UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN VEGETAL Y

TECNOLOGÍA AGRARIA

SISTEMAS

AUTOPROPULSADOS. EL

PIVOTE FRENTE AL

LATERAL DE AVANCE

FRONTAL

Manuel Valiente Gómez

Albacete, Junio de 2008

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· ÍNDICE DE CONTENIDOS

l. MECANIZACIÓN DEL RIEGO. LAS MÁQUINAS DE REGAR. 1

1.1. Ramales autodesplazables. 1

2. EL PIVOTE. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO. 2

2.1. El centro pivote. 2

2.2. El lateral. 3

2.3. Sistemas de propulsión. 3

2.4. La tubería portaemisores. 3

2.5. Sistema eléctrico. Automatismos. 4

2.6. El alineamiento. 4

2.7. Los emisores. 5

2.8. Nomenclatura de Nuevos Sistemas de aplicación de agua en equipos Pivot y Laterales de avance frontal. 6

2.9. Principales diferencias entre Rotator, Spinner y Spray. 9

2.10. Sistemas de esquina. 11

2.11. Modelos trasladables. 11

3. CARACTERÍSTICAS DEL RIEGO CON PIVOTE. 12

3.1. Variación del caudal emitido y la pluviometría a lo largo del lateral. 12

3.2. Uniformidad de riego con equipos pivote. 16

1. MECANIZACIÓN DEL RIEGO. LAS MÁQUINAS DE REGAR.

La mecanización del riego por aspersión se inicia con el aspersor y continúa con el transporte de los elementos de riego, desembocando en las máquinas que riegan mientras se desplazan. Éstas pueden agruparse en dos grandes familias: una con desplazamiento de un aspersor de gran tamaño ("cañones viajeros" y "enrolladores") y otra con desplazamiento de alas de riego como es el caso de los "pivot o pivotes" y los "laterales de avance frontal".

La pluviometría del riego ya no está determinada únicamente por el caudal de descarga instantáneo (función de la presión, diámetro de salida y disposición de los emisores) sino que depende además de la velocidad de avance.

Para zonas áridas y semiáridas, las máquinas que forman la segunda familia resultan más adecuadas por estar más ligadas a la parcela, al necesitar gran número de horas de funcionamiento para satisfacer las necesidades hídricas de los cultivos.

1.1. Ramales autodesplazables.

Las dos máquinas que constituyen la familia de los ramales autodesplazables tienen una concepción mecánica muy semejante pero su diseño hidráulico es completamente diferente, presentando en ambos casos ventajas e inconvenientes.

Frente al "lateral de avance frontal", el "pivote" tiene algunas ventajas como: la toma de agua y energía fijas, que minimiza la intervención del regante gracias a los automatismos que regulan el riego, prácticamente sin problemas. Sus principales desventajas son: la mayor presión de funcionamiento (por tener más pérdidas de carga en la tubería), la elevada pluviometría en el extremo (que puede limitar su uso) y la superficie que deja sin regar al no ser circular la forma general de las parcelas (un 21% en el caso de la parcela cuadrada, además del área ocupada por la huella de las ruedas que es algo más del 1% del círculo regado).

Por su parte, el "lateral de avance frontal" tiene frente al "pivote" una pluviometría constante e inferior a la que ese tiene en su extremo. Esto origina menores pérdidas de carga y la posibilidad de alcanzar mayor uniformidad de reparto de agua y de utilizar la baja presión. Por otra parte, el área regada en parcelas cuadradas o rectangulares es del 950/0 (se pierde alguna superficie por la huella de las ruedas y la torre principal). Como inconvenientes están sus mayores dificultades de instalación y funcionamiento al ser móviles la toma de agua y la energía, careciendo de puntos fijos que facilitan el alineamiento. A esto hay que añadir las mayores dificultades de manejo ya que, al llegar al extremo de parcela, tiene que volver sin regar o aplicando nuevamente agua a la zona recién regada.

Por último indicar que este tipo de máquinas parece que han llegado a su plenitud de concepción y desarrollo, evolucionando, como toda máquina ya lograda, en la mejora de rendimientos tales como: la transmisión por planetarios en lugar de por tornillo sinfin

(por necesitar motores de 0,5 CV en lugar de 1 ó 3/4 CV), buscar emisores que trabajen a baja presión y tengan gran alcance, con tamaño de gota adecuado, etc.

Según Arenillas (1987) esta unidad básica de riego (lateral autopropulsado) se presenta como el germen de la máquina universal para el regadío ("ala de trabajo") a la que se pueden acoplar cabezales para cosechar algodón, hortalizas, cereales, etc. o para segar y recoger forrajes. De esta manera la maquinaria agrícola en el regadío quedaría reducida al "ala de trabajo" y a las "máquinas de laboreo" (el tractor y sus aperos), con mayor demanda de potencia).

2. EL PIVOTE. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.

Es un ala de riego con un extremo fijo, por el que recibe el agua y la energía eléctrica, y otro móvil que describe un círculo girando sobre el primero, caracterizándose porque se mueve mientras riega. Está formado por una tubería portaemisores que va sustentada sobre torres automotrices, dotadas normalmente de un motor eléctrico y dos ruedas neumáticas. La tubería, que normalmente es de acero galvanizado, sirve de elemento resistente para vencer el vano entre torres juntamente con barras o cables, formando una viga en celosía, dejando un vano hasta el suelo de unos 3m.

