EVALUACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN

UNIVERSIDAD DE UNIVERSIDAD DE CASTILLACASTILLA--LA MANCHALA MANCHA

Centro Regional de Estudios del Agua

José Mª Tarjuelo

INTRODUCCIÓNPara una correcta utilización del agua es necesario :– Que el agricultor conozca y controle los

principales factores que intervienen en el proceso de riego.

– Que las instalaciones estén bien diseñadas y conservadas, con un adecuado manejo.

– Que la programación de riegos sea adecuada.

OBJETIVO DE LAS EVALUACIONES DE RIEGO

Comprobar las condiciones de funcionamiento de las instalaciones, detectando posibles problemas y buscando las mejores soluciones.

Base para identificación de problemas y realización de modificaciones:

– variar la presión– tamaño y n° de boquillas– duración de la postura de riego– cambiar material desgastado

Deben hacerse en instalaciones nuevas y no nuevas

Se realizan en condiciones normales de trabajo

⇓ahorro de agua, mano de obra, energía, etc.

EVALUACIONES DE RIEGO POR ASPERSIÓN ESTACIONARIO

NORMATIVAMerriam y Keller, 1978Merriam et al., 1980UNE-68-072-86, 1986ISO 7749-2, 1990ASAE S330.1, 1985

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Colocación de los pluviómetros (número y separación)

Separación máxima 3 m * 3 mMínimo 24 pluviómetros

Elegir la zona de ensayo

PROCEDIMIENTO EN CAMPOComprobar los aspersores: marca, modelo y diámetros de boquillas.

PROCEDIMIENTO EN CAMPOMedir la presión y el caudal descargado por los aspersores que mojan la zona ocupada por los pluviómetros.

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Medida de las condiciones climáticas: velocidad y dirección del viento, temperatura del aire.

Pluviómetros control

Inicio del tiempo de evaluación

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Medida de presión en puntos críticos: bombeo, presión máxima, presión mínima.

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Fin del ensayo (duración)

Lectura volúmenes de agua en los pluviómetrosObservaciones:Pendientes, tipos de aspersores, encharcamientos.Croquis de la parcela

Uniformidad de Distribución (UD), (Merrian y Keller, 1978)

100 x recogida agua media altura

regada) menos área % (25 recogida agua media altura(%) UD =

CÁLCULO DE LA UNIFORMIDAD

Uniformidad de Distribución del Sistema (UDs), (Keller y Bliesner, 1990)

UDs = UD 1/4 [1+3 (Pn/Pa)0,5]siendo:Pn : presión mínima en un aspersor del bloque de riego,Pa : presión media de los aspersores del bloque.

Coeficiente de Uniformidad de Christiansen (CU), (1942)

∑x n

| x - x| - 1 = CU

i

n

1 = i100(%)

Coeficiente de Uniformidad del Sistema (CUs), (Keller y Bliesner, 1990)

CUs = CU 1/2 [1+(Pn/Pa)0,5]siendo Pn y Pa igual que en la UDs

CÁLCULO DE LA EFICIENCIA

Eficiencia de Descarga (Ed)

x100descargada agua de media Alturarecogida agua de media Altura(%) Ed =

ANÁLISIS DE RESULTADOS

• Uniformidad de riego (CU>80%) (función del viento)

• Uniformidad tipo de aspersores-boquillas- marcos de riego

• Presión media adecuada (3-4 bar)• Relación boquillas-caudal-presión• Variación de presión y de caudal

en la parcela adecuados (∆P<20%Pm)

EJEMPLO DE EVALUACION EN COBERTURA TOTAL ENTERRADA

CARACTERISTICAS DEL ENSAYOFinca : MOTILLEJA Fecha : 4/6/1996Identificación : MOT201.1Modelo aspersor : RBE 46 Boquilla : 4,4 + 2,4 VPNº aspersores sector : 55Ubicación ensayo : aspersores 22,23,28,29Marco (mxm) : 17 X 13,25Altura aspersor (m) : 2,5Nº pluviómetros : 49 Separación pluviómetros (m) : 2,42 * 1,89Inicio ensayo : 12:15 h Final ensayo : 13:00 hDuración ensayo (min) : 45

Humedad relativa (%) : 45,12Temperatura (ºC) : 23,44 Velocidad viento (m/s) : 4,25

CROQUIS secundaria

55 54 53 52 51 50 44 45 46 47 48 49 43 42 41 40 39 38 32 33 34 35 36 37 ensayo 31 30 29 28 27 26 20 21 22 23 24 25 tubería principal 19 18 17 16 15 14 9 10 11 12 13 camino 8 7 6 5 2 3 4 1

