Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

41
SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN PLANIFICACIÓN Y DISEÑO HIDRÁULICO DE LA UNIDAD DE RIEGO POR ASPERSION: CRITERIOS Y PARÁMETROS. Ing. Esmelin Pinto Villanueva

Transcript of Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Page 1: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

PLANIFICACIÓN Y DISEÑO HIDRÁULICO DE LA UNIDAD DE RIEGO POR ASPERSION:

CRITERIOS Y PARÁMETROS.Ing. Esmelin Pinto Villanueva

Page 2: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

PLANIFICACIÓN Y DISEÑO HIDRÁULICO DE LA UNIDAD DE RIEGO POR ASPERSION: CRITERIOS Y

PARÁMETROS.

El propósito de la presente exposición, es proporcionar lineamientos para el análisis y diseño de una posible instalación de un sistema de riego por aspersión.

El diseño comprenderá equipamientos con sistemas de desplazamiento manual, en los que la tubería lateral o de aspersión se desplaza sobre la superficie de riego.

El desplazamiento manual, seguirá empleándose en el país, debido a que los costos de mano de obra en el campo son bajos y habrá de predominar por mucho tiempo este sistema, sobre los sistemas mecánicos y sistemas fijos.

Los sistemas mecánicos serán empleados en instalaciones agrícolas de gran envergadura. El sistema fijo encuentra su aplicación en hortalizas, en cultivos intensivos caros y donde resulta difícil desplazar la tubería con aspersores.

Page 3: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

1. Requerimiento mínimo de datos para el diseño de la unidad de riego.

La unidad de riego, puede ser una superficie de área variable, desde una parcela individual de 5 a 10 ha, hasta un asentamiento o modulo de 200 a 1,000 has o de mayor extensión.

La unidad de riego, se subdivide en superficies de áreas reducidas, denominadas sub unidades de riego.

La planificación hidráulica de una Unidad de Riego por aspersión, se efectúa en base a la planificación agrícola, permitiendo definir un esquema hidráulico de la infraestructura básica de la unidad, así como de los equipos de riego por aspersión para cada sub unidad.

Page 4: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

El diseño requiere un mínimo de datos básicos necesarios

1.1 Calidad del Agua Se sobreentiende que el agua es químicamente satisfactoria para el suelo y para los cultivos, así mismo, no tiene efectos corrosivos para las tuberías, equipos y accesorios.

1.2 Abastecimiento de aguaEsta consideración se refiere, si hay suficiente agua para satisfacer los requerimientos de los cultivos y para la superficie proyectada con riego por aspersión.

1.3 Planos Topográficos Se debe contar con planos generales y planos para diseño a escala 1: 5,000 ó de preferencia a escala a 1:2,000. Las curvas de nivel deben ser con equidistancias cada 5 a 10 m, cuando el terreno es razonablemente uniforme y cuando la topografía es ondulada y accidentada o cuando hay cambios muy pronunciados en las pendientes, se recomienda que las curvas sean de 1 a 3 m.

Page 5: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

1.4 Suelos

En lo referente a los suelos, debe contarse con planos agrológicos, que indique las características físico – químicas, la velocidad de infiltración, la capacidad de retención del agua por el suelo.

1.5 Cultivos

Se necesita conocer el máximo requerimiento diario de agua de cada cultivo, a fin de determinar la mínima capacidad del equipo de riego. Es en este periodo durante el cual se llega a la máxima demanda diaria promedio de agua de los diversos cultivos. Es importante analizar cuidadosamente los requerimientos de agua de cada uno de los cultivos.

1.6 Clima

Debe contarse, con información climatológica: Temperatura, humedad, intensidad y dirección del viento, lluvias, etc.

Page 6: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

1.7 Otros factores de diseño

Se requiere información referente al volumen efectivo de lluvia, la eficiencia del riego y requerimiento de agua para la lixiviación o lavado de sales de suelo.