Cada tramo va unido a una torre soporte y articulado con el tramo anterior, debiendo permitir giros según un eje vertical y otro horizontal. La unión debe ser estanca y sólida ya que tiene que transmitir esfuerzos importantes, especialmente en equipos trasladables.

Existen varios tipos de ensamblajes a base de: cardan exterior, rótula exterior o un simple gancho interior. Los manguitos de cierre hermético de la tubería suelen ser de acero con junta hidráulica, de rótula o de material sintético flexible (caucho armado, neopreno, etc.), pudiendo llevar alguna funda metálica.

2.1. El centro pivote.

Consta de una' estructura de acero en forma de pirámide, que va' anclada en un macizo de hormigón, y sostiene un tramo vertical de tubería que lleva una junta estanca, a base de anillos rozantes, que permite el giro.

Aguas arriba del codo inferior existe una válvula de compuerta, una válvula de retención y un cuello de cisne que conecta con la tubería enterrada así como algunos elementos de control como manómetro, presostato, etc.

El codo superior, que puede girar libremente, lleva asociado un colector de anillos rozantes que realiza las conexiones de los cables de alimentación de los motores de las torres y los de seguridad y control con el cuadro de maniobra que va fijo en la estructura pivote, el cual suele recibir la alimentación eléctrica trifásica desde la caseta de bombeo, mediante un cable enterrado, aprovechando la misma zanja de la tubería.

Al cuadro llega además un cable bipolar de automatismos que pone en contacto el pivote con la estación de bombeo para su funcionamiento coordinado.

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2.2. El lateral.

La separación entre torres (tramo) varía entre 25 y 75 m, aunque las más frecuentes son de unos 38 m (tramo corto) y 50 m (tramo largo). Los equipos de tramo largo son, normalmente, más económicos por llevar menos torres, pero se adaptan peor a topografias onduladas y transmiten más peso al terreno, con mayor posibilidad de atascamientos. Por esta razón, los tramos finales de los equipos grandes suelen ser tramos cortos.

Las longitudes de lateral van desde 60 a 800 m. La inversión por hectárea regada disminuye al aumentar la longitud del equipo, pero el- coste de aplicación de agua, que contempla además el mantenimiento, la mano de obra, la energía y el agua consumida, permanece prácticamente constante a partir de 50-60 ha regadas (400-450 m de lateral) por crecer en gran medida el coste energético.

2.3. Sistemas de propulsión.

La propulsión es normalmente con motores eléctricos, por tener ventajas sobre los otros sistemas (hidráulico, neumático, etc.) al permitir una fácil regulación de la velocidad y el sentido de avance así como poder moverse sin necesidad de regar. En cada torre lleva un motor de 1,5; 1; 3/4 ó 1/2 CV que transmite el movimiento a las dos ruedas mediante una trasmisión cardan, tornillo sinfm y desmultiplicador, o sustituyendo los dos últimos por un sistema de planetarios, que son más caros pero menos consumidores de energía, con lo cual resulta suficiente un motor de 0,5 CV. No obstante, este último sistema no está muy extendido pues parece presentar más problemas y averías que el primero.

La velocidad de avance del equipo se regula actuando sobre el motor de la torre extrema, haciéndola funcionar en fracciones de minuto, por lo que el avance es "a saltos", excepto cuando funciona al 100 %, que no para, en cuyo caso alcanza una velocidad de 1,5 a 1,8 m!min, e incluso 3 m!min cuando se trata de laterales de gran longitud.

Las ruedas suelen ser neumáticas, de unos 50 cm de radio, aunque existen las denominadas "de alta flotación" que son más anchas y de radio 52,5 cm, que tienden a evitar el hundimiento en el terreno, aunque no siempre se consigue. Para evitar este problema lo más indicado es rellenar las rodadas con piedra o grava, manteniendo estas zonas sin laboreo.

2.4. La tubería portaemisores.

Suele ser de diámetro único y adecuado al caudal a transportar, el cual depende de las necesidades del cultivo y de la superficie a regar. Debe ser sólida, pues forma parte de la celosía del vano, y resistente a la corrosión en sus diversas formas ya que el agua llevará disueltos abonos y productos fitosanitarios.

Los diámetros nominales de tubería (que son los exteriores) suelen ser de 4 1/2" (114,3 mm), 5 9/16" (141,3 mm), 6" (152,4 mm), 6 5/8" (168,3 mm), 8 " (203,2 mm) y 10" (254 mm). En los laterales de gran longitud (a partir de 500 m aproximadamente) suele emplearse tubería de 8" en un primer tramo y 6 5/8" en el segundo tramo (entre 500 y 600 m de lateral, estos tramos suelen ir al 50 % de la longitud total).

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El diámetro 4 1/2" suele utilizarse para longitudes menores de 300 m, en los denominados "minipivote", de creciente implantación al ser competitivos económicamente con otros sistemas alternativos como la aspersión fija con tubería enterrada.

Las tuberías se fabrican principalmente de acero galvanizado, interior y exteriormente, aunque también pueden ser de aluminio o acero revestido con pintura epoxi. El espesor de tubería de acero está comprendido normalmente entre 2,5 y 4,0 mm según los diámetros, siendo los más frecuentes de 2,65 y 3,2 mm.

2.5. Sistema eléctrico. Automatismos.

El sistema eléctrico está formado por: el cuadro de control y maniobra y el colector de anillos rozantes, localizados ambos en el pivote central, los cables conductores de tramo y las cajas de control de torre.

