y de la relacin entre la velocidad del viento diurna y nocturna (Uda/Unoche).

Viene dado el valor de la ETo diaria en mm/da segn la expresin:

ETo (mm/da) = ETo (Ly/da).10

Eleccin del coeficiente de cultivo Kc

El valor de kc representa la evapotranspiracin de un cultivo en condiciones ptimas y que produzca rendimientos ptimos.

La evapotranspiracin del cultivo se expresa por:

ETc = ETo.kc

Los factores que determinan el valor de kc son principalmente las caractersticas del cultivo, las fechas de plantacin o siembra, el ritmo de desarrollo del cultivo y la duracin del perodo vegetativo, las condiciones climticas y la frecuencia del riego.

Como la ETo se determina como referencia para una pradera de gramneas de 8 a 15 cm de altura, homognea y de densidad adecuada y en nuestro caso tratamos de regar una superficie cespitosa constituidas por gramneas de altura algo inferior que la anteriormente sealada, homognea, con buena densidad y en condiciones ptimas de desarrollo, podemos tomar como coeficiente del cultivo el valor uno sin cometer apenas errores.

Al tratarse de un cultivo con cubierta completa anual el valor de kc vendr dado para todos los meses del ao, pero debido a las condiciones locales predominantes en invierno con temperatura media de mnimas inferiores a 4C y prximas a 0C que limitan y reducen el crecimiento de las variedades de gramneas empleadas en los distintos elementos del recorrido, es conveniente reducir el valor de kc en esos meses y por ello se ha tomado para los meses de diciembre, enero y febrero los valores de 0,65, 0,50, 0,75 respectivamente.

Aunque las siegas producen una disminucin de la biomasa transpirante y por tanto una reduccin del valor de kc, en nuestro caso los continuos cortes que se realizan para mantener un alto grado de uniformidad en la altura del csped hacen que esta variacin no sea significativa para tenerla en cuenta.

Por los criterios y objetivos del proyecto el sistema de riego se establece nicamente para proporcionar el agua suficiente a el tamiz herbceo que conforma el campo, y no para el riego del resto de especies vegetales, principalmente leosas, que se han querido conservar en las condiciones naturales de su medio de desarrollo, es decir en secano, para una mejor integracin del recorrido en el entorno adehesado del Monte y con el objetivo de reducir al mnimo las necesidades de riego.

Clculo de las necesidades de riego

Las necesidades netas de riego vienen dadas por la ecuacin:

Nn = ETc - Pe - Gw Error! Bookmark not defined.R

siendo:

Nn: necesidades netas de riego del cultivo

ETc: evapotranspiracin del cultivo

Pe: precipitacin efectiva

Gw: ascenso capilar

Error! Bookmark not defined.R: variacin de la reserva, de la cantidad de agua utilizable por la planta disponible en el suelo explorado por las races.

Precipitacin efectiva

A partir de los datos pluviomtricos aportados por la estacin meteorolgica de El Pardo para un perodo de 16 aos se han calculado las probabilidades de lluvia, como se recoge en la tabla siguiente.

Por las caractersticas de proyecto que requieren un esperado cubrimiento de las necesidades hdricas nos conducen a tomar como lluvia verosmil mensual aquella que ocurre en ms del 80% de los casos, es decir slo 2 de cada diez aos la pluviomtrica registrada es inferior a la considerada a efectos de clculos del sistema de riego. En esta situacin se ha considerado que a efectos del balance hdrico no se producen prdidas, en estas lluvias, por escorrenta o evaporacin.

Ascenso capilar

La textura arenosa con la que se confeccionan estos suelos como por situarse la capa fretica media a ms de 200 cm de la superficie determinan que la contribucin de este tipo de aguas al balance final sea nulo.

Reserva

El agua utilizable por las plantas que puede almacenar el suelo es funcin de las caractersticas fsicas del mismo.

El sistema de riego garantiza la perfecta distribucin del agua que necesita el csped de las distintas partes que constituyen el terreno de juego.

La superficie a regar est formada por una mezcla de diversas gramneas, ya que el resto del campo, la zona no deportiva, se mantendr cubierta con especies autctonas que requieren una mnima cantidad de aporte de agua adicional.

El tiempo disponible para el riego, queda condicionado, en los meses de mximas necesidades por las horas de sol que son aprovechadas para la prctica deportiva, de esta forma se considera como horario disponible para el riego entre las 22:00 y las 8:00 del da siguiente (600 minutos mximo).

Para el diseo del sistema de riego se han considerado los siguientes criterios:

1.- La red de distribucin y aspersin se trazar preferentemente prxima a los caminos, cursos de agua y contorno de la parcela.

2.- La red principal de riego se procurar que atraviese lo menos posible las calles del campo, y en su caso lo har por la zona que reciba un menor juego.

3.- Procurar la mayor continuidad de los riegos (relacin inversa entre el gasto de bombeo y el nmero de horas de funcionamiento).

