Sistemas de Riego por Aspersión y Goteo.PDF

8/9/2019 Sistemas de Riego por Aspersión y Goteo.PDF

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Índice de contenido

Prólogo

Cap. 1.

Consideraciones generales sobre la irrigación

Introducción, 10. O bjetivos de la irrigación, 11.

Rela-

ción agua-suelo-planta. 12. Insumos de la irrigación,

17.

Criterios para seleccionar los métodos de riego,

18.

Selección del sistema de riego, 21. Bibliografía,

23.

Cap. 2. Program ación de los riegos

Introducción,

26.

Definiciones, 26. Factores qu e afec-

tan la evapotranspiración, 28. Determinación de

la evs•

potranspiración, 28.

Estimación

de la evapoti

r

ción, 32. La evapotranspiración en el campo de culziv-,.

44. Programación de los riegos, 48. Bibliografia.

Cap. 3. Descripción y definiciones en el riego

por aspen,.

Introducción, 64.

Componentes de

los

sistemas de

rie-

go por aspersión,

64.

Usos frecuentes de los sisto

de riego por aspersión, 78. Clasif icación de los

mas de

riego por aspersión, 79. Ventajas y

desve, z,

de los sistemas de riego por

aspersión, 87.

Distribu-

ción

del agua bajo el riego por aspersión, 88.

Biblio-

grafía, 95.

Cap.

4.

Evaluación de la distribución

del agua en

los

siste-

mas de

riego por aspersión

Introducción, 98. Determinación de la curva de

distri-

bución, 98. E l coeficiente de uniformidad en los siste-

mas de riego por aspersión, 101. M odelos

de

distri''

ción lineal y

normal.

104.

Bibliografía,

114.



....-...•-••••••

••••••••Te

Consideracione

generales sobr€

la irrigaciór

8

ndice de contenido

Cap. 5. Diseño de sistemas de riego por aspersión

15

Introducción, 116. Inventario de recursos en la unidad

agrícola, 116. Requerimientos de agua y operaciones

de cultivo, 117. Primera fase en el diseño de un siste-

ma de riego por aspersión, 117. Aspectos hidráulicos

básicos en los sistemas de riego por aspersión, 128.

Segunda faso en el diseño de un sistema de riego por

aspersión del tipo movimiento-alto, 132. El diseño de

los sistemas de riego por aspersión de movimiento

continuo. 151. Diseño y funcionamiento del gran ca-

ñón viajero, 15 9. Ejercicios, 174. Bibliografía, 179.

Cap. 6. Descripción y definiciones en el riego por goteo 81

Descripción, 182. Co mponentes de un sistema de riego

por goteo, 185 . Trazado de los sistemas de riego por go-

teo, 191 . Cultivos usualmente irrigados mediante siste-

mas de riego por goteo, 192. Desventajas de los sistemas

de riego por goteo, 192. B ibliografía, 194.

Cap.7.

Evaluación del funcionamiento de un sistema de

riego por goteo

95

Introducción, 196. Variabilidad en los sistemas de riego

por goteo, 197. Desarrollo de las ecuaciones que carac-

terizan la distribución de la presión en el distribuidor

y lateral, 199 . Uniformidad en el riego por goteo, 205 .

La eficiencia en un sistema de riego por goteo, 207. Bi-

bliografía, 214.

Cap. 8. Diseño de los sistemas de riego por goteo

17

Consideraciones básicas, 218. Requerimientos de agua

para el riego, 219. Cálculos de los factores preliminares

de diseño en un sistema de riego por g oteo, 223. Selec-

ción del emisor (gotero), 233. Trazado de las subuni-

dades de riego. 241. Diseño de las subunidades, 243.

Filtración y fertilización, 264. B ibliografía, 268.

Índice analítico

71



objetivos de la irrigación

1

prácticas agronómicas apropiadas que acompañen a la irrigación.

esas tierras se harán improductivas y estériles. Esas prácticas agronó-

micas "apropiadas" pueden incluir drenaje, fertilización, rotación de

cultivos, mejora de suelos y manejo, control de erosión y la selección

de los cultivos mejor situados para las condiciones locales. Todas esas

consideraciones deben ser integradas dentro de la práctica de la irri-

gación para lograr el óptimo potencial de la agricultura bajo riego

INTRODUCCIÓN

La tarea de irrigar es un arte tan antiguo como la propia existen-

cia del hombre. Esto lo comprueban las ruinas de obras de riego

encontradas en diversas regiones del mundo, tan distantes unas de

otras como: Egipto, Irán, China, India y España. En América tam-

bién existen indicios de que los habitantes de Perú, México y la par-

te suroeste de los Estados Unidos practicaban el riego de tierras

hace miles de años (Israelsen y Hansen, 1967). Históricamente, las

civilizaciones han dependido, para lograr su desarrollo, de la agri-

cultura bajo condiciones de riego; y en muchas de esas mismas

áreas hoy en día, la irrigación continúa ofreciendo la base agrícola

de la sociedad.

Sin embargo, cuando las limitaciones que restringen una com-

pleta relación entre agua-suelo-planta, no son consideradas ya sea

por ignorancia o falta de planeación, la actividad agrícola desapare-

ce casi siempre. Un buen ejemplo es la antigua civilización de la

Mesopotamia la cual floreció en el Valle Tigris Lufrates hace 6000

años. En 2000 años el suelo se hizo tan salino debido a la mala apli-

cación de la irrigación y a la ausencia de drenaje que a estas fechas

no ha sido posible recobrar esas tierras para la agricultura. Se estima

que en la Mesopotamia antigua vivían aproximadamente 25 millo-

nes de personas. Iraq, que ocupa la mayor parte de esas tierras, tiene

actualmente una población cercana a los 10 millones.

Cuando se suministra agua en cantidades adecuadas y constantes

en una región que fue considerada árida se pueden obtener buenos

resultados en la producción agricola, asegurándose así ganancias y

prosperidad para el agricultor. Sin embargo, con el tiempo. sin unas

OBJETIVOS DE LA IRRIGACIÓN

La irrigación en las regiones áridas del mundo tiene dos objeti-

vos primordiales: 1. Suministrar la humedad esencial para el

creci.

miento de la planta; y 2. Para lavar o diluir las sales en el suelo.

E

agua que se provee a las plantas por medio de la irrigación, tiene ur

efecto lateral benéfico, enfriar el suelo y la atmósfera ocasionandc

un mejor medio ambiente para el crecimiento de la planta.

El primer objetivo de la irrigación es suplir la humedad necesaria

y puede ser realizado de varias formas. Sin embargo, sin importar

e

método de riego usado, el propósito de la irrigación es "el repone

periódicamente el almacenamiento de la humedad del suelo" en 11

zona radicular de la planta. Este almacenamiento es abatido por I.:

demanda de consumo de la planta. El único método existente

de de

go, el cual es una excepción a esta regla, es el riego por goteo. t)

rua

directamente reemplaza el agua consumida por la planta en una has

,

0 9

de la capacidad de retención de humedad en la zona radicular).

Las sales se acumulan en el suelo mediante dos procesos princi

palmente; la concentración de las sales y la agregación de sales. Lo

efectos de concentración son causados al remover el agua mediant

el uso consuntivo del cultivo y la vegetación natural, dejando la

sales que se encontraban en solución en un estado cada vez má

concentrado a medida que el agua se remueve. Las sales que se acu

mulan en el suelo mediante la agregación son causadas cuando e

agua usada para el riego fluye sobre estratos con depósitos de sale

naturales, tanto en los flujos de corrientes en canales o ríos como e

flujo de aguas subterráneas. La agregación de sales es también cac

sada por una excesiva aplicación de fertilizantes, la contaminació

de las aguas por el uso municipal e industrial, y otras como los mc

nantiales de aguas mineralizadas.

Si las sales acumuladas en la zona de las raíces de la planta n

son periódicamente

lavadas,

la tierra se hará improductiva -

región. Este segundo objetivo de la irrigación es muy impn . .rte

l o



12 ap.

1. consideraciones generales

frecuentemente ocurre du rante el proceso del riego. Sin embargo, el

flujo de agua que p asa por la zona de las raíces arrastrando el exceso

de sales es a m enudo severam ente restringido por las condiciones

del subsuelo. Cu ando esto ocurre, este f lujo de acarreo de sales se

acum ula dentro de la zona de las raíces causando niveles altos de

salinidad y una pobre aereación. Este fenóm eno, de hecho, ha sido

la rezón de la caída de m uchas grandes civilizaciones a través de la

historia. Hoy, sin em bargo, este problema p uede ser aliviado con la

ayuda de un apropiado sistema de drenaje y con el control o mejora

en las prácticas do riego. Por esta razón, el drenaje debe ser con side-

rado como una parte integral do cualquier proyecto de desarrollo de

riego y no como un rem edio posterior.

Otro serio problema relacionado con la agricultura de riego es la

erosión de la capa superior del suelo y sus nutrientes por el mal

manejo del agua. Esta erosión a su vez reduce con sus sedimentos

las capacidades de los canales de riego y drenaje, resultando en

mantenimiento muy costoso y la instalación de estructuras para

remov er los sedimentos que también son de alto costo. La v ida útil

de las presas es previamente calculada en términos de le tasa de

sedimentación.

R E L AC I Ó N AGUA

-

UELO

-

LANTA

Las relaciones entre el agua, el suelo y las plantas que son de

particular importancia en la agricultura de riego incluyen: 1. La

capacidad del suelo para retener agua y perm anecer bien drenado,

2. las características del flujo del agu a en los suelos, 3. las propieda-

des f ísicas del suelo incluyendo el contenido de materia orgánica,

profund idad del suelo, textura del suelo, la estructura del suelo, y

4. las propiedades quím icas del suelo incluyendo la concentración

de sales solubles y nutrientes debido al movim iento, uso y evapora-

ción del agua localizada en el suelo. El conocim iento de todas esas

relaciones y cóm o están relacionadas entre sí es de gran im portan-

cia para todos aquellos que desean m ejorar las actividades de la irri-

gación y obtener el mejor, y más eficiente uso del agua.

Humedad del suelo

Si existe un exceso de hum edad, o una insuficiencia de agua en el

suelo, el crecimiento del cultivo será retardado. M ientras que la irri-

gación es un med io artificial usado para agregar hum edad al suelo

para prevenir deficiencias de humedad, u n m al uso de la irrigación

relación agua

uelo

-

planta

.

creará

problemas de exceso de hum edad. Como es definido común-

mente, la hum edad aprovechable es aquella que es retenida en los

suelos entre un

rango de presiones negativas que van desde un tordo

bar o

33.33

kPa

(capacidad de campo) hasta 15 bars o 1500 k Pa (planeo

de marchitez permanente).

Sin em bargo la humedad disponible den-

tro

de este rango de

presiones puede variar dependiendo de le textu •

ra del suelo (tabla 1.1). Por lo tanto, el tipo de suelo puede en gran par-

te influenciar la práctica del riego. El porcentaje de agua encon trado

en un suelo al punto de marchitez permanente es usualmente ;a

mitad del porcentaje de agua que se encuentra a capacidad do cam-

po, pero es mucho m ayor que el agua contenida en un suelo cuando

éste es secado al aire.

Tabla 1.1.

Valores aproximados de humedad aprovechable (HA)

pa ra a l -

gunas c lasif icaciones de

textura

de suelos (USDA , 1984).

Clasificación de texturas

Centímetros de oquo

por metro de

Sur«,

Textura gruesa: arena de grava

3.35

- 6 25

Textura de arena media, arena fina y migajón arenoso

6.25 - 10.42

Textura moderada

10.42

- 14.58

Textura media: arena muy fina, migajón, limo y

sedimento

12.50

- 19.1

Textura m oderadamente f ina, migajón arcilloso.

migajón arcilloso

a renoso

14.58. 20 87•

Textura

fina: arcillas. arcilla-arena. arcilla limosa

13.33

- 20.85

Suelo orgánico

16.67

- 25 00

Cuando la hum edad residual

en un suelo

está en un rango abajo

del 50 al 70 % de la humedad considerada como aprovechable apro-

ximándose al valor de punto de m architez permanente, el suminis.

tro l imitado del agua jugará un papel m uy importante en retardar

el

crecimiento de la planta. Lo anterior resulta en un "esfuerzo" de lo •

planta debido a la influencia de las deficiencias de hum edad en

el

suelo (deficiencia hídrica), ocasionando así cambios en el proceso

fisiológico de la p lanta. Si las deficiencias hídricas ocurren d urante

las etapas criticas del crecimiento de la planta, tales com o la f lora-

ción y la m aduración del fruto (los estados "críticos" pueden variar

entre diferentes variedades de la misma especie así com o entre tic-

rentes especies de plantas), la producción del cultivo puede ser

severam ente reducida. Si la planta sufre una deficiencia hídrica a

un valor muy próximo del punto de marchitez permanente.

1

15

pro-

bable que ya no se recobre y m uera.



V

.441.1. I.

WrIaltlef

atiWIC>

generan

que la tasa de infiltración. El término infiltración acumulada (pro-

fundidad de aplicación), la cual contabiliza las variaciones en el

tiempo, es usada para definir la cantidad total de agua enviada a la

zona radicular durante un riego. La profundidad de agua aplicada

(lámina de agua) depende del tiempo total de aplicación, la longitud

sobre la cual corre el agua y la tasa de volumen aplicado.

La diferencia entre la infiltración y la permeabilidad es que la

permeabilidad no es influenciada por e l gradiente hidráulico. La per-

meabilidad es también usada para designar el flujo a través de los

suelos en cualquier dirección. La definición básica de perm eabilidad

es la de velocidad de un flujo a través del espacio de los poros en res-

puesta a cualquier valor de diferencia de fuerzas (fuerzas de conduc-

ción). La permeabilidad es así influenciada solamente por las carac-

terísticas físicas propias del suelo.

Propiedades físicas de los suelos

La matriz del suelo sirve de varias y muy valiosas formas, no

sólo como una base sobre la cual las plantas se sostienen en posición

vertical, sino también como una fuente de nutrientes y como pro-

veedor de un buen balance entre la aereación y el contenido de

humedad aprovechable para la planta.

La textura y

estructura del suelo tiene influencia sobre las fuer-

zas intermoleculares y la "succión" del agua en suelos no saturados.

Esas fuerzas pueden ser completamente sustanciales e incluyen la

capilaridad y las fuerzas de atracción como resultado del cercano

contacto entre las partículas sólidas del suelo. La tex t ura del suelo y

la estructura también tienen gran influencia sobre k porosidad y la

distribución del tamaño de los poros, por lo cual la permeabilidad

de los suelos al aire, agua y las raíces es tan importante para las

plantas como un adecuado suministro de nutrientes. De hecho, el

sistema completo del agua-suelo-planta está interrelacionado de tal

forma que la falta o falla de uno de los componentes puede cancelar

los beneficios combinados de todos los otros.

La profundidad del suelo es importante porque ésta establece la

cantidad de agua y nutrientes que se pueden almacenar, como tam-

bién los límites físicos de la zona radicular. Los suelos poco profun-

dos o superficiales limitan el crecimiento de las raíces.

Las prácticas de la irrigación son influenciadas por el grado de

proliferación de las raíces tal que el suministro de agua aprovecha-

ble para la planta está limitado por el volumen de suelo que conten-

go el sistema radicular del cultivo. Diferentes cultivos tienen dife-

rentes formas en el crecimiento de sus raíces, por lo tanto, diferente

insumos de la i rr igac ión

manera de extraer la humedad del suelo. Obviamente, un cultivo

con raíces poco profundas requerirá riegos más frecuentes que un

cultivo con raíces amplias y profundas, bajo las mismas condiciones

de capacidad de retención de humedad en el suelo.

Propiedades

químicas del suelo

Las propiedades químicas del suelo pueden influenciar grande-

mente la irrigabilidad del suelo al afectar las propiedades hidráuli-

cas de éste. Los suelos que tienen un ex ceso de sales son clasificados

como salinos, y los suelos que tienen un exceso de sodio intercam-

biable se definen como suelos sódicos. Los suelos sódicos tienden a

tener una muy pobre estructura debido a sus propiedades de hin-

charse o dispersarse, lo cual tiende a reducir el espacio poroso. Éste

afecta enormemente la permeabilidad del suelo al agua.

Un suelo salino retardará o impedirá la germinación y puede

sustancialmente reducir el crecimiento de la planta debido a la alta

presión osmótica que se desarrolla entre la solución agua-suelo y la

planta. Esas presiones. las cuales parecen ser independientes del

tipo de solos presentes, impiden grandemente la habilidad de

la

planta para absorber agua. En suma, a los efectos adversos causados

por la salinidad pueden incluirse el desbalance nutricional o el

daño de sustancias tóxicas causadas por algunos iones específicos

(por ejemplo, el boro, el cual es tóxico aun en pequeñ as cantidades).

En suficiente concentración, aun sales benéficas (fertilizantes tales

como el potasio y nitratos) pueden convertirse en tóxicos para les

plantas.

En suma a las características químicas del suelo mencionadas

arriba, el suelo debe también tener un adecuado suministro de nu-

trientes aprovechables para la planta. Muchos elementos químicos

son esenciales y necesarios para obtener buenas cosechas de los cul-

tivos. Esos elementos químicos incluyen calcio, carbono. bid:na-

no, hierro, magnesio, nitrógeno, potasio, fósforo, entre otros.

I NS UM OS D E L A I R R I G AC IÓ N

El objetivo óptimo de un apropiado manejo de la irrigación os el

de maximizar las eficiencias y minimizar los requerimientos do

mano de ob ra y capital para un sistema de riego tanto com o sea posi-

ble; y, el mismo tiempo, mantener un medio ambiento favorable

para el crecimiento do la planta en orden de maximizar el rendi-

miento del cultivo.



•kr

ap. á.

conssaeracones generales

Las decisiones que comúnmente se toman en el manejo del rie-

go sin importar el tipo de sistema, son la frecuencia del riego, pro-

fundidad del agua que debe aplicarse (lámina de riego), y medidas

que deben tom arse para mejorar la uniform idad en la aplicación del

agua en el campo de cultivo. En suma, los sistemas de riego pueden

en forma individual ser manipulados de tal manera que puedan m e-

jorar grandem ente su eficiencia en la aplicación del agua. Por ejem -

plo, en riego por surco algunos agricultores usan dos sifones por sur-

co al empeza r el riego (fase de mojado), y cuando el agua ha alcanza-

do el final del surco, se quita un sifón (fase de infiltración). Esto

aumenta la eficiencia de aplicación minimizando los escurrimien-

tos al f inal del campo de cultivo; sin embargo, esto requiere mano de

obra adicional.

En años recientes la program ación de los riegos ha ayudado a los

agricultores a tomar decisiones de qué tanta agua aplicar y qué tan

frecuentem ente. Las prácticas do la irrigación tales como preirrigar

antes de sembrar o regar después de haber sembrado, son insumos de

manejo, los cuales influencian la eficiencia en el uso de agua.

C R I TE R I OS PAR A S E L E C C I ONAR L O S

M É T O D O S D E

RIEGO

Existe un buen número de consideraciones que deben de to-

marse en cuenta en la selección de un sistema de riego. Esas consi-

deraciones varían en importancia de localización a localización y

de cultivo a cultivo. Estableciéndolas brevemente, esas considera-

ciones incluyen la compatibilidad del sistema con el resto de las

operaciones agrícolas y factores económicos, limitaciones topográ-

ficas, propiedades del suelo y otros muchos factores externos

de

la

agricultura.

Compatibilidad

El sistema de riego debe ser com patible con el resto de las opera-

ciones agrícolas existentes tales como, la preparación de la tierra.

las operaciones de cultivo y cosecha.

Por ejem plo, el uso de cierto tipo de m aquinaria requiere que los

campos de cultivo tengan bordos y dimensiones de ciertas mínimas

medidas, etcétera.

19

Consideraciones económicas

El tipo de sistemas de riego seleccionado es también una deci-

sión económica. Algunos tipos de sistemas de riego por aspersión

tienen un alto costo por hectárea limitando sus usos a cultivos con

alto valor remunerativo. Otros sistemas requieren de mucha mano

de obra. Algunos otros tienen limitaciones con respecto al tipo de

suelo o la topografía en la que pueden ser usados. La vida útil del sis-

tema, los costos fijos y los costos anuales de operación (energía,

agua, depreciación, preparación de la tierra, mantenimiento, mano

de obra,

impuestos. etc.) deben también ser incluidos en el análisis

cuando se trata

de seleccionar un sistema de riego.

Cuando se hacen las consideraciones económicas de los siste-

mas de riego debe mantenerse siempre en mente el sistema que

ofrezca la más alta remuneración entre los cuatro recursos econów

m icos básicos que son: la mano de obra u otra actividad hum ana, el

agua, la tierra y el capital . Dentro de ciertos l imites, cada uno de los

recursos puede ser suplido por otro, resultando solamente en un

cam bio marg inal en la remu neración bruta del sistema. Asi . el agua

puede ser ahorrada en un sistema de riego por superficie si se usa

más mano de obra o un mejor manejo al aplicar el agua.

Limitaciones topográficas

Las restricciones en la selección de un sistema de riego debidos a

la topografía incluyen la elevación o niveles de las aguas subterrá-

neas con resp ecto a la sup erficie del suelo, la localización y la eleva-

ción relativa de la fuente que provee el agua. los límites del campo.

la localización de los cam inos y carreteras, las l íneas de electricidad

Y gas y otros tipos de obstrucciones, la forma del campo y la pen-

diente del campo. Las condiciones de la superficie del campo tales

como la rugosidad relativa y los canales existentes deben también

ser considerados.

La pendiente del terreno es muy importante. Algunos tipos do

sistema de aspersión pueden operar en pendientes de hasta 20 % o

más, pero el riego por surcos o melgas es usualmente l imitado a pen-

dientes máximas do 2 a 6 % . El sistema de riego por goteo pu ede ser

usado hasta en terrenos con pendientes de 60 %.

La forma del campo también determina el tipo de sistema. Por

ejemplo, en riego de aspersión (fijo o manual) y de goteo. los siste-

mas pueden ser ajustados a casi cualquier forma de

campo;

mien-

tras que un sistema de aspersión de pivote central debe

tener un

campo ap roximadam ente redondo. Para un sistema de aspersión da:



20

ap. 1. consideraciones generales

carrera lateral, surco, melgas, etc.; el camp o debe tener u na form a

aproximada a u n rectángulo.

Características del suelo

El tipo de suelo, la capacidad para retener humedad, la velocidad

de infiltración y la profundidad efectiva del suelo son también crite-

rios que determinan la selección de un sistema de riego. Por ejemplo,

los suelos arenosos tienen una alta velocidad de infiltración y podrán

aceptar aspersores que arrojen grandes volúmenes de agua lo cual

podría ser inaceptable en suelos altamente arcillosos.

La capacidad del suelo para retener la humedad t iene una in-

fluencia decisiva en determinar el tamaño de las divisiones del cam-

po y la frecuencia del riego, como por ejemplo, para un suelo arenoso

con una baja capacidad de retener agua es obv io que requerirá de fre-

cuentes y ligeras aplicaciones de agua. Un sistema de riego por asper-

sión de pivote central o uno d e mov imiento lateral y aun u n sistema

de riego por goteo po drían trabajar satisfactoriamente en este caso.

Otras im portantes característ icas del suelo podrían ser sumari-

zedas como s igue:

a)

L a reacción del suelo al agua y a las sales, el efecto que cau sa

el agua de diferentes calidades en la irrigación afecta las pro-

piedades hidráulicas del suelo. Esto usualmente depen de de

la clase y cantidad de arcillas en el suelo. La tendencia del

suelo a formar costras después de ser humedecido es impor-

tante también.

b)

Erosionabilidad: la movilidad de la superficie del suelo cuan-

do el agua fluye sobre la superficie.

c)

Uniformidad d el suelo: los efectos causados por una diferen-

cia en las características de los suelos es importante.

L a no uniformidad en la capacidad de retener humedad y la in-

filtración son significantes, aunque la no un iformidad con respecto

a cualquier otro de los factores mencionados arriba también p ueden

ser imp ortantes.

Suministro del agua

Las características pertinentes al suministro del agua que deben

ser consideradas al seleccionar un sistema de riego son:

a) Cantidad del agua: la cantidad total de agua disponible du-

rante la temporada de cult ivos .

selección del sistema de riego

b)

El tamaño d el gasto: la tasa a la cual el agua puede ser sum i-

nistrada a cualquier tiempo.

c)

La calidad del agua: la clase y cantidad de sales disueltas en

el agua usada p ara el riego.

d)

Las veces de que se dispone de agua: ¿se dispone de agua

'

siemp re que es requerida o el agricultor tiene que esperar si.

turno cuando la requiera?

Factores que dependen del cultivo

Los factores que dep enden del tipo de cultivo que deben ser con-

siderados para seleccionar un apropiado sistema de riego son:

a)

Tolerancia a las sales: la tolerancia a la concentración y el

tipo de sales.

b)

Tolerancia al hu medecimiento: la tolerancia al agu a por la

vegetación y el fruto en las varias etapas del crecimiento de

la planta.c) Tolerancia a la falta de aereación: la tolerancia a soportar

niveles freáticos altos o saturación dentro de la zon a radicu-

lar por periodos prolongados.

d)

Tipo de cu lt ivar requerido: en algunos cult ivos se requiere

de ciertos cuidados durante el proceso de crecim iento de la

planta.

e)

Hábitos de crecimiento: periodos de crecimiento y dem ande

de agua com o una función del estado de crecimiento y pre

fundidad norm al de las raíces durante el crecimiento.

f)

Rem uneración económica esperada: la cantidad invertida, los

gastos de operación y mantenimiento en el sistema d ependen

de la remuneración económica esperada del cultivo.

S E L E C C I Ó N D E L S I S T E M A D E R I E G O

La selección de u n sistema de riego es en realidad dictada por las

condiciones del sit io, las económ icas y la disponibilidad del equipo.

Las siguientes secciones listan aquellos aspectos que favorecen a un

tipo de sistema de riego.



Factores que favorecen el riego

por superficie

Los siguientes factores usualmente favorecen la instalación de

un sistema de riego por superficie:

a)

No se dispone de capital para hacer una inversión inicial en

otros tipos de sistema más sofisticados.

b)

La mano

de

obra y el agua son relativamente baratos para

operar un sistema de superficie.

c)

La topografía de la superficie es tal que requiere muy poca

preparación adicional para la implementación do un riego

por superficie.

d)

El gasto de agua es relativamente grande pero sólo so dispone

de él en periodos cortos.

e)

El cultivo tiene requerimientos especiales de agua, tales

como el arroz, que necesita para su crecimiento estar cubier-

to en gran parte por agua.

Factores que favorecen un sistema

de riego por aspersión

Los

factores que se listan a continuación son aquellos que usual-

mente favorecen la instalación de un sistema por aspersión.

a)

Los suelos son muy porosos o variables para obtener una bue-

na distribución por métodos de superficie.

b)

Los suelos son poco profundos para ser apropiadamente nive-

lados.

c)

Los costos de nivelación son excesivos.

d)

El suelo es fácilmente erosionado.

e)

El gasto de agua disponible es pequeño pero puede obtenerse

siempre que sea requerido.

f) No

se dispone

de mano

de obra

capacitada

y

hábil

para

ma-

nejar un

sistema

de superficie.

g)

Sólo se

requiere de

una irrigación

suplementaria.

h)

Se requiere, para este sistema,

de

una pequeña pero constan-

te aplicación de agua.

Las ventajas

adicionales que so le adjudican

a

los

sistemas poraspersión son:

bibliografía

i)

La cantidad de agua aplicada es fácilmente medida.

j)

Existo una mínima interferencia con el resto de las operacio-

nes agrícolas.

k)

Es posible lograr una alta eficiencia en la aplicación del agua.

1) Los aspersores pueden usarse para proveer protección contra

la congelación y calor excesivos.

Factores que favorecen un sistema

de riego por goteo

Algunos de los factores

que favorecen al riego por aspersión

también favorecen al de goteo.

a)

Los suelos son muy porosos o variables para permitir una

buena distribución del agua por métodos de superficie.

b)

Los suelos son muy poco profundos para ser apropiadamente

nivelados.

c)

Los costos de nivelación son excesivos.

d)

El suelo es fácilmente

erosionado.

e)

El gasto es pequeño pero disponible cuando se le requiere.

Lo siguiente puede ser agregado a lo anteriormente expuesto:

f)

El suministro de agua es limitado.

g)

El costo de

la

mano de obra es alto.

h)

El costo del

fertilizante es

elevado.

i)

El agua es

salina.

Otro

sistema de

riego

que podría ser

considerado en esta sección

es el

de subirrigación, el cual ha sido discutido

por

Criddle y Ka lis-

vaart (1967). C abe señalar, s in em bargo,

que

debido

a

sus

muy

espe-

ciales condiciones físicas y al

alto

grado de habilidad en

el manejo

que requiere, este sistema no se ha incluido en esta discusión pero

se

menciona la referencia, para aquellos lectores interesados en

este tópico.

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45.

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Programación

de los riegos



INTRODUCCIÓN

Programar los riegos es un procedimiento usado para predecir

las necesidades de agua de la planta a futuro basándose en las medi-

ciones del estatus de humedad actual en el suelo y en los datos cli-

matológicos registrados históricamente. Los datos actuales de la

humedad en el suelo nos permiten establecer las condiciones ini-

ciales, y los datos climatológicos disponibles nos permiten extrapo-

lar hacia el futuro dicha humedad en el suelo. Programar los riegos

tiene como objetivo mejorar el manejo del agua de tal manera que

sólo sea aplicada en el tiempo y en la cantidad necesaria. En regio-

nes donde existe escasez de agua esto puede dar como resultado una

mejora inmediata en el total de la cantidad de producto cosechado

al aumentar las áreas de cultivo bajo riego. En regiones donde exis-

ten excedentes de agua puede ayudar a corregir problemas de dre-

naje los cuales son producto de un exceso en la aplicación del agua.