ESTUDIO DE PRESIONES Y CAUDALES

• P. bomba (bar) : 6• P. inicio sector (bar) : 5,4• P. media parcela (bar) : 4,5• P. máx. (bar) : 5,5 (aspersor 1)• P. mín. (bar) : 3,8 (aspersor 55)

• P. aspersor A (bar) : 4,6• P. aspersor B (bar) : 4,6• P. aspersor C (bar) : 4,55• P. aspersor D (bar) : 4,55

• Q. aspersor A (l/h) : 1950• Q. aspersor B (l/s) : 1800• Q. aspersor C (l/h) : 1920· Q. aspersor D (l/s) : 1868

Q. medio (l/h) : 1885

VOLUMEN RECOGIDO (ml)

D ( 29 ) C ( 28 ) 88 84 93 109 130 135 129 98 82 108 109 118 129 138 108 86 96 114 129 125 125

84 93 98 105 107 107 108 w 85 88 96 99 102 95 95 106 108 109 103 100 98 103 110 108 110 115 117 102 107 A ( 22 ) B ( 23 )

OBSERVACIONES :

• 3 ASPERSORES ATASCADOS

PARAMETROS DE RIEGO

CU (%) = 69,9UD (%) = 50,4Ed (%) = 84,1

• UNIFORMIDAD DE RIEGO : muy baja• Relación Boquillas-Caudal-Presión : no

adecuada• Presión de trabajo : excesiva• Variación de presión en la parcela : excesiva

INFLUENCIA DEL VIENTO Y OTROS ELEMENTOS

CUALITATIVOS SOBRE LA UNIFORMIDAD DE RIEGO

RIEGO EN BLOQUE - AGROS35

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8W(m/s)

CU

(%)

(bloque)-A35-4,4+2,4 VP (2)

(bloque)-A35-4,8 VP (2)

Comportamiento de los aspersores al aire libre- número de boquillas -

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18distancia (m)

pluv

iom

etría

(mm

/h)

AGROS 35 - 4,4+2,4 mm VP - 2m

AGROS 35 - 4,8 mm VP - 2m

Comportamiento de los aspersores al aire libre- relación con el modelo radial -

A35 - 4,4+2,4 mm VP (0,6 m)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

W (m/s)

CU

(%

)

(12x12)(12x18)(18x18)(18x16)T

Comportamiento de los aspersores al aire libre- influencia del marco de riego -

A35 - 4.8 mm VP (0.6 m)

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

W (m/s)

CU

(%

)

(12x12)(12x18)(18x18)(18x16)T

Comportamiento de los aspersores al aire libre- influencia del marco de riego -

1 ASPERSOR - RBE46

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8W (m/s)

CU

(%)

RBE46-4,4+2,4 VP (0,6)

RBE46-4,4+2,4 VP (2)

RBE46-4,4+2,4 (0,6)

Comportamiento de los aspersores al aire libre- Vaina prolongadora y altura del aspersor -

RBE46 - 4 ,4+2,4 mm VP

5 0

5 5

6 0

6 5

7 0

7 5

8 0

8 5

9 0

9 5

100

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

W (m/s)

CU (%

)

P<300 kPa300<P<400 kPaP>400 kPaTendencia P<300 kPaTendencia 300<P<400 kPaTendencia P>400 kPa

Comportamiento de los aspersores al aire libre- influencia de la presión de trabajo -

RELACIÓN CU-P-W

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 P (kPa)

CU (%

)

W<2 m/s2<W<4 m/sW>4 m/s

Comportamiento de los aspersores al aire libre- influencia de la presión de trabajo -

INFLUENCIA DEL MANEJO DEL RIEGO SOBRE:

⇒LAS PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN Y ARRASTRE

⇒LA UNIFORMIDAD DE RIEGO

⇒EL COSTE ENERGÉTICO MEDIO (pta/kWh)

RECOMENDACIONESAspersión estacionaria

•• DiseDiseññar los sistemas con ar los sistemas con pluviometrpluviometrííasas de de 6 a 6 a 8 mm/h8 mm/h

•• TamaTamañños de os de boquillasboquillas recomendables: recomendables: 4,4 4,4 mm; 4,8 mm; 5,2 mmmm; 4,8 mm; 5,2 mm

•• Recomendable utilizar Recomendable utilizar 2 boquillas2 boquillas en zonas en zonas con con ⇓⇓ WW, y , y 1 boquilla1 boquilla en zonas con en zonas con ⇑⇑ WW

•• Fundamental incorporar la Fundamental incorporar la Vaina ProlongadoraVaina Prolongadoradel chorrodel chorro