4.- La diferencia de presin de los aspersores alimentados por el mismo ramal no ser superior al 20% de la presin nominal o la indicada por el fabricante (criterio de proyecto de Christiansen).

5.- Trazado geomtrico de la red, ajustado a los lmites fsicos. El tendido de los ramales seguir aproximadamente las curvas de nivel, con algn desnivel para compensar las prdidas de carga por rozamiento.

6.- El nmero de aspersores por postura se aproximar al medio y ser lo menos variado posible, se tender a dividir la superficie de riego en paralelogramos.

7.- Equilibrio ptimo entre prdidas de carga y diferencias de elevacin, la altura de elevacin est determinada por el ramal ms desfavorables y en el resto se controlar el exceso de presin.

8.- En el caso de pendientes muy acusadas se emplearn reguladores de presin.

9.- Las bocas o tomas de riego vienen definidas por las necesidades de la superficie a regar, estando excluida la presencia de bocas de riego en el interior de los greens y tees.

10.- El riego por aspersin es el que mejor se adapta a pendientes pronunciadas e irregulares.

11.- Se emplear sistemas automatizados y fijos, al requerir una menor mano de obra.

12.- La cobertura total se beneficia de un mallado ms o menos parcial, adems el sistema de mallado garantiza el riego del campo incluso con averas en cualquier tramo de la instalacin, por lo que es recomendado en la construccin de campos de golf.

13.- Se emplearn aspersores de tipo emergente al ser zonas abiertas al paso de pblico.

Conforme a los criterios antes expuestos, a las caractersticas topogrficas de la finca, al diseo del recorrido del campo y a las propias necesidades de riego del csped el sistema de riego elegido es el mtodo de riego por aspersin empleado un sistema de distribucin del agua a presin fija permanente por bloques totalmente automatizado y para el riego de especies leosas o apoyo al sistema de aspersin se dispondr de una red de bocas de riego, para el empleo de mangueras, que ir directamente conectada a la red principal.

Parmetros necesarios:

- Capacidad de campo (%) - Punto de marchitez (%) - Densidad aparente (t/m3) - Profundidad radicular efectiva (m) - Nivel de agotamiento permisible (%) - Evapotranspiracin del cultivo (mm/da) - Necesidades de lavado del suelo (mm/ao) - Eficiencia de aplicacin del riego (%) - Porcentaje mnimo de suelo mojado (%) - rea total a regar neta (m2) - Caudal disponible (l/s) - Tiempo disponible de riego al da (min) - Frecuencia del riego (das/mes)

El cuadro siguiente se determinan los clculos de las necesidades de riego siendo los valores medios de los parmetros adoptados en el clculo:

- Capacidad de campo: 10 % - Punto de marchitez: 5 % - Densidad aparente: 1,4 t/m3 - Profundidad radicular efectiva: 0,4 m - Nivel de agotamiento permisible: 50 % - Necesidades de lavado del suelo: 0 mm/ao - Eficiencia de aplicacin del riego: 80 % - Porcentaje mnimo de suelo mojado: 100 % - rea total neta a regar: 120.393 m2 - Caudal disponible (continuo): 20 l/s - Tiempo disponible de riego al da: 600 min - Frecuencia del riego: diaria Lmina de agua (Hr) del riego requerida: para el ms de mximas necesidades es de 7,2 mm/da. Lmina de agua bruta (Hb) del riego: 9 mm/da. Lmina de agua neta (Hn) del riego: 7,128 mm/da. Lmina de agua perdida por percolacin profunda (Hp): 1,872 mm/da. Lmina de agua de dficit(Hd): 0,072 mm/da.

Rendimientos del riego:

Rendimiento de aplicacin (Ra): 80 %

Coeficiente de dficit (Cd): 1 % Coeficiente de uniformidad (Cu): 88 % Coeficiente de prdidas por percolacin profunda (Cp): 20% Coeficiente de escorrenta (Ce): 0 %

Las frmulas aplicadas son:

Ra = Hn*100/Hb ; Cd = Hd*100/Hr; Cu = 100*(1 - (Hi-Hb)/hb);

Cp = Hp*100/Hb; Hb = Hn + Hp; Hd = Hr - Hn.

La cantidad de agua a aportar anualmente, es en el 80 % de los aos, inferior a:

1.364 mm/ao (13.640 m3/ha/ao)

Las necesidades de agua que debe aplicar el sistema de riego son:

9,00 mm/da

TABLA 1. DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE RIEGO

Criterios

Los criterios para la eleccin del tipo de aspersor han sido:

1.- Cantidad de agua a aplicar por cada riego. 2.- Adaptacin del aspersor al empleo de aguas residuales depuradas. 3.- Alcance. 4.- Tipo de superficie a regar. 5.- Autoemergente, y con proteccin ante la concentracin de arena en la carcasa del rotor. 6.- ngulo bajo de trayectoria, para reducir el riesgo de derivas al aplicar el agua

residual regenerada. 7.- Regulador de presin incorporado (por la topografa del terreno)

Aspersores seleccionados

Los aspersores cumplir las siguientes caractersticas:

1.- Aspersores para calles y tees:

Descripcin: aspersor de impacto doble tobera 18x11,5 7,1x4,6 mm con mecanismo antidrenaje, soporta hasta 4,6 m de diferencia de elevacin.