Esta medida también puede ayudar a reducir la pérdida de nutrien-

tes a través de la percolación profunda. La práctica de la programa-

ción de los riegos hace un agudo contraste con el proceso de regar de

acuerdo con un predeterminado intervalo.

DEFINIC IONES

Algunos términos son usados extensivamente para describir aque-

llos factores que afectan los requerimientos de agua de las plantas.

Ellos son:

Transpiración

que es la evaporación del agua de la superficie

de la planta hacia la atmósfera o dentro de los espacios intercelula-

res y después por difusión a través de los estomas hacia la atmósfera.

Evapotranspiración

que es la suma de la transpiración y el agua

que se evapora del suelo. La evapotranspiración es expresada en

unidades L/T (cm/mes, mm/día, etc.).

Uso consuntivo

es, para cualquier propósito práctico, idéntico a

la evapotranspiración. Este concepto difiere de la evapotranspira-

ción por la inclusión del agua retenida en el tejido de la planta. Sin

embargo, la cantidad máxima de agua retenida en la planta general-

mente representa menos del 1 % del total del agua evaporada duran-

te la estación del cultivo.

Requerimientos de agua de la planta

es la cantidad de agua

requerida para mantener una deseada humedad en el suelo y un

nivel de salinidad apropiado durante la estación de cultivo. Éste es

usualmente expresado como una profundidad de agua (lámina de

riego) para cierto periodo.

Bajo condiciones prácticas, la cantidad de agua disipada por

evaporación y transpiración es causada por un efecto combinado ya

que ambos no son entre sí interdependientes (evapotranspiración).

La transpiración puede ser influenciada por la evaporación del sue-

lo, y la evaporación del suelo es influenciada por el grado de cober-

tura existente del cultivo y la disponibilidad de humedad en el sue-

lo cerca de su superficie.

La evapotranspiración da como resultado la transferencia

de

agua pura (libre de sales) hacia la atmósfera, con lo cual. las sales

permanecen en la solución agua-suelo. El mantenimiento de un

medio ambiente favorable para las raíces de la planta requiere que

la humedad del suelo sea repuesta tan pronto como ésta sea usada y

que las sales que se acumulan sean removidas.

Los requerimientos de agua de la planta comprenden el agua

total usada en la evapotranspiración, ET, mientras que el total del

agua requerida para el riego también incluye las necesidades de

agua para el lavado de las sales acumuladas. La cantidad de agua

requerida para el lavado de sales es directamente proporcional a El"

y a la concentración de las sales existentes en el agua usada para el

riego, e inversamente proporcional a la tolerancia a la salinidad que

tenga el cultivo. Asi,

la evapotranspiración es el factor básico para

determinar los requerimientos de agua del cultivo.

26



2t1

FACTORES QUE AFECTAN

LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

La tasa de la evapotranspiración es afectada por muchos facto-

res, los más importantes de los cuales son: la cantidad de área

cubierta por el cultivo, la fase del crecimiento del cultivo, el clima y

el suelo.

Las tasas de transpiración varían durante la estación o temporada

de cultivo, y también varían con la fase del crecimiento del cultivo

aun considerando que la demanda evaporativa fuera constante.

El factor climatológico más importante que afecta la evapotrans-

piración es la radiación solar, porque ésta es la fuente de energía

necesaria para transferir el agua de un estado líquido a uno de

vapor, tanto en la planta como en el suelo. La temperatura del suelo

y el aire, así como la humedad, la lluvia y el viento, también tienen

influencia en la evapotranspiración de un cultivo.

Los factores correspondientes al suelo que afectan la evapotrans-

piración son: la cantidad

de

agua aprovechable en la zona radicular,

la temperatura del suelo y la concentración de sales. Cuando el suelo

se encuentra húmedo cerca de su capacidad de campo, la planta ob-

tiene el agua con relativa facilidad, pero a medida que la humedad se

aproxima al punto de marchitez permanente, se hace más dificil para

las raíces obtener el agua para la transpiración. La temperatura del

suelo afecta la viscocidad del agua en el suelo, la presión de vapor y la

habilidad de las raíces para absorber agua. La pérdida de una apro-

piada aereación reducirá el crecimiento de las raíces y la parte supe-

rior de la planta, limitando así la tasa de la transpiración.

Una alta concentración de sales en el suelo puede marchitar la

planta parando la transpiración por completo. En cantidades meno-

res, esto hace que las raíces do la planta trabajen más en la obten-

ción del agua, reduciendo la transpiración y la tasa de

crecimiento

de la

planta.

DETERMINACIÓN DE

LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

El diseñador de un sistema de riego rara vez puede justificar el

tiempo o el presupuesto que se requiere para determinar la tasa de

evapotranspiración que ocurre en su área de interés para los culti-

vos en los cuales so planea usar el sistema. En lugar de esto, él debe-

rá obtener cuanto resultado exista on los estudios hechos en la loca-

lidad, resultados publicados de estudios hechos en otras áreas de

condiciones climáticas similares, y estimados teóricos. Sin embar-

la

evapotranspiración

go, él deberá estar en antecedente de las técnicas y variedad de los

métodos usados para determinar o medir la evapotranspiración de

manera que pueda evaluar la validez y aplicabilidad de los datos do

El

publicados para su área de interés. Algunos de los métodos más

usados para determinar o medir la evapotranspiración son el mues-

treo de la humedad en el suelo, los lisimetros, el balance del agua y

el balance de energía.

Método del muestreo de

la humedad en el suelo

El método más común para determinar el promedio de la tasa en

la evapotranspiración es el muestreo de la humedad existente en el

suelo. Este método ha sido usado durante muchos años y consiste en

tomar muestras de suelos a dos diferentes tiempos en una misma

localidad. De esas muestras de suelo se obtiene su contenido de

humedad secando esas muestras en un horno a una temperatura

aproximadamente constante

a 105 't

(método gravimétrico) deter-

minando la pérdida de humedad. Más recientemente, los disperso-

res de neutrones han sido usados extensivamente para determinar

también

la humedad en el suelo. La tasa de evapotranspiración os

calculada usando la siguiente ecuación.

Er

01

—

0

)iAS, + W,

—W

d

2.1)

M

t

Donde AS, es el espesor o profundidad en donde es tomada la

muestra del suelo en la zona radicular y es comúnmente expresada

en cm (generalmente se toman las muestras de los suelos cada 30

cm, así, AS, = 30 cm); 0„ 0

2

representan el contenido volumétrico

de agua en las muestras obtenidas a cada profundidad (i) a los tiem-

pos 1

y 2 respectivamente y se expresan en mm'/mm'. Estos

conte-

nidos volumétricos de agua en las muestras de los suelos se obtie-

nen de multiplicar el porciento de humedad. P. encontrado en la

determinación gravimétrica del contenido de humedad por la gra-

vedad específica aparente. sh, y dividiendo este producto entre 100

para obtener la fracción del volumen total de la muestra que es

agua,

así:

Pw Ya

2.2)

100



30

ap. 2. programación de los riegos

En la ecuación 2.1 el término n significa el número de muestras

tomadas. Wd es el agua drenada expresada en unidades de longitud

(cm), IV, es la precipitación de lluvia efectiva, W„ es el agua usada

en la evapotranspiración, y At el intervalo de tiempo.

El primer conjunto de muestras es usualmente tomado de 2 a 4

días después de un riego, y el segundo conjunto de muestras 5 a 10 días

después, o justamente antes quo el siguiente riego.

Las tasas de evapotranspiración determinadas por este procedi-

miento de muestreo pueden ser bastante confiables, teniendo en

cuenta algunas precauciones:

1.

Tener al menos 6 sitios de muestreo representativos de las

condiciones generales del campo.

2.

Que la profundidad del nivel freático sea mucho mayor que

la profundidad de la zona radicular.

3.

Que solamente aquellos periodos de muestreo donde la llu-

via haya sido ligera sean usados, todos los demás se conside-

ran dudosos debido a que

W d

puede ser excesivo.

4.

El drenaje sea minimizado mediante:

a)

Aplicar un prerriego

91

menos 10 días antes de sembrar.

b)

Aplicar menos agua en cada riego de la cantidad que

pudiera ser retenida.

c)

Tomar al menos 2 días después de un riego ligero la prime-

ra muestra.

d)

Usar sólo la región radicular para determinar ET.

Métodos de los listmetros

Los lisimetros (evapotranspirómetros) son tanques rellenados

con suelo en los cuales un cultivo crece bajo condiciones encontra-

das en el campo y sirven para medir la cantidad de agua perdida por

evaporación y transpiración. Este método proporciona el único

medio directo de medir ET y es frecuentemente usado para estudiar

los efectos climatológicos y para evaluar los diferentes métodos que

hacen estimaciones de

ET.

Sin embargo, no todos los datos obteni-

dos usando los lisimetros son representativos de las condiciones de

campo.

Las condiciones del suelo dentro del lisímetro deben ser esen-

cialmente iguales a aquellas fuera del lisímetro. El lisímetro debe

estar rodeado por el mismo tipo do cultivo que esté plantado en el

lisímetro, localizado dentro del campo del mismo cultivo, y al

menos a 100 metros de distancia del límite del campo de cultivo.

la evapotranspiración

l

Los lisimetros pueden ser agrupados dentro de tres categorías:

1. Tipo de nivel freático constante, el cual proporciona buenos datos

en áreas donde existe normalmente un alto nivel freático y donde el

nivel freático está a igual altitud tanto fuera como dentro del listme-

tro; 2. tipo de percolación, en el cual se determinan los cambios en

el agua almacenada en el suelo por medio de muestreos o usando el

dispersor de neutrones y donde la percolación del agua de lluvia es

medida. Estas unidades son frecuentemente usadas en áreas de alta

precipitación; y 3. tipo pesado, en los cuales los cambios en el con-

tenido de agua en el suelo son determinados pesando la unidad en-

tera con una balanza mecánica, o sosteniendo el lisímetro hidráuli-

camente. Este tipo de lisimetros se ha hecho muy popular y general-

mente proporciona los datos más exactos para periodos cortos. Un

detallado sumario de uso de lisimetros para medir la evapotranspi-

ración puede ser encontrado en un artículo de Harrold (1966)

y en

una publicación hecha por la Meteorological Organization Technical

El método del balance del agua

El balance del agua y las técnicas de flujo do entrada y flujo de

salida, son esencialmente los mismos procedimientos que aquellos

usados en los tipos de lisímetro que no se pesan. Este método ha sido

generalmente usado en grandes áreas tales como valles, en los cua-

les el flujo de entrada y el flujo de salida son determinados median-

te procedimientos hidrológicos. Estudios de este tipo generalmente

proporcionan un estimado global del agua promedio usada por las

áreas cultivadas y no cultivadas dentro del área total considerada.

El método del balance de energía

El método de balance de energía para determinar ET puede ser

usado para obtener valores en periodos tan cortos como una hora.

Sin embargo, los requerimientos de instrumentación y procedi-

mientos técnicos son altamente especializados. con lo cual limitan

este método para ser usado sólo en estudios de investigación sobre

periodos relativamente largos. Los resultados obtenidos mediante

- este método son bastante exactos debido a que se obtienen bajo con-

diciones de medio ambiente natural como ocurre en el campo. Una

profunda discusión de este método y la instrumentación requerida

han

sido presentados por Tanner (1960) y Fritschen (1965).

i2



33

es t imac ión de la evapo t ranspi rac ión

ESTIMACIÓN DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

Las estimaciones de la evapotranspiración son frecuentemente

requeridas en aquellas áreas en donde no existen estudios previos, o

en áreas grandemente aisladas de aquellas en donde se disponen de

inmediato. Los procedimientos usados a la fecha están generalmente

basados en la correlación de las mediciones de la evapotranspiración

(usualmente usando lisímetros) con uno o más factores climatológi-

cos. Los primeros estudios hechos para determinar los requerimien-

tos estacionales de agua en algunos cultivos se iniciaron en 1887 cuan-

do se establecieron las primeras estaciones experimentales en Estados

Unidos. Esos primeros estudios fueron realizados en los terrenos que

hoy ocupa el campo de la Universidad del Estado de Colorado.

Para estimar la evapotranspiración que ocurre en el campo, el

consumo de agua de algún cultivo de referencia es considerado sin

que éste tenga limitaciones de humedad. Este estimado aísla los fac-

tores climatológicos de todos los demás factores que afectan la eva-

potranspiración.

El uso consuntivo bajo estas condiciones es llamado evapotrans-

piración potencial. La evapotranspiración potencial, ET

p

es la eva-

potranspiración de un cultivo de referencia que crece vigoroso bajo

condiciones de cobertura completa cuando el agua no es un limi-

tante. Los cultivos de referencia comúnmente usados son la alfalfa,

con un crecimiento entre 30 y 50 cm y algunos tipos de pastos. En

nuestros días existe una considerable cantidad de métodos para

estimar la evapotranspiración potencial usando datos climatológi-

cos, siendo los más comúnmente usados los siguientes: 1. El método

de combinación de Penman; 2. el método modificado de Jensen-

Haise; y 3. el método de Blaney-Criddle. En suma a estos métodos es

apropiado mencionar el método de los tanques evaporímetros, los

cuales han sido también frecuentemente usados para estimar la

evapotranspiración potencial.

El método de combinación de Penman

El método de combinación de Penman establece una ecuación

que incluye la energía total disponible para la evaporación, la cual

es también disponible para la transpiración del cultivo. La ecuación

es llamada "ecuación de combinación" debido a que incluye a la

energía solar y a la energía adventiva que se origina del movimiento

del viento.

La ecuación original que derivó Penman (1948) daba una esti-

mación de la evaporación desde una superficie

de

agua abierta a la

atmósfera. Esos valores fueron multiplicados por una constante

para llegar a un estimado de la evapotranspiración potencial ET

p

ra la superficie del suelo y estuviera adecuadamente suministrado

de agua. Penman en 1963 publicó la ecuación que es usada hasta

ahora, la que considera como cultivo de referencia a la alfalfa.

ET

p

= 0.00171

—

Ay

(R„ +

G )

+ 15.36

4- y (o +

bU,)(e°,

— e n

) (2.3)

En la cual ETp es la evapotranspiración potencial en cm/día; A

es la pendiente de la curva de la presión de la saturación de vapor a

una temperatura específica, d(mb)/d(°C); y es la constante psicro-

métrica en mb/°C; fi

n

es la energía de radiación neta en calorías por

cm

-2 por día

-1

(Langleys/día); G es el flujo de calor del suelo en ca-

lorías por por cm

— 2

por día y U

2

es la velocidad del viento a una altu-

ra de 2 metros en km/día, si la velocidad del viento a 2 m de altura

es desconocida, pero se conoce la velocidad del viento a cualquier

otra altura, se ajusta mediante la siguiente ecuación.

U2 =

U,(2/z)"

Donde z es la elevación en metros, a la cuan.) es medida, a y b

son coeficientes de regresión empíricos que requieren calibración

local, si la ecuación no es calibrada para las condiciones locales fre-

cuentemente se emplean a = 1.0 y b = 0.006 e°, es el promedio de

la presión de vapor a saturación en mb (promedio de las presiones

de vapor a saturación a las temperaturas máxima y mínima del aire)

y e, es la presión de vapor en mb a temperaturas promedio tomadas

a punto de rocío.

Los datos disponibles en la mayoría de los sitios donde se emplea

el método de Penman incluyen: la radiación solar (11,), la temperatu-

ra, la velocidad del viento y la humedad relativa o la temperatura a

punto de rocío. Para desarrollar los parámetros escritos en la ecua-

ción 2.3 es necesario emplear también cierto número de funciones

empíricas.

La radiación solar neta 11„, puede ser determinada de las relacio-

nes presentadas por Jensen

ei al. (1973).

— La radiación neta también puede ser medida directamente usan-

do un radiómetro neto hemisférico, o puede ser estimada de los com-

ponentes de la radiación neta de ondas cortas y ondas largas.

=- (1 — a)13, —

R b 2.5)

(2.4)

33



.

34

ap.

2. programación de los r iegos

Donde (1 — a) R, representa la radiación neta de onda corta

recibida por el campo de cultivo, a es el índice de reflejo de la radia-

ción neta de onda corta o albedo, aunqu e el coeficiente a varía de

0.20 a 0.25 dependiendo del cultivo, es usualmente tomado como

0.23 p ara propósitos prácticos, R, es la radiación solar en calorías por

cm

-2 por día,

y

Rb

es la radiación neta do reg reso o la radiación tér-

mica de ond a larga que se refleja desde la superficie terrestre expre-

sada en calorías por cm

-2 por día

- '.

L a radiación solar R, puede ser estimada si no se dispone de

datos, usando las siguientes relaciones:

F I ,

0.35 + 0.61S)R.

2.6)

En el cual R. es la radiación solar en calorías por cm

-2 por

día'', en un día sin nubes (despejado) que recibe la superficie de la

tierra (tabla 2.1). y S es la fracción de la luz de sol existente a la posi-

ble luz solar.

Tabla 2.1. Radiación solar promedio para

cielos despejados,

R. (calcula-

dos

de Budyko, 1963).

Expresados en calorías

cm

-2

día

-

'.

Latitud

°N

Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May. Jun.

Jul.

Ayo.

Sep.

0a. ov.

Dic.

60 58

152

319

533

671

763

690

539

377

197

87

35

55 100

219

377

558

690

780

706

577

430

252

133

74

50

155

290 429 617

716

790

729

616

480

313

193

126

45

216

365

477

650

729

797

748

648

527

371

260

190

40

284

432

529 677 742

800

755 674

567

426

323

248

35

345

496

568

700

742

800 761

697

603

474

380

313

30

403

549

600

713

742

793

755

703 637 519

437

371

25

455

595

629

720

742 780

745

703 660

561

486

423

20

500 634 652

720 726

760

729

697 680

597 537 474

15

545

673

671

713

706

7 33

706

684

697

623

580

519

10

584

701

681

707

684

700 681

665 707

648

617

565

5

623

722

690

700

652

663

645 645

710

665

650

606

0

652

740

694

680

623

627

616

623

707 684 680

619

La otra relación usada para determ inar FI, es en la forma,

= (0.23 + 0.48)R,

2.7)

En la cu al R, es la radiación extraterrestre expresada en calorías

por cm

-2

por día - '. Valores de R„ p ara diferentes latitudes pueden

ser encontrados en Jensen

e t

al. (1973).

es t imación de la evapo transpi rac ión

En una forma similar es necesario el definir

R

b ,

la cual puede ser

estimada m ediante la siguiente ecuación.

Rb — (al

R

En donde

Rh

o

es la radiación térmica de onda larga en un día d es-

pejado, sin nubes.

Rb,

puede estimarse a su vez po r la ecuación.

= Can

2.9)

Donde c' es la em isividad neta cuando usan sólamente altas

temperaturas de pantalla,

a

es la constante de Stofan Boltzmann y

Tk

es la temperatura en k elvin (K).

Del párrafo anterior,

e' = — 0.02 + 0.261 exp

— 7.77 X 10

-4(

273

— TO

2 1

a

— 11.71 X 10

-4

calorías por cm

-2

día''

K

-4

a, y b, son coeficientes experimentales que dependen de la

región climatológica (tabla 2.2).

Tabla 2.2.

Coeficientes experimentales para la

ecuación 2.8.

Región

Davis. C alifornia

Sur de debo

Sugerida para

regiones Midas

Sugerida para

regiones húmedas

Recomendada para

regiones semihúmedas

(2.8)

(2.10)

(2.11)

(o")

ba

1.35

0.35

1.22

0.18

1.2

0.2

1.0

1.1

0.1

El flujo o intercambio de calor del suelo ostá basado en:

1. La tem peratura del suelo a una profundidad de 2 m etros varía

aproximadam ente con el promedio de la temperatura del aire. 2. La

capacidad volumétrica de calor del suelo es de 0.5 cal cm

3

°C

3

30

ap.



Ejemplo 2.1

Mediante el método de combinación de Penman, estime la eva-

potranspiración potencial para los meses de mayo a octubre usando

los datos climatológicos de una estación experimental agrícola ubi-

cada en una región árida de M éx ico dentro de la latitud norte 20°, a

una altitud de 137 0 m sobre el nivel del mar.

R ,

r„

Mes

T m

,„

T

e

„ , „

Abril

15

1 1

Mayo

21

17

Junio

27

23

Julio

35

31

Agosto

32

28

Septiembre

24

20

Octubre

18

14

Noviembre

13

9

T „ , , „ ,

y/clia

racción

midla

0.7

00

0.6

20

0.5

80

0.4

00

0.4

0

0.5

00

0,6

0

0.7

0

13

19

75

33

30

77

16

II

400

550

700

600

550

450

350

300

Solución

Para estimar la evapotranspiración potencial, ETp, por el método

de combinación de Penman, es preciso primero establecer nueva-

mente la ecuación 2.3.

ET

• 0.00171

-

s

s

(R„ +

G )

+ 15.36

á + y

(a + b11

2

)(ez

z))

De acuerdo con los datos proporcionado s y tablas disponibles ir

determinando cada uno de sus términos.

Y

- 0.60543 - 0.01728T + 0.0001469r

+

Para mayo

= 0.60593 - 0.01728(19) +

0.0001469(19)

2

A + y - 0.60543 - 0.328 + 0.053 = 0.330

2.

programación de los riegos

Asi, el flujo de calor del suelo G, es entonces escrito como (Jansen et

al.,

1973):

(T - 1)

-

(T

+ 1)

G -

100

2.12)

At

En donde G es el flujo de calor del suelo en calorías por cm

-2 por

día''; T, - 1 es la tem peratura promedio para el periodo previo en

°C; T, + 1 es la temperatura promedio para el periodo posterior en °C;

y At los días entre el periodo previo y el periodo siguiente (intervalo

del periodo).

Kincaid y H eerman (1974) presentan algunas expresiones con-

venientes para A/A + y, y/A A - y y 4 en la siguiente forma:

y/A + y + y = 0.60543 - 0.01728T + 0.0001469P

(2.13)

A/A + y + y = 1 - (y/A + y)

2.14)

= 6.328 + 0.424T +

0.01085V +

0.000519T

3

2.15)

En les cuales T representa la temperatura promedio diaria en °C.

La evaluación del término (4 - e s

) que representa el déficit en

la presión de vapor a saturación, puede ser hecha de varias formas.

Para propósitos prácticos la siguiente expresión puede ser usada.

rh

2.16)

En la cual, 4 y 4 son las presiones de vapor a saturación a las

temperaturas máxima y m ínima del día en mb, respectivamente, y

rh

es la máxima humedad relativa (usualmente considerada como

los valores medidos entre las 5 y 6 a.m.) ex presada como una frac-

ción. Algunos valores de presión de vapor a saturación son presen-

tados en la tabla 2.3.

Tabla

2.3.

Presiones

de vapor a saturación a d iferentes tem peraturas.

Temperatura

t c l

Pres ión de vapor

a saturac ión

( m b )

Temperatura

Presión de vapor

a saturación

( m b )

6.57

22

26.44

4

8.57

25

31.69

10.02

28

37.81

10

12.28

3 1

44.94

13

14.98

34

53.21

16

18.18

37

62.77

19

21.98

40

73.77

+

(4 - e z ) =

2

30

ap.

2.

programación

de los riegos

eaf 11014161Vni

Uf, nr•••••••••r• - -



El siguiente término fi

n

, puede ser estimado mediante la ecua-

ción,

R„ (1 -a)R,

R b

Datos requeridos

Otras funciones empíricas

(a +

;

a = 1.0 y b = 0.0062

- e , =

clux. + Oso

2

e r n i n

.

rh

Mes

Abril

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Nov iembre

Ly/d ro

K

720

726

760

729

697

680

597

537

R„.

286

292

298

306

303

295

289

284

0.208

0.176

0.140

0.104

0.110

0.158

0.192

0.217

R„,

I

Ly/día

y/cl ia

263

6.07

150

06.36

129

16.78

93

3.25

107

9.92

140

3.18

157

9.05

165

7.61

• rabia

2.1

Para abril

(a + bU

2

) = [1.0 + (0.0062)(200 km/día)] = 2.24

17.0 + 14.98

(0, - ej -

4.98 X 0.7 = 5.5 mb

Para los siguientes meses

R„

e? - ez)

T,

Mes

r ia + r

yidia MI+ r mb a + bu

mmaia

Abril

.594

Mayo

.670

Junio

.735

Julio

.805

Agosto

781

Septiembre 0.704

Octubre

.634

Noviembre 0.567

231.93

317.14

422.22

388.75

343.58

263.32

190.45

153.39

0.406

0.330

0.265

0.195

0.219

0.296

0.366

0.433

5.50 .24

8.97

.36

.24

12.23

.12

.82

19.11

.62

.83

16.23

.50

.23

10.22

.62

.73

7.18

.43

.33

5.19

.56

-

b

°

(1.2

R.

.2)Rb

o

R,, = t'a

in

e' = - 0.03 + 0.261 exp' ([ - 7.77 X 10'1273 -

T

k

) 1 2 [

a = 11.71 X 10

-

e Ly/día K

4

Para abril

e' - 0.02 + 0.20 exp' ([ - 7.77 X 10'

4

(13)]1 = 0.208

li

b a .208 (11.71 X 10'

°

)(248)

4

= 165 Ly/día

lib =

(1.2

g g , _ -

0.2)163 = 76.07 Ly/día

E n

= (1 - 0.23)400 - 76.07 = 231.93 Ly/día

Para mayo

G=(T, -

1)-(T,+

1)

X100

At

13 -

25

60

-- X 100 = - 20 Ly/día

- 20

- 23

- 8

18

23

18

Los resultados de ET

p

representan en este ejemplo el promedio de

la evapotranspiración potencial diaria para los días del mes. En estos

casos, los datos

de

temperaturas, radiaciones solares, humedades

relativas y velocidades del viento deben ser promedios mensuales de

varios años de mediciones y representar las posibles variaciones para

ese sitio de los parámetros climatológicos aquí considerados.

El método modificado de jensen-Haise

El procedimiento usado en el método m odificado de Jensen-

H aise se basa en una ecuación, en la cual se ajusta la función entre

la radiación solar y la temperatura para la localización y altura del

estimación

d e

la

evapotranspiración

- 1 1 • U

ap. [. programación de los riegos



Datos requeridos

° C

R ,

Mes

Tmn T , „ , , ,

ln

Lif idla

Mayo

21

17

19

550

Junio

27

23

25

700

Julio 35

31

33

600

Agosto

32

28

30

550

Septiembre

Octubre

24

18

20

1 4

22

1 6

450

350

Solución

ET

p

= C,(T —

T,311,/pL,

L, = 585 cal/g, p = 1 g/cm

3

1

= 0.00171 cal

-1

cm'

pL,

ET

p

= [C, (T — TJR,]0.00171

=

cm/día

Para mayo

C

, C

CH

C,

-=

38 — (2 °C X 1370/305) = 29.02 °C

C,

=

7.6°C

50 mb

C I I

e

l

En este método, las presiones de vapor a saturación se conside-

ran para el m es más caluroso del ciclo de cultivo y perm anecen

como constantes para todos los m eses del ciclo de cultivo.

Para julio (el más caluroso)

Temperatura máxima

el

=

35) = 36.2 Inb

Temperatura mínima

e

n

(

31)

4.94 mb

sitio donde será usada med iante las funciones de la presión de vapor

(Jensen y Haise, 1963). Así,

ET = C

,

(T — T,311,/pla,

2.17)

Donde ET p

es el promedio diario de evapotranspiración poten-

cial tomando com o cultivo de referencia a la alfalfa con un creci-

miento entre 30

a

50 cm , siendo expresada en cm/ día, T es el pro-

medio de la temp eratura diaria en °C, R , es la radiación solar total

diaria en calorías por cm

2

, por día

-1

, a es la densidad del agua (apro-

ximadam ente 1 gramo/cm '), L, es el calor latente do vaporización

para el agua (a 20 °C, L,

—

585 cal /gramo), C, es u n coeficiente de la

temperatura en °C

-

' y T„ os una constante en °C

= — 2.5 — 0.14 (e l —

C/mb-e lev(m) /550

2.18)

El coeficiente de la temperatura C , puede ser encontrado usando

la ecuación.

C

(2.19)

(2.20)

(2.21)

(2.22)

,

, +

C

2 C H

En la que

= 38 — [2 °C X elev(m)/305]

C2 =7.6

°C

01=

0 mb

(02

—

e ' D

El método modificado de Jensen-Haise es considerado como uno

do los mejores m étodos para estimar la evapotranspiración poten-

cial en las regiones áridas y semiáridas. Sin em bargo, su u tilidad es

algunas veces limitada debido a que

R,

no ha sido un parámetro

amp liamente medido históricamente.

Ejemplo 2.2

Considerando los datos planteados en el ejem plo 2 .1, estime

para el mismo sitio, la ETp por el método de tensen-Haise para los

meses de mayo a octubre.