1.7.1 Volumen efectivo de lluvia, es la precipitación pluvial durante la temporada normal de riego, a usarse para satisfacer las necesidades de los cultivos. En zonas áridas y semiáridas no se considera el aporte de las lluvias. En las regiones húmedas, el sistema de riego por aspersión se diseña como riego complementario, para cuando se presentan condiciones de sequía.

Page 7: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

1.7.2 Eficiencia del riego, en sistemas de riego por aspersión, no se considera la eficiencia de conducción, debido a que no es apreciable las pérdidas de agua, por llevarlas desde la fuente (pozo, galería filtrante, arroyo o embalse), mediante tuberías.

La eficiencia del riego, por tanto, es la eficiencia de aplicación en el campo y se expresa como la relación (en %), del volumen que se aplica a la zona de raíces, con respecto al volumen que descarga los aspersores. Dicha eficiencia en riego por aspersión, varia entre un 60 a 75 %, dependiendo de la uniformidad de la distribución, de las perdidas por evaporación y del manejo del equipo de riego.

1.7.3 Requerimiento de lixiviación, es el volumen neto de agua que permite el lavado de sales de la zona radicular. El volumen a aplicarse, es el volumen bruto, que a partir del volumen neto y en base a la eficiencia del sistema, es el volumen anual de agua, que se aplica como lámina (horas de operación) por medio del sistema de riego por aspersión. Por ejemplo, si se quiere una aplicación de 140 mm de Lámina de agua y la eficiencia del riego es del 70% entonces 140/0.70 = 200 mm de Lámina de agua de lixiviación.

Page 8: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2. Determinación del Régimen de riego para el diseño del Sistema.

Para la planificación y diseño del sistema de riego por aspersión, se requiere previamente, determinar el régimen de riego (duración y frecuencia), en base a la evapotranspiración máxima del mes critico (mes con mayor evaporación y el cultivo con mayor demanda de agua), a la capacidad de retención de agua por el suelo, a la Lámina de riego y el tiempo requerido para aplicar dicha lámina.

Page 9: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.1 Calculo de la Evapotranspiración

La demanda de agua de riego por los cultivos, es de gran importancia para dimensionar una Unidad o Sub unidad de riego.La evapotranspiración de un cultivo es variable y se mide en mm de lámina de agua por día o mes.La evapotranspiración potencial ETo, es la cantidad de agua que se evapora de un suelo cubierto de gras corto y con humedad constante (capacidad de campo), expresado en mm de lámina de agua por día o por mes.

La evapotranspiración potencial del cultivo ETc, no siempre se aproxima a la evapotranspiración potencial ETo. Esto se expresa mediante la siguiente formula:

Siendo, Kc el coeficiente del cultivo, que varía entre 0.0 y 1.2

Para fines de diseño del sistema de riego por aspersión se considera la evapotranspiración máxima, esto quiere decir, cuando Kc tiene una valor alrededor de 1.0

EToKcETc

díammEToETc /

Page 10: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.2 Demanda Neta de Riego Dn y Demanda Bruta de riego Db

La demanda neta de riego, es el consumo de agua por evapotranspiración del cultivo.La demanda bruta de riego, es la demanda real de agua que se debe disponer para regar adecuadamente. Por consiguiente es la demanda que determinará la capacidad del equipo de riego por aspersión.

La demanda bruta de riego Db, se calcula con la siguiente ecuación

Siendo Ef., la eficiencia del riego, definida en el ítem 1.7.2

díammEf

DnDb /

Page 11: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.3 Capacidad de almacenamiento del suelo

La práctica del riego está basada en considerar al suelo, como un reservorio donde se almacena el agua y del cual las raíces de las plantas van extrayendo la humedad necesaria, para satisfacer sus necesidades fisiológicas.

