Diseño de Sistemas de Riego. Diseños del sistema de riego en un campo de golf. Indice:

Suministro de agua.

Vamos a determinar la "evapotranspiración de referencia del cultivo" (ETo) definida como la velocidad de evaporación de un manto de hierba verde de gran extensión, formado por gramíneas, 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 método semiempírico de Penman (1948) modificado por la FAO (1986).

Se ha considerado que los valores de ETo, calculados de esta forma, proporcionan una estimación suficientemente aproximada de la pérdida de agua que se produce en un césped 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 está del lado de la seguridad para el buen abastecimiento hídrico de la pradera.

Cálculo de las necesidades de riego.

Bases de diseño.

Criterios pera el diseño del sistema de riego.

Elección del sistema de riego.

Determinación de los parámetros de riego.

Selección del tipo de aspersor y bocas de riego.

Cálculo de los ramales/circuitos porta aspersores .

Cálculo hidráulico de la red general de distribución.

Características resistentes de las conducciones.

Cálculo del sistema de impulsión.

Cálculo de las necesidades de almacenamiento.

Sistemas de control y automatismos.

Otros elementos del sistema de riego.

Evapotranspiración de referencia.

A continuación se indica el proceso de obtención del valor de la ETo partiendo de los siguientes datos:

CÁLCULO DE LAS NECESIDADES DE RIEGO EVAPOTRANSPIRACIÓN DE REFERENCIA SEGÚN EL MÉTODO DE PENMAN

TABLA Nº1 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 Nº2 DATOS DE PARTIDA SEGÚN 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 eº(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

eº(tm) 9,04 10,2 11,6 13,5 17 22,7 28,3 28,8 24,3 16 11,3 9,49 eº(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 Nº3 CÁLCULO DE LA ETo SEGÚN EL MÉTODO DE PENMAN

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

Días 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/día) 61 102 168 209 275 349 415 374 274 141 75 44 ET´o

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: radiación extraterrestre expresada en Ly/día, función del mes y latitud.

Rso: radiación solar en un día sin nubes.

n/N: porcentaje de insolación, relación entre las horas reales de insolación y la duración máxima 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 gramíneas.

Pa: presión atmosférica en milibares.

tm: temperatura media mensual.

T: tª media de máximas.

T: tª media de mínimas.

Hr: humedad relativa.

v: velocidad del viento (km/día).

Siendo la ecuación utilizada en este método:

En donde:

ETo: la evapotranspiración del cultivo de referencia en Ly/día.

G: flujo adventivo de calor

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

: constante psicométrica

siendo:

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

Pa: presión atmosférica

: calor de vaporización del agua

=595-tm.0,51

Rn: radiación neta,

siendo,

: albedo 0,25

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

Rb: radiación térmica perdida

Rbo: radiación solar térmica perdida en un día sin nubes;

eº: tensión de vapor en mb para esa temperatura

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

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

(e”-e): défict de saturación de vapor,

c: factor de corrección por la existencia de diferencias entre la ETo real y la calculada en condiciones que no sean representativas de aquéllas dadas anteriormente, siendo función de la humedad relativa máxima (%), de la radiación solar (mm/día), de la velocidad del viento por el día (m/s) y de la relación entre la velocidad del viento diurna y nocturna (Udía/Unoche).

Viene dado el valor de la ETo diaria en mm/día según la expresión:

ETo (mm/día) = ETo (Ly/día).10

Elección del coeficiente de cultivo Kc

El valor de kc representa la evapotranspiración de un cultivo en condiciones óptimas y que produzca rendimientos óptimos.

La evapotranspiración del cultivo se expresa por:

ETc = ETo.kc

Los factores que determinan el valor de kc son principalmente las características del cultivo, las fechas de plantación o siembra, el ritmo de desarrollo del cultivo y la duración del período vegetativo, las condiciones climáticas y la frecuencia del riego.

Como la ETo se determina como referencia para una pradera de gramíneas de 8 a 15 cm de altura, homogénea y de densidad adecuada y en nuestro caso tratamos de regar una superficie cespitosa constituidas por gramíneas de altura algo inferior que la anteriormente señalada, homogénea, con buena densidad y en condiciones óptimas 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 vendrá dado para todos los meses del año, pero debido a las condiciones locales predominantes en invierno con temperatura media de mínimas inferiores a 4ºC y próximas a 0ºC que limitan y reducen el crecimiento de las variedades de gramíneas 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 disminución de la biomasa transpirante y por tanto una reducción del valor de kc, en nuestro caso los continuos cortes que se realizan para mantener un alto grado de uniformidad en la altura del césped hacen que esta variación no sea significativa para tenerla en cuenta.