Lag..

c.

givxmmaczyn

ae

ie€05

e s ti m a c i ó n d e l a e v a p o t r a n s p o r a c t ó n

t c , )



CH -

0 mb

(56.20 - 44.94)

=

4.44

1

C, -

29.02 °C

+

7.6 °C (4.44)

0.016 °C

T„ = - 2.5 - 0.14 (11.26) °C/mb

- 1370/550

.57 °C

Así,

ET p

= 0.016 (T + 6.57)R„ X 0.0171 = mm/día

Donde ET es la evapotranspiración mensual en pulgadas,

K,

es el

coeficiente del estado de crecimiento del cultivo distribuido en el

tiempo, t es la temperatura promedio mensual en °F, p es porcentaje

del promedio mensual de las horas del tiempo de día de todo el año

(tabla 2.4), y finalmente,

K

t

.0173t - 0.314

2.24)

Tabla 2.4. Porcentaje

mensual

de

horas luz

de día (p) del año

para latitudes 0

a 64°

a l norte

del Ecuador.

L a t i t u d

Norte Ene.

Feb. Mor. Abr.

May. Jun.

Ju.

Ago.

Sep.

Oct. Nov.

Dic.

64°

3.81 5.27 8.00 9.92

62°

4.31 5.49 8.07 9.80

60° 4.70 5.67 8.11

9.69

48°

46°

- 44°

42°

40°

58°

56°

54°

52°

50°

38°

36°

34°

32°

30°

5.02

5.31

5.56

5.79

5.99

6.17

6.33

6.48

6.61

6.75

6.87

6.98

7.10

7.20

7.31

5.84 8.14 9.59

5.98 8.17 9.48

6.10 8.19 9A0

6.22 8.21 9.32

6.32 8.24 9.24

6.41 8.26 9.17

6.50 8.28 9.11

6.57 8.29 9.05

6.65 8.30 8.99

6.72 8.32 8.93

6.79 8.33 8.89

6.85 8.35 8.85

6.91 8.35 8.80

6.97 8.36 8.75

7.02 8.37 8.7

i

28°

26°

24°

22°

20°

7.40

7.49

7.58

7.67

7.75

7.07

7.12

7.16

7.21

7.26

8.37 8.67

8.38 8.64

8.39 8.60

8.40 8.56

8.41 8.53

18°

1 6 °

1 4 °

12°

10°

7.83

7.91

7.98

8.06

8.14

7.31

7.35

7.39

7.43

7.47

8.41 8.50

8.42 8.47

8.43 8.43

8.44 8.40

8.45 8.37

8°

6°

4 °

2 °

8.21 7.51

8.28 7.55

8.36 7.59

8.43 7.63

8.50 7.67

8.45 8.34

8.46 8.31

8.47 8.28

8.49 8.25

8.49 8.22

T

,

T,

°C

ifidía

writclió

1 9

50

.85

25

00

.05

33

00 .50

30

50

.50

22

50

.52

16

50

.16

El m étodo de Blaney-Criddle

El método de Blaney-Criddle para estimar la evapotranspira-

ción es muy conocido en México y es usado extensivamente a tra-

vés de todo el mundo. El procedimiento básico para desarrollar este

método se basó en mediciones de evapotranspiración durante los

años 20 y 30, usando primordialmente técnicas de muestreo de

humedad. Este método se basa en que ET varía directamente con las

sumas de los productos de multiplicar la temperatura promedio

mensual del aire con el porcentaje mensual de horas luz día consi-

derando un cultivo que crece activamente con un adecuado sumi-

nistro de humedad en el suelo.

Aunque originalmente este método estimaba solamente usos

consuntivos en forma estacional, posteriormente se modificó para

obtener estimados mensuales (Blaney y Criddle, 1962), así,

K

K

fp

ET

2.23)

12.50 13.63

12.11 12.92

11.78 12.41

1[

5 6

11 21 .

°°8

11.04 11.39

10.85 11.14

10.68 10.92

10.52 10.72

10.38 10.53

10.25 10.39

10.13 10.24

10.01 10.09

9.90 9.96

9.80 9.82

9.71 9.71

9.62 9.60

9.54 9.49

9.46 9.39

9.37 9.29

9.30 9.19

9.22 9.11

9.15 9.02

9.08 8.93

9.01 8.85

8.94 8.77

8.87 8.69

8.81 8.61

8.74 8.53

8.68 8.45

8.62 8.37

8.55 8.29

8.49 8.22

13.26 11.08 8.56 6.63 4.32 3.02

12.73 10.87 8.55 6.80 4.70 3.05

12.31 10.68 8.54 6.95 5.02 4.14

11.96

11.67

11.42

11.19 10.52 8

.

53 7.06 5.30 4.54

10.36

0.10 8.52 7.18 5.52 4.87

10.22 8.50 7.28 5.74 5.16

8.48 7.36 5.92 5.42

8.46 7.44 6.08 5.65

.99

0.99

5.85

.45 7.51 6.24

9.89

.05

.43 7.58 6.37 6.22

.79

8.41 7.64 6.50

9.71

.39.40 7.70 6.62

9.62

.54

.39 7.75 6.73

.55

6.68

.37 7.80 6.83

9.47

.81

0.11

836 7.85

6 . 93

6.93

.41 8

.

35 7.90 7.02

.99

9.34

.05

9.58

.34 7.95 7.11

9.28

.16

9 .77

.

33 7.99 7.20

.21

.67

9.58 9.17 8.32 8.02 7.28 7.27

9.49 9.11 8.32 8.06 7.36 7.37

9.40 9.06 8 31 8.10 7.44 41

9.32 9.01 8.30 8.13 7.51 7.56

.24

.95 8.29 8.17 7.58 7.65

9.16 8.90 8.29 8.20 7.65 7.74

9.08 8.85 8.28 8.23 7.72 7.83

9.00 8.80 8.27 8.27 7.79 7.93

8.92 8.76 8.26 8.31 7.85 8.01

8.85 8.71 8.25 8.34 7.91 8.09

8.78 8.66 8.25 8.37 7.98 8.18

8.71 8.62 8.24 8.40 8.04 8.26

8.64 8.57 8.23 8.43 8.10 8.34

8.57 8.53 8.22 8.46 8.16 8.42

8.50 8.49 8. 21 8.49 8.22

8.50

Mes

Mayo

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

10.81

10.65

10.49

10.35

10.22

• •

p.4.

programamos

de

íos netos



Una mejor información del factor

K ,

es encontrada en la siguien-

te sección donde se tratará la estimación de la evapotranspiración

que ocurre en el campo de cultivo.

Tabla

2.5.

Constantes para determinar el coeficiente de madurez del culti-

vo K

b

,

(ecuación

2.27).

Constantes

A

C

LA

EVAPOTRANSPIRACIÓN

EN EL CAMPO DE CULTIVO

En contraste con la evapotranspiración potencial ET,„ la cual

ocurre en

un cultivo

de

referencia

quo no sufre ninguna deficiencia

de la

humedad

en el suelo, y está bajo

condiciones de

cobertura

total,

existe una evapotranspiración en el campo de cultivo ET la

cual puede ser estimada mediante la siguiente ecuación,

ET =

Kt

ET,

2.25)

Donde

1(

es el coeficiente que contabiliza la madurez del culti-

vo

y

la deficiencia hídrica bajo la cual

la

planta está creciendo. Este

coeficiente es calculado de la siguiente manera,

Cultivo

Mea

Frijol

Alfalfa

Granos

pequeños

Papa

Pastos

Malz

Frijol

Alfalfa

Granos pequeños

Papa

Pastos

Antes de lo co bertura

efectivo

—1583

— 1353

0.0

—

2.893

—

1.381

0.0

2.756

2.562

0.0

4.843

2.456

0.0

—

0.4276

—

0.3532

1.087

—

1.140

—0.3710

1.508

0.213

0.212

0.250

0.233

0.213

0.250

Después de la

cobertura efect ivo

275 X 10

- e

165 X 1 0

-1

0.0

444

X 10

-6

0.0

—

468 x 10

-6

6

—726 X 10

-6

0.0

0.01195

—

112 X

i0

-

€

0.025

853 x

10

-5

0.0

0.0

0.915

1.05

0.5

1.022

0.90

0.87

K,

=

;C

z

,.

K,

2.26)

Donde

K,,,

es el

coeficiente

de

madurez

del

cultivo creciendo bajo

condiciones adecuadas de riego de tal manera que el agua no sea una

limitante en el crecimiento del cultivo, pero sin mantener la superfi-

cie del suelo siempre húmeda. Los coeficientes de madurez pueden

ser determinados utilizando algunas relaciones funcionales generali-

zadas

que son

aplicables

a

muchas

regiones

semiáridas (Jansen,

1969;

1971). Para propósitos de cálculo por computadora de la programa-

ción de

los

riegos, es conveniente usar una ecuación polinominal de

estimación como la siguiente,

Ar3

+ Brz

+ Cr +

D

2.27)

Donde

r

es un factor que indica el grado de cobertura del cultivo y

es calculado de

las siguientes formas

según

sea el

caso: a)

la fracción

del

tiempo

que

ha transcurrido desde que

se

sembró

el

cultivo

hasta

que alcanza su

cobertura efectiva, o bien el número

do

días que han

transcurrido desde que

el cultivo

alcanzó la cobertura

efectiva.

Las constantes

A, 8 , C 'y

1 3

toman

diferentes valores (tabla 2.5)

dependiendo

del

cultivo,

y las condiciones de cobertura del cultivo.

Una guía

para

determinar la fecha en la

que la

cobertura efectiva

Tabla 2.6.

Guía para el

establecimiento de

las

fechas

de

cobertura

efectiva.

Cultivo

obertura

efectiva

Mai,

Frijol

Alfalfa

l rededor de 85

días

después

de ser

sembrado

Alrededor de 35 (Fas después de ser sembrado

Toda

la estación

excepto 30 días después del comienzo

del

crecimiento cuando empieza

la

pr imavera y 20

citas

después de cada corte

Al

t iempo de

espigar.

Granos pequeños

0 y

65

d'as

después de ser

sembradas

para la

Papa

emp ranera y la tardia respect ivamente

Toda la estación

excepto

30 citas después

del

comienzo

Pastos

el

crecimiento

en la pr imavera

ocurre

es dada en la tabla

2.6.

Algunos valores de

K.

se presentan en

la

tabla

2.7.

K g

es el coeficiente de deficiencia hídrica y es calculado de la

siguiente forma:

L„ 11 + 100 11 — (DH/DCW

2.28)

L„ 101

46

47



- -

Cu/Ovo

0

0

0 0

0

0

0

0

0

0 0

Maíz

.20 0.23 0.29 0.38 0.49 0.61

Frijol

.20 0.23 0.30 0.39 0.51 0.63

Alfalfa

.36 0.47 0.58 0.68 0.79 0.90

Granos

.16 0.18 0.25 0.37 0.51

0.67

pequeños

Papa

.10 0.13

0.20 0.30 0.41 0.53

Pastos

.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87

0.72 0.82 0.91

.96

0.76 0.88 0.98

. 0 7

1.00 .00

.00

. 0 0

0.82

.94

.02 .04

0.65 0.76 0.85 0.91

0.87 0.87 0.87 0.87

Días

después de

la

cobertura efectiva

ablo

2 . 7 .

Coeficientes de madurez

de

cultivos 1(0

,

determinados experimentalmea

,

para regiones

áridas (Jensen

et al.. 1973).

Tabla

2.8.

Profundidad

de

la zona

radicular inicial

y

máxima para algunos

cultivos.

Porcenta je

del tiempo transcurrido desde la siembra al tiempo

que ocurre la cobertura efectiva

10

0 0

0

0 0

0

0

0

0 3

Maíz

.99 0.99 0.93 0.82 0.68 0.54

Frijol

.02 0.96 0.85 0.73 0.59 0.45

Alfalfa

.00

.00

.00

.00

.00

.00

Granos

.04 0.94 0.74 0.49 0.19 0.10

pequeños

Papa

.90 0.85 0.75 0.60 0.38 0.10

Pastos

.87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87

En donde

DH es la

depleción de

la humedad en el

suelo, en cm

y

DC es

la capacidad

de campo en cm. Para

calcular el

valor do K,.

los

valores del

contenido

de humedad en el

suelo

deben ser conocidos.

Esto involucra la siguiente consideración: que a medida que las raí-

ces del cultivo crecen, más y más hacen

que aumente

la

disponibili-

dad de humedad

en

el suelo

para el cultivo, ésta

se calcula por

la

ecuación,

DC(t)

= flg.Z11,„ ZR

m

-ZR,„)•r]

2.29)

En la cual, DC (t) es

la

capacidad

de

campo en la zona radicular en

función

del tiempo, en cm; H C el contenido de humedad a capacidad

de campo,

en cm/m;

ZR,„

es

la profundidad inicial de las

raíces

(tabla

2.8); ZR„, es la

máxima

profundidad que alcanzan las raíces del

culti-

vo, en m y r es el intervalo de tiempo de la fecha de siembra y la fecha

de cobertura efectiva del cultivo. Entonces, la depleción o abatimien-

to de la humedad en el día i es escrito como.

DH(i) =

DH(i

-

1) +

ET +

ET,

-

R,

2 . 3 0 )

Profundidad después

Prokmdiciad al

e lo cobertura

C u l t i v o

lantar en metros

lectivo en metros

Mal

.15

Frijol

.15

Alfalfa'

.80

• la alfalfa es considerada como un cultivo que al inicio del crecimiento en

la temporada de cultivo ya completo su desarrollo radicular.

NOTA.

Las profundidades de crecimiento radicular expresadas en esta

tabla representan los valores promedio de diferentes suelos agricolas

.

Donde DH(i) es la

depleción

de la humedad,

en cm

y

1 1 , es

la

pre-

cipitación

efectiva o riego en el día i, en cm. El

valor de DEI

que es

sustituido

en la

ecuación 2.28

para un día i es usualmente

el

valor

de DH(i 1).

La p recipitación efectiva, la

cual reduce la

demanda de

agua en

el riego

del cultivo es difícil de determinar. Sin embargo , usualmen-te se

considera como precipitación efectiva el agua

de

lluvia que

entra al

suelo

o os

retenida por

el follaje

del cultivo o la superficie

del

suelo.

Siempre

que

una lluvia

o un riego ocurre, la evapotranspiración

es

realmente incrementada de alguna m anera debido al agua que

permanece sobre el

follaje y la superficie

del suelo. Para contabili-

zar

esto, una

cantidad adicional de evapotranspiración es

agregada

a ET como sigue:

E 1'

=

K,(0.9

-

1(

0

,,ICJE7'

,

2.31)

v

i

a o

el

riego, en cm/día, y

En

donde, ET, es la evapotranspiración agregada debido a la llu-

K

r

= 0.8

para el primer

dia

después

de la

lluvia o

el riego,

=

0.5 para el segundo día,

= 0.3 para el tercer día, y

= 0.0 para los otros

días.

Si

el

valor de

K

ar

I C , es mayor que 0.9,

E T ,

es considerada igual a

cero. Así, la evapotranspiración del cultivo es dada para un dia

'especifico

por,

(2.32)

T

=

[K w K s +K,(0.9 -

0.40 0.28 0.20 0.17

0.31

.19 0.10 0.10

1.00

.00 .00

. 0 0

0.10 0.10 0.10

.10

0.10 .10 .10

.10

0.87 0.87 0.87 0.87

1.20

1.00

1.80

48

programación de los riegos

1 , 1 1



P R O G R A M A C I Ó N D E L O S R I E G O S

Debe considerarse previamente qué tanta agua se debo aplicar y

cuándo aplicarla. El proceso involucra los siguientes pasos:

1 .

Para cada periodo desde el último dato conocido de la condi-

ción en la humedad del suelo, calcule la evapotranspiración

que ocurre en el campo.

2.

Reste la evapotranspiración de campo al contenido de hume-

dad del suelo del último dato conocido para actualizar el

estatus de la humedad en el suelo.

3.

Si la depleción de la humedad en el suelo es mayor o igual al

valor establecido de depleción permisible de la humedad

(DPH,

ecuación 1.2), inicie un riego, si no es el caso.

4.

Calcule la fecha del siguiente riego.

Una vez que el estado de la humedad en el suelo ha sido actuali-

zado al presente, y asumido que la humedad en el suelo no haya

todavía alcanzado el nivel al cual un riego debe iniciarse, el siguien-

te paso es determinar cuándo y qué tanto irrigar. Debido a quo los

datos climatológicos reales a un futuro y las mediciones futuras de

la humedad del suelo no están aún disponibles, el balance de la

humedad en la zona radicular debe ser proyectado hacia el futuro

hasta encontrar el nivel de la humedad del suelo al cual un riego

debe ocurrir. Estos cálculos pueden ocurrir en el mismo orden que

en el análisis de actualización de la humedad en el suelo (pasos 1 a

3), excepto porque la evapotranspiración potencial diaria

(ETp)

es

remplazada por la que es calculada usando los datos históricos dis-

ponibles (evapotranspiración potencial media).

Cuando la fecha del siguiente riego es determinada, la cantidad

de agua que debe aplicarse a este punto será igual que la depleción

permisible de la humedad dividida entre la eficiencia de la aplica-

ción. Las eficiencias de aplicación dependen del método y las prác-

ticas que usa el irrigador. Este último aspecto será cubierto en las

siguientes secciones.

Evapotranspiración potencial media

La determinación de la evapotranspiración potencial media

(ET,,,)

es algunas veces hecha observando el siguiente procedimiento;

el promedio histórico mensual de los datos climatológicos son usa-

dos en la ecuación calibrada del método seleccionado para estimar

el promedio histórico de ET,„. Los valores de ET„, son gra Reacios para

determinar la curva característica de ET„, V, día de cierta fecha del

año. De esta relación resulta la ecuación

ET„, a exp (

Día (i) — D ía mitad de la estación

y

AD

2.33)

En donde ET„, es la evapotranspiración potencial basada en los

datos climatológicos de un prom edio histórico, (a) es ET„, en la parte

más alta de la curva característica de ET„,V, día de cierta fecha del

año, AD es una constante (AD, antes de la mitad de la estación y AD

2

"mitad de la estación" se le determina tomando al día transcurrido

desde marzo lo. hasta el día que ocurre el valor máximo de ET„, en

la curva característica, y finalmente día (I) es cualquier día al cual

ocurre

EL

en la curva característica (fig. 2.1). La constante AD pue-

e

10 —

9 —

1 3

7 —

6 —

S —

4

3 —

2 —

1 —

61

2

22 53 84

14

Abr.

ay.

un.

ul. go.

e o

Olas transcurridos desde marzo lo.

ora

2.1. Curva característica

ET, vs,

día a cierta fecha del atto determinado paro la

11

región del Croad luncrion, Colorado. Estados Unidos

(Le

Roy

Salazar. 19

7

6).

de ser determinada de la curva característica. El procedimiento

para determinar AD es explicado usando como ejemplo los datos

Mostrados en la figura 2.1. Así do la ecuación 2.33.

(

Dia (i) —

137

l

z

-

xp

D

7

e

n

m

m

i

i

a

o

ET„,

(2.34)

V

cap. 4. programación de los riegos

programación de Jos riegos

J1



Asumiendo que 137 en la ecuación 2.33 sea el día de la m itad de

la ecuación.

(Días transcurridos desde marzo lo. hasta el día en que ocurre la

ET m

máxima). Resolviendo la ecuación 2.34 para AD resulta en,

AD =

Día (i) — 137

V

La

Tomando el valor de a = 8.50 mm/día (fig. 2.1) se pueden tabu-

lar los valores para este ejemplo en la tabla 2.9.

Ta bla

2.9. Datos y

cálculos

obten idos de la figura 21 y la

ecuación 2.35.

Err

, en

mrnidlo

Dio

i)

80

4.45

37

— 124

5.08

46

—

127

5.72

59

—

124

6.35

73

—

118

7.00

88

—111

6.35

182

— 83

6.35

194 —91

5.07

206 —

96

4.45

214

—96

Es necesario puntualizar que la obtención de la ecuación (2.33)

solamente se requiere cuando el program ar los riegos se sistematiza

a través del uso de una calculadora programable.

De la tabla 2.9, considerando valores promedios.

AD, = — 120 para el Día

(i) <

137

L s D 2

= — 90 para el Día

(1) >

137

La ecuación que resulta de la curva característica en la figura

2.1 es,

{

Día

1 )

—

137

ET =

8.50 exp —

AD

mm/dia)

En la que ET

m

es la evapotranspiración potencial media históri-

ca. La evapotranspiración potencial media pued e ser transformada

a la evapotranspiración del cultivo (ET = K

c

E T , „ ) .

Programación de los riegos considerando

un incremento gradual

en la profundidad

radicular del cultivo

La depleción óptima o depleción permisible en la humedad del

suelo es una fracción constante del total de la humedad a provecha-

ble (ecuaciones 1.2 y 1.1). La pro fundidad de la región radicular es

asumida qu e se incrementa linealmente con el tiempo, desde el

tiempo que es sembrado el cultivo hasta el día en que ocurre aproxi-

madamente la cobertura efectiva. Usando la aseveración anterior,

la defección permisible de la hum edad en el suelo también

varía

con

el tiempo.

Las ecuaciones que son usadas para programar el riego bajo este

concepto

radicular, son las siguientes:

1 .

ET =a exp (

Día (i) — Día mitad de

la

estación

y

AD

ET

m

= evapo transpiración potencial media basada en

los datos climatológicos promedio.

2. =

Ara +

Br

2

+ Cr D

o

tabla 2.7.

K„,, =

coeficiente de madurez del cultivo.

3.

K.

2 ,

+ 100 [1 — (DH/DC)]}

L401

K

: =

coeficiente

de deficiencia hídrica.

.

K

, =

coeficiente del cultivo.

5.

EL

=

K

2

(0.9 — KJETp

E T ,

=

evapotranspiración agregada debido a la preci-

pitación efectiva.

6.

DH(i) =

DH(i — 1) + K

c ET

p

+ ET

—

R ,

2.30)

D I - 1 1 )

=

depleción de la humedad en el día 1.

(2.35)

(2.33)

(2.27)

(2.28)

(2.26)

(2.31)

32

a p .

2 .

programación de los riegos programación ae tos netos

vv



I

7 PZR,

día(i) — fecha de siembra

cobertura efectiva — fecha de plantado

PZR, =

profundidad de la zo na radicular en el día (i).

ZR,„ = profundidad radicular inicial.

ZR„, = profundidad radicular máxima.

8.

THA, =

PZR,•HC

TH A

;

= total de humedad aprov echable para el día

( I ) .

H C = es el contenido de humedad a capacidad de campo,

mm/m.

N ote que las dos ecuaciones anteriores son sumarizadas en

la ecuación 2.29.

9.

D P I - 1 ,

= depleción perm isible de la hum edad considerando el

crecimiento en la profundidad radicular.

Las ecuaciones arriba mencionadas pueden ser incluidas en un

diagrama de flujo que indique una secuencia en el proceso de laprogramación de los riegos, este diagrama de flujo puede ser su-

puesto, ser transformado en un programa usando una calculadora

programable (Kincaid y H eerman, 1974).

Programación de los riegos usando la

evapotranspiración acumulada del cultivo

Otra forma de prog ramar los riegos consiste en que ET sea grafi-

cada de una forma acumulada como se muestra en la figura 2.2. Esta

relación puede usualmente ser ajustada de fácil manera con la fun-

ción traspuesta del seno:

( 2 . 3 6 )

Para cualquier periodo en el proceso de programación de los rie-

gos, la ecuación 2.36 puede ser usada para predecir la fecha del

siguiente riego. Por ejemplo, asuma que N

max.

= 220 días, (En

= 1 350 m m, la depleción permisible de la hum edad en el suelo sea

de 215 mm, y la humedad del suelo actualizada muestre la existen-

cia de una depleción de la humedad en el suelo do 1 00 mm al día lo.

de julio. Es fácil el referirnos a la figura 22, escogiendo un valor en

la abscisa al lo. de julio (ET' = 530 mm ), calculando la humedad en

el suelo que necesita ser abatida para llegar al limite indicado por la

depleción permisible 215 — 100 = 1 15 mm, y agregando este n'o'

al del prom edio de la evapotranspiración acumulada encontrada

para el día lo. de julio obtenemos en la ordenada de la figura 2.2 que

ET' = 645 m m, y finalmente leyendo el valor correspondiente en la

abscisa encontramos que ocurre el 14 de julio. Usando la ecuaciór

2.36 es también fácilmente determ inada la fecha del siguiente rie-

go. Para un valor de ET' = 530 mm , N = 91 (1 o. de julio) y pare

ET' = 645 mm, N = 1 07 (14 de julio).

220 {

sen '

[ 2(645)

1 +

107

—

7

-

1350

44,

Programación de los riegos usando la curva

e evapotranspiración acumulada y el desarrollo

radicular del cultivo

Un método gráfico que también puede ser usado para program a)

riegos de un cultivo, usando la curva de la eva potranspiraciór

cumulada y el desarrollo radicular, es presentado en esta sección

n este método, la evapotranspiración potencial media es obtenidé

a

partir de los datos climatológicos disponibles mediante cualquier<

de los métodos de estimación de la evapotranspiración presentado:

en incisos anteriores, la ETp es ajustada a la evapotranspiración

di

campo y graficada en una forma acumulada para obtener

la cuna

la evapotranspiración acumulada del cultivo

(fig. 2.2).

La depleción permisible de la humedad, DPH(t), en función de

tiempo, es graficada (fig. 2.3) considerando que su valor aumenta li

nealmente con el crecimiento radicular del cultivo, desde un valo

mínimo al día de siembra hasta un valor máximo alcanzado aproxi

madamente al día en que el cultivo logra su fase de cobertura efecti

v,2.9E obtendríamos.

1.2 y en forma a náloga a la ecuaciói

PH (t) = f(CC — PM P)yb [ ZR,,, + (Z11. fiii•r 1

237

en esta ecuación O <

r 5

1.0.

Una vez obtenidas las curvas de evapotranspiración acumulada

desarrollo radicular del cultivo, éstas son presentadas en una sol

figura para 'prog ramar gráficam ente los riegos del cultivo (fig. 2.4

Este

i g

ual

temétodo considera un riego profundo de presiembra a u

tiempo

cero y que la cantidad de agua neta a aplicar en lc

1400

—

34



Riego

II

Riego

Incremento en la zona

radicular debido

al crecimiento

de las

races

Lámina

neta a

Irrigar

Maxima

capacidad

de

la zona

radrcuar =

El;

(mm)

o

DPH

(mm)

L a m i n a

n e t a a

Irrigar

Dias transcurridos

desde la siembra

1300

—

1700

—

1100

—

1000 —

900

—

E

E

800

700

—

600 —

500 —

4 0 1 -

200

o o

30 :

Abr. May.

21

02

53

83

14

Jun

ul.

go

ep.

ct.

Figaro

3.4. Método gráfico

para programar

los riegos.

244

Nov

Olas transcurridos desde

el

día de sembrado

(lo de

abril)

Figura

2.2. Diagrama de evapotranspiroción acumulado.

siguientes riegos (lámina de riego) está en función del incremento

gradual que sufre la depleción permisible de la humedad debido al

crecimiento de las raíces del cultivo a través del tiempo.

Al inicio del periodo de crecimiento del cultivo las condiciones

de evapotranspiración y profundidad radicular son mínimas, sin

.7

embargo, a medida que el tiempo transcurre el crecimiento de las

raíces va aumentando la capacidad de la zona radicular del cultivo

ocasionando el aumento gradual de la evapotranspiración. Así, las

curvas de la evapotranspiración acumulada y del crecimiento radicu-

lar se interceptan en un punto. Esto significa que la humedad en la

zona radicular ha alcanzado el nivel máximo permisible en su de-

pleción, indicando el día en el que debe efectuarse el primer riego

al cultivo. La profundidad de la lámina de riego deberá de estar en

función de la profundidad de la zona radicular, asegurando rempla-

r la humedad deplecionada.

Los siguientes riegos son calculados al continuar la proyección

del

crecimiento radicular en el punto que alcanzó la humedad en la

zona radicular durante el riogo anterior.

Ejemplo

2.3

Mediante el método gráfico que combina las curvas de LT,, y

DNI), programe los riegos para un cultivo de maíz que crece en un

35

—

30

25

—

E

20

—

E

I S

—

inal

1 5

—

Ineial

Mar.

1

br.

1

ay. 1

un. I

ul.

I

go.

1

Das

t r anS C ur r i dI S d esd e l a S i em b ra

Figuro 2.9. Crecimiento lineal de las raíces.

plugiumation

C4C

W)

negus

pmgramacson de

t o s negus

10

V



sitio localizado sobre la latitud norte 20

0

a una altitud de

1370

m

sobre nivel del mar; los datos nos señalan que el cultivo se siembra

el día lo. de mayo y se cosecha el día 31 de agosto; la humedad apro-

vechable del suelo es de 160 mm/m y el factor de depleción de la

humedad se maneja a un 50 %. Considere los datos climatológicos

históricamente registrados que se plantean a continuación y com-

pare resultados al estimar ET mediante los métodos de combinación

de Penman, modificado de Jensen-Haise y el de Blaney-Criddle.

Asuma que

K ,

a

1.0.

De la estación metereológica ubicada dentro del campo agrícola

usted obtiene la siguiente información:

R ,

r

U P

M e s

7„,„ ,

Ly/dfa

Fracción kmldfa

Porcentaje

Abril

15

1 1

1 3

400

0.7

200

8.53

Mayo

2 1

17

19

550

0.6

220

9.15

Junio

27

23

25

700

0.5

180

9.02

Julio

35 31 33

600

0.4

100

9.24

Agosto

32

28

30

550 0.4

80

8.95

Septiembre 24

20

22

450

0.5

100

8.29

Solución

Como primer paso para lograr programar los riegos, para un cul-

tivo de maíz, es necesario estimar la evapotranspiración potencial,

ET A

, para lo cual recurriremos a los resultados obtenidos en ejem-

plos anteriores (2.1 y

2.2),

donde se usaron los mismos datos clima-

tológicos.