El cuadro central controla entre otros los siguientes automatismos: • La velocidad de desplazamiento y el sentido de avance. • El arranque/realineación: interruptor manual, que elimina momentáneamente el sistema de seguridad y sirve para realinear la máquina. • La parada en una posición y el conmutador sectorial que permiten regar un sector circular. • El funcionamiento coordinado de bomba y pivote de forma automática, o el arranque desde la estación de bombeo.

El colector realiza las conexiones eléctricas entre las partes móviles y las fijas (pivote central).

Las cajas de torre pueden ser de varios tipos: de torre intermedia, de torre final y otras particulares, como la instalada en la penúltima torre cuando existe la unidad antipatinaje. En las primeras, localizadas encima de cada torre móvil, se alojan los mecanismos de alineamiento y seguridad, y la conexión de los circuitos de fuerza y maniobra. La torre final no lleva mecanismo de alineamiento y la antipatinaje lleva dos relés sincronizados que, en caso de que la última torre patine durante un tiempo fijado (3-5 minutos), para todo el equipo.

Los mecanismos de seguridad se centran fundamentalmente en la parada completa del equipo cuando se supera un cierto ángulo entre tramos, según se indica en el apartado siguiente.

En la práctica, para el cálculo de la sección de los cables de alimentación se suma el 1250/0 de la potencia de un motor a las potencias del resto de los motores, según la MI BT 034 apartado 1.2.2., y se suele considerar un coeficiente de simultaneidad de 0,7.

2.6. El alineamiento.

Para mantener recto el lateral se dispone de un "mecanismo de alineamiento" que, en el caso de propulsión eléctrica, arranca o para el avance de cada torre conductora mediante un contactar eléctrico (comandado de diferentes maneras), cuando los dos tramos que concurren en la torre forman un ángulo de unos 20'. Así el avance de la unidad

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conductora extrema produce una reacción en cadena de avances, comenzando por la unidad conductora inmediata y prosiguiendo a lo largo del lateral.

El accionamiento del contactor de alineamiento suele ser a través de una leva dispuesta en un plano horizontal, que nonnalmente lleva asociados los otros mecanismos de seguridad. El mecanismo que regula el contactor está fijado a la torre conductora en el interior de una caja de protección al final de un tramo, y mediante un pequeño brazo solidario con el tramo articulado que le sigue, le transmite los movimientos de éste. Si el ángulo formado por los dos tramos que concurren en la torre sobrepasa un valor umbral (por avería del sistema de alineamiento o porque alguna rueda se atasca, patina, o encuentra algún obstáculo), un mecanismo de seguridad para automáticamente todo el sistema (avance y suministro de agua por la bomba) antes de que pueda dañarse el lateral o producirse un encharcamiento y lavado del suelo, o incluso su contaminación si se estuvieran aplicando fertilizantes, productos fitosanitarios, etc. De la misma forma, existen mecanismos que paran el sistema cuando la última torre, que es la de control, patina. En este caso no se produciría desalineamiento.

Es importante pues, que los contactores sean seguros e inalterables para que cumplan su misión con garantía, por lo que se utilizan frecuentemente de mercurio.

2.7. Los emisores.

Pueden ser de tres tipos: aspersores giratorios, toberas pulverizadoras y cañones de extremo.

La intensidad y uniformidad de lluvia que proporciona el lateral depende de: el tipo de emisor, su espaciamiento en la tubería, la presión en las boquillas y el tamaño de estas.

Es principalmente en los emisores donde se producen mayores innovaciones, al tratar de conseguir que trabajen a baja presión, con tamaño medio de gota y con la mayor anchura posible.

Puede decirse que existen tres modelos de aplicación de agua que se diferencian en: el tipo de emisor, su disposición a lo largo del lateral y el diámetro de alcance de cada emisor, pudiendo conseguir con todos ellos una distribución uniforme.

A. Sistemas con aspersores de tamaño creciente del centro pivote al extremo, que funcionan a alta presión (más de 300 kPa 3 kg/cm"), con anchura mojada en el ó

extremo entre 35 y 50 m. B. Sistemas con aspersores de tamaño medio pero con menor espaciamiento a medida que se aproximan al extremo, que trabajan a media presión (200-300 kPa ó

2-3 kg/cm"), con anchura mojada en casi todo el lateral de 20 a 30 m. C. Sistemas con toberas pulverizadoras que trabajan a baja presión (70-170 kPa ó

0,7-1,7 kg/cm") y necesitan reguladores de presión. Su separación disminuye al acercarse al extremo y la anchura mojada es de 6 a 15 m en todo el lateral.

Normalmente se utilizan espaciamientos de 12 m entre emisores en el primer tercio del lateral, espaciamientos de 6 m en el segundo tercio y de 3 ro en el tercio final. Esto pennite fabricar los tubos con salidas cada 3 m.

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Conviene que las aguas sean limpias para evitar la obstrucción de las toberas más pequeñas, y en algunas instalaciones se colocan filtros de malla a la entrada del pivote.

La tendencia actual es hacia la baja presión, por el importante ahorro energético que supone, pero tiene como limitación la alta pluviometria que se 'alcanza en el extremo, (al repartirse el agua en poca anchura) y la peor adaptabilidad a la topografia irregular (porque las diferencias de cota producen variaciones de presión proporcionalmente mayores).

Tratando de incrementar la anchura mojada, las toberas se pueden localizar en pequeños tubos horizontales "Booms'' que se disponen casi perpendiculares al lateral y albergan entre 2 y 5 emisores.