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

Cálculo de las necesidades de riego

Las necesidades netas de riego vienen dadas por la ecuación:

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

siendo:

Nn: necesidades netas de riego del cultivo

ETc: evapotranspiración del cultivo

Pe: precipitación efectiva

Gw: ascenso capilar

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

Precipitación efectiva

A partir de los datos pluviométricos aportados por la estación meteorológica de El Pardo para un período de 16 años se han calculado las probabilidades de lluvia, como se recoge en la tabla siguiente.

Por las características de proyecto que requieren un esperado cubrimiento de las necesidades hídricas nos conducen a tomar como lluvia verosímil mensual aquella que ocurre en más del 80% de los casos, es decir sólo 2 de cada diez años la pluviométrica registrada es inferior a la considerada a efectos de cálculos del sistema de riego. En esta situación se ha considerado que a efectos del balance hídrico no se producen pérdidas, en estas lluvias, por escorrentía o evaporación.

Ascenso capilar

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

Reserva

El agua utilizable por las plantas que puede almacenar el suelo es función de las características físicas del mismo.

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

La superficie a regar está formada por una mezcla de diversas gramíneas, ya que el resto del campo, la zona no deportiva, se mantendrá cubierta con especies autóctonas que requieren una mínima cantidad de aporte de agua adicional.

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

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

1.- La red de distribución y aspersión se trazará preferentemente próxima a los caminos, cursos de agua y contorno de la parcela.

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

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

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

5.- Trazado geométrico de la red, ajustado a los límites físicos. El tendido de los ramales seguirá aproximadamente las curvas de nivel, con algún desnivel para compensar las pérdidas de carga por rozamiento.

6.- El número de aspersores por postura se aproximará al medio y será lo menos variado posible, se tenderá a dividir la superficie de riego en paralelogramos.

7.- Equilibrio óptimo entre pérdidas de carga y diferencias de elevación, la altura de elevación está determinada por el ramal más desfavorables y en el resto se controlará el exceso de presión.

8.- En el caso de pendientes muy acusadas se emplearán reguladores de presión.

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 aspersión es el que mejor se adapta a pendientes pronunciadas e irregulares.

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

12.- La cobertura total se beneficia de un mallado más o menos parcial, además el sistema de mallado garantiza el riego del campo incluso con averías en cualquier tramo de la instalación, por lo que es recomendado en la construcción de campos de golf.

13.- Se emplearán aspersores de tipo emergente al ser zonas abiertas al paso de público.

Conforme a los criterios antes expuestos, a las características topográficas de la finca, al diseño del recorrido del campo y a las propias necesidades de riego del césped el sistema de riego elegido es el método de riego por aspersión empleado un sistema de distribución del agua a presión fija permanente por bloques totalmente automatizado y para el riego de especies leñosas o apoyo al sistema de aspersión se dispondrá de una red de bocas de riego, para el empleo de mangueras, que irá directamente conectada a la red principal.

Parámetros necesarios:

- Capacidad de campo (%) - Punto de marchitez (%) - Densidad aparente (t/m3) - Profundidad radicular efectiva (m) - Nivel de agotamiento permisible (%) - Evapotranspiración del cultivo (mm/día) - Necesidades de lavado del suelo (mm/año) - Eficiencia de aplicación del riego (%) - Porcentaje mínimo de suelo mojado (%) - Área total a regar neta (m2) - Caudal disponible (l/s) - Tiempo disponible de riego al día (min) - Frecuencia del riego (días/mes)

El cuadro siguiente se determinan los cálculos de las necesidades de riego siendo los valores medios de los parámetros adoptados en el cálculo:

- 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/año - Eficiencia de aplicación del riego: 80 % - Porcentaje mínimo de suelo mojado: 100 % - Área total neta a regar: 120.393 m2 - Caudal disponible (continuo): 20 l/s - Tiempo disponible de riego al día: 600 min - Frecuencia del riego: diaria Lámina de agua (Hr) del riego requerida: para el més de máximas necesidades es de 7,2 mm/día. Lámina de agua bruta (Hb) del riego: 9 mm/día. Lámina de agua neta (Hn) del riego: 7,128 mm/día. Lámina de agua perdida por percolación profunda (Hp): 1,872 mm/día. Lámina de agua de déficit(Hd): 0,072 mm/día.