Posterior a las estimaciones de ET

A

es necesario determinar el

coeficiente del cultivo para ajustar la evapotranspiración potencial

Penman

ensen-Haise

ET,

M e s

midk2

Mayo

5.24

3.85

Junio

6.82

6.05

Julio

6.83

6.50

Agosto

6.23

5.50

Septiembre

4.73

3 52

a la evapotranspiración real del cultivo, ET, recordando que:

ET = K

E T

p ,

2.25)

K , = K a,•K,

2.26)

Haciendo la consideración de que K, = 1.0, sólo nos queda por

determinar

I c

o r

Determinación del coeficiente de crecimiento del cultivo K

e o

.

El término

K „

puede ser determinado mediante la ecuación

2.27.

=

Ars + Br

2

+ Cr + D

Para el maíz:

Antes de

cobertura efect iva

Después de cobertura efectiva

A

— 1.5830

275 X 10

-6

3

2.7560

— 468 X 10

-6

— 0.4276

0.01195

D

0.2130

0.915

Tambiénién K „

puede determinarse mediante el empleo de la ta-

la 2

Considerando que el maíz alcanza su cobertura efectiva alrede-

dor de los 85 días después de haberse sembrado (tabla 2.6) y que en

este

caso su fecha de siembra y cosecha son respectivamente el lo.

de mayo y 31 de agosto.

Método de Blaney-Criddle K,

=

K c o

.

K ,K c

pt

ET — 100

n/mes

= 0.0173t

—

0.314

Comparación de las evapotranspiraciones de campo estimada por

diferentes métodos para el problema ejemplo.

Uso consuntivo estacional (evapotranspiración acumulada) esti-

do por los diferentes métodos para el problema ejemplo.

ET,

mmldfa

oa

D a



5.24

6.82

6.83

6.23

3.85

6.05

6.50

5.50

Mayo

.260

Junio

.554

Julio

.864

Agosto

.912

1.36

3.78

5.90

5.68

1.00

3.35

5.62

5.02

1.07

3.32

7.57

6.75

3.317

13.277

36.744

57.669

3.100

13.150

32.258

47.820

Mayo

1

.216

Junio

0

5.556

Julio

1

3.846

Agosto

1

1.454

Penmon

Jensen-Haise

Bloney-Criddle

-

R I

2

3

4 5 6

1 2 3

4

5

1 2

3

4

5

6

I R

' : < a y .

75

Jun.

17

Jun.

30

Jul.

7

Jul.

25

Ago.

7

Jun.

4

Jun.

23

Jul.

8

Jul.

22

Ago.

6

Jun.

3

Jun.

24

Jul.

9

Jul.

21

Ago.

2

Ago.

1 7

LNR

3.0

5.0 6.5

8.0

10.0 10.0

4.0

6.0 7.5

9.5

10.0

4.0

6.0

8.0

95 10.0

10.0

RA 3.0

8.0 14.5

22.5 32.5

42.5 4.0

10.0 17.5 27.0 37.0

4.0

10.0

18.0

27.5

37.5

47.5

E 400

E

it

e

•

300

o

o

• 200

500

100

600

May.

un.

ul.

go.

Figuro 2.5.

Programación gráfica

de

los riegos

estimando ET, a partir de

Penman.

Tabla 2.10.

Programación de los riegos

de

acuerdo con los diferentes

mé t o do s em-

pleados

para

el problema

ejemplo.

NR Núm. de riego.

f R - Fecha de riego.

(NR - lamina neta de riego, en cm.

IRA lamina neta de riego acumulada. en cm.

Graficando la Etc

para cada uno de los tres estimados y sobrepo-

niendo la función del DPH con respecto al crecimiento radicular

para hacer la programación de los riegos, se obtienen las figuras 2.5

a 2.7.

Mayo

.260

Junio

.554

Julio

.864

Agosto

.912

9.15

6.2

.831

.145

.07

9.02 7.0

.018

.917

.32

9.24 1.4

.267

.245

.57

8S5

6.0

.174 .241

.75

Mes

Penmon

Días del

mes

Jensen-

lanca-

Haise

riddle

Fech a

Dia después

de s iembra

r

K„

Mes

K„

Mayo 1

1

0.012

0.208

1 5 1 5

0.176

0.215

Mayo

0.260

Junio

1

32

0.376

0.357

1 5

47

0.553

0.552

Junio

0.554

Julio

1

62

0.729

0.753

1 5

77

0.906

0.911

Julio

0 . 8 6 %

Agosto

1

93

8.000

0.927

1 5

108

23.000

0.976

Agosto 0.912

Septiembre

1

124

39.000

0.832

ET

ET

Mes

K C =

Porcentaje

°F

Kt

In /mes

mmo

Evapotranspiración acumulada

ET, en

cm

ET„

mm/dia

ET

mm/dia

Jensen-

Mes

C „

enman

aise

Jensen-

anea-

Penman

aise

ridclle

bibliografía



600

500

400

200

1100

Figura

2.6. Programación

gráfica de los riegos

estimando ET, a

partir

do

Jensen-lfaise.

500

400

700

100

Figura

2.7.

Programación gráf ica de los r iegos est imando

ET„ u

partir de Illoney-Criddle

Los mod elos son útiles para programar los riegos en la fase de pla-

neación del sistema y hacer pronósticos del riego durante la tempo-

rada del cultivo. Asimismo, las herramientas de programación como

tensiómetros, bloques de yeso, tanque evaporfmetro y dispersor de

neutrones, entre otras, son útiles para determinar cuándo regar du-

rante la operación de los sistemas de riego. Ambos, los modelos y los

métodos, se emplean en investigación y en educación con el propó-

sito de calibrar instrumentos o ajustar los coeficientes a las condicio-

nes climáticas regionales: también se usan para la capacitación de los

usuarios.

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Descripción y

definiciones en

el riego por

aspersión

com ponentes de los s i s temas

d e

nego



Figuro 3.1.

Aspersor

de

giro rápido tipo pop-up usado en el riego

de

jardines y plantas

orna-

mentales.

dores de p resión o flujo, tubos elevadores, copies, acoplamientos de

tuberías, válvu las, etcétera.

INTRODUCCIÓN

El principio

de

operación en los sistemas de riego por aspersión

se basa en convertir la energía de presión en energía de velocidad a

la salida de la boquilla del aspersor en forma de chorro. A m edida

que dicho chorro de agu a pasa sobre el terreno del camp o, éste que-

da esparcido en form a de gotas de agua, las cuales al reunirse con la

resistencia del aire caen a la superficie del suelo.

Un sistema de riego por aspersión consiste de una red de tube-

rías o tubos con aspersores acop lados a ellos, arreglados de tal mane-

ra, que pu edan distribuir la precipitación del agua de riego lo más

uniform emente posible sobre el camp o de cult ivo. Er la mayoría de

los sistemas de riego por aspersión, la intensidad de precipitación es

meno r que la tasa de infiltración básica del suelo. De esta manera,

se logra que toda el agua que cae sobre la superficie del suelo se

infiltre, evitando el exceso de encharcam iento que pu diera resultar

en escurrimientos superficiales, los cuales traerían como conse-

cuencia aplicaciones no uniform es del agua y serios problema s de

erosión.

COM PONENTES DE LOS SISTEMAS DE

RIEGO POR ASPERSIÓN

Un sis tema de riego por aspersión está compuesto de m uchas

partes. Estas partes van desde

la

boquilla

del

aspersor hasta las vál-

vulas que controlan la entrada del agua al s is tema. Dentro de esa

gama de piezas, encontramos aspersores (fijos o giratorios), regula-

L o s

aspersores

Una característica que es com ún en todos los sistemas de riego

por aspersión es que el agua debe ser arrojada

a

través de asperso-

res, boquillas o perforaciones a una gran velocidad. En los sistemas

de riego por aspersión son u sados aspersores con

cabeza

giratoria,

aspersores con cabeza fija, rociadores con boquilla y placas de

impacto y también pequ eñas perforaciones hechas directamente en

las tuberías. Una gran proporción de los sistemas de riego por asper-

sión usan aspersores con cabez a giratoria, y la mayoría de los proce-

dimientos de cálculo y evaluación están basados en este tipo de

aspersores.

Los aspersores

de cabeza g i ra tor ia

La mayoría de este t ipo de aspersores giran alrededor de un eje

vertical. La rotación resulta del torque (principio del impulso-

mom ento) causado por

la

reacción que produce el agua al salir de la

boquilla al impactarse sobre el brazo giratorio del aspersor (carga-

do con un resorte para lograr un retroceso) que periódicamente in-

terrum pe el chorro que sale por alguna de las boqu illas del aspersor.

64

66

ap.

3. descripción y definiciones

O



Comúnmente se han fabricado tres tipos do aspersores girato-

rios: aspersores de giro rápido, aspersores de gran cañón y asperso-

res do giro lento. Los aspersores de giro rápido son generalmente

pequeños aspersores usados en jardines o huertos con aspersión

bajo la copa de los árboles. Los asp ersores gigantes o de gran cañón

son aspersores giratorios equipados con un brazo que al oscilar in-

terrump e el chorro del agua con cierta periodicidad ocasionando un

Figura

9.2. Aspersor de gran cañón aju stable a circulo parcial o comploto.

giro sobre la base del aspersor. Estos aspersores descargan desde 5

y hasta aproximadamente

70

t /s cubriendo un diámetro de 75 a

190 m de precipitación. Durante su operación trabajan frecuente-

mente a presiones que van de

4.2

hasta 7 kg/cmz (60 .100 Psi) y están

equipados con boquillas de 15 a 50 mm de diámetro. Estos asperso-

res tienen una amplia variedad de usos. especialmente en cultivos

altos y riegos de aspersión sobre la copa de los árboles en huertos

completamente desarrollados. La mayoría de los aspersores de uso

agrícola son aspersores de giro lento equipados con una o dos boqu i-

llas que varían en sus diámetros de 1.5 mm a 15 mm, descargando

un gasto que va de

7

2/min hasta alrededor de 75 e /min, cubriendo

áreas circulares de 10 a 40 metros de diámetro y trabajando a pre-

siones de 1.4 a 4.2 kg/cm

2

(20 a 60 Psi). Cabe señalar que algunos

tipos de aspersores de cabeza giratoria pueden ser ajustados para

dar un circulo completo o cubrir cualquier segmento de círculo

(figs. 3.1 a 3.3).

Figura

3.3. Aspersor de giro lento usado en agricultura. a/ Aspersor

de

dos boquillas

y alto

des-

carga

operando

de

3.5 a 5.5 kg/cm'. descarga de

25

o 70I/min. b) Aspersor ajustable para círcu-

lo pardal o completo. c) Aspersor de una sola boquilla y baja presión de operación.

de

un

rango

de 1 A

a

3.5

kg/cm'.

descargando

de

2

a 101/min. d) Aspersor

de dos boquillas,

de rango In termo.

dio con

presiones de operación

de

2.8 a

5.0

kg/cm

y con descarga

de

19 a

50 1/min.

,Aspersor de engranes

Un aspersor de engranes t iene una cabeza rociadora adaptada al

elevador

pop-up

que funciona a giro com pleto o a giro parcial

para

aplicar

el agua de riego sobre un área de terreno seleccionada. El as-

persor incluye un elevador emergente tipo

pop-up,

una trasmisión

de engranes

planetarios montada a dentro del elevador, que incluye

una

turbina imp ulsada por la fuerza del agua p ara hacer rotar el tren

de engranes

reductores de velocidad, el cual a su vez mueve

rota-

toriamente (gira sobre su propio eje) la cabeza rociadora. Tiene un

mecanismo de reversa ajustable, un plato director cambiable que

tiene el primero y segundo juegos de las boquillas orientadas an-

gularmente para su respectiva alineación con los puertos de chorro

00

ap. 3. descripción y definiciones

de la turbina, con el objeto de dirigir el movim iento de la turbina

y

b9



el tren de engranes en un a dirección de trasmisión hacia adelante o

hacia atrás. El mecanismo de d isparo superior está acoplado al pla-

to director mediante una varilla de desenganche, la cual cambia el

plato director entre las posiciones de movimiento hacia adelanto o

movim iento hacia atrás. Una leva de ajuste se puede m anipular para

interrum pir el giro parcial y liberar la rotación de la cabeza rociado ra

en un círculo comp leto continuo (fig.

3.4).

1 1 1 1

t

Figura

3.4.

Aspersor de engranes Hunter.

Aspersores es tac ionar ios o de cabeza f i j a

Estos aspersores son comúnmente usados en jardines, arbus-

tos hornamentales y sistemas de riego en invernaderos (fig. 3.5).

En los sistemas de riego agrícola, este tipo de aspersor es usado en

forma de ro ciador en los sistemas llamado s de pivote central (este

tipo de sistema será detallado e n los siguientes párrafos).

Las boq ui l las

Las boquillas son los orificios o aperturas usados en los asperso-

res para controlar el volumen de descarga, la distribución de la pre-

cipitación. el diámetro de humedecimiento y el tamaño de la gota.

Figuro 3.5. Aspersores de cabezo fi jo común mente usados en riego de jordines

Estas piezas pueden ser intercambiables en la mayoría de los asper-

sores de cabeza giratoria, con lo cual un solo cuerpo o cabeza de

aspersor puede tener varias descargas y diámetros de cobertura a

una misma

presión con sólo cambiarle el tamaño de las boquillas.

En

algunos casos esto también es cierto para algunos tipos de rocia-

dores y aspersores de cabe za fija.

Por muchos años se han usado tuberías perforadas, las cuales

tienen como boquillas pequeños orificios localizados en la parte

superior del tubo (frecuentemente de aluminio) con los que se rie-

an

franjas de

terrenos entre 10 y 14 m de ancho con aplicaciones

do

precipitaciones entre 1.5 y '2.5

cm por hoja a preslones

tan bajas

hasta de

0.5

a 0.6 kg/cm

2

(fig. 3.6). Esto hace posible el utilizar las pre-

sionas creadas por una diferencia de elevaciones pequeñas sin necesi-

dad de usar un rebombeo.

oLeahna

rociadera

y boquillas

• levador orlo pop-up

. —Sello entre cubierta y elevador

Rotor impulsado por el agua -

—

edazo

Casco del aspersor

Entrada roscada

en el fondo

IV

Se repite

cada

30

in



4 in h

--------

1

4 5 I

.5

.15

in n

40

0

Perforaciones

de

3/64

de in

Ángulo de las

perforaciones

m á s

ampliamente separadas

s e c c .

A-A

Figura

3.7.

Proceso

do (b).

Figura

3.6.

Típica

distribución de los orificios en uno Piberío perforada

usado en

un

riego

por aspersión.

de fabricación de tubería

de aluminio bajo

el s is tema

de

r o lado

(e) y

so ldo -

varían de 5.33 a 7.32 m (17.5 y 24 ft respectivamente)

,

1977).

Los elevadores

El elevador es un tramo de tubo que conecta el aspersor o rocia-

dor a la línea de tubería lateral. Frecuentemente consisten de un

tramo de tubo de longitud fija, y a veces puede ser un tubo telesco-

piable como es el caso de algunos usados en jardines. Tuberías de 12

a 75 mm de diámetro con copies estándar son usualmente emplea-

das. Para aspersores pequeños deben tener un mínimo de 8 cm

de alto y hasta 1 m para aspersores gigantes, con el fin de asegurar

un flujo uniforme a la entrada del aspersor.

Las tuberías

Las tuberías usadas en los sistemas de riego por aspersión pueden

ser de acero, asbesto-cemento, aluminio y plástico (PVC). Los diáme-

tros usados van desde tan pequeños como 50 y hasta 250 mm o más

grandes. El espesor de la pared de la tubería depende del material

usado y la presión de operación que deberá soportar (fig. 3.7).

Las tuberías son usadas como líneas de conducción del agua y

en dicho caso se les conoce como "línea o tubería principal" o tam-

bién pueden tener acopladas a ellas los elevadores y aspersores v

en ese caso se les llama "línea o tubería lateral". Sin embargo, cual-

quiera que sea el caso, las tuberías son fabricadas en longitudes

estándar. Las longitudes normalmente fabricadas en México y Esta-

dos Unidos son de 6.10, 9.15 y 12.19 m (20, 30 y 40 ft). En Australia

Las partes que acoplan las tuberías

Estas

piezas son muy importantes pues permiten acoplar los tra-

mos individuales de tubos y formar líneas de tuberías. Existen

actualmente en disponibilidad comercial muchos tipos de acopla-

mientos y ajustes de tuberías, pero todos caen dentro de cualquiera

de estas dos categorías, las cuales son: 1. Auto-cierre (cierre a pre-

sión), y 2. cierre-mecánico.

Dentro del tipo de auto-cierre se encuentran los acoplamientos

de tipo manual, los cuales en un extremo tienen un gancho o un

cerrojo y en el otro extremo una ranura o una perilla, las cuales

mediante un movimiento de cuarto de círculo quedan trabados y

unidos los tramos de tuberías (fig. 3.8). Este tipo de acoplamientos

también cuentan con un empaque de hule que ayuda a lograr un

mejor sellamiento. Es este tipo de acoplamiento el que se usa más

frecuentemente para unir las tuberias laterales.

Los acoplamientos de cierre mecánico son aquellos en los cuales

la unión es sujetada por anillos, o tuercas y tornillos. Este tipo es el

más usado en líneas principales de aluminio.

Los acoplamientos se adaptan a los extremos de los tramos de

tuberias mediante dos formas: 1. Proceso de prensado, y 2. proceso

las

longitudes

y en Rusia los

H. Pair et al.,

Y

com ponentes «e tus

30WII1.43 tée. .c

s

.

Es frecuente el uso

de

tuberías de materiales de PVC y asbesto-



Figura

3.8.

Acoplamientos manual lautocierre) en tuberías laterales

del

tipo de gancho (a)

y

del tipo perilla (b).

de soldaduras. En el

proceso

de prensado, los acoplamientos macho y

hembra

son

embutidos

a

presión en los extremos del tubo (fig. 3.9a).

En el proceso de soldado

los

acoplamientos son unidos

a

calor en los

extremos del tubo.

cemento como líneas de conducción de agua (líneas principales), es-

pecialmente cuando se trata

de

tuberías subterráneas. Las tuberías de

acero

son raramente utilizadas y sólo se emplean en tramos cortos o

en

piezas aisladas (fig.

3.10).

Figura

3.10. Operación de soldar

l os

acoplamientos

en una

tubería principal de aluminio.

a)

Figura 3.9.

Acoplamientos paro tuberías de aluminio. a) Cierre•mecdnico de cintillo.

b) Aco•

plamientos hembra y mocho del tipo bayoneta gancho.

Partes que ajustan las tuberías

Cierto tipo de piezas son necesarias dentro de un sistema de riego

por

aspersión

para

lograr operarlo

bajo

determinadas circunstancias.

Estas

piezas pueden ser: codos, reducciones, tees, tapones finales,

etcétera. La figura 3.11 muestra

algunas

piezas de

este tipo.

Partes de control en los sistemas

de

riego por aspersión

Cierto

tipo de

piezas

y

partes son por sus características de uso

especial en los sistemas de riego por

aspersión. Estas partes son aque-

llas

que por su disposición

ayudan a

operar y controlar el sistema.

Las partes

o

piezas de control más comúnmente usadas son: vál-

vulas

de varios

tipos,

reguladores,

manómetros, hidrantes, etcétera.

componentes de los

sistemas de

r iego

Las

válvulas aliviadoras

de

presión tienen como finalidad

pro-



teger

la línea de conducción principal

de repentinos

excesos

de

presión

causados por un cierre rápido

de algún hidrante

o

válvula,

y son

colocados frecuentemente en

los extremos de la

línea

princi-

pal (fig.

3.12).

Figura

3.11.

Ajustes de tubería de alum inio.

a)

Tee para ac oplar tubería principal.

b )

Tee

de

tubería principal. c) Reducción.

d)

Codo 90°.

o)

Codo

45

0

f)

7bpón final l ínea lateral.

Las válvulas que frecuentemente son empleadas en

los sistemas

de riego por aspersión son: válvulas de compuerta, mariposa, alivia-

doras de aire y vacío, aliviadoras de presión, de no retroceso (check).

reguladoras de presión y las válvulas codo que alime ntan las líneas

laterales en el campo.

Las válvulas del tipo de compuerta y mariposa son empleadas

usualmente

a la

entrada del agua

al sistema (a la salida

de

la bomba)

y

son operadas

manualmente,

estas válvulas sirven para ajustar la

operación

de la bomba y co ntrolar

la presión y gasto que entra al

sis-

tema de

riego.

Las válvulas aliviadoras de aire y

vacío y

las válvulas aliviado-

ras de presión son partes del sistema que

colocadas

en puntos estra-

tégicos

hacen posible el uso continuo del sistema.

Las válvulas aliviadoras de aire y vacío son colocadas en

las

par-

tes altas

de

las

tuberías principales, especialmente si éstas son

sub-

terráneas para desalojar

el

aire que queda atrapado dentro

de

ellas

y

también para

romper el

vacío perm itiendo la entrada del

aire

cuan-

do

se detiene el sistema.

I I

. Pisara 3.12.

Válvulas aliviadoras de la tubería principal. a) Varios tamaños de aliviadores de

,:ake

y vacío. b) Aliviador dr presión con manómetro.

Las

válvulas de no retroceso (flujo en un

solo

sentido) o válvulas

check

son

dispositivos

de

control usados en el

lado

de descarga de la

bomba para impedir

el vaciado de la

línea principal que

se encuen-

tre en posición

más alta que la bomba

cuando

ésta deja

de

operar

( f i g .

3.13a).

Las válvulas especiales de control

de flujo y

presión son algunas

veces

empleadas en los sistemas para

lograr un

control adicional

sobre

eJ gasto que entra al sistema. Frecuentemente este

tipo

de vál-

vulas

son automatizadas mediante dispositivos eléctricos con la

finalidad

de ahorrar costos de operación.

'

as

válvulas de codo

a 90° también llamadas válvulas "ele", son

válvulas

de

tipo vertical las

cuales controlan

el

gasto

de

agua que

entra

a la línea lateral. Estas

válvulas conectan sobre el hidrante

de

la

tubería

principal y mediante un

mecanismo

especial

abren el

hidrante

y pasan el flujo del agua hacia dentro

de la

tubería

lateral.

Una

variante de este tipo de válvulas son

las

válvulas tee, las cuales

t

p

i

u

emd

p

e

on

I

c

s

ogn

ec

I

r

rb

líneas

laterales

en direcciones

opuestas a un mismo

,

Los

Incitantes son dispositivos de control acoplados sobre la

línea principal

que sirven como tomas de agua sobre las cuales

accionan

las válvulas de campo. Estas partes son esenciales

en la

mayoría

de los sistemas de riego

pues

permiten hacer la toma del

agua en un sitio

específico del campo.

Los

hidran tes pueden ser acoplados de

diferentes

formas depen-

diendo

del tipo de tubería y su colocación en el campo. Para tube-

componentes de los sistemas de riego

7

as de aluminio los hidrantes son directamente soldados y para



0

1

b)

bellas subterráneas de PVC y asbesto-cemento se emplean co-

exiones de acero recubiertas de un tratamiento epóxico (figs.

3.15

3.17).

ura 3.13. Hidrantes. a)

Soldado o

conexión

de aluminio.

b)

Conexión de acero recubierto

pintura oposita con hidrante inclu ido poro tuberio subterráneo de PVC.

c)

I r

Dirección de

flujo

bierto

Abierto

figuro 3.13. Válvulas de control.

a)

Válvula check.

b)

Vólvulo tipo compuerta, en corte stens•

versal.

Figuro 3.14. Válvulas de conexión

entn:

tubería

principal y linea lateral a) Vólvulo de codo a

g o a

b)

Vólvulo Tea para doble conexión de l ineas laterales.

)

Figuro

3.16.

Pan es de un sistema de riego por aspersión. a) Montadura de silleta pare conectar

:solida de hidrante en tubería principal de

int. b) Un hidrante mostrando su

mecanismo de

,aPertura e) Conexion de codo de acero a 00:. para tubería de PVC

78

• clasificación de los sistemas de riego

9

hecho que muchos agricultores cambien sus sistemas de riego por



Figura

3.17.

Punto de unión de dos tramos de tubería lateral mostrando su formo de enganche

.

Los componentes o partes de los sistemas de riego mostrados en

este inciso han sido escogidos selectivamente, tratando de dar una

idea sobre los mismos al lector, sin embargo, se deja al estudiante

indagar sobre otros tipos de componentes que no fueron presenta-

dos aquí, con el objeto de que complemente la información presen-

tada en este texto.

USOS FRECUENTES DE LOS SISTEM AS DE


El desarrollo de las actividades del hombre ha traído consigo un

creciente interés en la conservación de su medio ambiente, esto ha

resultado en muchas y nuevas aplicaciones y usos de los sistemas de

riego por aspersión. Algunos de dichos usos son la incorporación de

tierras al cultivo y áreas de recreación irrigadas con aguas residua-

les de drenajes, fábricas y otras actividades del hombre.

Las nuevas leyes sobre reglamentación de contaminación ha

superficie a sistemas de riego por aspersión.

El control del polvo y temperatura, así como la limpieza del

estiércol en los corrales de ganado vacuno son logrados actualmen-

te mediante sistemas de aspersión.

Con su principio de operar a precipitaciones menores que la

infiltración básica del suelo ha servido en muchos casos para lograr

la conservación de los suelos. Por su flexibilidad y portabilidad hace

posible que sean también usados los sistemas de riego por aspersión

en el establecimiento de pastos en canales.

Las aplicaciones ligeras pero frecuentes permiten que bajo con-

diciones de riego por aspersión se asegure la germinación y las pri-

meras fases de crecimiento de algunos cultivos de campo.

Los sistemas de riego por aspersión también tienen la propiedad

de controlar la temperatura ambiente de los cultivos, enfriándolos

cuando el calor es excesivo y protegiéndolos cuando se trata de una

helada tardía que puede afectar la floración de la planta (fig. 3.18)

Figura 3.18. Aspersor paro control de heladas (resorte cubierto poro prevenir formación de

ida) y provisto de resorte especial poro giro rápido.

El riego por aspersión también ha causado cambios sobre los

c

onceptos de la aplicación de fertilizante y pesticidas, los cuales

pueden ser aplicados a través del propio sistema mezclados con el

agua de riego (fig. 3.19).

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE


Los sistemas de aspersión pueden ser clasificados de muy dife-

rentes formas, pero la clasificación de acuerdo con su portabilidad

Fry y Gray, 1971)

es especialmente útil. Un sistema

completamente

1.(

Válvula

check

Vahrula aire-varo



Motor eléctrico

y bomba

Paneles

eléctricos

interconectados

v.,

vavula Clerk

-

Linea de

succión

Coladera

de

suCCion

-

Línea de succión

Tanque

de

fertilizante

figuro 3.19.

Diagrama de inyector de fert i l izante.

portátil

emplea

líneas de condu cción principales, líneas laterales y

aspersores que son portátiles (f ig. 3,20).

Los s istemas semiperm anentes emplean l íneas de

conducción

principales estacionarias. Los

sistemas

permanentes

son aquellos

Figura 3.20

Un sistema de riego por aspersión. de movimiento manu al a171iberio pnncipal

y

terales,

de aluminio, en un sistema completamen te portáti l.

Figuro 3.20.

bIbloYuniento

de un tramo de tubería. manualmente.

que permanecen en una

sola posición

en el campo

durante toda

la

estación

de cultivo.

Otra form a de clasificación de los sistemas es de acuerdo con la

naturaleza de sus mov imientos (continuo, en lineas o pivoteo, mo-

vimiento-alto). De hecho, el

método

apropiado para la clasificación

Y de los sistemas

de riego por

aspersión

depende

de la

razón

para

la

cual

sean clasificados.

La

clasif icación de los aspersores presentad a

en la

tabla 3.1 es especialmente útil para determinar su aplicabili-

dad

de acuerdo con

su

adaptabilidad y limitaciones para diferentes

circunstancias agrícolas.

Así también, la

tabla

3.2 presenta

la rela-

ción de varios factores que

determinan

la selección apropiada

de

un

tipo de sistema de riego por aspersión.

Los sistemas de riego por aspersión

son

también comúnmente

clasificados de acuerdo con el t ipo

de

mov imiento que tengan sobre

el campo

de cultivo.

Sistemas de movimiento-alto y sistemas

de

conjunto

fijo

En los sistemas

de

mov imiento-alto, uno

o más aspersores

son

operados

a un

punto

fijo en el

campo. Después que una deseada

can-

tidad

de agua ha

sido

aplicada, el sistema es dejado de operar y el

aspersor

(o aspersores) son desplazados hacia otra posición en el

campo

on

donde el sistema

es

nuevamente puesto

en

operación.

Usualmente,

cada

vez

que se desplaza

el

sistema a cada una de

las

h

diferentes posiciones dentro del campo es para un periodo de riego

igual. Una variación a este procedimiento es hecha en los sistemas

. de conjunto

f i jo (permanentes) . Esos sistemas tienen aspersores

ins-

talados a través

de

todo el campo, o uno o más aspersores. controla-

r : -

dos

manu al o au tomáticamente , son operados s imu l táneamente .

Los

sistemas

de

movimiento-alto

son

usualmente

diseñados para

pro-

veer

el máxim o posible de aplicación total en cada

sección

de cam-

pe que

so riega

a la vez

(dependiendo

de

características de

drenaje

del

suelo. y la

tasa

de evapotranspiración del

cultivo) de manera

Tabla 3.1.