En el extremo del lateral puede haber uno o varios cañones, con una o varias boquillas, que funcionan a presiones entre 350 y 500 kPa (3,5 y 5 kg/crrr'), haciéndose necesaria una bomba de sobrepresión en aquellos casos en que no exista esta presión en el extremo del lateral. Los' fuertes vientos provocan la distorsión del chorro de los cañones con la consiguiente falta de uniformidad en el riego, no estando pues indicado para zonas con este tipo de vientos.

La principal ventaja de estos cañones es cubrir una longitud entre 15 y 30 m más allá del extremo del lateral, lo que supone una superficie importante, aunque la uniformidad del riego suele ser mala. Actualmente, para zonas de viento, se está prescindiendo de estos cañones y sustituyéndolos por aspersores iguales o ligeramente mayores que los del lateral en esa zona, bajándolos incluso con un trozo de tubo hasta situarlos a unos 2 ID del suelo o menos según el cultivo. Su misión es garantizar que el área bien regada llegue al menos hasta donde alcanza el lateral, ya que en el extremo es donde el viento produce más distorsión del reparto de agua.

2.8. Nomenclatura de Nuevos Sistemas de aplicación de agua en equipos Pivot y Laterales de avance frontal.

La tecnología del riego no posee en muchos casos un conjunto consistente de terminología, excepto la que se puede encontrar en algunas listas de nomenclatura que son ignoradas muchas veces o dificiles de encontrar, tales como "The ASAE Engineering Practice, 8526 sen and Water Tenninology.

Dr. Bill Lyle y Jim Bordovsky utilizan el acrónimo de LEPA para el sistema de riego que desarrollaron para Texas High Plains en la Estación Experimental de Agricultura de Texas (Halfway). LEPA son las iniciales de LowEnergy Precision Application y de acuerdo con directrices y publicaciones de Bill y Jim, el nombre se refiere más a a una filosofia de manejo que a un nuevo tipo de riego.

El nombre de LEPA podría utilizarse para describir los sistemas de aplicación de agua directamente sobre la superficie del suelo, bien mediante un borboteador o mediante

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una manga de arrastre, con un laboreo específico para proporcionar la capacidad de almacenamiento superficial de agua necesarial .

Un sistema LEPA puede utilizarse en modo spray o de quimigación, pero estos modos de funcionamiento no son modos de riego LEPA. Un sistema LEPA incluye un sistema de laboreo que permite aumentar la capacidad de almacenamiento superfical del agua aplicada con el objetivo de eliminar la redistribuccíón del agua en superficie. Por supuesto, que la implantación de estas estructuras permite mejorar la conservación del agua reduciendo y/o eliminando la escorrentía superficial y la redistribucción de la lluvia. En la práctica, un sistema LEPA entrega el agua directamente sobre la superficie del suelo (eliminando el agua retenida en el foliaje y las pérdidas por evaporación y arrastre por el viento) en una cantidad determinada que no exceda la capacidad de almacenamiento superficial.

El LEPA se utiliza de forma que se riegan surcos alternos, pero podría utilizarse en todos los surc,?s con un coste adicional de infraestructura. Comunmente, en esta área el espaciamiento entre emisores es de unos 1,5 a 2,0 m dependiendo de la separación predominante entre filas de plantas (los espaciamientos más usuales entre filas de plantas son 1,0 m para el algodón y 0,75 m para el maiz). Lo ideal es que no exista tráfico de tractores en los surcos de riego para conseguir una compactación mínima y una tasa de infiltración máxima. La capacidad de almacenamiento superficial se incrementa realizando diques a lo largo de los surcos, dependiendo el espaciamiento entre los diques del diseño implementado, siendo común una distancia de 1,2 a 2,4 m. Este tipo de estructura puede almacenar entre 40 y 50 mm de lluvia, frente al riego por surcos que sólo permite almacenar entre 20 y 25 mm. Las pequeñas balsas pueden almacenar sólo entre 6 y 13 mm de lluvia y, consecuentemente, son menos útiles en sistemas LEPA, aunque puedan resultar más útilies en otros sistemas de aspersión.

Muchos sistemas son popularmente denominados sistemas LEPA, pero no se corresponden o no son acordes al criterio o intención de un sistema LEPA. Además, los ingenieros de ARS-Bushland, Amarillo-TAES y TAEX Irrigation, han desarrollado otros acrónimos nuevos , LESA y MESA, para describir otros sistemas de riego basados en la tecnología LEPA, pero que no recogen uno o más criterios de los sistemas LEPA. Todos estos sistemas han sido diseñados para operar indistintamente en pivot o en laterales de avance frontal. La figura proporciona una representación esquemática de estos métodos de riego.

1 Ver ASAE Engineering Practice 531 (en revis ión) Planning, Design, Operation and Management of Low Energy Precision Application (LEPA) Irrigation Systems .

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slope is l!1Caggeratl!d

-

slepeis exaggerated

LESA MESA low-elevation spray mld-elevation spray

Las alturas exactas que diferencian a los sistemas LESA (Low-Elevation Spray Application) de los MESA (Mid-Elevation Spray Application) no están estandarizadas, pero típicamente nos referimos a un sistema LESA cuando la altura de los emisores sobre el terreno es de 0,3 a 0,6 m, mientras que en los sistemas MESA puede variar entre 1,5 a 3 m. Estos sistemas han sido llamados "aplicaciones dentro del cultivo", pero esta terminología tiende a desaparecer.