El agua que almacena un suelo y puede ser utilizada por las plantas es una cantidad definida, que está comprendida entre las llamadas Constantes Hídricas:

Capacidad de Campo (C.C), es la cantidad máxima de agua que se puede almacenar en un suelo y ser utilizada por las plantas.

Punto de Marchites Permanente (P.M.P), es el contenido de humedad del suelo, del cual las plantas no pueden obtener fácilmente agua aprovechable y éstas se marchitan y mueren.

Page 12: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

A la humedad comprendida entre estas dos constantes, se le denomina “agua aprovechable” y varía con los diferentes tipos de suelo.

Luego la Lámina de agua disponible (La) es:

en % ó en mm/m

La capacidad de almacenamiento (Ca) del suelo en mm, se calcula con la fórmula:

Donde:La = Lámina de agua disponible en mm por metro de espesor de sueloPr = Profundidad radicular en m.Fa = Factor de aprovechamiento: 0.65. Para zonas áridas o semiáridas se recomienda 0.50

EspecificoPesoPMPCCLa .)..(

FaLaCa Pr

Page 13: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.4 Intervalo o Ciclo de riego (Cr)

El intervalo o ciclo de riego, depende de las características del suelo, que se lo considera como un reservorio de agua, cuanto mejor es la calidad del suelo para retener agua y mayor sea el espesor del suelo para almacenar agua, se lograra mayor intervalo o ciclo de riego.

Donde:Ca = Capacidad de almacenamiento en mmDb = Demanda bruta en mm/ día.

2.5 Lámina de agua para ser aplicada en un riego

Es la cantidad de agua a aplicarse a la unidad de superficie, en un tiempo dado, para cada ciclo o intervalo de riego.

Siendo, Lr la Lámina de riego en mm.

díasenDb

CaCr

DbCrLr

Page 14: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.6 Tiempo requerido para aplicar un riego

Se refiere al tiempo o duración del riego necesario, para aplicar en el campo la Lámina de agua requerida para un ciclo de riego.

Para calcular el tiempo requerido, se necesita determinar el valor de la precipitación generada por el equipo de riego por aspersión.

Donde:T = Tiempo o duración de un riego en horas o fracción de horaL = Lámina de agua requerida en mm.Pp = Precipitación pluvial aplicada por el equipo de aspersión en mm/hora.

)(horasPp

LT

Page 15: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Otro factor que influye en el tiempo de un riego, es la velocidad de infiltración del agua en el suelo. La infiltración es la penetración lenta del agua a través de los poros del suelo. También se puede definir como el paso del agua de la superficie al interior del suelo, con objeto de diferenciar del término de conductividad hidráulica. La velocidad de infiltración, es la relación entre una lámina de agua que se infiltra y el tiempo que tarde en hacerlo, generalmente se expresa en cm./min. ó en cm./hora. Por abreviar, a la velocidad por infiltración se le llama solamente infiltración.

Se llama infiltración básica a la velocidad de infiltración, que más o menos permanece constante, es decir, cuando la variación respecto al tiempo es muy pequeña. En riego por aspersión se considera el valor de la infiltración básica estabilizada (Ie) y su valor está expresado en mm/hora.

Page 16: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.7 Número de posiciones de riego por día (N)

La posición de la línea lateral de aspersores, es el tiempo que la línea lateral se ubica en un área determinada, para la aplicación de la lámina de agua de riego establecida. El número de posiciones de riego por día depende en general, del tiempo necesario para una posición, del tiempo necesario para el traslado de la línea de aspersores y de las horas de viento en que no se puede regar. Debe considerarse la posibilidad de utilizar horas de la noche.Usualmente en el sur del país, en la práctica se considera N = 3 posiciones/día.

2.8 Intensidad de la precipitación (Pp)

En general, la intensidad de la precipitación (Pp) es limitada por el valor de la infiltración estabilizada (Ie) y debe cumplirse que la precipitación debe ser menor o igual que la infiltración:

Para que no se produzca fenómenos de escurrimiento o encharcamiento en la superficie de riego.