Clasificación de los aspersores

y su

adaptabilidad.

Presión

Presida

HidrOulico o

Bajo árbol



Tasa de

precipitación

Tipo de

asperso r

8010 presión

5-15 Psi

moderada

15-30

Psi

intermedo

30-60 Psi

Alta presión

50 -100

Psi

gigante

80-120 Psi

ángulo bojo

10-50 Psi

Tubo perforado

4-70 Psi

Características

generales

Rango

de

diámetro

mojado

lasa de

aplicación

minina

recomendada

Garacteristaas

riel chorro

Giro especial

resorte o

braco-reacción

70 a 50 ft

0.60

Las gotas de

agua

son

grandes debido

ala baja presión

Áreas pequeñas

suelos con

infiltración

mayor

de

0.50

Usualmente una

sola boquilla o

un diseño de

boquilla dual

60 a 80 ft

0.20 mai

Las gotas de

agua son de un

tamaño

aceptable

De aceptable a

bueno en la

parte más alta

del rango de

Presiones

Cultivos

variados y

algunos campos

de vegetales

Diseno

con

una

o dos boquillas

/S a 120 ft

0 75 in/h

las gotas de

agua son

pequeñas y

sopan

uniforme-

mente

Muy bueno

Para todo

tipo

de

cultivos y

cas

todo tipo

de

sueloagrcola

Diseño con una

o dos boquillas

110 a 130ft

0.5 inlh

las gotas

cubren todo et

perimetro

morado

Bueno. excepto

donde el malo

excede una

velocidad de

mith

Bueno para ledo

tipo

de cultivo

Una boquilla

grande con

otras boquillas

pequeñas

suplementales

Que

hacen girar

al aspersor

200 a 400 II

0.65

inlh

Las gotas de

agua

son

extremada-

mente

pequeñas

Aceptable en

aire calmado.

Muy

distorsionado

por el aire

Adaptable a

cultivos de

cobertura

cerrada.

limitado a

suelos de alta

infiltración

Disertada para

mantener la

trayectoria del

chorro abajo

del follaje y fruta

40a 90ft

0.33

in/h

Las

gotas de

agua son de un

tamaño

aceptable

Aceptable

Tubo de riego

portátil con

lineas de

pequeñas

PerfOraciones

en la parte

superior del

tubo

Secciones de

forma

rectangular

0.55 in/h

las gotas de

agua sal

grandes debido

a

la baja preSión

Bueno si la

sección del

campo es

rectangular

Para cultivos de

poco

crecimiento

Adaptaba) y

iimitacones

Patron de

ceptable

dist rombo de

humedad

Para todo tipo

de huertos

• 4 4

Tabla 3.2. Factores

que afectan la selección de los Sistemas de Riego por

Aspersión (adoptada de

Turner y Anderson. 2003).

Mono de

Tamaño

Adaptab le a

84.


que los movimientos requ eridos durante la estación de cultivo sean

minimizados; durante ese periodo, el cual puede exceder de 12

Sistemas

de movim iento continuo



Figura

3.23.

Sistema de riego de mov imiento continuo del tipo

de

pivote central-

horas. Es frecuente, debido a otras op eraciones del agricultor, ope-

rar los sistemas de movimiento-alto siguiendo una programación de

riego preestablecida. Si existen cam bios en la velocidad y dirección

del aire pueden afectar así la distribución del agua sobre el campo.

Con un sistema de conju nto fijo automatizado la programación del

riego puede ser ajustada para tomar v entaja de los cambios en el

viento. Específicamente, riegos cortos y frecuentes pueden ser

utili-

zados

(figs. 3.21 y 3.22).

Figura

3.21.

Sistema de riego por aspersión de movim iento-alto

(sido-roll).

con movimiento

de tipo mecdnico entre codo posición de riego.

o)

Figura 122. Componentes de un sistema de

side•roll.

a)

Motor y engranes impulsores. bj Co-

pies entre tramos de tubería. resistentes al efecto de m out.

El sistema más com ún de este tipo es el de pivote central , en el

cual, una sola l ínea lateral de aspersores. comúnmente de 0.4 k m

de longitud, se muev e en círculo alrededor de un punto final (el

'pivote)

a través del cual el agua entra al sistema (fig. 3.23). L a tasa

de descarga por u nidad de longitud en la línea lateral varía en pro-

porción directa con la distancia desde el punto pivote en orden

de

dar una

distribución uniforme a través del campo de cultivo.

Otro sistema de este tipo consiste en una línea lateral de asper-

, sores de los cuales todos se mu even a la mism a velocidad. en una

dirección

perpend icular a la orientación lateral. Frecuentemen te

el

sistema es alimentado a través de una manguera flexible o de una

toma directa sobre un canal (fig. 3.24).

Finalmente, existen sistemas de movimiento continuo en los

cuales un solo gran aspersor se desplaza continuamente. Éste es

usualmente alimentado por una manguera, aunque p uede también

recibir el agua directamente de un canal

o

acequia (fig. 3.25).

Los sistemas de movimiento continuo tienen el potencial de

, proveer una mayor uniformidad en la distribución del agua que

1 aquellos sistemas de movimiento-alto, debido al movimiento que

barro

el campo en los sistemas de movimiento continuo. Una analo-

gía puedo ser encontrada en el trabajo de pintar una pared. Un rodi-

llo tiene mayor potencial de aplicar uniformemente la pintura que

una brocha sencilla, la cual tiene que ser puesta contra la pared.

r levantada, movida a otra localización y puesta de nuevo contra la

Pared.

v

VENTAJAS Y

DESVENTAJAS DE



Figura 3.24. Sistema de movimiento continuo lateral.

N, d'

e

Anclaje

OS SISTEMAS

DE RIEGO POR ASPERSIÓN

Debido a que el agua bajo un sistema de riego por aspersión es

stribuida en forma de un chorro en movimiento, algunas ventajas

desventajas le resultan inherentes.

Algunas de las ventajas son:

1. Un control efectivo sobre la cantidad y tasa de aplicación

del agua es provisto en la mayoría de los sistemas de asper-

sión al ser diseñados a una tasa de aplicación menor o igual

que la tasa de infiltración básica del suelo. Los sistemas de

aspersión son así adaptables a:

a) Suelos de textura variable.

14 Cultivos que requieren de ligeras pero frecuentes aplica-

ciones.

c) Suelos con bajas capacidades de retención do agua.

2. La superficie del suelo no necesita ser uniformemente nive-

lada de tal manera que:

o) La nivelación de la superficie del

campo es eliminada o

reducida.

14 Terrenos con una topografía de superficie ondulada pue-

den ser utilizados.

c)

La tierra puede ser puesta rápidamente dentro de pro-

ducción.

d) Es adaptable a suelos poco profundos que no pueden ser

nivelados.

3. Los gastos pequeños pueden ser usados eficientemente.

4. Acequias, canales, etc. pueden ser eliminados.

5. Buenas eficiencias de riego son usualmente posibles.

6. Una relativa eficiencia en la aplicación de sustancias quími-

cas con el agua de riego es posible.

7. Las operaciones de labranza son agilizadas.

8. Los riesgos de erosión son minimizados.

9. La mano de obra que se requiere es reducida.

10. Puede ser poco especializada para operar estos sistemas.

De la misma manera un número de desventajas son inherentes

en los sistemas de aspersión:

1.

La inversión inicial puedo ser grande.

2.

El viento distorsiona el patrón de esparcimiento del agua

r

u

h.„

..,7tra

m i

ne;

Figura

3.25.

Sistema de r iego del

tipo

gran cañón v ia jero .

80

ap.


arrojada por el aspersor y pu ede resultar en grandes pérdidas

por evaporación.

distribución del ama

s w

3. Condiciones de operación:



3.

Lo s insecticidas pueden ser lavad os del follaje de las plantas.

4.

Un daño en la floración puede ocurrir (y por lo tanto puede

reducir la cantidad de fruto), también com o enfermedades

o reducción en la calidad del fruto.

5.

El sistema requiere para su mejor utilización condiciones de

continuo suministro de agua.

6.

Se presentan problemas de tracción en algunos sistemas

móv iles debido a suelos arcillosos.

7.

El agua de alta salinidad puede causar problem as en las plan-

tas.

8.

Los problemas de aspersión son generalmente sistemas qu e

requieren de un u so intensivo de energía.

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA BAJO

EL RIEGO POR ASPERSIÓN

La distribución del agua bajo un sistema por aspersión se obtie-

ne midiendo la cantidad de agua que ha caído en cada punto del

campo irrigado, después

que

un

r i ego ha s ido ap l i cado.

Nosotros por

lo tanto, no estamos interesados

d i r e c t ame n t e e n

el patrón que d icta

la posición de las gotas de agua que salen de cada aspersor, sino de la

acum ulación de las gotas de agua a un pun to en el cual todos los

aspersores que contribuyen con agua a ese punto sean considera-

dos. Los factores que afectan tal distribución pueden ser sum a riza-

dos de la siguiente ma nera:

I. Condiciones climáticas:

a)

Velocidad del viento: valor absoluto y variación.

b)

Evaporación: energía solar, movimiento del aire, tempera-

tura, hum edad, etcétera.

2. Condiciones de equipo:

a)

M arca y modelo del aspersor, configuración interna, velo-

cidad de rotación, sus v ariaciones en la fabricación y el

espaciamiento de los aspersores y laterales.

b)

El diámetro y configuración de la b oquilla.

c)

La altura d el elevador del aspersor (el elevador es un tra-

mo d e tubo que conecta al lateral con el aspersor).

d)

Las condiciones hidráulicas del equipo.

a)

La presión.

b)

El espaciam iento de los laterales entre sí.

4. Condiciones topográficas.

5. Efectos aerodinámicos.

Las condiciones climáticas no pueden ser alteradas por el dise-

ñador. Sin embargo, él puede estipular las condiciones climáticas

bajo las cuales es permisible que trabaje el sistema. Condiciones del

equipo están ba jo el control directo del diseñador. el puede, y debe-

rá, decidir en todos aquellos aspectos dados en esta sección. Condi-

ciones de operación están también de alguna forma bajo el control

del diseñador.

£ 1

debe especificar las presiones y espaciamiento de

las laterales. Sin embargo, esto depende de qu e el agricultor se ase-

gu re de que esas especificaciones sean llevadas a cabo. Co ndiciones

topográficas están fuera del control del diseñador, pero deben ser

consideradas por él. Estas condiciones topográficas tienen un efecto

1 ;- significante en la presión a cada punto en el sistema y algunas con-

1 1 - 1 r ,

diciones

(pendientes pronunciadas) pueden hacer que el chorro

11: que arroja al aspersor sea una fuente de serios problemas de ero-

sión. Efectos aerodinámicos son aqu ellos causados por la interferen-

ze.: da

de los chorros de agua y el aire arrastrado por ellos. Estos efectos

no han sido medidos, pero han sido observados cualitativamente.

Prueba a los aspersores para determinar

las características de distribución

Cada aspersor (m arca, modelo y configuración de la boquilla)

distribuirá el agua de diferente manera b ajo condiciones climáticas

y

de

presión do operación especificas. La distribución del agua sobre

el campo d e cultivo estará también en función del espaciamiento

entre los aspersores y las líneas laterales. Sin embargo, si el patrón

que sigue a la deposición del agua que sale de un aspersor es regis-

trada en un pap el cuadriculado, entonces un gran número de condi-

ciones de diferentes espaciam ientos de aspersores y líneas laterales

pueden ser investigádos para las condiciones climáticas y de pre-

sión de operación bajo las cuales el aspersor trabajará. Los datos

requeridos y los métodos para evaluar la uniformidad serán dados

en

el capítulo

4.

U/J4IIVOSI

IVO• s.,.

ab..

Definiciones relacionadas al patrón de

traslape del aspersor

4.

Patrón de traslape de aspersión (PTA) es un arreglo repetitivo

de valores obtenidos cuando un PGA es manipulado y combinado



La técnica general de combinar el patrón que sigue un aspersor

en su deposición de agua sobre la superficie de suelo es conocida

como

traslape.

Las siguientes definiciones sirven para identificar

aquellos términos que serán repetidamente usados en esta sección.

1.

Patrón general de aspersión (PGA) es el arreglo de las profun-

didades de precipitación medidas a los puntos de intersección de un

sistema cuadriculado cuando uno o más aspersores, quo están loca-

lizados dentro del sistema cuadriculado, son operados.

2.

Patrón sencillo de un aspersor (PSA) es el arreglo de las pro-

fundidades de precipitación medidas a los puntos de intersección

de un sistema cuadriculado cuando un solo aspersor es operado al

centro de un sistema cuadriculado para una longitud de tiempo

determinado, usualmente bajo condiciones normales de operación

del sistema (fig. 3.26) Note que PSA es tambien un PGA.

3.

Sistema cuadriculado (SC) es en el cual los puntos de inter-

sección están igualmente espaciados en las dos direcciones perpen-

diculares.

O

O O

O

O

I

I

O

I

O

0

0

0 0

0

2 4

3

0

2 1

1

1

0

O

O

0

4

10

10

14

13

9

3 2

0

O

O

0

16 74

26

24

21

12

5

1 0

O 1

6

7

43

54 47

36

32

17

1 1

2

0

O

2

11

0

61

66

62

52

43 26

15

4

0

1

6

14 46

71

66

71

72

52 37 15

7

2

0

8

31 40

42

60

64 79

59

32

16

9

2

Viento

O

7

21

9

41

54

55

66

50 22

14

3

0

0

4 930

39

46 49

54 33 13

10

1

0

O

0

6

1

30

41 30 22 12 7

1

0

0

0 1

10

19

/

10

7

2

O

O

o

0

0

0

0

1

0

2

1

0

0 0

0

Figura

2.26. Patrón

sencillo de un

aspersor.

Los

valores

son profundidades

en

pulgadas mu lti-

plicados por 100.

El signo

ndico la localización del aspersor. Los receptáculos de la precipi-

tación

están localizados

en

la

porte

boja de

lo derecha de coda

uno de

los datas de profundidad.

en una o varias formas.

5.

Patrón de traslape de un solo aspersor (PTSA) es un PTA

optenido cuando un solo PSA es usado en un proceso de traslape

(fig. 3.27). Note que PTSA es también un PTA.

56

74

71

52 55 57

52

58

44

45 52

52

40

36 51

30

38 53

33 34

29

10

31

44

47 39

39 34

54 57

Viento

prevaleciente

62

54

54

66 76

70

al

tiempo de

prueba

74

78 66

83

86 73

66

87

90

72

58

69

asura

3.27.

Patrón de traslape

de un solo aspersor. Los valores son

profundidades en pulga-

das

multiplicadas por 100. Éste

es un traslape

60

X 80

usando los dolos

de

un PSA. Si los aspa-

. dos del sistema

cuadricular

queso usaron fu eron de lo ft,

entonces el

espaciamiento

real

entro

los aspersores

sería aproximadamente en

X 80.

6.

Distribución de la aspersión (DA) es un arreglo rectangular de

valores de precipitación indicados on un sistema cuadriculado, los

cuales estiman la distribución de un riego real. Esos valores pueden

ser medidos o pueden ser unos que sean estimados mediante la

manipulación y combinación de uno o más PGA. En el último de los

casos, un DA es un PTA.

7.

Espaciamiento de los aspersores es un arreglo de:

a) Dos números que definen la distancia existente entre los

aspersores cuando éstos están espaciados en una forma rec-

tangular, el primer número da la longitud del lado del rectán-

gulo el cual es más cercanamente perpendicular al viento

que prevalece (si es que hay alguno) durante el periodo de la

prueba o la operación del sistema en el campo, por ejemplo,

"60 X 40 ft" del espaciamiento implica que los aspersores

estuvieran espaciados en un arreglo rectangular y el viento

soplara paralelo a la dimensión de 60 ft, y perpendicular a la

de 40 ft.

ISZ

cap. 3. descripción y definiciones

1 9

Tres núm eros definen la distancia existente entre los asper-

sores cuando éstos están espaciados en una form a triangular

91

5I

rttn

a

til

i

u

et

sido

completamente irrigada por aspersores idénticos operados

s

imultáneamente en un sistema de conjunto fijo o permanente. En



so.

F

Patrón de traslape de un solo aspersor

DirecciOn

40' revaleciente

del viento

durante

la

prueba

a)

Traslape de 40 X 40 It

Patrón de traslape de un solo aspersor

1

Direc ion

prevaleciente

del viento

durante la

prueba

—20' —20' —20'

0'

b)

Traslape de 20 X 40 ft

Figuro 3.29.

Patrón

de traslape

de un solo aspersor.

••

40'

(fig. 3.28). Los dos primeros números dan las dimensiones

del rectángulo que encierra a los tres aspersores que están

colocados en forma triangular (usando la definición con-

vencional del viento en el inciso a y el tercer número da la

dimensión de desplazamiento de uno de los aspersores). Si

el tercer número está separado del segundo con una X, el

desplazamiento es perpendicular a la dirección del viento.

Si el tercer número es separado del segundo por una coma,

el desplazam iento es paralelo a la dirección del viento.

A

1

0'

Figura 3.28.

Representación gráfica poro

identificar

el espaciamiento triangular

de los

aspersores. El rectángulo

AbDF encierro el

espacio miento triangular

de

los aspersores A, B y E.

El

señalamiento del

aspersor localizado

en

C nos

indica

que tenemos un espaciamiento de

50X 50 X

15.

Proceso de traslape simple: determinación

de un PTSA :

El proceso más simple en un problema de traslape es aquel que se

obtiene de un PTSA rectangular (fig. 3.27) usando un PSA (fig. 3.26).

Considere ahora una porción en el centro de un campo que ha

un

área definida por la posición de cuatro aspersores formando el

más pequeño rectángulo posible, el arreglo de precipitación que

ocurre es repetido en otros rectángulos que tengan esas mismas

condiciones. Esos valores de profundidad de precipitación son igua-

94


les a aquéllos que fueran encontrados en un patrón de traslape de

un solo aspersor, el cual podría ser formado mediante una apropia-

bibliografía

5

en la literatura y serán tratados en el Capitulo

4.

Sin embargo, en

todos

los casos, uno emp ieza o parte de la distribución del agua en

el



da manipulación de un patrón sencillo de un aspersor. En cada una

de esas áreas rectangulares solamente los cuatro aspersores en cada

una de las esquinas contribuyen con agua (fig. 3.29a).

Si es esperado que los aspersores arrojen agua a grandes dis-

tancias, otros aspersores aparte de aquéllos en las cuatro esquinas

podrían también contribuir con agua dentro del mencionado rec-

tángulo. Esto es mostrado pictóricamente en la figura 3.29b donde

los círculos representan los diámetros de mojado de un patrón sen-

cilio de un aspersor y el signo (+) representa la localización del

aspersor.

En este caso es asumido que el patrón de aspersión de un sim-

ple aspersor forma un círculo (lo cual no es un caso usual). En la

figura 3.29a, el espacio entre los aspersores (40 ft) es mayor que el

radio en el cual el aspersor esparce el agua (30 ft). Así, ningún otro

aspersor fuera de aquéllos en las cuatro esquinas contribuye al tras-

lape. Sin embargo, en la figura 3.29b, con el mismo aspersor al ser

operado dentro de un espaciamiento de 20 X

40

ft, es visto que un

total de ocho aspersores contribuye al traslape que ocurre dentro

del área del rectángulo.

La importancia de la discusión anterior estriba en el hecho de

que frecuentemente debe de considerarse a muchos aspersores

para que un correcto patrón de traslape sea obtenido.

Existen varios métodos para obtener un patrón de traslape en la

aspersión, sin embargo , un método que es sencillo. es

aquél cuyo pro-

cedimiento consiste en preparar una hoja de papel cortando peque-

ños agujeros los cuales deben estar igualmente espaciados que la dis-

tancia que existe entre los aspersores en la escala del sistema cua-

driculado PSA . El papel es sobrepuesto en el PSA, y todas las observa-

ciones, las cuales aparecen a través de los orificios hechos en el papel,

son totalizadas. Esto nos da una observación (un dato) en el PTA. El

papel con los orificios es entonces desplazado por una ob servación (o

punto de intersección en el sistema cuadriculado), y el procedimien-

to es repetido. Éste es continuado hasta que el PTA haya sido des-

arrollado por completo. Para espaciamientos de p X q

observacio-

nes,

exactamente

pq — 1 desplazamientos serán necesarios.

Parámetros de distribución

Una de las medidas del funcionamiento de un sistema de riego

es la uniformidad con la cual el agua es distribuida sobre el campo.

Varios parámetros que describen la distribución han sido

sugeridos

campo,

ya sea medida directamente, o inferida de un patrón de tras-

lape de aspersión, como se describió anteriormente. La uniformidad

es

una medida de qué tan homogéneos se han aplicado las profundi-

dades do agua bajo un sistema de riego por aspersión.

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1



o

Evaluación de

la distribución

del agua en

los sistemas

de riego por

aspersión

determinación de la curva

9

Considere un campo dividido en varias partes iguales (subáreas).

Para un riego puede medir el promedio de la cantidad de agua que



INTRODUCCIÓN

El término eficiencia es comúnmente usado por los ingenieros

para expresar la razón de la potencia de salida a la potencia de

entrada de un mecanismo. Una alta eficiencia (cerca do uno) indica

que existe muy poca potencia perdida dentro do la máquina. Con-

ceptos similares son usados en la evaluación de los sistemas de rie-

go, sin embargo, las cantidades de entrada y salida del sistema son

cantidades de agua en lugar de cantidades de potencia. Las eficien-

cias son definidas de tal manera que un sistema bien diseñado y

operado tendrá una alta eficiencia.

Los parámetros que definen la eficiencia de un sistema de riego

por aspersión están en función de la distribución del agua. Como se

mencionó en la sección anterior esa distribución estaba primordial-

mente en función de factores de diseño, operación y climatológicos.

D E TE R M I NAC IÓ N D E L A C UR V A

DE DISTRIBUCIÓN

En la siguiente discusión, el término "agua infiltrada" incluye el

agua que es depositada sobre la superficie y que inmediatamen-

te entra al suelo o os usada por las plantas en la vecindad inmediata

al punto de deposición. Así, el término "agua infiltrada" incluyo a) el

agua que es usada para remplazar el déficit de agua al tiempo del

riego. b) el agua que es usada para satisfacer el uso consuntivo du-

rante el tiempo del riego y el drenaje, c) el agua usada para un uso de

lavado de sales, y d) aquella perdida por percolación profunda.

98

podría haberse infiltrado dentro de cada una de esas pequeñas subá-

reas. Con un sistema de aspersión esto podría haber sido hecho colo-

cando medidores de precipitación (receptáculos) en algunos puntos

representativos dentro de cada una de las subáreas (si la tasa de apli-

cación a la superficie del suelo no excede la capacidad de su infiltra-

ción básica). En cualquier caso, los datos son convenientemente

reportados en profundidades, por ejemplo, el volumen de agua infil-

trada por unidad do área. Si tuviésemos un área de 0.5 h a en el campo

y escogido una cantidad de 10 subáreas, entonces podríamos tener

un estimado del promedio de profundidad de precipitación en 0.05

de ha. Habrá algún número de valores de observaciones máximas y

algún número de valores de observaciones mínimas. El valor mínimo

observado deberá ser mayor o igual que cero.

La figura 4.1

es un histograma de esos valores, arreglados desde

un

máximo a un mínimo sin importar su localización dentro del

campo. La abscisa es el total del área irrigada la cual tiene una pro-

fundidad o lámina infiltrada de agua igual o mayor que la profundi-

dad

dada en la ordenada. La ordenada es graficada positivamente

hacia

abajo, y las unidades están en la profundidad de agua infiltra-

- da

(en milímetros).

Área

que recibe una profundidad X de agua

o más ten ha)

0.1 .2 .3

4

0.5

o

so

o o

150

Filture 4.1. Ilistogroma

de la profundidad

de

aplicación va. Breo irrigada.

La

figura

4.2

describe los mismos datos en forma adimensional.

Los valores de profundidad han sido cada uno divididos entre la

Profundidad característica, que es el promedio de profundidad de

,4 1.

15). OrichfIRSiDAD AUTONOMA CHAPINGO

ti.

em

er•••••••

••

...eeeaer•

rsrol

.3

c

t

c

100

ap.

4.

evaluación de la distribución del agua

•

aplicación (77 mm en este caso) y las áreas han sido divididas entre

un área característica, que es el área total considerada (0.5 ha en

el coeficiente de uniform idad

embargo exactamente 100x (linea AB) por ciento del total del área

101



este caso). Las áreas adimensionales han sido ajustadas para dar el

pu nt o med io

de los intervalos en el histograma. Así, debido a que

tenemos 10 subáreas iguales, cada una en su forma adimensional es

0.10. Los puntos medios de la primera, segunda y décima subárea

adimensional son, respectivamente, 0.05, 0.15 y 0.95. Los puntos

graficados han sido extrapolados linealmente hacia los límites

(x = 0, x = 1). Por lo tanto, los valores de profundidad están ahora

en fracciones de la profundidad media, y el valor de la profundidad

media corresponde al valor de 1 en la ordenada. El resto de las pro-

fundidades indicadas en el histograma son similares para la curva.

El resultado es la curva de

distribución adimensional

para un riego.

Alternativamente una curva suave podría haber sido trazada a tra-

vés de los puntos calculados.

Supongamos ahora que el campo ha sido uniformemente deple-

cionado de agua previamente al tiempo del riego, y que la deseada

apl icación

neta fuera de 50 mm. La aplicación neta adimensional

sería de 0.65

(50 mm/77

mm), la cual representa la línea horizontal

punteada en la figura 4.2. El total de agua infiltrada durante el riego

es representada por el área ABCDFGJA. Del total del agua infiltrada

que resulta aprovechable para el sistema de la planta (por ejemplo,

la que no ha excedido los requerimientos a cualquier punto dentro

del campo) es representada por el área ABCDFJA. El resto del agua

infiltrada, que es representada por el área FGJF, fue perdida por pe

r -

colación profunda y no contribuyó a las necesidades del sistema de

la planta. Una porción de los requerimientos, que son representados

por el áréa DEFD, no fueron satisfechos al tiempo del riego. Sin

considerada recibió un riego adecuado.

La figura 4.2 es muy útil para determinar varios parámetros

importantes que describen qué tan buena fue realizada la tarea de

irrigar. Evidentemente, la eficiencia en la aplicación

del

agua, E,. Si

no

hay pérdida por escurrimiento en el riego del ejemplo anterior,

l a E .

aquí es igual a área ABCDFJA/área ABCDFGA. Sin embargo.

por la construcción de la curva, el denominador es igual a 1, de tal

manera que la expresión para la eficiencia en la aplicación del agua

puede ser simplificada a área ABCDFJA.

La fracción del total del agua requerida que ha sido satisfecha es

llamada eficiencia de requerimientos E„ y es en este caso represen-

tada por (área ABCDFJA/área ABCDEFJA). Este parámetro, al igual

que E .

siempre tendrá valor igual o menor que 1.

Uno puede encontrar innumerables ejemplos en los cuales la

eficiencia en la aplicación del agua, E,,, sea igual para dos riegos dife-

rentes mientras la distribución real del agua sobre el campo sea

enteramente diferente. Una información adicional que nos ayude a

entender la diferencia, es obtenida de la eficiencia de requerimien-

tos E,. Pero es conveniente, especialmente para el diseño de siste-

mas de aspersión, el ser lo suficientemente hábil para describir la

naturaleza de la distribución. El parámetro que nos describe la ca-

lidad de una distribución es la

uniformidad en la aplicación del

agua. Esta uniformidad ha sido comúnmente expresada en térmi-

nos de "coeficiente de uniformidad", el cual es frecuentemente la

base para las evaluaciones del funcionamiento de los sistemas de

riego por aspersión.

P

o

u

d

d

d

a

m

e

o

n

EL

COEFICIENTE DE UNIFORM IDAD EN

LO S SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN

Christiansen (1942) fue el primero en aplicar el concepto de

medir la uniformidad de la distribución del agua en un sistema de

riego por aspersión. Ese concepto de uniformidad es comúnmente

llamado coeficiente de uniformidad de Christiansen (UCC), el cual

se expresa como:

Área

adimensional (x)

o

°

0.2

.4

.6

.0

A

0.32—

D

0.65

F

0.97

—

1.30

—

1.62 —

1 95 —

N

E ly, - vi

UCC -

-'

N Y

(4.1)

Figure

4.2.

Curva de la distribución dimensional paro los dolos de la f igura

4.1.

Donde

E

iY

;

—

fies la

suma del valor absoluto de las desvía-

102

ap. 4.

evaluación de la distribución del agua

ciones de las observaciones individuales (Y,) del promedio de las

el coeficiente de uniformidad

03

Posteriormente Wilcox y Swailes (1947) sugirieron otro coefi-



=

100%

E, = 50 96

UCC 75%

0.8

rea B

1.2

observaciones (Y), y

N

es el número de observaciones.

El coeficiente de uniformidad de Christiansen es ampliamente

usado, y

un

UCC igual o mayor que 0.7 es considerado aceptable en

la práctica del diseño de sistemas de riego por aspersión. La signifi-

cancia del coeficiente de uniformidad y el de los dos parámetros de

la eficiencia

(E.

y EJ es ilustrado en la figura 4.3.

= 60%

100%

CC 95%

ciente de uniformidad, en el cual ellos remplazaron el término

N

Er - Y

de

le UCC, con, S, que es la desviación estándar (la

n 1

raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las desviaciones del

valor promedio), resultando la siguiente ecuación,

UCW = I — S

Hart (1961) empezó el desarrollo de un nuevo coeficiente de uni-

formidad, el cual fue concluido por el mismo H art y Reynolds (1965).