RECOMENDACIONESAspersión estacionaria

• Cuanto menor es el marco, mayor uniformidad, pero aumenta la pluviometría

• En marcos rectangulares (12 x 18):– Con 1 boquilla: el menor espaciamiento paralelo

a la dirección del viento– Con 2 boquillas: el mayor espaciamiento paralelo

a la dirección del viento

• Evitar las presiones superiores a 400 kPa• Aspersores sectoriales con una sola boquilla• Aprovechar al máximo el riego nocturno

EVALUACIONES DE RIEGO EN EQUIPOS PIVOT

NORMATIVA

Merriam y Keller, 1978Merriam et al., 1980ISO 11545, 1994ASAE S436, 1995

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Colocación de los pluviómetros en uno o dos radios

Separación máxima: 5 m (aspersores) o 3 m (difusores)

Elegir la zona de ensayo

DISPOSICION PLUVIOMETROS

DISPOSICION PLUVIOMETROS

PROCEDIMIENTO EN CAMPOSe prescindirá de los primeros pluviómetros adyacentes al centro pivote (como máximo el 20 % de la longitud del pivot).

Se fijará en la cabeza del pivot la velocidad de éste y su sentido de giro.

PROCEDIMIENTO EN CAMPOComprobar los difusores: marca, modelo, reguladores de presión.

PROCEDIMIENTO EN CAMPOMedir la velocidad media de desplazamiento de la última torre.

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Medida de la anchura mojada en el extremo

PROCEDIMIENTO EN CAMPOMedir la presión en puntos característicos: centro pivote, última torre.

PROCEDIMIENTO EN CAMPOMedir el caudal a la entrada del pivot.

PROCEDIMIENTO EN CAMPOMedida de las condiciones climáticas: velocidad y dirección del viento, temperatura del aire.

Pluviómetros control

PROCEDIMIENTO EN CAMPO

Lectura volúmenes de agua en los pluviómetros

Observaciones:Pendientes, tipos de aspersores, fugas, encharcamientos, escorrentía

Coeficiente de Uniformidad de Heermann y Hein (CUh)

CU 1D P

P DD

P D100h

i ii i

i

i i

(%) = −∑ −

∑∑

∑

⋅

CÁLCULO DE LA UNIFORMIDAD

Uniformidad de Distribución (UD)

100 x recogida agua media altura

regada) menos área % (25 recogida agua media altura(%) UD =

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD de variación (CUv)

CU 1P D

D

PP DD

D

Dvi i

i

ii i

i

2

i

i

(%) = − ⋅

−

⋅∑∑

∑∑

∑1

100

ALTURA BRUTA MEDIA APLICADA (AMA)

)(m S(h) )h (lQ

=AMA(mm) 2

-1a t⋅

ALTURA MEDIA RECOGIDA (AMR)

• Pi: es la altura de agua recogida en cada pluviómetro (mm)

• Di es la distancia del centro pivote a cada pluviómetro (m) o su posición.

AMR mmP D

Di i

i

( ) =∑∑

Eficiencia de Descarga (Ed)

100*AMAAMR

Ed =

PLUVIOMETRÍA MEDIA EN EL EXTREMO (Pm)

(m)r2)h V(mAMR(mm)

)h Pm(mma

-11-

⋅⋅

=

Esquema de la pluviometríamedia (Pm) y máxima (Pmax) en el

extremo del pivot

PLUVIOMETRÍA MAXIMA EN EL EXTREMO (Pmax)

)h (mm Pm 4)h (mmPmax 1-1-π

=

ANÁLISIS DE RESULTADOS• Uniformidad de riego (CU>85%)

(función del viento)• Altura Media de agua recogida• Relación Dosis de Agua - velocidad

de avance• Uniformidad en el tipo de emisores• Funcionamiento normal de los

emisores• Presencia de fugas• Correcto diseño del alero• Presencia de escorrentía

EJEMPLO DE EVALUACION EN EQUIPO PIVOT

PROPIETARIO: ITAP, S.A.FINCA: Las TiesasLOCALIZACIÓN PIVOT: Pivot 3CULTIVO: BarbechoFECHA Y HORA: 11-03-1996- Hora inicio: 16h 45min- Hora acabar medir: 17h 30minNº TOTAL DE PLUVIÓMETROS Y DISPOSICIÓN:− 2 radios: 64 pluviómetros por radio− Separación de 5 m entre pluviómetrosMARCA: AgrocajaLONGITUD DEL EQUIPO: 376 m + 9 m de aleroTIPOS TORRES: 6 torres de 50 m y 2 torres de 38 mTIPOS EMISORES: AGROS-40, RAIN BIRD L30CD Y NELSONDIÁMETRO DE TUBERÍA: 6 5/8”