En ambos sistemas: LESA y MESA, la separación entre emisores puede ser mayor de 2 filas de plantas (surcos alternos), pero una de las principales ventajas del LESA es la quimigación bajo el foliaje, lo que obliga a que el espaciamiento entre emisores sea acorde con el espaciamiento entre filas de plantas. Se ha denominado genéricamente al emisor "Spray", pero puede ser instalado otro emisor tipo "Rotator", "Spinner" o " Wobbler" . Muchas veces puede utilizarse un adaptador en sistemas LESA y MESA para conectar una manga de arrastre y convertir el sistema en un verdadero LEPA (siempre que se utilice el laboreo de almacenamiento superficial).

Los nombres de los sistemas LESA y MESA se pueden aplicar mejor para referirse al manejo de los sistemas diseñados para usar laboreo de conservación y acaballonado, sin ningún tipo de diques a lo largo de los surcos. Por otra parte, los surcos con diques pueden ser utilizados en cualquiera de los dos, LESA YMESA.

Las principales diferencias entre los sistemas LEPA, LESA y MESA, son la extensión del suelo y cultivo mojados. Un LEPA típico sólo moja la superficie del suelo de surcos alternos, sin ninguna intención de mojar el cultivo. Mientras que los LESA y MESA mojan toda la superficie del suelo, pudiendo el MESA mojar más foliaje que el LESA.

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La tabla nO} proporciona una lista de los atributos de las tecnologías de riego LEPA, LESA YMESA.

Tabla n'T: Atributos de los sistemas de riego LEPA, LESA y MESA

Característica LEPA LESA MESA Emisor

Altura (m) Quimigación bajo el foliaje Qimigación sobre el cultivo Laboreo para aumentar almacenamiento superficial Tipo de Laboreo

Suelo mojado Cultivo mojado

Borboteador Manga de arrastre

0,3-0,6 Si No Si

Caballones Surcos con diques Pequeñas balsas Sólo surcos Ninguno

Spray Spinner Rotator Wobbler Manga arrastre 0,3-0,6 Si No Opcional (recomendable) Cualquiera Conservación No laboreo Todo Todo o parte

Spray Spinner Rotator Wobbler Manga arrastre 1,5-3 No Si Opcional

Cualquiera Conservación No laboreo Todo Todo

2.9. Principales diferencias entre Rotator, Spinner y Spray. • ROTATOR.

Es un aspersor giratorio de 360° con un sólo elemento móvil (placa del rotor) dotado de un mecanismo de frenado que regula la velocidad de rotación. Los objetivos prioritarios son:

l. Conseguir un mayor radio de alcance para cubrir un área lo más extensa, lo que le permite reducir la pluviometría instantánea evitando la escorrentía y unos tiempos de infiltración mayores.

2. Conseguir mayor uniformidad de riego, para lo que habrá que vigilar la superposición con los aspersores contiguos, la presión de funcionamiento y la altura del emisor sobre el terreno.

3. Reducir las pérdidas por evaporación y arrastre por el viento instalando el aspersor sobre una tubería bajante.

Placa del Rotor

Posición de instalación

N° de chorros y trayectoria

Presión de trabajo

Caudales AM/Altura emisor

U4-So Sobre la 4-8°, gotas más 1,4-2,8 bar 10S-9,41pm 22 m 4m (Azul) tubería grandes para

máxima cobertura y resistencia al viento

12 m 4m

D4-8° Bajante 4-8°, gotas más 1,4-2,8 bar 10S-9,41pm 20 m 2m (Verde)

grandes para

máxima cobertura y

resistencia al viento

11 m 2m

D6°·12 Bajante 6-12°, para mayor 1,0-2,0 bar 90-5,7Ipm 16 m 2m (Roja) dispersión de las

gotas a una presión baja

9m O,3m

*Datos sin viento

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• SPINNER.

Es un aspersor giratorio de 3600 que utiliza la libre acción giratoria de la placa del rotor para producir un tamaño de gota más pequeño. Los objetivos prioritarios son:

l. Producir gotas más suaves para suelos y cultivos delicados. 2. Conseguir mayor uniformidad de riego, para lo que habrá que vigilar la

superposición con los aspersores contiguos, la presión de funcionamiento y la altura del emisor sobre el terreno. Puede ser una alternativa de baja presión a los rociadores fijos.

3. Crear gotas uniformes que penetren en el foliaje del cultivo.

Placa del Rotor

Posición de instalación

N° de chorros y trayectoria

Presión de trabajo

Caudales AM/Altura emisor

D6°-12 Bajante 6-12°, resistencia 0,7-1,4 bar 74,5-3,6Ipm 14m 2m (Roja) máxima al viento,

limitaciones de espaciamiento

9,1m 2m

D6°-20 Bajante 6-20°, buena 0,7-1,4 bar 74,5-3,0Ipm 16,5m 2m (Púrpura)

uniformidad y

resistencia al viento

7,9m 1m

D6°-35 Bajante 6-35°, máximo 0,7-1,4 bar 74,5-3,0Ipm 17,7m 2m (Gris) alcance y buena

uniformidad para quimigación desde abajo

7,9m 1m

*Datos sin viento

• SPRAY

Es un rociador fijo que trabaja a baja presión y permite regar los cultivos altos desde abajo. Cambiando la placa del rociador se puede utilizar para nascencia, riegos o aplicación de agro-químicos.

Se dispone de una amplia gama de discos en los sprays para la distribución del agua según las condiciones de viento, suelo y cultivo.