Presin de trabajo: 5,00 bares Alcance: 21,3 m Caudal: 1,7 l/s Pluviometra (espaciamiento en cuadrado basado en un 50 % del dimetro de alcance): 13 mm/h

2.- Aspersores para greens:

Descripcin: aspersor de impacto doble tobera 18x11,5 7,1x4,6 mm con vlvula elctrica incorporada, con mecanismo antidrenaje, soporta hasta 4,6 m de diferencia de elevacin.

Presin de trabajo: 5,00 bares Alcance: 21,3 m Caudal: 1,7 l/s Pluviometra (espaciamiento en cuadrado basado en un 50 % del dimetro de alcance): 13 mm/h A efectos de clculo del sistema ambos aspersores son iguales.

3.- Bocas de riego, para riego manual de puntos singulares.

Descripcin: boca de riego blindada. Permitir el acoplamiento de manguera, tendr cuerpo de bronce o fundicin con mecanismos de bronce, estar provista de tapa preparada para ser embridada a tubo, ser estanca bajo una presin de agua de 15 atmsferas. El dimetro de entrada y salida ser de 40 mm. Presentar dos tubos laterales para conectar un tubo de desage.

Marco de riego: El marco de riego escogido para la disposicin de los aspersores ha sido el cuadrangular ya que se adapta mejor al diseo de la red de distribucin del riego:

21 x 21 m

esto supone tomar el 50% del dimetro de alcance del aspersor (por recomendacin del fabricante, conforme a la curva de distribucin del agua del aspersor), esto es considerar un alcance real del 98,5 % del aportado por el fabricante.

Disposicin de los aspersores en el campo

Los ramales portaaspersores estarn formados por (para las calles y tees):

Ramal de 3 aspersores Ramal de 4 aspersores Ramal de 5 aspersores

Para los greens:

Circuito de 4 aspersores (se ha diseado la disposicin en tubera cerrada para garantizar, en cualquier situacin, el perfecto riego de estas delicadas superficies)

En total se tienen 62 ramales y 10 circuitos.

En la tabla siguiente se recogen los distintas redes portaaspersores atendiendo a la nomenclatura, la primera letra indica el tipo de zona a regar CP (campo de prcticas), PG (putting green), Ti (tees del hoyo i), Gi (green del hoyo i), Hij (el ramal que sirve al hoyo i y j) y el nmero de la derecha indica el nmero de ramal del hoyo considerado.

TABLA 2. DISTRIBUCIN DE RAMALES PORTA-ASPERSORES

En total suman 273 aspersores distribuidos en 10 circuitos de greens (40 aspersores tipo 2), 19 ramales de 3 aspersores, 39 ramales de 4 aspersores y 4 de 5 aspersores (233 aspersores tipo 1).

Las bocas de riegos se dispondrn independientes del resto de ramales, sus derivaciones (de 40 mm de dimetro) irn conectadas a la red general de distribucin. Dado que su uso se prev manual, no influye en el clculo de la red general de distribucin, ya que el caso ms desfavorable lo presenta el riego del csped. El total ser de 43 bocas de riego.

Dimensionado de los ramales

En la tabla, de la pgina siguiente, se recogen los clculos para el dimensionado de los ramales.

Para el dimensionado hidrulico de los ramales se ha aplicado la frmula de prdidas de carga en tuberas lisas (PVC) de BLASIUS que ofrece una aproximacin suficiente:

Siendo: I la pendiente motriz Q gasto por ramal (m3/s) D dimetro interior del ramal (m) v = 10-6 m2/s A las prdidas de carga que producira una corriente uniforme de caudal Q que recorriera todo el ramal se aplica el factor F de Christiansen de reduccin que tiene en cuenta que dicho gasto se distribuye uniformemente a lo largo de la tubera:

Siendo:

N nmero de aspersores m el exponente de la relacin emprica (1,75)

La prdida de carga del ramal (hf) es:

hf = F. I. L

siendo L la longitud del ramal.

La prdida de carga total vendr dada por:

- Prdida de carga en el ramal - Perdidas de carga singulares: coeficiente de mayoracin de 1,15 - Prdida de carga en elementos singulares: vlvulas elctricas

El dimensionado previo se realiza a partir de suponer una velocidad mxima de circulacin del agua por la tubera de 2 m/s, tomndose como valor real de clculo el dimetro interior inmediato superior de las tuberas comerciales de PVC con presin nominal de 10 atm.