EJEMPLO DE EVALUACION EN EQUIPO PIVOT

SUPERFICIE REGADA: 46-56-62 ha (radio 385 m)CAUDAL APLICADO Y DOTACIÓN: 55 l/s = 1,18 l s-1 ha-1

PRESIÓN EN BOMBA: 5 kg/cm2

PRESIÓN CABECERA PIVOT: 2,90 kg/cm2

PRESIÓN 1ª TORRE: 2,20 kg/cm2

PRESIÓN INTERMEDIA: 1,59 kg/cm2 (en 4ª torre)PRESIÓN ÚLTIMA TORRE: 1,39 kg/cm2

VELOCIDAD TORRE EXTERIOR: 1,40 m/min (al 75%)TIEMPO DE REVOLUCIÓN:

T h2 R(m)

V(m min) 60(min h)hrev ( )

,,=

⋅ ⋅⋅

=⋅ ⋅

⋅=

π π2 3761 40 60

28 12

EJEMPLO DE EVALUACION EN EQUIPO PIVOT

ESCORRENTÍA: No se observaOBSERVACIONES:− Torre 3ª: 2 aspersores no giran− Torre 4ª: 2 “ “− Torre 5ª: 3 “ “− Torre 6ª: 1 “ “− Torre 7ª: 4 “ “

RESULTADOS

• ALTURA BRUTA MEDIA APLICADA (AMA): 11,96 mm• ALTURA MEDIA RECOGIDA (AMR) : 9,45 mm• EFICIENCIA DE DESCARGA (Ed): 79,01%• COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD (CUh): 78,13%

RELACIÓN ENTRE LA ALTURA MEDIA RECOGIDAY LA VELOCIDAD DE AVANCE

Velocidad de avance AMR Tiempo revolución(%) (m/min) (mm) (h)100 1.87 7.09 21.0990 1.68 7.88 23.4480 1.49 8.86 26.3775 1.40 9.45 28.1270 1.31 10.13 30.1360 1.12 11.81 35.1650 0.93 14.18 42.1940 0.75 17.72 52.7330 0.56 23.63 70.3120 0.37 35.44 105.4710 0.19 70.88 210.94

ALTURA MEDIA RECOGIDA (AMR) EN FUNCIÓN DE LA DISTANCIA

0

5

10

15

20

25

0 50 100 150 200 250 300

Distancia (m)

Altu

ra r

ecog

ida

(mm

)

Altura recogida AMR AMR en torres Inicio torre

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50

Superficie (ha)

Altu

ra r

ecog

ida

(mm

)

Altura recogida AMR AMR en torres Inicio torre 1,15 AMR 0,85 AMR

Superficie bien regada: 47,72%Superficie con +1,15 AMR: 24,90%Superficie con -0,85 AMR: 27,38%

ALTURA MEDIA RECOGIDA (AMR) EN FUNCIÓN DE LA SUPERFICIE

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20 25 30 35Superficie (ha)

Altu

ra re

cogi

da (m

m)

Altura recogida AMR AMR en torresInicio torre 0,85 AMR 1,15 AMR

Superficie bien regada: 51,90 %Superficie con + 1,15 AMR: 24,82 %Superficie con - 0,85 AMR: 23,28 %

RECOMENDACIONESEL PRINCIPAL FACTOR QUE INFLUYE

SOBRE LA UNIFORMIDAD EN EL REPARTO DE AGUA ES EL CORRECTO DISEÑO DE LA CARTA DE EMISORES.

No hemos encontrado influencias significativas con respecto al tipo de emisores (aspersores, difusores), la presión de funcionamiento, el tamaño del pivot o la intensidad del viento.Exigir a la empresa la carta de emisores.

RECOMENDACIONESLA ALTURA DE AGUA APLICADA DEBE

SER LO MÁS UNIFORME POSIBLE. EVITAR :

Una mayor altura de agua en las primeras torres: boquillas demasiado grandes o presión demasiado alta: reguladores de presión.Diferencias excesivas de altura de agua aplicada en distintas torres: falta de uniformidad en el tipo de emisores, emisores atascados, fugas en las tuberías, o al mal diseño de la carta de emisores.

RECOMENDACIONESEL ALERO DEBE DE ESTAR BIEN

DISEÑADO : representa una gran superficie.

QUE EXISTA UNIFORMIDAD EN EL TIPO DE EMISORES.

SI LA VARIACIÓN DE PRESIÓN ES EXCESIVA A LO LARGO DEL PIVOT, EMPLEAR REGULADORES DE PRESIÓN.

EVITAR LA ESCORRENTÍA EN EL EXTREMO DEL PIVOT: AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE AVANCE, O LA ANCHURA MOJADA