Rendimientos del riego:

• Rendimiento de aplicación (Ra): 80 %

• Coeficiente de déficit (Cd): 1 % • Coeficiente de uniformidad (Cu): 88 % • Coeficiente de pérdidas por percolación profunda (Cp): 20% • Coeficiente de escorrentía (Ce): 0 %

Las fórmulas 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 años, inferior a:

1.364 mm/año (13.640 m3/ha/año)

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

9,00 mm/día

TABLA 1. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE RIEGO

Criterios

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

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

residual regenerada. 7.- Regulador de presión incorporado (por la topografía del terreno)

Aspersores seleccionados

Los aspersores cumplirá las siguientes características:

1.- Aspersores para calles y tees:

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

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

2.- Aspersores para greens:

Descripción: aspersor de impacto doble tobera 18x11,5 7,1x4,6 mm con válvula eléctrica incorporada, con mecanismo antidrenaje, soporta hasta 4,6 m de diferencia de elevación.

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

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

Descripción: boca de riego blindada. Permitirá el acoplamiento de manguera, tendrá cuerpo de bronce o fundición con mecanismos de bronce, estará provista de tapa preparada para ser embridada a tubo, será estanca bajo una presión de agua de 15 atmósferas. El diámetro de entrada y salida será de 40 mm. Presentará dos tubos laterales para conectar un tubo de desagüe.

Marco de riego: El marco de riego escogido para la disposición de los aspersores ha sido el cuadrangular ya que se adapta mejor al diseño de la red de distribución del riego:

21 x 21 m

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

Disposición de los aspersores en el campo

Los ramales portaaspersores estarán 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 diseñado la disposición en tubería cerrada para garantizar, en cualquier situación, 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 prácticas), 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 número de la derecha indica el número de ramal del hoyo considerado.

TABLA 2. DISTRIBUCIÓN 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 dispondrán independientes del resto de ramales, sus derivaciones (de 40 mm de diámetro) irán conectadas a la red general de distribución. Dado que su uso se prevé manual, no influye en el cálculo de la red general de distribución, ya que el caso más desfavorable lo presenta el riego del césped. El total será de 43 bocas de riego.

Dimensionado de los ramales

En la tabla, de la página siguiente, se recogen los cálculos para el dimensionado de los ramales.

Para el dimensionado hidráulico de los ramales se ha aplicado la fórmula de pérdidas de carga en tuberías lisas (PVC) de BLASIUS que ofrece una aproximación suficiente:

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

Siendo:

N número de aspersores m el exponente de la relación empírica (1,75)

La pérdida de carga del ramal (hf) es:

hf = F. I. L

siendo L la longitud del ramal.

La pérdida de carga total vendrá dada por:

- Pérdida de carga en el ramal - Perdidas de carga singulares: coeficiente de mayoración de 1,15 - Pérdida de carga en elementos singulares: válvulas eléctricas

El dimensionado previo se realiza a partir de suponer una velocidad máxima de circulación del agua por la tubería de 2 m/s, tomándose como valor real de cálculo el diámetro interior inmediato superior de las tuberías comerciales de PVC con presión nominal de 10 atm.

Módulo de riego

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

Duración del riego: 42 minutos/día Número de posturas al día: 1 Duración de cada postura: 42 minutos/postura Número de posturas necesarias (tiempo total disponible / duración de la postura):

Número de posturas 14

Distribución en bloques de los aspersores

Criterios:

• Para mayor uniformidad del riego los bloques deberán constituir una misma unidad regante. • La distribución en bloques tenderá a distribuir caudales homogéneos y agrupará a ramales con alturas hidráulicas requerida similares. • Por necesidades del juego, la primera zona del campo a regar será la zona de prácticas, seguida del hoyo 1 y así sucesivamente, pues son las primeras áreas donde se inicia el recorrido y por tanto estarán exentas de cualquier resto de agua superficial.