Mdulo de riego

Tasa de aplicacin de agua (Ia): 13 mm/h Agua a aportar por el riego (Hb): 9 mm/da

Duracin del riego: 42 minutos/da Nmero de posturas al da: 1 Duracin de cada postura: 42 minutos/postura Nmero de posturas necesarias (tiempo total disponible / duracin de la postura):

Nmero de posturas 14

Distribucin en bloques de los aspersores

Criterios:

Para mayor uniformidad del riego los bloques debern constituir una misma unidad regante. La distribucin en bloques tender a distribuir caudales homogneos y agrupar a ramales con alturas hidrulicas requerida similares. Por necesidades del juego, la primera zona del campo a regar ser la zona de prcticas, seguida del hoyo 1 y as sucesivamente, pues son las primeras reas donde se inicia el recorrido y por tanto estarn exentas de cualquier resto de agua superficial.

TABLA 4. DE POSTURAS Y RAMALES EN FUNCIONAMIENTO SIMULTNEO

En la tabla siguiente se detallan los caudales y alturas hidrulicas requeridas en cada postura.

Duracin de cada postura en el mes de mximas necesidades: 42 minutos. Duracin total del riego: 42 min/postura * 14 posturas = 588 minutos (9 h 48 m). Comienzo del riego: 22:00 pm Finalizacin del riego: 7:48 am

La red general de distribucin se plantea como un sistema de redes malladas, que garantizan el correcto funcionamiento del sistema y permiten el empleo de secciones ms reducidas en las tuberas.

La figura siguiente representa el esquema de la instalacin, en la cual las diferentes mallas que la constituyen se escalonan conforme la pendiente del terreno disminuye.

Predimensionado

El predimensionado de la red mallado se realiza mediante su transformacin en red ramificada equivalente (desdoblado). De esta forma obtenemos tres redes equivalentes para cada uno de los circuitos de la red.

Se ha supuesto que el caudal que circula en un sentido es el mayor servido en la postura ms desfavorable (26,5 l/s). Partiendo de la velocidad mxima admisible en la tubera 2 m/s, se obtiene el dimetro interior mnimo del tramo tomndose como valor de clculo el dimetro interior de la seccin comercial inmediata superior, de esta forma aplicando la frmula de Blasius (rgimen perfectamente liso) obtenemos la prdida de carga en cada tramo. Si esta operacin se realiza en ambos sentidos la interseccin de ambas curvas de prdidas de carga nos da el punto medio de la malla, comprobndose que el punto medio de las mismas no est en un tramo comn de la red y por tanto no es necesario hacer la compensacin de caudales por iteraciones sucesivas, es decir los nudos comunes a ms de una malla presentan la misma altura de carga una vez calculada cada malla independientemente para el mismo gasto circulante.

Distribucin de caudales en la red: anlisis de la red mallada

Se cumplir en todos los nudos de la red las leyes de KIRCHOFF:

1.- En cada nudo la suma de caudales que entra es igual a la suma de caudales que sale.

2.- La suma de las prdidas de carga cuando se recorre toda la malla en el mismo sentido es cero.

Para simplificar el clculo:

1.- Cada postura riega un nico tramo de la malla.

2.- El gasto continuo de cada postura se ha supuesto puntual en el punto medio equivalente del tramo servido.

3.- El dimensionado de la red se ha realizado para la situacin

ms desfavorable, esto es cuando circula un caudal mximo en uno de los sentidos (26,5 l/s).

FIGURA 4. ESQUEMA DE LA MALLA EN UNA POSTURA CUALQUIERA

La distribucin de caudales se realiza aplicando las Leyes de KIRCHOFF a cada postura que constituye la malla:

Q = Q1 + Q2

hf1 = hf2

Donde Q es conocido (el gasto de la postura) L1 y L2 estn dados por el punto medio considerado de aplicacin de todo el gasto, y los dimetros vendrn dados por el caudal mximo a transportar.

Aplicando la frmula de BLASIUS para tuberas lisas se tiene:

Siendo:

hf1 prdida de carga (m) Q1 gasto de la postura en sentido 1 (m3/s) Di1 dimetros interiores de la tubera en sentido 1 (m) Li1 longitud del recorrido en sentido 1 (m)

Resolviendo el sistema anterior la distribucin de caudales es:

En la tabla figuran las distintas distribuciones de caudales segn el bloque a regar:

Estado piezomtrico de la red

La distribucin del gasto en la malla y el clculo de la altura de carga necesaria para el bombeo correcto a los ramales constituyen un mismo proceso iterativo.

La altura a la que habr que impulsar el agua en cabeza viene dada por los trminos: altura necesaria en la acometida del ramal, prdida de carga desde bombas al ramal, prdidas de carga singulares y diferencia de cota (bombeo-ramal).

De esta forma aplicando la frmula de Blasius, en los dos sentidos de la malla se obtienen las prdidas de carga en la tubera principal que multiplicadas por el coeficiente 1,15 que incluye la prdidas de carga debidas a elementos singulares, finalmente la cota hidrulica (CH) de cada ramal vendr dada por:

CH = cota geomtrica + altura requerida en cabeza del ramal + prdidas de carga totales en la tubera principal

La altura de agua necesaria en cada punto queda determinada por la diferencia entre la cota hidrulica y la cota geomtrica del grupo impulsor.