Este coeficiente de uniformidad asume que la precipitación del

común de los aspersores en uso, cuando son operados bajo condicio-

nes estándar es normalmente distribuida y, por lo tanto, la distribu-

ción puede ser descrita mediante una distribución normal (fig. 4.4).

Si la distribución del agua sigue una función estadística normal,

entonces el valor absoluto de la media de las desviaciones del va-

lor promedio, hs

I

Y'

N

Y

1, es igual a . Así, el coeficiente de

N

uniformidad de Hart es:

UCH 1 — S

?

— = 1 —

0.798 4

Área adimensional (X]

0.2

.4

.6

.8

0.4 rea A

Área C

Requerimiento adimensional

(Requerimiento neto de

aplicacion de agua para recargar

la zona radicular dividido entre

(4.2)

(4.3)

1.0

Figura 4.3. Típicos

efectos

de la distribución del aguo

en

un cultivo

bajo

riego asumiendoque

no existen

pérdidas por

CSCUltiMiefilp

(Honseri, 1960).

1.6

Figura 4.4. Curvo de

distribución adimensional

normalizada

104

ap. 4.

evaluación de la dist r ibución del agu a

La relación mostrada en la ecuación

4.3

es más sencilla que la

105

1.5

atos reales



ecuación 4.1, especialmente si es usada una calculadora manual,

porque en este caso no es necesario hacer arreglos en los datos como

ocurre con UCC. Una interpretación física de

U C H

(ecuación 4.3)

puede mostrarse, escribiendo la ecuación

4.3

como,

U C H

.798S

4.4)

El área bajo la curva normal de Y

-

0.798S hasta + co es aproxi-

madamente el 79 %

del área total bajo la curva (Han y Heerman,

1976).

U CH

Y

es el

limite inferior de Y, en esta fracción de área. Así,

el 79 % del área irrigada recibirá como mínimo una aplicación de

agua igual a

U C H Y.

MO DELOS DE DISTRIBUCIÓN

L I N EA L Y N O R M A L

A esto punto es evidente la necesidad de métodos que sean sen-

cillos y fáciles de usar en la estimación de los parámetros de eficien-

cia y uniformidad de distribución del agua en un sistema de riego por

aspersión. En otras palabras, uno se podría preguntar si la curva

de

distribución adimensional del agua aplicada de un patrón de tras-

lape de aspersión se podría aproximar a alguna función estándar

cuyas características sean conocidas o fáciles de obtener. En esta

discusión presentaremos dos modelos de distribución cuyas funcio-

nes se aproximan a la curva de distribución adimensional. Esas fun-

ciones son las que se representarán en los modelos de distribución

lineal y normal.

Un modelo de distribución lineal

Un modelo de distribución lineal sugerido por Karmeli et al.

(1978)

facilita la caracterización de los patrones do precipitación de

los sistemas de aspersión, principalmente en referencia a los pará-

metros de eficiencia y uniformidad de distribución.

El modelo se basa en una curva acumulativa de frecuencia adi-

mensional de la profundidad de agua infiltrada (Y) y la fracción de

área

(X),

la cual es representada por una función de regresión lineal

(fig. 4.5).

Y

a

o +

bX

4.5)

_ _

_

Ajuste lineal

10

Y,13.75

+

O 47X

52

24

I 16

É

05

8

OS

08 IO

12

.6

histograma

para

precipitación

adimensional

0.2

.4

.6

.8

.0

Fracción de

asea

(X)

Figura

4.5.

Ajuste de datos reales

dentro de uno regresión lineal en un

riego

por aspersión.

Donde Y es la profundidad de precipitación adimensional, de los

aspersores

X

es la fracción del área, y ay

b

son coeficientes de regre-

sión lineal (constantes).

El método do los mínimos cuadrados (minimización de la suma

de los cuadrados de las desviaciones de los valores estimados do

unos valores observados) es usado para ajustar a una línea recta los

datos en

la

curva acumulativa de frecuencia adimensional.

P

o

u

d

d

a

a

n

d

a

n

o

n

Y

i.

10'7

106

ap.

4.

evaluación de la dist r ibución del agua

El ajuste lineal os mejor situado cuando la mayor parte de la



Percolación profunda

y.k> escurnmento

1 5

20

15

curva de distribución tiende a concentrarse alrededor del valor pro-

medio y los errores en ambos extremos de la curva de frecuencia

podrían sor considerados relativamente pequeños.

El modelo que es basado en el ajuste de regresión lineal tiene

algunas interesantes propiedades. Cuando Y = 1.0 (promedio de

profundidad de precipitación de agua infiltrada = a la profundi-

dad neta requerida en la irrigación),

X

= 0.5 (mitad del área irriga-

da). El coeficiente de regresión, b, puede ser definido si cualquiera

de los valores de Y r

,„„. o Y„„„ son conocidos. El coeficiente do unifor-

midad en el modelo lineal

(UCL)

es entonces igual a.

UCL

s

1.0 — 0.25b

4.6)

El uso do UCL ofrece muchas ventajas sobre UCC y UCH. Por

ejemplo, el área deficientemente irrigada, el área que fue sobreirri-

gada, el área que fue irrigada al valor promedio de precipitación, y

los respectivos volúmenes de agua en cada una de esas áreas son

fácilmente calculados.

De tal manera que

UCL

es una descripción del funcionamien-

to del sistema, y puede también ser definida como la profundidad

del agua aplicada "y" dividida entre el promedio de profundidad de

agua neta requerida en el riego

V .

La cantidad neta de agua requeri-

da os la depleción permisible de la humedad DPH. En la figura 4.6a

Y puede ser también definida como la cantidad fraccional del agua

requerida contra el área fracciona que la recibe. En la figura 4.6b se

muestra como la línea recta del ajuste que determina UCL y puede

ser desplazada dentro de los límites de un espacio de politica de

operación del sistema. Si la línea recta del ajuste que determina

UCL fuese desplazada hacia el límite superior del espacio de políti-

ca de operación, entonces tendríamos que el 100 % del área irrigada

recibiría al menos el requerimiento neto de agua Y = 1.0, sin em-

bargo, gran parto del área seria sobreirrigada. La operación del siste-

ma de aspersión cuando la línea recta intercepta en el eje de los

valores de Y a la Y„,,„. podría tener un 50 % del área bajo-irrigada y el

otro 50 % del área sobre-irrigada. Obviamente, un 50 % del área

que no recibe al menos el requerimiento neto de agua os inacepta-

ble para el agricultor y un nivel en algún punto entre los dos niveles

podría ser establecido.

Utilizando el concepto mostrado en la figura 4.6b, es completa-

mente fácil calcular la eficiencia de aplicación si una cantidad espe-

cífica del área es deficientemente irrigada.

Agua

almacenada en la zona radicular

E. =

)

Agua total aplicada

.7

0. 5

IP ,Ja i t .cada ( tac es abnace

la zona de las saces

.

...

0.5

O

Raccian de área

Figura

4.6.

Mod elo de d istr ibución l ineal .

• -64.-

t, -trt

108 ap.

9. evaluación de la distribución del agua

De acuerdo con

la figura

4.6c

109

100—



sv

0 C 1 -

3

e.

< 1 1 °

130-

1

1—

Ymin.)

2

E. =

b

Y„„„. + b/2

1

1

—

a)

2

—

b

a ± —

b

La cantidad 1 — (1

— a)

2

/2b es el volumen adimensional del

agua aplicada que realmente se almacena en la zona radicular, y el

volumen total aplicado es a + b/2. Esas áreas son ilustradas en la

figura 4.6c.

El volumen del agua perdida por percolación profunda y/o es-

currimientos en milímetros,

Y ,

es el promedio de la profundidad

de agua aplicada en milímetros.

El área deficientemente irrigada

Ad

os dada por:

Ad

s

( 1

—

Ymini

2

1

—

a)

2

La figura 4.7 muestra algunas curvas hipotéticas de

Ad

contra

eficiencias de aplicación para varios valores de

UCL.

En suma a lo

anteriormente expuesto, cabe mencionar que esta información

puede ser usada para desarrollar una relación lineal de la programa-

ción de los riegos entre la profundidad del agua requerida y la longi-

tud en tiempo del riego para una eficiencia de aplicación dada.

Willardson et al. (1977) y otros autores han establecido que debi-

do

a las variaciones en

el

viento y otros factores,

las

variaciones

que

ocurren en un determinado riego frecuentemente tienden a ser

compensadas en los subsecuentes riegos. Por lo tanto, es posible, y

frecuentemente deseable, operar los sistemas de riego por aspersión

en rangos de déficit de aproximadamente 10 %.

M odelo de distribución normal

El reportar valores de UCH nos permite determinar inmediata-

mente el valor de g/?, sin importar la naturaleza de la distribu-

ción. Sin embargo, asumir que los aspersores distribuyen el agua de

acuerdo con una distribución normal nos podría ser de gran ayuda

9 °

a

80—

/O —

6 0 —

r

O

0

0

0

0

Porcentaje de área deficientemente irr igada

Figura 4.7.

Relac ión de var ios

valores

de

UCL

al

pon-en lajada

tiren

def iclen

temen

re Irrigada

ve. eficiencia

de aplicación.

"Porque esto nos podría permitir definir todos los parámetros con el

r valor de Hart (1961)

evaluó

este concepto mediante

la

datar-

minación de la regresión

lineal

de un parámetro estimado asumien-

do normalidad vs. valores calculados sin la asunción normal. Para

probar lo anterior se evaluaron un grupo de 1588 patrones de trasla-

po de aspersión obtenidos de patrones de traslape

de

pequeños

aspersores (4 a 20 gpm) operando individualmente en vientos

de

hasta 20 mi/h, un segundo grupo de datos consistió en evaluar 466

calculados patrones de traslape de aspersión obtenidos do las prue-

bas de aspersores con descargas de hasta

300

gal/min. y

operando

en vientos de hasta 20

mi/h.

Las pruebas hechas

en

los datos mencionados anteriormente

demostraron la validez del concepto de

distribución

normal. Así,

una tabla basada en esto fue elaborada (tabla 4.1).

la

columna 1 da

los valores de

U C H ,

y la columna

2

el correspondiente valor de S/Y.

La columna

3

lista los cuatro parámetros previamente discutidos, Y.

E n

E

L

, y D (promedio de déficit) en la figura 4.2 Des el á rea de déficit

(área DI.:11/[1

—

(línea

AB)].

En la tabla 4.1 aparecen

a

lo largo de la

(4.8)

(4.9)

2b

b

(4.10)

Tabla 4 .1 .

Valores de los parámetros en un mode lo de distribución n ormal.

O



Fracción

de

área

adecuadamente irrigada

(en decim ales)

oef.

UCH o UCC St. Desv. Para-

(porcentaje) (sIr) dee. metro

0.999 0.95

( I )

2)

3)

4)

5)

0.999

.00125

.996 0.998

E,

.000 1.000

E,

.996 0.998

D

0.000 0.001

0.98

.0251

.923 0.959

E,

.000 0.999

E

.923 0.958

D

0.001 0.011

0.96

.0501

.845 0.917

E,

.000 0.999

E ,

.845 0.916

D

0.019 0.022

0.94

.0752

.768 0.876

E,

.000 0.998

4

.768 0.875

•

0.028 0.032

0.92

.1003

.690 0.835

E ,

.000 0.997

E ,

.690 0.833

D

0.038 0.043

0.90 0.85 0.80 0.75

(6)

7

)

8)

9)

0.968 0.974 0.979 0.981

0.999 0.998 0.997 0.996

0.967 0.972 0.976 0.979

0.012 0.013 0.014 0.015

0.936 0.948 0.958 0.966

0.997 0.996 0.994 0.992

0.933 0.944 0.952 0.959

0.024 0.026 0.028 0.030

0.903 0.922 0.937 0.949

0.996 0.993 0.991 0.988

0.900 0.916 0.928 0.938

0.036 0.039 0.042 0.045

0.871 0.896 0.915 0.932

0.994 0.991 0.988 0.984

0.867 0.888 0.904 0.917

0.048 0.053 0.056 0.060

0.70 0.65 0.60 0.55 0.50

(10)

11)

12)

13)

14)

0.987 0.990 0.994 0.997 1.000

0.995 0.994 0.993 0.991 0.990

0.982 0.984 0.986 0.988 0.990

0.016 0.017 0.018 0.019 0.020

0.974 0.981 0.987 0.994 1.000

0.990 0.988 0.985 0.983 0.980

0.964 0.969 0.973 0.977 0.980

0.032 0.034 0.036 0.038 0.040

0.961 0.971 0.981 0.991 1.000

0.985 0.982 0.978 0.974 0.970

0.946 0.953 0.959 0.965 0.970

0.048 0.051 0.054 0.057 0.060

0.947 0.961 0.975 0.987 1.000

0.980 0.975 0.971 0.965 0.960

0.928 0.938 0.946 0.953 0.960

0.064 0.068 0.072 0.076 0.080

0.998

1.000

0.998

0.001

0.999

1.000

0.999

0.001

0.999

1.000

0.999

0.001

1.000

1.000

0.999

0.001

1.000

1.000

0.999

0.001

1.000

1.000

0.999

0.001

1.000

1.000

0.999

0.001

1.000 1.000

1.000 0.999

0.999 0.999

0.001 0.001

0.90

.1253

.613

0.794 0.839 0.870

0.894 0.915

0.934 0.952 0.968

0.984 1.000

E,

1.000 0.997

0.993 0.989

0.984

0.979

0.974

0.969 0.963

0.957

0.950

E,

0.613

0.047

0.791

0.054

0.833

0.060

0.860

0.066

0.880

0.071

0.897

0.075

0.910

0.080

0.922

0.080

0.932

0.090

0.941

0.095

0.950

0.100

Tabla 4.1. Valores

de

l o s pa rám et ros en un mo de lo de d i s tr ibuc ión no rma l .

(Continuación.)

Caer. Uni ,

Fracción de área adecuadam ente i rr igada

(en decimales)



0 . 2 9 0

0.183

0.64 0.4512

Y

0.258

0 . 8 2 9

0.341

1.000

uCi l o UCC

(porcentaje)

(

)

St. Desv.

(si)dec.

(2)

Paré-

metro

( 3 )

0.999

( 4 )

0.95

(5)

0.90

( 6 )

0.85

(7)

0.80

( 8 )

0.75

( 9 )

0.70

(10)

0.65

I I)

0.60

(12)

0.55

(13)

0.50

(14)

0.76

0.3008

Y 0.071

0.505

0.614

0.688

0.747

0.797

0.842

0.884 0.924 0.969

1.000

E ,

0.998

0.987 0.977 0.966 0.955

0.943

0.931

0.919

0.907

0.893 0.880

Ed

0.070

0.499

0.600 0.665

0.713

0.752

0.785

0.813 0.838 0.860

0.880

0 0.113 0.129

0.144

0.158 0.169

0.181 0.192

0.204

0.215 0.228

0.241

0.74

0.3258 Y

0.464 0.582

0.662

0.726 0.780 0.829 0.875 0.917

0.959 1.000

E ,

0.985 0.973

0.961

0.949

0.937

0.925

0.912 0.898

0.884

0.869

E,

0.457

0.567

0.637

0.689 0.731 0.767 0.797 0.824

0.848 0.869

D

0.140 0.156

0.171

0.184

0.196

0.208

0.221

0.233 0.246

0.261

0.72

0.3509

Y

0.423 0.550

0.636 0.704

0.763

0.816

0.865

0.911 0.956 1.000

E ,

0.982

0.969

0.957

0.944

0.931

0.917

0.904 0.890 0.875 0.859

E,

0.415 0.533 0.609

0.665

0.711

0.749 0.782 0.811

0.836

0.859

D

0.151

0.168

0.184 0.198

0.211

0.224

0.238

0.251

0.265

0.281

0.70 0.3760 H

0.381

0.518 0.610 0.683

0.747

0.802

0.855

0.905 0.953

1.000

E,

0.979

0.965

0.951

0.938

0.924

0.910

0.896

0.881

0.866

0.849

E,

0.373

0.500

0.581 0.641

0.690

0.731

0.766 0.797

0.825 0.849

D

0.162

0.180

0.197 0.212

0.226

0.240

0.255

0.269 0.284

0.301

0.68

0.4011

Y

0.340 0.486

0.585 0.662

0.730

0.790

0.845

0.899 0.949 1.000

0.975

0.960 0.946

0.932 0.917

0.903 0.888

0.872 0.856

0.839

E,

0.332 0.467 0 553

0 617

0.669 0.713

0.751

0.784

0.813 0.839

0.210

.172

0.192

0.226

0.241

0.256

0.271

0.287

0.303 0.321

0.66

0.4261.

Y

0.299

0.454 0.559

0.641 0.713

0.777

0.836

0.892

0.946

1.000

E ,

0.969

0.955

0.940

0.925

0.910

0.895 0.879

0.863

0.847 0.829

11-~w

assaalideeari~~11naalaidassandass i s

s_„________,_

0.433 0.525

0.593 0.649 0.695

0.735

0.770 0.801

0.204

0.224

0.240 0.256 0.272

0.288 0.305 0.322

0.421

0.533 0.620 0.696

0.763 0.826

0.886 0.943

114

tbhogralia

parte superior las fracciones de área adecuadamente irrigadas (en

decimales). Así, para cualquier valor de 5/Y y la fracción del área



adecuadamente irrigada, el valor de cualquier parámetro de interés

puede ser encontrado. Valores intermedios a aquellos proporciona-

dos en la tabla 4.1 pueden ser obtenidos mediante interpolación.

La curva de frecuencia adimensional en la distribución de agua

de los aspersores usualmente toma una forma de ''S", a medida que

el patrón de distribución tiende hacia una distribución normal. El

valor de S/5? tiene un valor relativamente pequeño cuando el

patrón de distribución es altamente uniforme y la mayor parte de su

distribución está alrededor del valor medio. Sin embargo, cuando el

patrón de distribución tiende a ser menos uniforme, S/Y podría

incrementarse a medida que la desviación de la media se haga más

grande, y la curva en forma de "S" de la curva de distribución podría

estrecharse para comportarse más corno una línea recta. Así, puede

ser hipotetizado que un ajuste normal podría ser mejor empleado

para distribuciones donde S/Y tendiera a valores pequeños, mien-

tras que el ajuste lineal pudiera ser mejor empleado para distribucio-

nes donde S/Y sea mayor, como fue puntualizado anteriormente.

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Diseño

de sistemas

de riego por

aspersión

117

REQUERIMIENTOS DE AGUA

Y O PERACIONES DE CULTIVO



INTRODUCCIÓN

El diseño de un sistema de riego por aspersión debe do ser hecho

de tal manera que los resultados aseguren la satisfactoria operación

del sistema para la producción de la óptima co secha (Pair el al., 1975).

Para lograr lo anterior, deberán

ser

seguidos tres pasos básicos.

1.

Elaborar el inventario de recursos con que

cuenta

la unidad

agrícola.

2.

Determinar los requerimientos de agua del cultivo y las ope-

raciones de cultivar.

3.

Diseñar el sistema de riego por aspersión.

INVENTARIO DE RECURSO S

E N L A UNI D AD AG R Í C OL A

El primer paso en el diseño de un sistema de riego por aspersión,

es el de cuantificar la geometria, topografía y condiciones del suelo

del sitio, así como evaluar las características del suministro de agua,

las condiciones climáticas y la disponibilidad y tipo de energía. Las

dimensiones del campo y las elevaciones deberán ser exactamente

mostradas y las principales obstrucciones (caminos, líneas de gas.

lineas de electricidad, construcciones, etc.) identificadas.

El resultado del inventario de recursos deberá ser un mapa deta-

llado del sitio y un resumen de los datos más importantes.

116

Los procedimientos explicados en el Capítulo 2 le darán al dise-

ñador la oportunidad de estimar el agua que necesitará durante los

periodos de mayor demanda. Muchos sistemas de riego son diseña-

dos basándose en la tasa de evapotranspi ración diaria más alta. Este

procedimiento no incorpora el almacenamiento de la humedad en

el suelo dentro del diseño, pero dada la variabilidad en las condicio-

nes climatológicas este procedimiento probablemente da el mejor

factor do seguridad. En nuestro caso nosotros usaremos el valor de

AET

° máximo (Capítulo 2), y se le conocerá como ET diseño.

Muchos campos agrícolas tendrán la rotación de varios cultivos

durante la vida útil del sistema de riego por aspersión. Obviamente

éste debe ser diseñado con siderando el cultivo que tendrá la necesidad

más grande de agua, más sensitivo a la deficiencia hídrica, etcétera.

Uno de los aspectos más importantes en el diseño de un sistema

de riego por aspersión es la consideración de la práctica en las ope-

raciones de cultivo. Los cultivos deben ser sembrados, cosechados.

etc., sin una sustancial interferencia do la programación del riego y

del propio sistema.

Todos los sistemas de riego por aspersión requieren de cierta

mano de obra. Generalmente, entre más movible sea el sistema, ésto

requerirá do una mayor cantidad de mano de obra, excepción he-

cha de los sistemas automatizados. Consecuentemente, el número

de horas-hombre disponibles para la operación y mantenimiento

deberá ser un factor a considerar en el diseño del sistema de riego

por aspersión. La conservación del suelo y el agua es una práctica

continua en la irrigación, de manera que, el diseñador deberá estar

familiarizado con los planes generales para el control de los escurri-

mientos, las operaciones de labranza, drenaje, etcétera.

PRIMERA FASE EN

EL D ISEÑO D E

UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

El diseño do un sistema de riego por aspersión es de alguna

manera un procedimiento iterativo en el cual sucesivos ajustes al

diseño pueden ser hechos para corregir una deficiencia que pudiera

haberse encontrado al revisar el diseño. Debe también ser notado

que habrá varias alternativas de diseño que satisfagan las condicio-

nes de campo. En las secciones posteriores, el proceso de una selec-

ción óptima será discutido. Generalmente, sin embargo, el diseño es

basado en el propio juicio del ingeniero.

119

Tabla 5.2. Tasa

de

infiltración básica (Después

de

Pair

et al.,

1975).

Toso de infiltración**

118

ap. 5. sistemas de riego por aspersión

En las secciones previas, se discutieron varios métodos para esti-

mar la cantidad de agua a aplicar y cuándo aplicarla. La capacidad

del sistema de aspersión es basada en la demanda más alta (aria°



Tosa de inf i l tración'

bás i co (mmm)

( 2 1

bás i co

( m m 1 1 1

)

( 3 )

Suelo

( 1 )

13

9

7.5

7

6.5

19 a 25

1 3 a 19

13

10

7.5

Arena gruesa

Arena fina

Franco arenoso

Franco limosoFranco arcilloso

• Superficie del suelo con vegetación buena agregación del suelo, alto contenido de

materia orgánica.

•• Superficie d e l

suelo sin vegetación, mala agregación del suelo. bajo contenido

orgánico

Noto.

u P O C h

et ol.

(1973) indica Que los valores en la tabla 5.2 pueden ser

aumentados

en

1

4 bap un cultivo desarroilado de alfalfa o pastura.

y

decrecer

en Y. en pendientes cerca

de 10%.

Tabla 5.3.

Relación

entro la

pendiente

del

terreno y la toso

de

precipitación de

aspersión.

Pendiente

(porcentaje)

0-5

6-8

9-12

13-20

Más de 20

Reducción en la taso

de precipi tación de

aspersión (porcentaje)

20

40

60

75

máx. En cada riego, la lámina de riego a aplicar es dada por.

D P H

f•HA

E E

Donde

D'

es el promedio do aplicación de agua en cm, DPH os la

depleción permisible do humedad en la zona radicular en cm, E, es

la eficiencia de aplicación expresada como una fracción,

f

os el fac-

tor de depleción permisible y

H A

os la humedad aprovechable.

La eficiencia de aplicación E„, debe ser asumida e este punto.

Una forma práctica de asignarle un valor es propuesta por Fry y

taray

(1971),

la cual considera unos límites para E, en función de la

región climatológica donde trabaje el sistema de riego por aspersión

(tabla 5.1).

Tabla 5.1.

Valores de

eficiencia de

aplica-

ción del

agua en los s istemas

de

riego

por

aspersión.

(5.1)

Región cl imato lógico

E, en

porcentaje

Humedad o de clima filo

80

Clima moderado

75

Clima

seco y

cálido

70

Clima desertico

65

La frecuencia con la cual esa lámina de riego debe aplicarse es:

D P H

ET

d

En la cual F'

es el intervalo do tiempo en días para completar un

riego y ET

d

es la evapotranspiración de diseño en cm/día. La tasa de

aplicación de la lámina de riego requerida D' no deberá exceder la

capacidad de infiltración del suelo de tal manera que un escurri-

miento de agua no ocurra aunque algo de escurrimiento puede ser

inevitable. La tabla 5.2 establece la tasa de infiltración básica para

algunos suelos bajo diferentes condiciones.

Otros investigadores como Fry y taray

(1971),

recomiendan dis-

minuir la tasa de precipitación de aspersión (tabla 5.3) en un por-

centaje de acuerdo con la pendiente del terreno.

Donde d

es el promedio de la tasa de precipitación en

cm/h,

N '

r

.

es el

número de subáreas en que se divide el campo para

completar

un riego, y H' es el número de horas por dia que opera el sistema, en

li/dia.

Los sistemas de movimiento continuo tales como los do pivote

central, de movimiento lateral y el aspersor de cañón gigante tam-

(5 .3)

(5.2)

ara sistemas estacionarios

o

de

movimiento alto, la tasa de pre-

cipitación de aspersión puede sor determinada por:

A

' • I

I'

U

F • H'

120

ap. S. sistemas de riego por aspersión

bién requieran la consideración de la amplitud del patrón de preci-

pitación. Para un sistema de movimiento lineal con aspersores de

patrón circular de precipitación.

[.

r im e r a f a s e

En la cual, Wp es el patrón de amplitud efectiva en m.

Una vez que las tasas de precipitación apropiadas son determi-

nadas y revisadas para prevenir escurrimiento en la superficie (si

121



linea lateral rotatoria

con aspersores

Punto pivote y

suministro de agua

Extensión dei ares

mojada

W ,

550

545

• Pozo profundo

1540

d

= D

Wp

F

H'

En la cual, Les la longitud que se cubre por cada riego en m y W

p

En los sistemas do pivote central la tasa de precipitación más

alta se tiene al final del sistema, de tal manera que es ahí donde los

aspersores tienen que cubrir una mayor área por unidad de tiempo.

Do nuevo, asumiendo un patrón de precipitación circular,

d =

D'

W

p

F • H

Donde R es el radio del área irrigada en m (fig. 5.1). Puede ser q ue

en algunos casos el patrón de aspersión de los aspersores en movi-

miento no sea circular sino elíptico. Para ese caso, es necesario susti-

tuir una amplitud "efectiva" por el valor de W„ en las ecuaciones 5.4

y 5.5. Una aproximación para esa amplitud "efectiva" es:

= nwp

5.6)

causa mucho escurrimiento,

F'

o

H '

pueden requerir un cambio),

el siguiente paso es determinar la capacidad del sistema. Cuando

el suministro de agua disponible para el riego es adecuado, las

capacidades de los sistemas de movimiento lineal y de pivote cen-

tral son:

27.778 A-D'

( 2 1 ' -fi'

Donde C2, es la capacidad de un sistema de movimiento lineal en

t/s, y A es el área del campo en ha y,

0.002778D'gR

2

Qp, =

'

1 1

Donde Q

p c

es la capacidad de un sistema de pivote central en Vs.

Ejemplo 5.1

Del inventario de recursos y características agronómicas que se

muestran en el siguiente cuestionario determine: la tasa de precipi-

tación de aspersión y la capacidad del sistema; para los sistemas de

movimiento alto, movimiento lateral continuo y pivote central.

800 m -

(5.4)

(5.5)

(5.7)

(5.81

i

e

ó

d

v

i

n

o

3

Figuro

5.2. Plano del

área u irrigar del ejemplo 5.1.

que

muestra

sus

dimensiones y topo-

Figura 5.1.

Representación esquemática de un sistema de riego porospersión

de

pivote ceniral.



124

a p .

5. sistemas de riego por aspersión

d)

Capacidad del motor

50

P.

e)

Especif icaciones del banco de transformación

200

kVA.

primera fase

25

5 .

La deploción o abatimiento permisible de la hum edad en la

zona radicular seria de:



f)

Características del voltaje disponible:

Volts

40 iclos

0

VI. Recursos hum anos disponibles:

a)

Se dispone de

hombres para operar el s istema.

b)

Tiempo máximo de operación por día R horas turnos.

Sum inistre cualquier otra información que pueda ser de utili-

dad, de tal manera que el sistema se adapte lo más posible a las

necesidades específicas del área a regar, tales como: Distribu ción y

arreglo de las distintas siem bras, program as de los cultivos, altura

de las plantas, etcétera.

Solución

De los datos obtenidos se puede determinar:

1 .

Los requerimientos de hum edad del cult ivo. De acuerdo con

la zona clima tológica y tipo de cultivo:

ET

d

= 8.00 mm/día

Estimada)

2.

La textura del suelo y sus condiciones de estructura nos indi-

can una humedad aprovechable de aproximadamente:

HA - 160 mm/m

tabla 1.1)

3 .

La profundidad radicular máxima del cultivo de acuerdo con

la textura del suelo será

de:

ZR

=

1.20 m

tabla 1.2)

4.

Si el factor de deploción o abatimiento permisible de la

humedad es:

1 = 0.5

tabla 1.3)

DPH = 0.5 X 16.0 X 1.20 9.6 cm

6.