TABLA 4. DE POSTURAS Y RAMALES EN FUNCIONAMIENTO SIMULTÁNEO

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

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

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

La figura siguiente representa el esquema de la instalación, 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 transformación 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 más desfavorable (26,5 l/s). Partiendo de la velocidad máxima admisible en la tubería 2 m/s, se obtiene el diámetro interior mínimo del tramo tomándose como valor de cálculo el diámetro interior de la sección comercial inmediata superior, de esta forma aplicando la fórmula de Blasius (régimen perfectamente liso) obtenemos la pérdida de carga en cada tramo. Si esta operación se realiza en ambos sentidos la intersección de ambas curvas de pérdidas de carga nos da el punto medio de la malla, comprobándose que el punto medio de las mismas no esté en un tramo común de la red y por tanto no es necesario hacer la compensación de caudales por iteraciones sucesivas, es decir los nudos comunes a más de una malla presentan la misma altura de carga una vez calculada cada malla independientemente para el mismo gasto circulante.

Distribución de caudales en la red: análisis de la red mallada

Se cumplirá 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 pérdidas de carga cuando se recorre toda la malla en el mismo sentido es cero.

Para simplificar el cálculo:

1.- Cada postura riega un único 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 situación

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

FIGURA 4. ESQUEMA DE LA MALLA EN UNA POSTURA CUALQUIERA

La distribución 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 están dados por el punto medio considerado de aplicación de todo el gasto, y los diámetros vendrán dados por el caudal máximo a transportar.

Aplicando la fórmula de BLASIUS para tuberías lisas se tiene:

Siendo:

hf1 pérdida de carga (m) Q1 gasto de la postura en sentido 1 (m3/s) Di1 diámetros interiores de la tubería en sentido 1 (m) Li1 longitud del recorrido en sentido 1 (m)

Resolviendo el sistema anterior la distribución de caudales es:

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

Estado piezométrico de la red

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

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

De esta forma aplicando la fórmula de Blasius, en los dos sentidos de la malla se obtienen las pérdidas de carga en la tubería principal que multiplicadas por el coeficiente 1,15 que incluye la pérdidas de carga debidas a elementos singulares, finalmente la cota hidráulica (CH) de cada ramal vendrá dada por:

CH = cota geométrica + altura requerida en cabeza del ramal + pérdidas de carga totales en la tubería principal

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

La validez de estos cálculos se comprueban aplicando el método 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 circulación de los caudales.

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

La comprobación del timbraje de las tuberías se determina en las condiciones de bombeo con todas las llaves cerradas lo que supone que se alcance una sobrepresión de la red equivalente a la altura de impulsión, 55 m.c.a, ésta sumada a la diferencia de nivel entre el bombeo y el punto de la tubería considerado nos da la carga estática. Despreciando el factor debido a la velocidad (U2/2g), suficientemente pequeño, y las pérdidas de carga en la tubería, la carga dinámica es, por tanto, inferior a la estática; siendo ésta, la presión de trabajo, empleada en la comprobación del timbraje de la red, según la presión de trabajo normalizada para perfiles de PVC.

TABLA. CÁLCULO DE LA PRESIÓN DE TRABAJO A PARTIR DE LA CARGA ESTÁTICA

Dado que las tuberías próximas a la impulsión se pueden producir cargas transitorias, se han calculado éstas de forma simplificada aplicando las fórmulas de ALLIEVI Y MICHAUD, para cierre lento y rápido, respectivamente:

Siendo:

h, sobrepresión en metros a, celeridad de propagación del fenómeno (m/s), para tuberías de PVC a = 400 m/s. Vo, velocidad en régimen del fluido (m/s) g, aceleración de la gravedad (9,81 m/s2) t, tiempo de cierre (2.L/a)

entonces para el cierre rápido:

Para el cierre lento, que es el más probable al estar diseñada la instalación con válvulas eléctricas por bloques reducidos, se obtiene la tabla:

Esta sobrepresión se sumará a la diferencia de cota existente entre el punto de bombeo y el tramo considerado, siendo para el caso más desfavorable una presión que deberá resistir la tubería de 52 + 43,5 = 95,5, por tanto las tuberías tendrán una presión normalizada de 100 atmósferas.