IePp

Page 17: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

La intensidad de la precipitación, influye directamente en el dimensionamiento de las redes de tuberías; del equipo de bombeo y en general de las instalaciones del sistema de riego por aspersión.Considerando la textura del suelo y pendiente del terreno en % se recomienda la máxima intensidad de precipitación, indicado en el cuadro siguiente:

Máximas Precipitaciones de aspersores en mm/hora, sugeridos para suelos y pendientes del terreno

Page 18: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.9 Espaciamiento entre aspersores y entre líneas de aspersores

El espaciamiento, es la distancia entre aspersores, ubicados en la misma línea lateral y la distancia entre líneas laterales de aspersores ó posiciones.

El espaciamiento correcto de aspersores es función de las condiciones específicas del viento, de la disposición espacial de los aspersores, que puede ser cuadrado ó triangular, de la presión y alcance de cobertura del aspersor seleccionado.

En la siguiente figura se observa el espaciamiento entre aspersores sobre la misma línea lateral (S1), el espaciamiento entre dos posiciones de líneas laterales con aspersores (S2), así como los dos tipos de disposición espacial.

Page 19: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Por ejemplo, cuando se indica el espaciamiento entre aspersores es de 12 x 18 m, significa que la distancia:

Entre los aspersores sobre la línea es: 12 mEntre dos líneas de aspersores o posiciones es: 18 m

La superficie (S) regada por un aspersor es:

Siendo, Si el espaciamiento entre aspersores sobre el mismo lateral y S2 el espaciamiento entre dos posiciones o líneas laterales.

221 2161812)2( mmSSS

Page 20: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

2.10 Elección del Aspersor

La consideración principal en el diseño de cualquier sistema de riego por aspersión la constituye, la demanda de agua del cultivo, la capacidad de retención de humedad del suelo y la velocidad de infiltración.

La elección correcta de un aspersor depende de las siguientes consideraciones:Distanciamiento requerido entre aspersores.Carga de presión disponible o establecida.Características del suelo: Velocidad de Infiltración.Factores Climáticos: Vientos.Preferencias personales del diseñador según su experiencia.

Page 21: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Debe considerarse que el espaciamiento y los diámetros de las boquillas, son factores que pueden modificarse o cambiarse, con ciertas limitaciones, cuando se quiera obtener precipitaciones de acuerdo a la carga de presiones a disposición, o según nuevos requerimientos del régimen de riego.

La selección correcta del espaciamiento entre aspersores, bajo condiciones especificas del viento, esta determinado por el diámetro (d) del área circular cubierta por el aspersor, cuando el aspersor se encuentra a 40 cm. (1 ½ pies) del suelo. El diámetro del área circular es medido en metros.En el siguiente cuadro, se indica la distancia entre aspersores, en función a la disposición espacial (cuadrada o triangular), a la velocidad del viento en m/s y a un porcentaje del diámetro del área circular en m.

Page 22: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Distancia entre aspersores en condiciones especiales de viento

Page 23: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Si se dispone de una presión fija, los aspersores tienen que ser seleccionados considerando ese valor de la carga de presión. Así mismo debe tomarse en cuenta la calidad física y química del agua en la elección del aspersor.

El caudal (Q) de un aspersor se calcula mediante la siguiente formula:

Donde: Q = Caudal medido en la boquilla de descarga del aspersor en l/min.D2 = Diámetro de la boquilla en mm.h = presión en la boquilla en Kg. /cm2

hDQ 2625.0

Page 24: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

La precipitación equivalente aplicada por el aspersor está en función de su descarga (Q), por la distancia entre aspersores sobre el lateral y la distancia entre líneas de aspersores o ente posiciones. Se calcula la precipitación mediante la formula:

Donde:PP = Precipitación en mm/hora

Q = Caudal en m3/horaSA = Distancia entre aspersores sobre el lateral en m.

SL = Distancia entre laterales o posiciones en m.