De acuerdo con la zona climatológica, la eficiencia de aplica-

ción esperada sería de:

E,-

7 5 %

y así, la lámina d e riego seria de:

9.6 cm

D. =

12.8 cm

0.75

7.

El intervalo mínimo d e dias entro dos sucesivos riegos sería:

9.6 cm

0.8

2.0 días

Calculado)

8 .

Una vez c alculados D' y F' se puede calcular la tasa de preci-

pitación de aspersión para los diferentes t ipos de sistemas:

a) Para los s is temas de m ovimiento-alto se pu ede considerar

como m áximo de operación diaria del sistema u n total de 22 h/diá.

Ésta es una consideración práctica qu e trata de contabilizar el tiem-

po invertido en desplazar el sistema de posición a posición a través

del campo.

Así,

(12.8)(N*)

cm

d

.0465

N '

(12.0)(22)

La tasa de p recipitación de aspersión en función de N' nos resul-

ta en:

d

N '

m/h

10

0.4848

20

0.9697

30

1.4545

40

1.9394

F

irma

0

(tabla 5.1)

(Calculado)

128

ap. S. sistemas de

riego por

aspersión

Como puede observarse, el número de subáreas de riego en que

se divide el campo para operar el sistema, es directamente propor-

cional a la tasa de precipitación de aspersión. Sin embargo, el valor

primera fase

27

portar el suelo seria:

d

1.25 cm/h



si

H = 24 h/d (movimiento lateral continuo):

1.

de dicha tasa de precipitación de aspersión no deberá ser mayor a

los valores que resulten de aplicar las tablas 5.2 y 5.3.

Si consideramos en este caso que la duración efectiva de riego

on cada posición lateral sea de 11 horas, debido a que contamos con

un total de 22 h/d de operación del sistema, esto nos resultaría en

tener dos movimientos o cambios de posición de laterales al día dis-

tribuyendo mejor el empleo de la mano de obra disponible. Así,

d

2.8 cm

11

1.16 cm/h,

Si ósta fuera nuestra tasa de precipitación do aspersión:

N* =

24 subáreas, lo que significa que el sistema deberá de

cubrir un área de riego de:

Area regándose en

=

a

– 2.67 ha

Calculada)

cualquier instante

4

Y el total de superficie que se riega en un día de operación del

sistema es de:

ha

ición

Area irrigada al día = 2.67

2.0

po

posición

ía

= 5.33

ha

(Calculada)

b) Para los sistemas de movimiento lateral continuo, las horas

de operación diaria del sistema pueden considerarse en un máximo

de hasta 24 h/d, debido a que estos sistemas pueden operar conti-

nuamente aun para tiempos más prolongados. Asi

Calculado)

W p

55.5 m

El valor de Wp r 55.5 m, significa que el diámetro de aspersión

deberá de ser de 55.5 m, sin embargo, este diámetro puede ser redu-

cido si se aumenta la velocidad de avance del sistema.

c) En el caso de un sistema de pivote central, la tasa de precipi-

tación de aspersión más alta corresponde al extremo del sistema en

donde se cubre una mayor área de riego por unidad de tiempo, sin

embargo, si en este caso se asume un sistema de pivote central con

una l inea de 400 m de largo (sistema para cu brir el total

del

campo) y

una operación continua durante el periodo de mayor uso consunti-

vo del cultivo, la tasa de precipitación de aspersión promedio seria

t .

igual a:

d

W

p (12)(24) –a—

p

cm/h

12 .5 x (400)

09.08

(Calculada)

i W p

= 55.5 m;

d = 1.96 cm/h

Es frecuente, en el caso de los sistemas de pivote central, que la

tasa

de precipitación de aspersión promedio a lo largo de la línea

lateral, resulte mayor que el límite máximo establecido por las con-

diciones topográficas y del suelo. Sin embargo, al igual que en los

sistemas

de movimiento continuo lateral, la velocidad de avance

del

sistema puede ser regulada para evitar los escurrimientos super-

ficiales.

La capacidad do los sistemas resultaría en: sistemas lineales

(movimiento alto, movimiento lateral continuo)

(Calculada)

a

2.5

X

1600

U

W p

2 X 24

69.44

–

m/h

W p

27.78(64)(12.8)

t

421 =

12)(22)

86.20 —

s

(Calculado)

En los sistemas de movimiento continuo la lámina de riego apli-

cada es el resultado de combinar el gasto que entra al sistema, la

longitud de la linea lateral, el diámetro de aspersión y la velocidad

do avance del sistema, este aspecto se cubrirá con mayor detalle en

las siguientes partes que cubre esta sección. Sin embargo en este

caso la tasa de precipitación de aspersión promedio que puede so-

27.78(64)(12.8)

(12)(24)

79.02 j•-

(Calculado)

128

a p .

5. sistemas de riego

por

aspersión

Y para el sistema de pivote central:

Qix

=

0.002778(12.8)8(400f

aspectos hidráulicos

29

velocidad del agua dentro del tubo. Esos factores son generalmente

englobados dentro de coeficientes de fricción basados en datos

experimentales, pero comúnmente no contabilizan completamente

el proceso de corrosión causado por la acción del tiempo.



= 62.06 —

Calculado)

(12)(24)

s

La diferencia entre los dos últimos cálculos se debe a diferencia

de superficie que irrigan uno y otro sistema.

Los valores resultantes en las capacidades requeridas por los sis-

temas asumen que la calidad del agua no requiere de cantidades

adicionales de aplicación para la lixiviación de sales, o que en su

efecto dichas lixiviaciones ocurren al inicio del ciclo de riegos.

El diseñador empieza ahora a escoger los aspersores y a trazar el

diseño de las lineas de tubería que sean las mejores para las necesi-

dades en particular del sitio donde operará el sistema. Este último

proceso puede requerir ajustes posteriores en la tasa de precipita-

ción y la capacidad del sistema. El análisis de ese proceso será dado

en la parte final de esta sección.

ASPECTOS HIDRÁULICOS BÁSICOS EN

LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN

El diseñado' de un sistema de riego por aspersión se encuentra

frecuentemente con dos problemas hidráulicos:

1.

La evaluación del flujo en tuberías con una entrada y una sa-

lida (principales, subprincipales y auxiliares).

2.

La evaluación del flujo en tuberías con salidas múltiples (la-

terales y distribuidor o secundaria).

La base para el diseño será la selección de los diámetros de tal

manera que las pérdidas de energía no excedan los límites estable-

cidos tal que las eficiencias y uniformidades que resulten sean sa-

tisfactorias.

Ecuaciones fundamentales de pérdidas

de carga en la hidráulica

El flujo del agua a través de conductos cerrados es siempre

acompañado por una pérdida de presión o carga causada por la fric-

ción. La magnitud de la pérdida de carga depende de la rugosidad de

las paredes interiores del tubo, el diámetro del tubo, la viscosidad y

Existen varias ecuaciones que son comúnmente usadas para

calcular la pérdida de carga en las lineas de tuberías. La primera

que se presentará en esta discusión será la de Hazen-Williams,

=

4

9

4

1

1

)

En la cual J es el gradiente de pérdida de carga expresado en

m/100 m (ft/100 ft), K =

1.21 X 10'

3

(para el sistema métrico) o

1050 (para el sistema inglés), Q

p

es el gasto que pasa a través de

la

tubería en t/s o gal/min, C es el coeficiente de fricción y

D

es el

diámetro interno en mm o in.

Tabla

5.4. Valores de C para dife-

rentes materiales empleados en la

fabricación de tuberías.

Material de fabricación

Acero con uso de 15 años

100

Aluminio con copies

120

Asbesto cemento

140

Polietileno

150

PVC

160

La ecuación de Hazen-Williams es la más usada para calcular

las pérdidas de carga en las tuberías de plástico específicamente en

riego por goteo. Por otra parte muchos problemas de flujo en tube-

rías son evaluados con la fórmula de Darcy-Weisbach,

L' V

il

f

2g

Donde h f es la

pérdida de carga en m o ft. L' es la longitud del

tubo en ni o

ft , Des el diámetro

interno en m o ft, Ves la velocidad

promedio del

f lujo en m /s o en ft /s , g

es la constante gravitacional.

9.81 m/s' (32.176 ft/s9 y

f

s el factor de fricción. El factor de Rey-

nolds y la rugosidad relativa del tubo.

Las pérdidas de carga también son causadas por los acoplamien-

(5.9)

(5.10)

1 30

ap. S.

s is temas

de riego

por

aspersión

tos y ajustes hechos en las líneas de tuberías. Esas pérdidas son

generalmente evaluadas como una función de la carga de velocidad

en las tuberías como sigue:

131

Tabla

5.5.

Valores de

F y P

para m

=

1.85.

N

F

7

N



ht

, V

2

= 2 g

(5.11)

Donde lit

son las pérdidas de carga causadas por ajustes y acopla-

mientos,

K i

son valores de factores de fricción para varias condicio-

nes que pueden al igual que ser encontrados en textos de mecáni-

ca de fluidos e hidráulica.

La pérdida do carga en tuberías con salidas múltiples igualmen-

te espaciadas, será de menor magnitud que la pérdida

de

carga en

una tubería similar que trasmite el gasto completo sobre toda su

longitud debido a que el gasto se disminuye establemente cada vez

que pasa por una salida. Para calcular la pérdida de carga bajo estas

condiciones una de las ecuaciones anteriormente discutidas (ecua-

ciones

5.10, 5.11)

es usada considerando que la tubería trabajará

solamente con una entrada y una salida, posteriormente ese resul-

tado es ajustado para encontrar la pérdida de carga real. Christian-

san (1942) desarrolló el concepto de un "factor F" el cual contabiliza

el efecto de las salidas múltiples igualmente espaciadas. Cuando la

primera salida está espaciada de la entrada del lateral o distribuidor

por una distancia igual al espaciamiento existente entre todas las

salidas laterales.

m + 1

)(

N)

N )

k

6N2

1\

5.12)

-

En la cual, I' es la fracción de la pérdida de carga considerando

que no existieran salidas laterales múltiples igualmente espaciadas.

m =

1.85

para la ecuación de Hazen-Williams.

m

=

2.0 para la ecua-

ción de Darcy-Weisbach y

N

es el

número

do salidas laterales igual-

mente espaciadas a lo largo de la tubería.

En muchos casos, tal como es ilustrado en la figura 5.4, la prime-

ra salida lateral está a sólo la mitad de la distancia de la entrada del

flujo. En este caso un "factor

P

es definido como:

a

(

2N

\

. (

\ 2N - 1

2N

I

-

1

J

Así, la pérdida de carga en el distribuidor y el lateral es encon-

trada calculando la pérdida de carga usando el gasto de entrada

y

después multiplicando este valor por F o

F.

1

1.000

16

0.382

0.362

2

0.636

0.516

17 0.380

0.361

3

0.534

0.441

18 0.379

0.360

4

0.485

0.411 19

0.377

0.360

5

0.457

0.397

20

0.376

0.359

6

0.438

0.387

22

0.374

0.359

7

0.425

0.381

24

0.372 0.358

8

0.416

0.377

26

0.370

0.357

9

0.409

0.374

28

0.369

0.357

10

0.402

0.370

30

0.368

0.357

1 1

0.397

0.368

35

0.365

0.356

12 0.394

0.367

40 0.364

0.355

13 0.390

0.366

50

0.361

0.354

14

0.388 0.365

100

0.356

0.352

15

0.384

0363

El factor

F

de salidas múltiples para una tubería pivote con más

de 10 boquillas igualmente espaciadas es de

0.543,

el cual es rela-

tivamente más alto que

F =

0.351 utilizado en laterales de avance

frontal con más de 20 aspersores.

Pérdidas de carga en líneas de tuberías

de dos o m ás diámetros diferentes

Es frecuentemente deseable diseñar una línea de tubería con dos

o más diámetros en orden de mantener la pérdida de carga y el costo

Inicial de la línea de tubería a un mínimo. El procedimiento para

calcular las pérdidas de carga bajo estas condiciones os realmente

una extensión de los cálculos hechos para calcular los factores

F .

En

esencia, uno calcula la pérdida de carga causada por la tubería de

diámetro más pequeño, y a ésta se le suma la pérdida de carga cau-

sada por

la

de diámetro más grande. La última es la pérdida de carga

como si toda la tubería fuese del diámetro más grande y de la misma

longitud que la de diámetro más pequeño.

En los pasos delineados a continuación,

el

suscrito 1 y 2 se refie-

re a las tuberías de menor y mayor diámetro, respectivamente. Los

valores sin suscrito se refieren

a

una combinación de les diámetros

%

so refiere al gasto que salo a través de cada una do las salidas

laterales igualmente espaciadas.

(5.13)

133

132 ap.

5 .

sistemas de riego por aspersión

I. Calcule la pérdida de carga para el flujo en la tubería de diá-

metro D con Q

=

a longitud

L, y un

F(N„

ni) =

L,,

) .

Sistemas de movimiento-alto y

de conjunto fijo permanente

Al referirse a este tipo de sistemas significa que las líneas de tu-



2.

Calcule la pérdida de carga para el flujo en la tubería de diá-

metro

D

usando un gasto de Q =

N ti

o ,

una longitud

L

y una

FIN,, ni) =

h(132

, L,, N

,

,

Q

i ).

3.

Calcule la pérdida de carga para una tubería de diámetro

D

2

usando un gasto de Q =

Nq ,

una longitud de L =

L, + A. y

una

F(N, m) = h, (D

2

, L, N,

d).

4.

La pérdida de carga real del sistema es (1) — (2) + (3).

El procedimiento anterior puede ser apropiadamente alterado si

existen tres o más diámetros.

Otro procedimiento para obtener la caída total de carga debida

a fricción

H L )

para una tubería telescopiada con salidas múltiples

igualmente espaciadas consiste en la integración o acumulación de

las pérdidas de carga por tramo, como lo indica la siguiente expre-

sión para una tubería que combina dos diámetros:

1.21 X 11Y °

(4

0

)

3"3

C

S

I

Donde

i

es el número de orden de la salida numerada desde la

última hacia la primera en sentido inverso a la línea de flujo,

1 3

2

es el diámetro mayor,

D ,

es el diámetro menor,

N2

es el número de

salidas en el tramo de tubería de mayor diámetro,

N ,

es el número

de salidas en el tramo de menor diámetro siendo

N = N, +

N ,

y al

resolver la ecuación se le agrega 0.5 a los límites de integración:

1.21 X 10

1,(

N

a l i n

— N 2 1 4 ,

.21

11:P°

( 9 0 y

x S.

2.852

1"c

SEGUNDA FASE EN EL DISEÑO DE UN

SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN

DEL TIPO MOVIMIENTO-ALTO

Como se indicó anteriormente, el diseño de un sistema de riego

os precedido por una acumulación de datos relacionados con el

sitio donde el sistema operará. Esos datos son similares para todos

los sistemas, aunque los requerimientos en detalle pueden diferir

de un sistema a otro.

berías están colocadas formando un ángulo recto con el resto de las

otras líneas de tuberías y generalmente con los límites del campo.

Algunos de esos sistemas están permanentemente localizados du-

rante su vida útil de servicio, otros involucran el movimiento do las

líneas laterales, ya sea a mano o por medio de algún implemento

agrícola, y otros tienen un mecanismo de movimiento inherente en

su sistema, pero permanecen en una posición fija durante el riego.

Al principio de esta sección se indicó que la capacidad de un

sistema de este tipo estaba dada por la ecuación 5.7:

27.778

A • D'

5.7)

• I I

Donde Q era la capacidad del sistema en íts,

A

era el área a

irrigar en hectáreas,

D '

era la aplicación bruta de agua en cm,

F

era

el número de días para irrigar el campo, y

FI'

el número de horas

por día que el sistema operaba. La lámina de riego

D '

puedo ser

también expresada como:

• • \

D = (

S

360) (FNI'I

J

5.14)

z )

S i

En la cual q ,

es el promedio de descarga de aspersión en E is, s, es

el espaciamiento lateral en m y s, es el espaciamiento de los asperso-

res a lo largo del lateral en m.

La tasa a la cual

D'

debe ser aplicada fue dada por la ecuación 5 .3.

Escribiendo esta ecuación utilizando la ecuación 5.14 obtenemos,

d =

X 360

s , • si

(5.15)

Los límites superiores para

d

fueron mostrados para varios ti-

pos de suelos en la tabla

5.2.

Es concebible la idea de que la tasa de

precipitación podría ser lo suficientemente baja para resultar en que

toda el agua quo saliera de los aspersores se evaporara o se perdiera

debido al viento antes que ésta entrara al suelo. Para evitar esto, se

recomienda unas tasas mínimas de precipitación (USDA, 1960) las

cuales se muestran en la tabla 5.6

1

hit

1.21 X 10

(Lis_

tan

X

S

N

pm

1 34

Tabla 5.6.

Tasas mínimas de

precipitación

para los

sistemas

de

aspersión (después

de,

USDA, 1960).

Taso mínima

de

135

Tabla 5.7.

Espaciamlento

recomendado entre

los

asperso-

res

(s,)

y

laterales

(s,) expresados

c o mo una fracción del diá-

metro

de

aspers ión

bojo condiciones

de ausencia de viento



precipitación

Zona climatológico

(mm/h)

Fria marítima

2.54 a

3.81

Templada marítima

3.81 a 5.08

Fría seca continental

3.81 a

5.08

Templada seca continental

5.08

a

7.62

Frta desértica

7.62 a 12.70

Caliente

desértica

12.70 a

19.05

Espacianzientos

de los laterales

y

los aspersores

El proceso del diseño de un sistema de aspersión del tipo movi-

miento-alto y de conjunto fijo permanente. involucra la selección de

la descarga de aspersión

(q,),

el espaciamiento entre los a spersores

(s,),

y el espaciamiento entre las posiciones laterales

( s , )

de tal mane-

ra que

se obtenga el mejor diseño.

Esto es obviamente un procedimiento a prueba y error debido a

que esos factores son interdependientes. En cada selección, el dise-

ñador deberá considerar que las líneas de tubería laterales y los as-

persores se consiguen de acuerdo con los fabricantes en tamaños

estándar.

El factor climatológico más importante que afecta la distribu-

ción del agua es la velocidad del viento. En general,

vientos de al ta

ve loc idad

requieren

de espaciamientos más cercanos

(pequeños

s,

y s , )

para asegurar que

el

agua sea uniformemente distribuida.

Aunque es común que en

la

mayoría de los sistemas se considere

un valor de

U C C

de 0.80 a 0.8 4, un mejor procedimiento podría ser

el relacionar la uniformidad requerida a la producción de cosecha

del cultivo. De esta manera, un máxim o beneficio podría ser obte-

nido. Sin embargo, tal procedimiento de diseño requiere un conoci-

miento a priori

del patrón de

distribución de a gua

del

aspersor a ser

usado, bajo las condiciones de operación de presión y viento espera-

dos. Desafortunadamente, tal patrón de precipitación no está dispo-

nible usualmente. Com o una consecuencia, es comú n especificar el

ospaciamiento de acuerdo con un criterio práctico, el cual es general-

mente satisfactorio (tabla 5.7). Los valores de

D „ ,

que es el diámetro

de aspersión de un aspersor ba jo condiciones de

ausencia de v iento

(Dj.

(Fry

y Grey.

1971) •

5,1D„

/D„

I

Velocidad

del

v i e n t o (km1b)

(31

(USDA, 1960)

5,/D„ ,/D,

(4)

1.61

3.22

4.83

0.50

0.65

0,40

0.65

6.44

8.00

9.65

11.25

0.40

0.60

12.87

0.50

0.50

14.50

16.10

17.70

030

0.50

en

0.35

0.50

adelante

•

Estos valores corresponden al manual de riego

por aspersión de la

compa

día Rain DIrd Sprinkler MI. Corp. Debido a esto, las recomendaciones de

esas columnas deberán ser consideradas cuando se usen

catalogos de esa

compañia.

•

pueden ser encontrados en los catálogos de los fabricantes de asper-

sores. El espaciamiento de los aspersores s, a lo largo del lateral es

siempre dado

como el

más pequeño de los dos espaciamientos, debi-

-

do a que con esto resultará un mínimo en el número de m ovimientos

durante un riego, consideración que es Particularmente importante

„para

los sistemas de movimiento manual.

Ex iste también una indicación referente a que el espaciamiento

,

menor debe ser perpendicular a la

dirección del viento prevaleciente

para asegurar la más uniforme distribución para unos espaciamion-

tos dados, pero esta indicación no h a sido probada completamente.

Por lo tanto,

es

usual orientar la línea principal y los laterales de tal

manera que se logre la más conveniente ubicación del sistema sobre

el campo. Finalmente, las recomendaciones de la tabla

5.6

deberán

ser consideradas en la selección de un aspersor que cumpla con los

requerimientos

de

la tabla

5.7.

+IP

i r 1

136

a p

5 .


Finalmente, se considera que p ara los aspersores de alta presión,

la máxima d istancia entre los laterales de un sistema no deberá exce-

der de 0.67

D„

para vientos menores de 8 km /h, 0 .5

D„

para vientos

de 8 a 16 km /h, y 0.3

D„

para vientos mayores a los 16 km/h.

segunda fase

37

Existen ciertos requerimientos m ínimos asociados con la reduc-

ción de la turbulencia del flujo al entrar al aspersor. Para elevadores

de diámetro s de ' /: ,

3

/4,

1 y 3

in; las correspondientes alturas míni-

mas deberán ser de

3, 6,12 y 36 in. Además, el aspersor deberá estar



El número de subáreas,

N ' ,

indica la fracción del cam po que es

irrigada a un mismo tiempo, pero no especifica que esa fracción de

área sea continua al menos que el sistema sea de la variedad de mo-

vimiento-alto lateral

(side-mil) .

El número de posiciones laterales en un cam po debe ser un núme-

ro entero de la misma m anera que el número de subá reas, aspersores

por l ínea, etc. La p rimera decisión que se debe tomar es seleccionar

un primer valor de prueba para s

n

y el porcentaje de traslape. Fre-

cuentemente

s,

es dictado por la unidad de longitud de las tuberías de

aluminio 30 y 40 ft, y 20, 30 y 90 ft en las de PVC, o el espaciamiento

de cultivo (hileras de árboles, etc.). Con el valor de

s.,

el valor do

D„

(diámetro de aspersión) puede ser encontrado:

D„ =

5.16)

En la cual a'

5

, /D„

seleccionada de la tab la 5.7, así, el conoci-

miento de

D„

nos guía a obtener el valor de prueba para

S,

en la forma

siguiente:

x

5.17)

En la cual,

s s,/D„

seleccionada de la tabla 5.7. Debe ser no-

tado que la primera decisión también puede ser el tomar un v alor

de prueba pa ra guiándono s en ese caso por un pro ceso similar al

usado cuando seleccionamos un primer valor para

s

e

Una vez que un espaciamiento inicial ha sido determinado para

s, y

s ,

el siguiente paso es el seleccionar el aspersor que se aju ste

al diseño. Cada fabricante de aspersores da un rango de tam año de

boquillas y presiones de operación para va rias descargas y radios

de aspersión en el m ismo tipo de aspersor, pero solamente aquellas

combinaciones de presiones y tamaño de boqu illas que sean reco-

mend adas por tener una aceptable dispersión del chorro, deberán

ser usadas.

La descarga individual de cada aspersor es calculada usando la

ecuación 5 .15. Así, con la descarga y el diámetro de aspersión, se

selecciona al aspersor y se identifica la presión a la cual deberá de

funcionar. Un aspecto que debe considerarse a este pun to respecto

al

diseño del sistema, es el elevador.

situado tan alto com o el cultivo para prevenir interferencia del culti-

vo con el chorro. Si la velocidad del viento es alta, el elevador debe

ser de 18

a 24 in de alto por

enc ima

de la copa del cultivo. Esto ase-

gurará que el chorro del aspersor sea descargado dentro de un flujo

de aire estable, en lugar de descargarlo dentro de un aire turbu lento

que ocurre ju stamente arriba de la parte superior del cultivo, donde

éste puede ser severam ente distorsionado.

Finalmente, ha sido encontrado que la uniformidad generalmen-

te aumenta con la altura del elevador.

Ejemplo 5.2

Determine los espaciam ientos entre aspersores s., y entre posicio-

nes laterales s, y seleccione el aspersor para los sistemas de movimien-

to-alto considerando los resultados del ejemplo 5 .1.

Soluc ión

Del ejemplo

5.1:

d = 1.164 cm/h

Aplicando la ecuación 5.15:

d --c. X 360 •-• 1.164 cm/h

s,

Despejando la descarga del aspersor:

1.164

(s, X s

i

t/s

360

Tal que los valores de

q„. s , y s i .

son interdependientes (al darle

un valor a algun o, afecta el valor de los otros dos), se empieza por

definir a uno de los espaciamientos dándole un valor a

prueba; en

este caso, s , deberá ser la separación

menor y p erpendicular a la di-

138

ap. 5.

sistemas de r iego por a spersión

rección del viento. Si la velocidad del viento es de 10 km/h, y de

acuerdo a la tabla

5.7

D „

139

Tabla 5.8 .

Puncionamien o del aspersor Modelo

14070 EH.

Presión o

la boqui l la

Boqui l la

3.97 mm X

2.38 mm

Boqui l la

4.76 mm X

2.38 mm

Boqui l la

5.16 mm x

3 18 mm•

Boqui l la

6.35 mm X

3.18 mm



a

0.4'

s,

debe ser igual, en este caso, a la longitud de una tubería estándar

de alum inio, los cuales se fabrican en tramos d e

20,30 y 40 ft. 6.10,

9.14 y 12.19

m, respectivam ente, para el sistema m étrico.

Es fácil notar que la longitud que resultaría más económ ica (me-

nor número de aspersores) sería la máxima longitud posible, en este

caso s =

12.19 m

(40

ft ) . Por lo tanto, este valor sería el p rimero

en probar, ya que la solución del problema requiere de un p rocedi-

miento a prueba y error como fue m encionado anteriormente. Así,

- 100 ft

(30.48

m) y

Aplicando la ecuación

5.17:

= 0.6

1 3 „ ,

=60 ft

(18.29

m)

Una vez definidos s , y

s

r

se calcula

q ,

(12.19

X

18.29)1.164

9.

.720 1/s

360

(kg/cm)

m

msfh

Us

m

mlib

U S

m

msM

lis

m

&in

O S

s

w

n

n

14.8

15 .2

15 .4

15.7

7

4

5

1

0.36

0.41

0.44

0.47

15.2

156

159

163

16.6

1 .55

1.74

1.91

2.06

2.20

0.43

0.48

053

0.57

0.62

I

0

1

e

t

e

2.04

2.29

2.54

2.74

2.92

0.57

0.64

0 . 7 1

0.76

0.81

1 6 . 6

17.4

18.2

18.8

19.4

2.77

3.10

3.44

3.73

3.98

0.77

0.86

0.96

1.04

1.11

Boquillas con

las cuales operara el aspersor seleccionado.

Presión de operación a la boquilla

3.5

kg/cros.

Diámetro de la boquilla principal

5.16

m m

(13/64

in).

Diámetro de la boquilla secundaria

3.18

mm

(1/8

in).

Diámetro de aspersión

2(16.9) - 33.8

m.

Descarga del aspersor (a

3.5

kg/cm

2

) - 0.76

t/s.

Verificar que el aspersor seleccionado no altere sustancialmen-

s. te los limites de operación establecidos, respecto al mínimo traslape

I. de aspersión y de la tasa de precipitación definida en el ejemp lo

5.1.

Si el diámetro de aspersión real será de D

r

, = 33.8

m, y los espa-

: ciamientos ; y s i

son de

12.19 y 18.29

respectivamente

12.19

m

a, = 0.36,

33.8

m

D

0.4

40'

En el sitio W eb de la Asociación de Irrigación do Estados Unidos

se pueden consultar las páginas de m uchos fabricantes de partes,

equipos de bombeo, equipos de fertirriego, tuberías, accesorios, vál-

vulas, controladores, filtros, reguladores, aspersores y goteros que se

utilizan en la instalación de un sistem a de riego; en ellas se pueden

consultar las especif icaciones técnicas de los productos y con ello

apoyar la decisión al seleccionar alguna pieza qu e so requiera incor-

porar a un diseño.

Del catálogo del fabricante de aspersores agrícolas Rain-Bird

Sprinkler mfg Corp; se puede observar varias alternativas de selec-

ción (tabla

5.8).

Según las especificaciones del fabricante se recomienda operar

estos aspersores a una presión m ínima de

3.5

kg/cm', por lo tanto.

nuestro aspersor deb erá tener las siguientes características de ope-

ración.

en

donde a' es el valor del traslape de aspersión (tabla

5.7).

Como

puede observarse la relación entre s, y disminuyó, por lo tanto,

tendremos aun mejores condiciones de traslape que las establecidas

de

acuerdo con la velocidad del aire. Lo mismo podríamos decir de W .

18.29

m

b'

0.54

33.8

m

La tasa de precipitación nos cambiaría a:

d =

.76

X 360 = 1.23

cm/h

(12.19 X 18.29)

Esta tasa de precipitación es mayor

a la definida

en el ejemplo

5.1. esto nos obliga a considerar las condiciones del suelo, el tiempo

de riego

y la capacidad del sistema.