Si bien en las proximidades del sistema de impulsión ante la posibilidad de producirse un cierre brusco el timbraje se corregirá según:

Tiempo de cierre (cierre rápido):

Donde 15 viene expresada según MENDILUCE por

Siendo:

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

Entonces al ser cierre lento el tramo de tubería que soporta la máxima sobrepresión viene definido por la distribución lineal descendente de la carga transitoria. Mientras el cierre lento tiene un tramo en el que la carga se mantiene expresada por:

Este tramo estará soportando una sobrepresión de 55 (altura de impulsión) + 49 (sobrepresión) = 109 m, en una longitud de 129 m para después descender linealmente; por eso los tramos de tubería desde la impulsión al primer nudo de distribución se empleará tubos de PVC con presión normalizada a 16 atmósferas.

La red de distribución estará compuesta por los siguientes tipos de tubería:

La potencia necesaria a instalar se obtiene aplicando la expresión:

Siendo:

P, potencia a suministrar en W Q, gasto total a impulsar (l/s) H, altura total a elevar (incluidas las pérdidas de carga en la impulsión) (m) ηb, rendimiento de la bomba ηm

, rendimiento del motor

Tomando:

Pérdida de carga máxima en la impulsión 6 m Rendimiento de la bomba del 0,80 Rendimiento del motor eléctrico 0,90 El valor máximo 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.

Características hidráulicas de la estación de bombeo

La elección del sistema de impulsión se realiza partiendo del gráfico de necesidades del sistema de riego (H-Q).

La instalación se compondrá de dos grupos moto-bomba montados en paralelo que tendrán las siguientes características:

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

CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE BOMBEO

Además se añadirá para la alimentación de las bocas de riego un grupo moto-bomba que elevará un gasto máximo de 9 l/s (5 bocas de riego abiertas como máximo 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 calderín galvanizado con capacidad de 1.500 l, regulado entre 20 y 40 atm de presión.

Calculado según:

Caudal: 9 l/s Presión máxima: 40 atm. Presión mínima: 20 atm. Tiempo entre dos maniobras: 300 s. Volumen máximo de gas en el calderín (Q.t.Pmax/(Pmax-Pmin)): 1.350l Volumen mínimo de gas en el calderín (Pmin.Vmáx/Pmax): 675l Volumen necesario de calderín (Vmáx + resguardo): 1.500 l.

Implementación de la estación de bombeo

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

Para más detalle de estos elemento y sus disposición consúltese el cuadro de precios y los planos de este proyecto.

Equipamiento en la aspiración:

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

Equipamiento de la impulsión:

a) Difusor b) Válvula eléctrica de compuerta (regula el punto de funcionamiento) c) Manómetro e) Válvula eléctrica en bay-pass permite elevar diferentes caudales alturas piezométricas constantes. f) Presóstatos y otros elementos de medida y control.

Grupos moto-bomba

a) Bomba centrífuga tipo RN 65-200 c) Motor eléctrico de 30 Kw a 2.900 rpm. d) Grupo de vacío (permite el cebado para el arranque automático del sistema). e) Bombeo para bocas de riego:

Descripción: grupo eléctrico moto-bomba monobloque

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

f) calderín hidro-neumático (de 1.500 l)

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

• Contribución estética y paisajística al campo. • Máxima utilidad técnica y funcional. • Permitir la aireación y oxigenación del agua residual, especialmente por la volatilización del cloro que es perjudicial para el sistema suelo-planta.

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

• Necesidades máximas de riego del mes de julio 1.169,5 m3 (1,7 l/s/aspersor * 42 min/aspersor/día * 60 s/min * 273 aspersores/día). • El tiempo de retención del agua en la balsa será al menos superior a 2 días para lograr una perfecta oxigenación. • La profundidad efectiva de la balsa no será mayor a 1,5 m, para evitar riesgos de anaerobiosis en los fondos.

Para permitir un adecuado funcionamiento del sistema como una correcta aireación del lago y facilitar su limpieza se proyecta la construcción de una balsa dividida en 3 módulos independientes, conectados entre sí, que almacenará un volumen total de:

c * V * d = Vt

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

Siendo,

c, coeficiente de mayoración por pérdidas por evaporación. V, volumen total de agua a aplicar diariamente. d, número de días de retención del agua en el lago. Vt, volumen total necesario de almacenamiento.

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

El grupo de bombeo se servirá directamente del lago, tendrá acceso directo a los tres módulos de almacenamiento mediante un sistema de válvulas de flotador.

Generalidades

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

El control y la gestión del sistema de riego se realizará a través de un computador central desde el cual, con el software correspondiente, se controlará el funcionamiento de toda la instalación de riego. A esta estación central está asociada a seis estaciones remotas o programadores-satélites de campo.