La validez de estos clculos se comprueban aplicando el mtodo de HARDY-CROSS, comprobando de que el caudal corrector de cada malla es inferior a 0,002 m3/s:

El signo indica el sentido de circulacin de los caudales.

En las tablas siguientes se recoge todo el proceso de clculo:

La comprobacin del timbraje de las tuberas se determina en las condiciones de bombeo con todas las llaves cerradas lo que supone que se alcance una sobrepresin de la red equivalente a la altura de impulsin, 55 m.c.a, sta sumada a la diferencia de nivel entre el bombeo y el punto de la tubera considerado nos da la carga esttica. Despreciando el factor debido a la velocidad (U2/2g), suficientemente pequeo, y las prdidas de carga en la tubera, la carga dinmica es, por tanto, inferior a la esttica; siendo sta, la presin de trabajo, empleada en la comprobacin del timbraje de la red, segn la presin de trabajo normalizada para perfiles de PVC.

TABLA. CLCULO DE LA PRESIN DE TRABAJO A PARTIR DE LA CARGA ESTTICA

Dado que las tuberas prximas a la impulsin se pueden producir cargas transitorias, se han calculado stas de forma simplificada aplicando las frmulas de ALLIEVI Y MICHAUD, para cierre lento y rpido, respectivamente:

Siendo:

HzL' h, sobrepresin en metros a, celeridad de propagacin del fenmeno (m/s), para tuberas de PVC a = 400 m/s. Vo, velocidad en rgimen del fluido (m/s) g, aceleracin de la gravedad (9,81 m/s2) t, tiempo de cierre (2.L/a)

entonces para el cierre rpido:

Para el cierre lento, que es el ms probable al estar diseada la instalacin con vlvulas elctricas por bloques reducidos, se obtiene la tabla:

Esta sobrepresin se sumar a la diferencia de cota existente entre el punto de bombeo y el tramo considerado, siendo para el caso ms desfavorable una presin que deber resistir la tubera de 52 + 43,5 = 95,5, por tanto las tuberas tendrn una presin normalizada de 100 atmsferas.

Si bien en las proximidades del sistema de impulsin ante la posibilidad de producirse un cierre brusco el timbraje se corregir segn:

Tiempo de cierre (cierre rpido):

Donde 15 viene expresada segn MENDILUCE por

Siendo:

C coeficiente de ajuste por pendiente de la tubera 0,90 K coeficiente de ajuste por la longitud 1,65 Vo velocidad de rgimen del fluido (m/s) Hm altura manomtrica (m)

Entonces al ser cierre lento el tramo de tubera que soporta la mxima sobrepresin viene definido por la distribucin lineal descendente de la carga transitoria. Mientras el cierre lento tiene un tramo en el que la carga se mantiene expresada por:

Este tramo estar soportando una sobrepresin de 55 (altura de impulsin) + 49 (sobrepresin) = 109 m, en una longitud de 129 m para despus descender linealmente; por eso los tramos de tubera desde la impulsin al primer nudo de distribucin se emplear tubos de PVC con presin normalizada a 16 atmsferas.

La red de distribucin estar compuesta por los siguientes tipos de tubera:

La potencia necesaria a instalar se obtiene aplicando la expresin:

Siendo:

P, potencia a suministrar en W Q, gasto total a impulsar (l/s) H, altura total a elevar (incluidas las prdidas de carga en la impulsin) (m) b, rendimiento de la bomba m , rendimiento del motor

Tomando:

Prdida de carga mxima en la impulsin 6 m Rendimiento de la bomba del 0,80 Rendimiento del motor elctrico 0,90 El valor mximo de potencia requerida por el sistema es de 27 Kw (37 cv), para elevar un gasto de 37,5 l/s a 53 m. En la tabla se recogen los distintos valores requeridos en cada postura.

Caractersticas hidrulicas de la estacin de bombeo

La eleccin del sistema de impulsin se realiza partiendo del grfico de necesidades del sistema de riego (H-Q).

La instalacin se compondr de dos grupos moto-bomba montados en paralelo que tendrn las siguientes caractersticas:

Bomba horizontal serie RN (Norma DIN 242555) tipo RN 65-200 con rodete de 200 mm de dimetro y con una altura de elevacin de hasta 55 m. Dotadas de motor elctrico trifsicos con rotor en corto circuito que suministran una energa de 30 Kw, velocidad de sincronismo 3.000 rpm, frecuencia 50 Hz, proteccin P-22, rendimiento 0,88 a 2.900 rpm y factor de potencia 0,89. La figura recoge las curvas caractersticas del sistema.

CURVAS CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE BOMBEO

Adems se aadir para la alimentacin de las bocas de riego un grupo moto-bomba que elevar un gasto mximo de 9 l/s (5 bocas de riego abiertas como mximo al mismo tiempo por 1,8 l/s caudal de cada boca) a una altura total de 40 m absorbiendo una potencia de 4,9 Kw (6,6 cv), bomba monobloque tipo IR 40-200A de 7,5 Kw, 40 m3/h a 42,4 m, que incorpora un caldern galvanizado con capacidad de 1.500 l, regulado entre 20 y 40 atm de presin.