Placa del Rociador

Posición de instalación

Características Presión de trabajo

Caudales AM/Altura emisor

Germinación (Verde)

Riego (Azul)

Riego (Púrpura) Riego (Gris) Quimigación (Roja)

Bajante

Bajante

Bajante

Bajante

Bajante

Cóncava,

ranuras finas

Cóncava, ranuras medianas Cóncava, ranuras finas Plana, ranuras anchas Cóncava a 57°, ranuras lisas

0,41-1,4 bart

0,41-1,4 bart

0,41-1,4 bart

0,41-1,4 bart

0,41-1,4 bart

74,5-12,8Ipm

74,5-12,8Ipm

74,5-12,8Ipm

74,5-12,8Ipm

74,5-12,8Ipm

16,5m 3m 3,7m 1m

18,9m 3m 2,7m 1m

11,6m 3m 2,4m 1m 18,3m 3m 3,Om 1m

*Datos sin viento

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2.10. Sistemas de esquina.

Tratando de resolver el problema de regar parcelas circulares, que normalmente no coincide con la geometría de las parcelas existentes y quedan zonas sin regar, surgen los sistemas de esquina que llevan un brazo articulado en el extremo del lateral y se extiende únicamente para regar las esquinas. Este problema sólo es importante en zonas con escasez de tierra y exceso de agua, circunstancia que no suele ser frecuente en climas áridos o semiáridos que es donde está más indicado el sistema pivote. Por otra parte, la peor distribución del agua en las esquinas y la carestía del sistema hace que se haya extendido poco en España y no parece que lo vaya a hacer.

Las soluciones más extendidas consisten en un brazo con aspersores dotado de cañón en el extremo, que puede pivotar alrededor de la vertical de la última torre. En una de las variantes, el lateral se detiene cuando ocupa la posición de la diagonal del cuadrado, gracias a un contactar accionado por una estaca colocada en el terreno, y deja de arrojar agua mientras el brazo articulado del extremo se despliega y riega un semicírculo dentro de la esquina.

En otra variante, el brazo está formado por un pórtico apoyado sobre dos ruedas, equipado con un contactar de ondas magnéticas capaz de seguir el trazado de un cable eléctrico enterrado que hace que el brazo se vaya abriendo progresivamente a la vez que comienza a regar. De esta manera, el brazo se extiende por completo cuando el lateral ocupa la diagonal del cuadrado, y después se va replegando a medida que se aleja de ésta, llegando a colocarse perpendicularmente al lateral, momento en el cual deja de regar.

2.11. Modelos trasladables.

Tratando de conseguir un mayor aprovechamiento del equipo, y con un ligero incremento de la inversión (2-3 %) por las tomas de agua y energía eléctrica necesarias, existen modelos que pueden trasladarse de un lugar a otro,ya sea remolcados o de forma autónoma guiados por un cable fijo en el terreno. Los que son remolcados necesitan levantar cada una de las torres y girar las ruedas 90°, dejándolas paralelas al eje de la tubería, realizándose el traslado en la dirección del eje del ramaL Las que utilizan un cable guía, llevan dos pares de ruedas en el centro pivote, un par igual que las de las torres conductoras y en su misma posición, y el otro dispuesto perpendicularmente al primero, que apoya en el terreno cuando el equipo está en posición de riego y levantan a su vez las anteriores. El traslado se hace en este caso en dirección perpendicular al ramaL

La longitud del lateral en los remolcados no debe ser superior a 200-300 ID, ya que de lo contrario los esfuerzos sobre las estructuras serían demasiado grandes. La longitud de los tramos entre torres suele ser de unos 50-60 m.

Al diseñar la instalación, habrá que tener en cuenta en este caso el consumo punta de los cultivos a regar y los tiempos muertos empleados en el desplazamiento del equipo. Este hecho, unido a los problemas que supone el traslado (por el giro de las ruedas 90°, la dificultad de rodadura en terrenos pesados, la presencia del cable en el campo y el mayor deterioro del equipo) hace que estos equipos sean poco frecuentes en zonas áridas o semiáridas,

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3. CARACTERÍSTICAS DEL RIEGO CON PIVOTE.

3.1. Variación del caudal emitido y la pluviometría a lo largo dellateraI.

La pluviometria crece desde el centro hasta el extremo ya que cada metro de lateral tiene que regar mayor superficie en el mismo tiempo (tiempo por revolución). ASÍ, en un lateral de 402 m (Fig. n" 1) los primeros 201 m riegan el 25 % del área mientras que los 54 m finales riegan otro 25 %, debiendo por tanto repartir el mismo caudal ambos tramos al regar la misma superficie en el mismo tiempo.

También puede explicarse el crecimiento progresivo de la pluviometría desde el centro al extremo del lateral porque el tiempo de aplicación de agua a un punto del terreno va siendo cada vez menor a medida que nos alejamos del punto pivote, y todos los puntos tienen que recibir la misma cantidad de agua.

m

ro

~\ 25%

.

. ~~~ "'-, ~,~ - 25 % . ~//-----._- _.---_.

25 %

Fig. nO 1. Distribución del área regada en un lateral de 402 m al dividirla en cuatro partes iguales.

En la tabla n" 1 figuran los tiempos de aplicación de agua en varios puntos del lateral, para varias velocidades de avance y distintos diámetros de alcance de los emisores.

La fig. n" 2 compara las curvas de pluviometría y los tiempos de aplicación para dos puntos del terreno bajo un mismo pivote (uno a 180 m del centro y otro a 365 m). La pluviometria sobre un punto del terreno crece desde cero hasta un valor máximo cuando el lateral se sitúa sobre él, para descender nuevamente a cero cuando se aleja del mismo.