Sistema de control automático

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 disminución de los bordes de la zona regada. En nuestro caso el bloque de riego se consigue abriendo varias válvulas a la vez seleccionado por su mayor flexibilidad pues permite modificar la dimensión del bloque de riego y garantía de un mejor funcionamiento del riego. Salvo los aspersores de los greens que llevarán incorporada la válvula en cabeza por las mayores exigencias de riego y seguridad de estos elementos.

Sistema de control automático

El control automático del sistema se puede llevar a cabo mediante equipos eléctrico o hidráulicos, si bien estos últimos normalmente sólo se emplean en pequeñas instalaciones donde la topografía es muy poco acusada y en la actualidad está bastante desechada por los sistemas eléctricos que incorporan mayores ventajas técnicas, de mantenimiento, fiabilidad y de empleo en gran número de situaciones, aunque exige la presencia de pararrayos para evitar descargas eléctricas en caso de tormentas, tan frecuentes en verano.

El sistema de control eléctrico por programador central presenta las siguientes características:

• Generales:

- Permite la utilización, con control centralizado de hasta 800 satélites de 32 estaciones cada uno. - Los satélites electrónicos pueden programarse desde el central o bien en el propio satélite, pudiendo funcionar como programadores independientes. - Cada satélite 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 evapotranspiración y en las condiciones agronómicas y medio ambientales. - El sistema de control permite una comunicación del central con los satélites en los dos sentidos. - El computador puede emplearse simultáneamente para funciones de riego y para cualquier otro tipo de aplicación. - Puede establecerse un programa multi-manual de riego de refresco desde el satélite, recomendable en los meses más calurosos del año. - La dosificación del agua puede ajustarse para cada estación, cada programa, un grupo o la totalidad del sistema, esto permite aplicar a cada zona de riego su dosis justa conforme a las características del suelo, del clima y microclima, del césped y de su uso. Logrando altos ahorros de agua y energía. - Permite su conexión con estaciones meteorológicas, así como el uso de sensores de lluvia y temperatura. - La unidad de control controla el caudal, la presión, la bomba (encendida/apagada), etc.

• Características de los programadores-satélites: están formados por un autómata programable, con la siguiente configuración y características:

- Unidad central de proceso - Módulos de entradas/salidas digitales - Módulos de entradas/salidas analógicas - módulos de comunicación - Disponen de al menos 12 estaciones de riego, comandando cada una por lo menos dos electroválvulas

- Tiempo de riego de 3 a 60 minutos - Selector de funcionamiento automático o manual - Protección de circuito - Instalación a la intemperie - Transformador interno o enchufable: ⋅ Alimentación 220/240 V c/a, 50 Hz ⋅ Salida 24 V c/a, 30 VA ⋅ Salida máxima hacia las válvulas 1,1 A

Cálculo del automatismo

Distribución de los programadores

El número de válvulas eléctricas a controlar por el automatismo son 102 (40 corresponden a las aspersores con válvula incorporada y 62 a las válvulas eléctricas colocadas en cabeza de los ramales portaaspersores). Coma cada estación puede controlar dos electroválvulas el número de estaciones necesarias es de 51. Como cada satélite posee 12 estaciones, de las cuales al menos dos se dejarán libres para otras funciones o por seguridad, el número de programadores satélites a emplear es de 6 equivalentes a 72 estaciones y 144 salidas de control.

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

• Proximidad entre el programador y las válvulas comandadas (menor longitud del cableado y menores caídas de tensión).

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

• Agrupar zonas comunes de riego.

En la tabla siguiente se recoge la distribución de los satélites según los ramales servidos. En total se dispondrán 6 unidades de programadores-satélites.

TABLA DE DISTRIBUCIÓN DE SATÉLITES

* A este satélite se conectará el control automático del grupo de bombeo.

Cálculo de las conexiones eléctricas

El máximo número de elementos controlado por un programador-satélite son 24, que se corresponde en nuestro caso con un máximo de 18 electroválvulas, que tiene las siguientes características eléctricas:

Intensidad máxima 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 común.