Calculado segn:

Caudal: 9 l/s Presin mxima: 40 atm. Presin mnima: 20 atm. Tiempo entre dos maniobras: 300 s. Volumen mximo de gas en el caldern (Q.t.Pmax/(Pmax-Pmin)): 1.350l Volumen mnimo de gas en el caldern (Pmin.Vmx/Pmax): 675l Volumen necesario de caldern (Vmx + resguardo): 1.500 l.

Implementacin de la estacin de bombeo

Situacin del grupo de bombeo: junto al lago a una cota de 678 m.s.n.m.

Para ms detalle de estos elemento y sus disposicin consltese el cuadro de precios y los planos de este proyecto.

Equipamiento en la aspiracin:

a) Tulipa de aspiracin b) Filtro o colador (cilindro perforado que impide el paso de objetos extraos al interior de la bomba) c) Vlvula de pie o antiretorno: - Impide el vaciado de la tubera - Impide el giro en sentido contrario de la bomba d) Colector

Equipamiento de la impulsin:

a) Difusor b) Vlvula elctrica de compuerta (regula el punto de funcionamiento) c) Manmetro e) Vlvula elctrica en bay-pass permite elevar diferentes caudales alturas piezomtricas constantes. f) Presstatos y otros elementos de medida y control.

Grupos moto-bomba

a) Bomba centrfuga tipo RN 65-200 c) Motor elctrico de 30 Kw a 2.900 rpm. d) Grupo de vaco (permite el cebado para el arranque automtico del sistema). e) Bombeo para bocas de riego:

Descripcin: grupo elctrico moto-bomba monobloque

Potencia nominal del motor: 7,5 Kw a 2850 rpm y 50 Hz Altura total de elevacin: 45,1 m Caudal elevado: 9,7 l/s

f) caldern hidro-neumtico (de 1.500 l)

El caudal continuo disponible es de 20 l/s por lo que ser necesario la construccin de un lago, que cumpla los criterios de:

Contribucin esttica y paisajstica al campo. Mxima utilidad tcnica y funcional. Permitir la aireacin y oxigenacin del agua residual, especialmente por la volatilizacin del cloro que es perjudicial para el sistema suelo-planta.

Para el clculo del volumen de almacenamiento de agua se parte de los valores:

Necesidades mximas de riego del mes de julio 1.169,5 m3 (1,7 l/s/aspersor * 42 min/aspersor/da * 60 s/min * 273 aspersores/da). El tiempo de retencin del agua en la balsa ser al menos superior a 2 das para lograr una perfecta oxigenacin. La profundidad efectiva de la balsa no ser mayor a 1,5 m, para evitar riesgos de anaerobiosis en los fondos.

Para permitir un adecuado funcionamiento del sistema como una correcta aireacin del lago y facilitar su limpieza se proyecta la construccin de una balsa dividida en 3 mdulos independientes, conectados entre s, que almacenar un volumen total de:

c * V * d = Vt

1,05*1.169,5*3 = 3.684 m3

Siendo,

c, coeficiente de mayoracin por prdidas por evaporacin. V, volumen total de agua a aplicar diariamente. d, nmero de das de retencin del agua en el lago. Vt, volumen total necesario de almacenamiento.

La profundidad media til ser de 1,5 m lo que representa unas necesidades netas de suelo de 2.456 m2.

El grupo de bombeo se servir directamente del lago, tendr acceso directo a los tres mdulos de almacenamiento mediante un sistema de vlvulas de flotador.

Generalidades

El sistema de control, supervisin y gestin del campo reparte las funciones de proceso y gestin entre sus diferentes componentes, de forma que se obtiene un control distribuido, flexible, de fcil acceso para el operador y con gran fiabilidad.

El control y la gestin del sistema de riego se realizar a travs de un computador central desde el cual, con el software correspondiente, se controlar el funcionamiento de toda la instalacin de riego. A esta estacin central est asociada a seis estaciones remotas o programadores-satlites de campo.

Sistema de control automtico

Sistema de control por bloques

El sistema de riego por bloques agrupa en una misma unidad, buscando una mayor uniformidad en el reparto de agua y una disminucin de los bordes de la zona regada. En nuestro caso el bloque de riego se consigue abriendo varias vlvulas a la vez seleccionado por su mayor flexibilidad pues permite modificar la dimensin del bloque de riego y garanta de un mejor funcionamiento del riego. Salvo los aspersores de los greens que llevarn incorporada la vlvula en cabeza por las mayores exigencias de riego y seguridad de estos elementos.