En la fig. n" 2 se observa que para que ambos puntos reciban la misma cantidad de agua, las áreas limitadas por las curvas deben ser iguales, por lo que la pluviometría tiene que ser mayor cuanto menor sea el tiempo de aplicación.

12

e L e e e e e e e e e e e e e e e c (..,

e e e e e e e e, e e e e e e, e e <... e e e e, e e e e e c. e L e

Tabla l. Ejemplo de tiempos de aplicación de agua en diversos puntos del lateral.

Distancia al centro pivote (m) Tiempo en

dar una 50 100,5 201 402 revolución

Diámetro mojado por los emisores (m)

24,4+ 27,4· 9(h) 27,4· 9f 39,6+ 27,4· 9f 533+,

Tiempo de aplicaciones de agua (min)

6 28 31 10 12 56 63 21 24 111 125 42 48 222 250 83 60 278 313 ·104

16 5 31 10 63 21

125 42 156 52

12 8 3 22 16 5 45 31 10 91 63 21

113 78 26

+ Modalidad con aspersores de tamaño creciente

* Modalidad con aspersores de tamaño medio

f Modalidad con toberas pulverizadoras

Fuente: Jensen (1981).

30 .~

.e Z ~ 4......... E E ZO.3-C\l,....

I~ 21-. .... 111 E 10 2 o.... > ::l

,..,-O.Z 0 .4

--a

Pm2

0 .6 0 .8

365 m del pivote

./a 180 m del pivote

I.Z 1. 4 16 1.9 Z.O o-

27,4· cj

8 4 1 16 8 3 30 16 5 61 31 10 76 39 13

.e <, E

1 Z E

10 e 'O..... U0 .8 C\l 1-. ....

0 .6 -..... l+­e

0 .4 111

"O

02 "O C\l

"O T5

Tiempo (h) 111 >

Fig. nO2. Curvas de pluviometria en dos puntos de un mismo pivote. Jensen (1981) .

En la fig. n? 2 también se ha representado la curva de velocidad de infiltración del suelo (i) (cantidad de agua que pasa a través de la superficie del terreno en la unidad de tiempo). La comparación entre ésta y la curva de pluviometría permite estimar la posibilidad de que se produzca escorrentÍa. Ésta se producirá cuando la curva de pluviometría supere a la infiltración pero en realidad, la superficie del terreno (en función de la pendiente) tiene cierta capacidad de almacenamiento que disminuye la posible

I

escorrentía.

13

La pluviometría descargada por el equipo en cada punto de la tubería viene determinada por: el tamaño de boquilla, la presión en la misma, el espaciamiento entre emisores, la distancia al origen y el tipo de emisor empleado. Una vez fijados estos parámetros, la pluviometria en cada punto a lo largo del lateral es fija y no cambia al variar la velocidad de rotación. Cuando se modifica ésta, sólo cambia la duración de la aplicación de agua sobre un punto del terreno, y por tanto la cantidad de agua aplicada (dosis de riego).

La pluviometría descargada en la zona del extremo por tres pivotes de igual longitud (396 mjy caudal descargado (56,8 lis), donde cada uno tiene la disposición de emisores A, B Ye indicadas antes, son las que se muestran en las fig. 5.18 Y5.19. De ellas se deducen las características pluviométricas para cada una de las modalidades A, B Ye siguientes:

Modalidad Pluviometría máxima Pluviometría media Tiempo de riego (rnm/h) (mmJh) (mm)

A 40 14,5 46 B 80 20,8 32 e 155 43,0 15

El caudal que tiene que repartir el equipo pivote puede calcularse como cociente entre el volumen a descargar en un día y el tiempo utilizado para ello mediante la expresión:

= 0 116 N.AQ o ' Ea.Fd

siendo: Qo = el caudal de entrada al equipo (lis) N = necesidades plll1ta del cultivo (mm/día o 11m2 día) A = área regada (ha) Fd = fracción de día que funciona el equipo (como decimal) Ea = EDa . Pe . Pd la eficiencia de aplicación (como decimal) EDa = la eficiencia de distribución para el deseado porcentaje na" de área bien regada. Pe = la proporción efectiva del agua descargada por los emisores que llega a la superficie del suelo. Pd == la proporción de agua descargada por los emisores respecto a la bombeada.

A medida que nos vamos alejando del centro pivote, el área regada por cada metro de lateral crece. A una distancia r (m) del mismo, este área es el de una corona circular, que puede ser calculada como:

a == n(r + 0,5)2 - n(r - 0,5)2 == 21tr

El caudal descargado por la unidad de longitud de lateral en esa zona (q) debe ser tal que:

q a 2m- 2 r . 2 r Qo -==-=--==- . es decir q=--Qo A re R2 R2

' R2

siendo R el radio del área mojada por el equipo (en m) (fig. n" 3.).

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/ Fig. nO 3.- Esquema para el cálculo del caudal descargado

En el extremo del pivote (r = R), el caudal descargado por 1 m de lateral será: q = 2 Qo/R (1)

De la anterior ecuación puede deducirse el caudal qr que tendría que descargar un emisor situado a una distancia r del centro pivote si en esa zona la separación entre emisores fuera Se, que sería:

qr = q Se = 2 r Se (Qo/R?)