• Cálculo de la sección del cable común (para sección constante):

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

Sección nominal del cable común 25 mm2

• Cálculo de la sección del cable de mando:

Longitud máxima 200 m Número de electroválvulas 1 Caída máxima de potencia permitida 5 % (1,2 V) Tipo de conductor: cobre, conductor aislado (1000 V) enterrado en tubo flexible. Resistividad: 0,018 mho/m

Sección nominal del cable de sección 2,5 mm2. • Resumen de elementos: - Cable de alimentación para 220/240 V y 50 Hz c/a. - Cable de mando alimentación/impulso de 24 V - Cable común

- Programadores satélites - Decodificador

Funciones de los programadores-satélites o estaciones remotas

Las funciones básicas realizadas por los satélites serán:

- Transmisión de órdenes operativas a los distintos accionamientos del sistema de riego, tales como:

. Abrir/cerrar válvulas . Arranque/parada de motores . Encender o apagar circuitos eléctricos . Resto de operaciones necesarias - Toma de datos del proceso, por medio de señales de entrada, tanto digitales como analógicas. - Tratamiento y elaboración de estos datos, para su traspaso al puesto central. - Recepción de datos y consignas desde el puesto central. - Depósito de datos de proceso, procedentes de la propia elaboración de la estación remota, en el caso de operaciones con elaboración local o procedentes del puesto central, en el caso de elaboración remota.

Por medio del software, es posible, tanto la realización de operaciones lógicas con elementos binarios, como la realización de cálculos, regulación, límites, etc., con valores numéricos a partir de valores continuos convertidos en numéricos, por medio de conversiones analógico-digital o digital-analógicas.

Funciones del sistema informático

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 información. - Presentación de datos al operador. - Gobierno del proceso. - Elaboración de partes o informes. - Realización de un archivo histórico. - Mando de los accionamientos del campo.

• Las funciones básicas asignadas al sistema informático son:

- Control general del sistema de riego del campo.

- Control energético de la planta, por zonas y servicios, con optimización de rendimientos en función del tipo de contrato de energía eléctrico y de posibilidades de uso del campo. - Gestión de stocks de almacén y repuestos, especialmente de abonos, semillas, combustible, etc.

- Gestión y emisión de programas de mantenimiento del campo, según horas de funcionamiento y labores a realizar.

- Elaboración de histogramas diarios, semanales, mensuales e históricos por pantalla o impresora, conforme a la variación de los distintos parámetros de control. - Elaboración de máximos y mínimos de las variables analógicas del Campo, así como desviaciones, tendencias y comparaciones con valores históricos y anteriores. - Elaboración de acumulados de horas de funcionamiento, agua consumida, energía consumida y demás gastos de mantenimiento (fertilizantes, semillas, etc).

- Elaboración de histogramas de ratios, de valores analógicos.

- Representación de gráficos en pantalla y por impresora.

- Control de presencia de personal y de mantenimiento preventivo.

- Control de la utilización del Campo por el público, horas, días y periodos de máxima afluencia, etc.

- Balance económico del Campo de Golf

Ventosas

Su función es evitar la formación de bolsas de aire en la tubería, con los riesgos de producirse el fenómeno de cavitación o, al menos, reducir el caudal suministrado, al disminuir la sección real de paso del fluido.

Se situarán en:

1.- Tramos de tubería cuya pendiente varíe en función del gradiente hidráulico:

• Picos. • Incremento de la pendiente en la tubería. • Reducción de la pendiente de la tubería.

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

3.- Bombas (ventosa cinética) en el punto alto antes de la válvula de retención.

4.- Instrumentos de medida, a su entrada.

5.- Después de las válvulas reductoras de presión.

6.- Antes de el estrangulamiento reducción del diámetro de la tubería.

7.- En los cruces de carreteras.

La figura muestra esquemáticamente la situación de las ventosas en la red.

FIGURA: LOCALIZACIÓN DE VENTOSAS DE AIRE Y DE VACÍO

Válvulas

Además de las, electroválvulas ya calculadas, se dispondrán en la tubería principal, para hacer posible el seccionamiento de la red en caso de avería o reparación de parte del sistema.

También se colocará, en el punto más bajo de la red una llave de drenaje, para poder evacuar el agua interna de las tuberías en caso de reparación 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 través 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) según las condiciones de diseño del proyecto, así como satisfacer los derechos de suministro y responsabilidad a la compañía suministradora.

• Precio del agua.

Conforme a los estudios sobre costes de regeneración, red transporte y distribución realizados por el Canal de Isabel II para la reutilización de aguas residuales en áreas 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/año, en el caso de regarse con dotaciones de 13.640 m3/ha.