Sistema de control automtico

El control automtico del sistema se puede llevar a cabo mediante equipos elctrico o hidrulicos, si bien estos ltimos normalmente slo se emplean en pequeas instalaciones donde la topografa es muy poco acusada y en la actualidad est bastante desechada por los sistemas elctricos que incorporan mayores ventajas tcnicas, de mantenimiento, fiabilidad y de empleo en gran nmero de situaciones, aunque exige la presencia de pararrayos para evitar descargas elctricas en caso de tormentas, tan frecuentes en verano.

El sistema de control elctrico por programador central presenta las siguientes caractersticas:

Generales:

- Permite la utilizacin, con control centralizado de hasta 800 satlites de 32 estaciones cada uno. - Los satlites electrnicos pueden programarse desde el central o bien en el propio satlite, pudiendo funcionar como programadores independientes. - Cada satlite dispone de 8 programas y cada programa tiene hasta 3 repeticiones de los ciclos de riego. - Calcula los tiempos de riego para todas las estaciones, basado en la evapotranspiracin y en las condiciones agronmicas y medio ambientales. - El sistema de control permite una comunicacin del central con los satlites en los dos sentidos. - El computador puede emplearse simultneamente para funciones de riego y para cualquier otro tipo de aplicacin. - Puede establecerse un programa multi-manual de riego de refresco desde el satlite, recomendable en los meses ms calurosos del ao. - La dosificacin del agua puede ajustarse para cada estacin, cada programa, un grupo o la totalidad del sistema, esto permite aplicar a cada zona de riego su dosis justa conforme a las caractersticas del suelo, del clima y microclima, del csped y de su uso. Logrando altos ahorros de agua y energa. - Permite su conexin con estaciones meteorolgicas, as como el uso de sensores de lluvia y temperatura. - La unidad de control controla el caudal, la presin, la bomba (encendida/apagada), etc.

Caractersticas de los programadores-satlites: estn formados por un autmata programable, con la siguiente configuracin y caractersticas:

- Unidad central de proceso - Mdulos de entradas/salidas digitales - Mdulos de entradas/salidas analgicas - mdulos de comunicacin - Disponen de al menos 12 estaciones de riego, comandando cada una por lo menos dos electrovlvulas

- Tiempo de riego de 3 a 60 minutos - Selector de funcionamiento automtico o manual - Proteccin de circuito - Instalacin a la intemperie - Transformador interno o enchufable: Alimentacin 220/240 V c/a, 50 Hz Salida 24 V c/a, 30 VA Salida mxima hacia las vlvulas 1,1 A

Clculo del automatismo

Distribucin de los programadores

El nmero de vlvulas elctricas a controlar por el automatismo son 102 (40 corresponden a las aspersores con vlvula incorporada y 62 a las vlvulas elctricas colocadas en cabeza de los ramales portaaspersores). Coma cada estacin puede controlar dos electrovlvulas el nmero de estaciones necesarias es de 51. Como cada satlite posee 12 estaciones, de las cuales al menos dos se dejarn libres para otras funciones o por seguridad, el nmero de programadores satlites a emplear es de 6 equivalentes a 72 estaciones y 144 salidas de control.

La distribucin de los programadores en campo ha respondido a los criterios de:

Proximidad entre el programador y las vlvulas comandadas (menor longitud del cableado y menores cadas de tensin).

Proximidad a la red de distribucin de riego, para reducir las excavaciones y facilitar reparaciones, as como atravesar lo menos posible las zonas de juego.

Agrupar zonas comunes de riego.

En la tabla siguiente se recoge la distribucin de los satlites segn los ramales servidos. En total se dispondrn 6 unidades de programadores-satlites.

TABLA DE DISTRIBUCIN DE SATLITES

* A este satlite se conectar el control automtico del grupo de bombeo.

Clculo de las conexiones elctricas

El mximo nmero de elementos controlado por un programador-satlite son 24, que se corresponde en nuestro caso con un mximo de 18 electrovlvulas, que tiene las siguientes caractersticas elctricas:

Intensidad mxima normal: 0,365 A Potencia aparente: 8,8 VA Voltaje: 24 V Factor de potencia 0,8

Cada una de las cuales va comandada por un cable de mando y otro comn.

Clculo de la seccin del cable comn (para seccin constante):

Longitud mxima 200 m Nmero de electrovlvulas 10 (programador en el punto medio) Cada mxima de potencia permitida 5 % (1,2 V) Tipo de conductor: cobre, conductor aislado (1000 V) enterrado en tubo flexible. Resistividad: 0,018 mho/m.