Este caudal también puede ponerse en función de la dosis bruta media aplicada (Dba) y de la velocidad angular (w) con que se mueve el equipo teniendo en cuenta que:

Dba = Qo tI = Qo (27l!w) 1( R2

7( R2

por lo que se tendrá: qr = r Se Dba w siendo Dba = dosis bruta media aplicada (mm); t¡ = tiempo por revolución (s); w =

velocidad angular (rad/s).

La velocidad angular (w) puede ponerse en función de la velocidad de desplazamiento de la última torre (Ven mis) y su distancia al centro pivote (Lt en m) como: (w =VILt)

luego también se cumplirá que qr = r Se Dba (VILt)

Por otra parte, si AM fuera la anchura mojada por el modelo de reparto de agua del equipo en el extremo, y suponemos que se trata de un modelo elíptico como ocurre en la generalidad de los casos, puede deducirse la pluviometria máxima (Pm) que se producirá en el extremo teniendo en cuenta que el volumen mostrado en la fig. 4 representa el volumen de agua descargado en la unidad de tiempo, es decir el caudal q. Así pues se tendrá:

re Pm AM q = 43600 (2)

siendo: q = caudal repartido por l' ID de lateral (l/s). Pm = pluviometría máxima del pivote en su extremo (mmIh o l/m2 h). AM = anchura mojada por el modelo elíptico de reparto de agua (m).

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Igualando las ecuaciones (1) Y (2) Y teniendo en cuenta por una parte que si llamamos ra al radio de alcance del aspersor en la zona del extremo será AM = 2 ra, y por otra parte que el caudal que realmente alcanza el suelo será Qs = Qo Pe Pd, se tendrá.

Pm = 28800 Qs = 14400. Qs (3) 1r RAM 1r Rra

fl= X -' AM-------..

Fig. nO 4.- Esquema de la pluviometría del pivote en el extremo.

3.2. Uniformidad de riego con equipos pivote.

En riego por aspersión suelen manejarse unos coeficientes de Uniformidad de Christiansen (CU) del siguiente orden: CU %

• Cultivo de alta rentabilidad con sistema radicular superficial. 88 • Cultivos extensivos con sistema radicular de profundidad media 82-88 • Frutales y forrajes con sistema radicular de profundidad media 70-82

Los ensayos de campo realizados a pivotes dan valores generalmente altos del CU (del 80 al 90%), con velocidades de viento inferiores a 7,5 mis. (Jensen, 1980). Keller (1990) indica valores de CU entre el 90 y 94% para sistemas bien diseñados si se tienen en cuenta los riesgos sucesivos al utilizar alta frecuencia.

Cuando el viento sopla hacia el centro pivote, en la dirección del lateral, el área regada disminuye alrededor de un 17 %, mientras que cuando sopla hacia el extremo, el área regada crece cerca de un 19 % (van Bemuth, 1983).

Ya que la velocidad del viento crece con la altura sobre el suelo, suele tenderse a utilizar aspersores de bajo ángulo (7° a 10°) en los pivotes, para acortar así la trayectoria de caída del agua hasta el suelo.

Los laterales autopropulsados, ya sean pivote o de avance frontal, tienen ciertas ventajas sobre los sistemas estacionarios en cuanto a los efectos distorsionadores del viento ya que:

• El lateral ocupa infinitas posiciones en su recorrido, compensándose en parte las distorsiones entre riegos sucesivos. • El espaciamiento de emisores en el lateral es bastante pequeño, con un gran solapamiento entre ellos.

16

........~------------------------------------------_....

!.O

r-.... 2.8 ~ " 2.6 en

d 2.4

~ 2.2 :f 2.0

::3 1.0 SISTEMA CON ASPERSORES

~ DE T~O VARIABLE ~ l4 ~ 1.2 (Modalidad A) ~ 1.0

-; 0'6jV:::s 0.4

~0.2 ~ 2 4 Ó 6 10 12 I~ l' l' 20 22 2~ 26 2IJ ~~..J2 ;)" ~, 30 ~ "2 -'44bOO•

TIEMPO (Minutos)

SISTEMA CON ASPERSORES DE TAMAÑO MEDIO

(Modelidad '8)

~ sce <, o.

O) 0.20

-C 5.00 a1 bO

~

~ TIEMPO (Minutos)

: '.OOl ::3

'rl 3.00

~ lI SISTEMA COH TOBERAS~ 2.0°1

PULVERIZADORAS ~ 1.00,.:::s 1 (Modalidad C.)

TIEMPO (Minutos)

Nota: 1 Pulgada/h = 25,4 mm/h. Fig. 5. Modelos de aplicación de agua a 365 m del centro pivote en tres laterales de 396

m, descargando 56,8 l/s. (Fuente: Pair, C.H)

17

e 150

oC <, E , . ~ 1 0 0

, ~

'c (;l

...... .... ~

E .s 50 > :J a,

10 20 JO 40 50

Tiempo (mn)

Fig. nO 6. Simplificación de la aplicación de agua del caso anterior. Pair (1975).

Los valores de CU se refieren en general a ensayos concretos, correspondientes a riegos realizados bajo unas condiciones determinadas, y no a lo que ocurre en el conjunto de riegos realizados durante toda la campaña.

Algunos factores que distorsionan la uniformidad de reparto de agua tienden a compensarse en los sucesivos riegos (este es el caso de la falta de uniformidad en el avance del lateral) , mientras que otros tienden a acentuarse cada vez más. Este sería el caso de:

+ El funcionamiento defectuoso de algún emisor. + Las diferencias en las condiciones de funcionamiento de los emisores por cambios

de elevación. + La existencia de escorrentía. + La mala distribución del agua en los bordes.

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