LAP SS

QP

000,1

Page 25: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Caudal (Q), requerido para un aspersor.

El caudal (Q) se determina en función de la superficie servida por el aspersor, que es el producto de la distancia entre aspersores y entre líneas (S = SA x SL) y la intensidad de la precipitación (Pp) fijada.

Donde:Q = Caudal del aspersor en m3/horaS = Área servida por el aspersor en m2

PP = Precipitación en mm/hora x 10-3

PPSQ

Page 26: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Como elegir un aspersor para el sistema de riego proyectado

Los fabricantes proporcionan tablas de rendimientos de los aspersores. Cada tipo de aspersor descrito en estos catálogos, están acompañados por una hoja técnica de rendimiento, preparada a partir de datos de pruebas de alta precisión. Esta hoja provee información completa sobre precipitaciones, para espaciamientos de aspersores y líneas laterales y cubre varias condiciones de presiones, descargas, diámetros del área circular cubierta por cada aspersor, diámetro de boquillas y espaciamientos. Ejemplo de estos rendimientos son provistos, con definiciones de cada uno de los términos usados.

El empleo correcto de estas hojas de rendimiento, permite el uso óptimo de los aspersores. La información que se encuentran en las áreas sombreadas de las tablas, no son recomendables, debido a que ésta, se aparta del rendimiento eficiente del riego.

Page 27: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

Para elegir el aspersor que se requiere a partir de estas tablas de rendimiento, la siguiente descripción suministra un procedimiento preciso para determinar el mejor tipo de aspersor y boquillas, para el requerimiento específico del riego. Este procedimiento permite utilizar al máximo, la tabla de rendimiento suministrada con cada tipo de aspersor, como se indican en los Cuadros Nº 03, 04, 05, 06 y 07. En las figuras que a continuación se indican, se observa los tipos de aspersores: Fig. Nº 02, 03, 04, 05 y 06, así como en las fotos Nº 01, 02, 03 y 04, el funcionamiento de cada uno de ellos.

Procedimiento

1ero.- Elija el tipo de aspersor de acuerdo al cultivo y a la presión disponible. Por ejemplo existen aspersores para propósitos generales, para cultivos de campo con presiones baja o media, aspersores útiles contra heladas, aspersores de gran alcance tipo “cañón” de alta presión, llegando hasta 10 atm (100 m.c.a.)

2do.- Examine y estudie la tabla de rendimiento, entregada con el aspersor específico, que se adecuan a las condiciones requeridas.

Page 28: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

3ero.- Busque en la columna de precipitación, los valores aproximados de equivalentes de caída pluvial horaria, después ajuste al valor de la infiltración del suelo

4to.- Escoja el diámetro de boquilla, adecuada para la presión de que dispone y elija luego el espaciamiento más conveniente entre aspersores y laterales que de la precipitación requerida.

)( IePP

Page 29: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion

El espaciamiento más adecuado entre aspersores y laterales es el que da 65% del diámetro del área circular que cubre los aspersores, en condiciones sin viento.

Cuando hay viento el porcentaje debe ser menor; esto significa que con viento las distancias entre aspersores y entre líneas laterales deben estar menos espaciadas, para lograr una distribución uniforme del agua.

Una vez determinada la cobertura del aspersor, es simple encontrar la cantidad de aspersores, dividiendo la cobertura del espaciamiento del aspersor entre el tamaño del campo.

Por ejemplo: el espaciamiento del aspersor es 12 x 12 = 144 m2, el tamaño del campo es de 17,280 m2 (120 x 144 m)

La cantidad (N) de aspersores es:

.120144

280,172

2

aspm

m

AspersorCoberturaArea

CampoAreaAspNumero

Page 30: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 31: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 32: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 33: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 34: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 35: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 36: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 37: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 38: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 39: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 40: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion
Page 41: Planificacion y Diseño Unidad de Riego Aspersion