Seccin nominal del cable comn 25 mm2

Clculo de la seccin del cable de mando:

Longitud mxima 200 m Nmero de electrovlvulas 1 Cada mxima de potencia permitida 5 % (1,2 V) Tipo de conductor: cobre, conductor aislado (1000 V) enterrado en tubo flexible. Resistividad: 0,018 mho/m

Seccin nominal del cable de seccin 2,5 mm2. Resumen de elementos: - Cable de alimentacin para 220/240 V y 50 Hz c/a. - Cable de mando alimentacin/impulso de 24 V - Cable comn

- Programadores satlites - Decodificador

Funciones de los programadores-satlites o estaciones remotas

Las funciones bsicas realizadas por los satlites sern:

- Transmisin de rdenes operativas a los distintos accionamientos del sistema de riego, tales como:

. Abrir/cerrar vlvulas . Arranque/parada de motores . Encender o apagar circuitos elctricos . Resto de operaciones necesarias - Toma de datos del proceso, por medio de seales de entrada, tanto digitales como analgicas. - Tratamiento y elaboracin de estos datos, para su traspaso al puesto central. - Recepcin de datos y consignas desde el puesto central. - Depsito de datos de proceso, procedentes de la propia elaboracin de la estacin remota, en el caso de operaciones con elaboracin local o procedentes del puesto central, en el caso de elaboracin remota.

Por medio del software, es posible, tanto la realizacin de operaciones lgicas con elementos binarios, como la realizacin de clculos, regulacin, lmites, etc., con valores numricos a partir de valores continuos convertidos en numricos, por medio de conversiones analgico-digital o digital-analgicas.

Funciones del sistema informtico

El sistema de control de inteligencia distribuida proyectado, dispone en la sala central de un centro operativo que realiza las siguientes funciones principales:

- Control del intercambio de informacin. - Presentacin de datos al operador. - Gobierno del proceso. - Elaboracin de partes o informes. - Realizacin de un archivo histrico. - Mando de los accionamientos del campo.

Las funciones bsicas asignadas al sistema informtico son:

- Control general del sistema de riego del campo.

- Control energtico de la planta, por zonas y servicios, con optimizacin de rendimientos en funcin del tipo de contrato de energa elctrico y de posibilidades de uso del campo. - Gestin de stocks de almacn y repuestos, especialmente de abonos, semillas, combustible, etc.

- Gestin y emisin de programas de mantenimiento del campo, segn horas de funcionamiento y labores a realizar.

- Elaboracin de histogramas diarios, semanales, mensuales e histricos por pantalla o impresora, conforme a la variacin de los distintos parmetros de control. - Elaboracin de mximos y mnimos de las variables analgicas del Campo, as como desviaciones, tendencias y comparaciones con valores histricos y anteriores. - Elaboracin de acumulados de horas de funcionamiento, agua consumida, energa consumida y dems gastos de mantenimiento (fertilizantes, semillas, etc).

- Elaboracin de histogramas de ratios, de valores analgicos.

- Representacin de grficos en pantalla y por impresora.

- Control de presencia de personal y de mantenimiento preventivo.

- Control de la utilizacin del Campo por el pblico, horas, das y periodos de mxima afluencia, etc.

- Balance econmico del Campo de Golf

Ventosas

Su funcin es evitar la formacin de bolsas de aire en la tubera, con los riesgos de producirse el fenmeno de cavitacin o, al menos, reducir el caudal suministrado, al disminuir la seccin real de paso del fluido.

Se situarn en:

1.- Tramos de tubera cuya pendiente vare en funcin del gradiente hidrulico:

Picos. Incremento de la pendiente en la tubera. Reduccin de la pendiente de la tubera.

2.- Grandes tramos de pendiente uniforme (500-1.000).

3.- Bombas (ventosa cintica) en el punto alto antes de la vlvula de retencin.

4.- Instrumentos de medida, a su entrada.

5.- Despus de las vlvulas reductoras de presin.

6.- Antes de el estrangulamiento reduccin del dimetro de la tubera.

7.- En los cruces de carreteras.

La figura muestra esquemticamente la situacin de las ventosas en la red.

FIGURA: LOCALIZACIN DE VENTOSAS DE AIRE Y DE VACO

Vlvulas

Adems de las, electrovlvulas ya calculadas, se dispondrn en la tubera principal, para hacer posible el seccionamiento de la red en caso de avera o reparacin de parte del sistema.

Tambin se colocar, en el punto ms bajo de la red una llave de drenaje, para poder evacuar el agua interna de las tuberas en caso de reparacin o para la limpieza de la misma.

Se ha previsto una partida alzada a justificar para la acometida de suministro de agua residual depurada para el riego del Campo de Golf, a travs del colector general de Arroyo del Fresno, proveniente de la E.R.A.R. de Viveros propiedad del Excmo. Ayuntamiento de Madrid, con un gasto de 20 l/s (72 m3/h) segn las condiciones de diseo del proyecto, as como satisfacer los derechos de suministro y responsabilidad a la compaa suministradora.

Precio del agua.

Conforme a los estudios sobre costes de regeneracin, red transporte y distribucin realizados por el Canal de Isabel II para la reutilizacin de aguas residuales en reas jardines y campos de golf da un rango de precios entre las 22,9 ptas/m3 (sin incluir amortizaciones de las construcciones) y 42,0 ptas/m3 (totales).

Esto supone un coste, del agua, por ha de riego de 312.356 ptas a 572.880 ptas, lo que representa para todo el campo (12,2 ha regadas) de 3.810.745 a 6.989.136 ptas/ao, en el caso de regarse con dotaciones de 13.640 m3/ha.