140

ap. S. sistemas de riego

por

aspersión

Las condiciones del suelo nos señalan que de acuerdo con la

tabla 5.2 el valor máximo puede aumentarse en un 25 % para suelos

con pendientes menores del 3 % y cultivos establecidos de alfalfa

como es el caso do nuestro problema.

segunda fax

41

el espaciamiento de los aspersores con el cual se logra la deseada

tasa de aplicación del agua, y el promedio de presión de operación

para el aspersor. El núm ero y longitud de los laterales dicta la longi-

tud y localización de todos los demás componentes de tuberías. El



El tiempo de riego tendrá que ser ajustado a una operación real

del sistema que esté de acuerdo con el aspersor seleccionado. En

este caso

t

2

'

8 cm

10.41 h por riego

1.23 cm/h

Como es más práctico operar horas de riego en números enteros

se puede ver la posibilidad de modificar D' y analizar el efecto de

este cambio en el diseño del sistema.

D'

=

(10 h)(1.23 cm/h) e 12.30 cm

Al modificar la lámina de riego, sin cambiar el intervalo de dias

entre cada riego, lo que estamos haciendo es cam biar el factor do aba-

timiento de la hum edad en el suelo, o sea, "sacrificando" m ás al culti-

vo, aumentando la deficiencia hídrica en la zona radicular, así,

D'

(16,0)1.20

0.75

5.60 cm

Por lo tanto, f

=

0.48, si comparamos este nuevo valor para f

con los resultados mostrados en la tabla 1.3, veremos que sustan-

cialmente no alteraremos los resultados de producción esperada en

el cultivo de la alfalfa.

La capacidad del sistema se tendrá que calcular de nuevo,

tomando en cuenta las modificaciones hechas a partir de la selec-

ción del aspersor, así,

27.78(64)(12.30)

Q

2 X 20

1.12 1/s

El gasto calculado para la capacidad del sistema, Q, después de

haber hecho las modificaciones, nos señalan un aumento. Sin

embargo, el gasto disponible es aún mayor del requerido (cuestiona-

rio del ejemplo 5.1).

Trazado de la red de tuberías

A este punto en el proceso del diseño, se han establecido los

requerimientos de capacidad del sistema, seleccionado el aspersor,

número total de aspersores que operan a un mismo tiempo,

N

1

,

debe

de ser determinado por:

N

Q

ch

El número de aspersores no deberá variar sustancialmente

del resultado expresado por la ecuación anterior o existirá el riesgo

de exceder los limites do capacidad o el tiempo límite do riego. El

número de posiciones laterales a través del ancho del campo N

t es

(fig. 5.3) para los propósitos de terminología, los laterales correrán

a lo largo del campo:

N ancho

, e

(5.19)

El número real de laterales dependerá del número de subunida-

des tal que puede haber u na o m ás divisiones del lateral a lo largo do

cualquier linea lateral en el campo. Una subunidad es una fracción

del sistema de riego que puede operar independientemente del res-

to del sistema. El diseñador deberá especificar el número de subuni-

dades que operen independientemente (donde sea apropiado). en

ambas direcciones de ancho y largo,

k

. N...

De esta manera, el

número de laterales en cada subunidad.

N

i .,

es:

N,

N t u

— y

Mientras que la longitud de esos laterales:

L E

ongitud del campo

N „ „

5.21)

Y

el de aspersores por subunidad es:

MA

I

Debe recordarse que podrá haber una o más subu nidades operan-

do simultáneamente para cubrir el área incluida

en

una subárea

N'.

(5.18)

(5 .20)

N,

u

=

s s

(5 .22)

143

142

_ b

_0-4—o —o

—-4-0-0



Te_i e

Figura 5.3. Trozo

esquemático de

un típico sistema

de

riego por conducto cerrado.

La suma de los aspersores en las subunidades operando a un mismo

tiempo deberá de ser igual al número encontrado usando la ecuación

5.18.

Así,

se previene al lector de que la selección de esos detalles de

diseño es una serie de selecciones restringidas por la necesidad de

llegar a valores enteros de lineas laterales y aspersores.

o

o

o

c

4

8

E

E

—0—o-to— I

—o—o-

1

-o —o

A -eiTcl

—

—o—o-Lo —o—o

—o-4—o—o

I

A 40

A

—

teyendo

_

ubería principal

_

Suciprincipai

—A-- Andiar

Manifold

Lateral con los

aspersores

A-

Unidad de control

P T O

dnite de la

subunidad len la

mayoría de los

casos la línea

subprindpal es el

limite de

la

subunidad)

O

Fuente del agua

Controlador de carga

IP-

A —

>ola- A —

144

145egunda fase

Ejemplo 5.3

Considerando los resultados de los ejemplos 5.1 y 5.2 haga el tra-

zado de las subunidades de riego para un sistema del tipo movi-

miento-alto, considerando lineas laterales móviles.

En el caso de una línea lateral debe considerarse que el primer

aspersor se encuentra a 0.5 s, de la entrada del agua a la tubería y

que el último también estará a una distancia 0.5 s, del limite del

área a irrigar.



Sol

ución

A partir del plano del campo ̀iostrado en la figura 5.2 se define

primeramente en forma prevista el ancho y largo del campo. En este

caso, el ancho del campo será dado por la dimensión que correspon-

de a la orientación norte-sur y lo largo del campo por la dimensión a

la orientación este-oeste.

Un aspecto importan te para definir el trazado de las subunidades

y la correspondiente orientación de las líneas láterales es el conside-

rar que éstos estén:

a)

Perpendiculares a la dirección predominante de los

vientos.

b)

Correr perpendicularmente a las pendientes principales del

terrenos siguiendo el contorno.

Estos dos aspectos deben de cumplirse tanto como sea posible.

91.12 t/s

— 0.76 t/s = 120 aspersores

El número de posiciones laterales será igual

a :

N =

800

m

18.29 m

—

4

posiciones

A este punto el diseñador debe decidir sobre el número de subu-

nidades que deberá tener el sistema

-

lentos lo ancho como a lo lar-

go del campo. Así, consideramos Como una primera opción que:

N„

r2 *: •

800m

=

400 m

Esto nos resultaría en lineas laterales

de 400 m de longitud.

El número de aspersores por línea lateral. N,

*

(en este caso una

línea lateral es una subunidad), seria igual a:

(400—

12.19)m

N„ a

2.19 m

32

aspersores

Una vez definido el número de aspersores por cada subunidad.

se

debe especificar el número de subunidades que operarán

simultáneamente, .151,t, .

M

5 1 ,

20 aspersores

E ,

32 aspersores

e 3

75

Como el número de lineas laterales que operen simultáneamen-

te debe ser un número entero, se requiere a este punto hacer un

ajuste. Si

N,2, = 4, entonces

N, = 4.0 X 32 aspersores = 128 aspersores

esto requiere de una reconsideración en la capacidad del sistema. Así

Q = 128 aspersores X 0.76 -aspersor = 97.28 t/s

Un cambio en el gasto que requiere el sistema deberá por

supuesto, alterar el intervalo entre riegos

27.78(64)(12.3)

F'

97.28(20)

1.24 días

Lo cual no resulta significativo y puede seguirse manteniendo el

mismo intervalo establecido anteriormente..

-

Las subunidades de riego de este sistema quedarían trazadas de

acuerdo con la figura 5.5.

DimI nsioneide las

tuberías

El objetivo do determ inar el tamaño de las tuberías desde el late-

ral a la l ínea de suministro de la fuente original del agua queda esta-

blecido en dos propósitos fundamentales.

1 .

Asegurar una aplicación uniforme del agua de riego.

2.

Efectuar un balance a mínimo costo entre el costo de la tube-

ría y los requerimientos de energía.

e

E

146

147

segunda fase

Urea Lateral

127 mm

e

emplear en

su lugar técnicas

de

investigación de operaciones

pa

ra calcular el sistema con un mínimo costo. Tal que los procedi-

entos en

el

diseño

de

las tuberías

será

común a

otros

tipos

de sis-

temas de riego (notablemente al riego por goteo) una discución más



E

e

E

E

o

o

4 1 1 : : : 1 1

,

1 1 ( 1 1 1 1 : : l e : . . Y . ( 1 1 : 1 0 : : 1 ( 1 1 : : D : I : 4 1 )

Pozo profundo

: : D

m

m

0

2

m

m

Dirección de avance

de la línea lateral

813..? r

Figura

5.5.

Trozado del sistema

do

riego por

aspersión del ejemplo 5.3.

Es

posible

utilizar

dispositivos que controlen la presión y

el flujo

para manejar la presión donde ésta no

sea

tan crítica, pero el exceso

de

presión implica que las tuberías

y/o las bombas

han

sido sobre-

diseñadas.

Una

práctica general en el diseño de un sistema de riego por

aspersión

es

la de diseñar todas las tuberías

do

tal manera que la

descarga

de

cada aspersor dentro de una misma subunidad esté

dentro del 10 % de la descarga de diseño. Debido a

que la

descarga a

través de la boquilla en el aspersor varía con la raíz cuadrada de la

presión,

10 %

de

variación en la descarga puede ser obtenido

si las

presiones son

mantenidas dentro

de

un

límite de 20 %.

La práctica

generalizada en

el diseño

ha sido seleccionar de dos a cuatro dise-

ños y posteriormente escoger el que funcione mejor de acuerdo con

los dos objetivos anteriormente mencionados. Sin embargo, es posi-

amplia a este respecto será tratada en

el

Capítulo

8

Ejemplo 5.4

Determine el

diámetro de las tuberías indicadas en el trazo de

subunidades del ejemplo

5.3

y especifique las condiciones de

rabeo correspondientes.

Solución

Para calcular los diámetros de las tuberías es necesario primera-

mente especificar el

material de la tubería

a utilizar.

Si

en este caso

/

se

optara por líneas

laterales

de aluminio y el resto

de las

tuberías

fijas

bajo la superficie, usando

material

de PVC (sistema semi-

tátil).

En este caso,

cada

línea

lateral de 400

m

de cobertura con

32

as-

,,

persones,

sería

considerada

como

una subunidad.

Por

tanto,

si

estable-

cemos el criterio de diseño

de

que las diferencias de

descarga

dentro

de

una misma subunidad

no

deben variar

más de

10

%; tendre-

mos que

esto

nos

resultaría en

una

variación en las presiones de no

1

más

de un 20 % a todo

lo

largo de la línea lateral. Si al aspersor más

cercano

a la entrada

del

agua a

la tubería

lateral se

le definiera su

descarga como

una

q,, y

al

último

aspersor como una

descarga

q

e

pudiéramos

establecer dichos valores alrededor del valor promedio

de descarga q

a

(descarga de diseño). Así

q,

=

1.05 q

a =

1.05(0.76

t/s)

=

0.80

t/s

q e

=

0.95 q

c ,

= (0.76

t/s) =

0.72

t/s

Si

la

ecuación general

de

descarga de un aspersor

es igual a la

ecuación hidráulica de la descarga a través de un orificio, entonces

q, = C

E

,A 12gH

1 )

En

donde

C

c

os un coeficiente que considera la geometría

del

área

de flujo

y

vale aprox.

0.95,

A es

el área de

la

boquilla

del aspersor:

g.

la constante gravitacional y FI, la

carga de operación del aspersor.

N

148

ap. 5. sistem as de riego

por

aspersión

Si

en

la ecuación anterior

4 =C

o

et 115

2 )

K

D / 1 1 /

2

3 )

segunda fase

49

Sustituyendo estos valores en la ecuación 7

AH

u

= (38.5 — 31.5) m = 7.0 m de agua

Si se conoce el material a em plear (aluminio), es fácil determi-



En aspersores iguales, operando a lo largo de una línea lateral el

coeficiente

4

s una constante para todos y lo que varia es

H .

Por lo

tanto, si

ch

= 1.10

4)

Y sustituyendo 3 en 4, tendríamos:

K

D

q ,

H e/ 2

H ,

= 1.20

—

li

2/

z

.10,

5 )

(6)

La anterior nos indica que para lograr una diferencia entre las

descargas de los aspersores no mayor e un 10 % dentro de una mis-

ma subunidad, tendremos que mantener como máximo una varia-

ción en las cargas de aproximadamente un 20 %.

La ecuación que describe las variaciones permisibles a lo largo

de la línea lateral es:

A b l

u = 11

1

— 1 1 „

7)

En donde All

u

son las variaciones permisibles de carga en la

tubería lateral.

En nuestro ejemplo:

= 1.101-1

0

8 )

0.90H

0

9 )

En donde 11„ es la carga de operación de diseño (3.5 kgm/cmz

= 35 m de agua, ejemplo 5.2). Así

1 1 ,

=

1.10(35) m = 38 .5 m do agua

H ,

=

0.90(35) m = 31.5 m de agua

nar el diámetro si conocemos las variaciones de carga a pérdidas de

carga o pé rdidas de carga permisibles en la tubería, empleando una

de las ecuaciones empíricas que determinan las pérdidas de carga a

lo largo de una tubería. Aplicando la ecuación de Hazen-Williams

obtenemos:

o) Si no ex isten diferencias de altura significantes a lo largo de

la línea lateral

M'u =

Lig)

1.21 X 10

1 0

í 1

' —

10)

b)

Si existen diferencias de altura significante a lo largo de la

línea lateral

1.21 X 1010

9

. ° 5 2

(14(F) ± AZ

A H L ,

En las ecuaciones anteriores, D

1

es el diámetro de la tubería late-

ral en mm,

Q4

el gasto que entra a la tubería en t/s, es la longitud

de la línea en m,

F

es el factor de ajuste para co ntabilizar el efecto de

las salidas múltiples igualmente espaciadas (aspersores) y AZ es la

diferencia en elevación entre los extremos de la tubería lateral,

la

cual puede resultar positiva o negativa segú n las elevaciones

correspondientes a cada uno de los extremos de la línea lateral.

En nuestro ejemplo so p uede asumir que las pendientes a lo lar-

go del campo (este-oeste) no son significativas, por lo tanto, se puede

aplicar el primer caso para definir el diámetro de la tubería.

13

.21 X 101 0

[ 24.32

l's"

(400)(0.357)

7.0

20

D. M'

119.04 mm

El diámetro de fabricación com ercial inmediato superior en

material de aluminio es de 127 mm (5 in). Por lo tanto, el diámetro

de la tubería lateral resulta ser de:

D e =

127 mm

150

ap. .s. sistemas de riego p or aspersión

El número máximo de aspersores

(N„)

igualmente espaciados (S.)

para una línea lateral de aluminio de diámetro conocido

(D,)

se puede

obtener al sustituir en la ecuación 1 0 del ejemplo 5.4;

AH

L

, =

0.20

H „

Q =

I V . ,

x

qa, 4 = N

o 1

x

S „ F =

0.351 y

C

= 1 20, de donde se obtiene

la siguiente ecuación:

segunda fase

5 1

Aplicando la ecuación 16, obtenemos que:

L o s

primeros 200 m

de

tubería principal después de la bomba serán de un diámetro de

200 mm (8 in) y los restantes 200 m serán de 15 0 mm (6 in).

Una vez determinados los diámetros de las tuberías es necesario

especificar la carga requerida a la salida del equipo de bom beo. Esta

carga de bombeo puede calcularse a partir del extremo de la línea



[(D

b ) 4 X S

s

1.96

(D

)

5

(12)

En donde

D,

es el diámetro nominal del tubo en pulgadas,

D b

e s

el tamaño prom edio de la boquilla del aspersor en pulgadas y

S,

es l a

separación entre los aspersores en pies.

Las tuberías de conducción (tubería principal) serán de m aterial

de PVC

y

se instalarán bajo la superficie del suelo.

Por consideraciones prácticas y económicas, frecuentemente es

deseable usar tuberías de varios diámetros a lo largo de la tubería

principal, debido a que el gasto de conducción se irá disminuyendo

conforme avance a lo ancho del campo (norte-sur). Así, tanto en la

dirección de aguas arriba como en la de aguas aba jo, tendremos.

•

Los primeros 200 m conducen un gasto de 48.64

t/s.

• Los segundos 200 m conducen un gasto de 24.32

t /s.

Una consideración práctica para determinar el diámetro de una

tubería de PVC es el límite máximo de la velocidad del agua dentro

de la tubería, lo cual nos guía al mínimo costo inicial, pero no consi-

dera el costo de bombeo , en las posibles alternativas de solución.

Los fabricantes de tuberías de PVC recomiendan una velocidad

máxima

del

agua dentro de la tubería de 1.5 m/s. Así,

V

< 1.5 m/s

Aplicando la ecuación de continuidad

Q =

V A

Si el área de flujo,

A,

puede definirse como:

A

=

4

En donde

D

I ,

es el diámetro de la tubería principal, sustituyendo

las ecuaciones 13 y 15 en 14 y despejando para

D , , ,

obtenemos

ple-7

it1.5

principal que ocupará la ú ltima posición lateral o a partir de la sub-

unidad más crítica. En este ejemplo, la posición lateral más alejada

de

la estación de bombeo (y más crítica) será la localizada en el ex-

tremo aguas arriba de la línea a tubería principal.

La ca rga que requiere el primer a spersor en la línea lateral es de:

H, =

38.5 m de agua

La carga

H ,

que se requiere a la entrada de los últimos 200 m de

tubería principal es de:

I-1, — FI, +

1.21

X 10

1 °

(

24.32

\i.sse

(200) + 5 m

(150)

4 8 7

50

H, =

45.60 m de agua

La carga que se requiere a la entrada de los primeros 200 m, H

2

de

tubería principal es de:

H

2 =

1.21 X

.

10'°

( 48.64 )

(200) + 5 m

. 8 5 2

H2 =

52.47 m de agua

Tal que

H

z

es la carga a la entrada de la tubería principal, ésta será

también la carga a la salida de la bomba; por lo tanto,

H E =

52.47

m de agua = 5.247 kg/cm

2

De esta manera, la bomba deberá desarrollar una carga de bom-

beo de

5.247

kg/cm

2

contra un gasto de bombeo de aprox. 97.281 /s.

EL DISEÑO DE LO S SISTEMAS

DE RIEGO POR ASPERSIÓN DE

MOVIM IENTO CONTINUO

La escasez de la mano de obra en el campo para operar sistemas

de riego manua les, en conjunto con los progresos logrados en el des-

arrollo de la mecanización agrícola ha traído como consecue ncia un

notable incremento en el uso de sistemas de riego por aspersión de

•

(13)

(14)

(15)

- - -

(16)

(200)

4 . 2 7

50

152

ap.

5.


movimiento continuo. Estos sistemas se caracterizan por contar con

una linea kteral con aspersores que permanece unida a una linea ali-

mentadora de agua de riego sobre el campo .

Los tres tipos de sistemas de riego por aspersión de movimiento

continuo que con mayor frecuencia se emplean son:

diseño de lo s sistemas de riego

53

un suelo de textura media vs. la

curva de distribución de la precipita-

ción de un sistema de m ovimiento continuo. Se trata también de mos-

trar una tasa de precipitación para un sistema estacionario, la cual es

aproximadamente igual a la tasa de infiltración básica del suelo, que

en este caso es de 0.5 6 cm/h. Bajo la tasa do precipitación del sistema



T

d

D

r

e

s

O

n

k

m

a

3

4.5

15

13

2.0

0

S

Curva de infiltración de un

suelo de textura media

2.0

Tasa de precipitación

de

un sistema de

movimiento continuo

-1.0

1

Tiempo

en

horas

25

.0

o

Tasa de infiltración básica

3.0 —

1.

Los sistemas de movimiento lateral continuo.

2.

Los sistemas de gran cañón viajero.

3.

Los sistemas de pivote central.

A d iferencia de los sistemas estacionarios de riego p or aspersión

que aplican el agua de riego a tasas de precipitación relativamente

constantes, los sistemas de movimiento continuo aplican tasas do

precipitación sobre un punto en el campo que van desde cero, in-

crementándose luego hasta un valor máximo, para después d ecrecer

nuevamente hasta cero a medida que el sistema pasa sobre dicho pun-

to en el campo. La figura 5.6 m uestra una curva

de

distribución de

precipitación en un sistema de mo vimiento continuo.

Mempo (minutos)

Figuro 5.6. Curva de la toso de precipitación de aspersión so bre un punto e n el campo para

los sistemas de movimiento continuo latero . (Adaptada

de

Claude H. Pah.

uf v.. 1975.)

Esta condición de tasas, variables de precipitación en los sistemas

de movim iento continuo comp lica la selección de una tasa de preci-

pitación de diseño. La figura

5.7

muestra las curvas de infiltración de

de movim iento continuo puede observarse que este sistema puede

provocar potencialmente un escurrimiento sup erficial en este tipo de

suelo, aunque la severidad de tal escurrimiento dependerá también

de la pendiente que tenga el terreno, dado que en suelos con po ca

o nula p endiente puede permitirse

e l

tener un cierto encharcamiento

superficial de agua sin que ocurra un escurrimiento. Este último as-

pecto es muy imp ortante y se verá en detalle cuando se trate el diseño

de los sistemas de movimiento lateral continuo.

Figura

3.7.

Curvos de infiltración de un suelo y de lo precipitación de aspersión de un sistema

de movimiento continuo.



157

Tabla 5.9.

Valores de enchar-

camiento superficial permisible

para varias pendientes.

W

_

Dirección del avance

del s i s t e m a

L ,

Pendiente

ncharcamiento

(porcentaje)

ermisible

(cm)



V=

3 0 1 - 1

(5.27)

— i

5.29)

dm &

Vocicia0

de infiltración,

i

(cmih)

amilia de suelos

0.5

0.4

0.3

2.235t

-

.057t

-

° 6 9

i

. 3 2 1 1

-03e

4

(5.30)

Una vez definidos los términos que intervienen en la velocidad a

la cual se encharca el agua, se puede determinar el valor que alcen-

.Zará el encharcamiento superficial del agua, S, en cm,

S =

st

f,

Figura 5.9. Ilustración de la operación del sistema de riego del tipo lateral de movimiento

continuo.

En donde

A

es el área a irrigar en hectáreas, y

H

es el número

total de horas para irrigar todo el campo.

F I =F"

• Fr

5.26)

Si el recorrido que debe hacer el sistema para comp letar un riego

es 2L, entonces, la velocidad de ava nce

V,

en m/min del sistema para

aplicar una lámina bruta

D e

es calculada mediante:

Esta velocidad de avance debe de ser de tal magnitud que permi-

ta al patrón de precipitación pasar sobre cualquier punto del terreno

sin causar escurrimientos. Así, la velocidad mínima de avance pue-

de calcularse en función del tiempo máx imo permisible de perma-

nencia sobre un punto en el cam po del patrón de precipitación, en

este caso,

V =

r

30t

5.28)

Donde t es el máximo en horas para que el patrón

de

preci-

pitación elíptica pase sobre un punto. Este tiempo deberá causar

solamente sobre la superficie del suelo el valor del encharcamiento

de agua permisible de acuerdo con la pendiente del terreno, como se

indica en la tabla 5 .9.

Canal o tobetta con rndrantes

0-1

1.30

1-3

0.75

3-5

0.25

La

velocidad a la cual se ench arca la superficie del suelo,

s

en

cm/h, puede estimarse mediante:

En la cual

i

representa la velocidad de infiltración del suelo bajo

Llego por aspersión. El Servicio de Conservación de Suelos de Esta-

os Unidos ha caracterizado las ecuaciones de velocidad de infiltra-

n en grupos de " familias" de suelos, a los cuales ha agrupado de

acuerdo con un valor, por ejemplo, 0.5,0.4,0.3, etc. Este valor indica

in/h la tasa de infiltración básica aproximada de dicho grupo de

suelos. La tabla 5.10 m uestra las ecuaciones propuestas para con-

diciones de infiltración bajo aspersión, para tres grupos de dichas

laminas de suelos.

Tabla 5.10.

Ecuaciones de velocidad

de

infil-

tración bajo condiciones

de aspersión para

diferentes suelos.

158

ap. 5. sistemas de riego por aspersión

Sustituyendo la

ecuación 5.29 en

la ecuación 5.30 obtenemos

S

= d

a„, t —

t

5.31)

En donde,

C .

y

x

son el coeficiente y el expon ente del t iempo

iseno de los sistemas de riego

59

sistemas de movim iento mecánico, y sus requerimientos de man o

de obra son bajos.

Estos sistemas pu eden ser usados en sup erficies de diferentes

condiciones topográficas, desde terrenos a nivel, hasta superficies on-

duladas e irregulares. Puede también emplearse en campos que ten-



respectivamente en las ecuaciones de

velocidad de infiltración de la

tabla 5.10.

Si en la ecuación 5.31

S

tiene el valor especif icado en la tabla

5.9, el t iempo t puede ser encontrado a prueba y error resolviendo

la ecuación 5 .31.

Cuando so tiene calculado el tiempo máximo que puede du-

rar el patrón de precipitación sobre un punto en el campo sin

causar escurrimientos , la velocidad mínima de avance queda es-

tablecida en conjunto con la lámina bruta de agua que se puede

aplicar (ecuación 5.25).

Adem ás de este análisis existen otras opciones para prevenir el

encharcado de las rutas a fin de evitar el atascado de los trenes de

trasmisión, como: rociadores de huella seca, rociadores de medio

círculo a uno y otro lado de cada torre de imp ulsión, tratamiento

del suelo sobre las rodadas, compactación de las rutas, labranza de

conservación y en ocasiones se cancelan las bajantes a uno y otro

lado de los trenes de trasmisión.

Sistemas de gran cañón viajero

Este tipo de riego por aspersión consiste en un vehículo equipado

con ruedas y un aspersor gigante que arrastra una manguen flexible

que

lo

une al suministro de agua de la tubería principal. Este vehícu-

lo es frecuentemente impu lsado mediante un m ecanismo hidráulico

que funciona con el agua a presión que llega a través de la mang uera.

La trayectoria de avance es gobernada por u n cable de acero que se

acopla en un carrete de enrollado en el vehículo y se fija en el otro

extremo al final del campo.

Su aspersor gigante opera frecuentem ente a presiones de 4.0 a

5.5 kg/cm 2

, descargando gastos que van de 10 a 40

t/s cubriendo

áreas de 60 a 180 m de diámetro. Las trayectorias que recorren estos

sistemas usualm ente se encuentran separadas unas de otras de 50 a

100 m . Su ma nguera flexible puede tener de 100 a 200 m de largo,

que le perm iten al sistema recorrer trayectorias de riego de 200 y

hasta 400

m de largo (fig.

3.24).

El gran cañón viajero riega franjas rectangulares de terreno y es

adaptable a un amplio rango de tamaños y formas de campos de cul-

tivo. Su costo inicial por hectáreas es más bajo quo la mayoría de los

gan algunos obstáculos tales como líneas de alta tensión, árboles y

edificios.

Algunas de las limitaciones de este tipo de sistema se relacionan

con los problemas causados por los suelos arcillosos que tienen

velocidades de infiltración muy bajas. además de que tienden a

causar problemas de tracción en el avance del sistema. Vientos

fuertes tienden a distorsionar grandemente el patrón de precipita-

ción reduciendo la uniformidad del sistema en un m ayor grado de

lo que ocasiona en otros tipos de sistema d e riego por aspersión. El

vehículo y la manguera de alta resistencia deben p ermanecer fuera

del área de siembra en algunos cultivos. La m anguera flexible pue-

de dañarse si es arrastrada sobre rocas ásperas, cercas de alambre de

púas y vidrios rotos,

aunque

dichos daños pueden ser reparados de

alguna manera.

D I S E Ñ O Y F UNC IONAM I E NTO

DEL GRAN CAÑÓN VIAJERO

El funcionam iento de este t ipo de sistemas depende de dos fac-

tores primordialmente: I. un diseño apropiado del sistema, y

2.

un

apropiado funcionam iento mecánico de la unidad seleccionada.

Para diseñar este tipo de sistemas se requiere seguir los siguien-

tes pasos:

I. Determinar la capa cidad del sistema.

2 .

Seleccionar el aspersor y mangu era.

3 . Trazar el sistema y su funcionam iento.

4 .

Determinar las pérdidas de carga y la carga total requerida.

5 .

Calcular las necesidades de bom beo.

La capacidad del sistema puede calcularse como so planteó en la

primera fase del diseño por medio de la ecuación 5.7,

27.778 A•D'

Q4 '-1-1

En donde Q es la capacidad del sistema en Vs,

A el área a irrigar en

hectáreas, 1Y es la lámina

de riego en cm, F ol

intervalo de días entre

160

ap.

5. s i s temas de r iego

por

aspers ión

riegos y 1-1' el número d e horas por día que funcionará el sistema.

La o peración del sis tema se interrumpe de t iemp o en t iempo

para desplaz ar al sistem a hacia otra línea de avance en la cua l se

vuelve a cone ctar la mangue ra en otro hidrante a lo largo de la línea

principal. También el vehículo con el aspersor tiene que ser despla-

zado de l ínea en l ínea a través del campo. E ste movimiento requiere

161

Tabla

5.11.

Guía p ara seleccionar el

n

t a

cañon v

maño del diámetro de

la manguero en los sistemas

de

gra

iajero.

Longi tud estándar

de la manguera (m)

100. 150. 200

Descargo de l

aspersor . t l s

Diámet ro

recomendado (mm)



aproxima damente de 45 m inutos. La operación del sistema al día

tiene que ser reducida por el número de desplazamientos de la

manguera y vehículo que se realizen durante el día.

Generalmente, en estos sistemas la capacidad del sistema se

descarga a través de un solo aspersor, sin embargo , el gasto de des-

carga de cada aspersor puede también ser una fracción de la capaci-

dad del sistema.

Q = kq

5.32)

En donde q es la descarga del aspersor en t/s, y k es un submúlti-

plo de Q.

La tasa de precipitación de aspersión no debe exceder el

nivel de encharcam iento permisible sobre la superf ic ie del suelo

como fue especificada para los sistemas de m ovimiento lateral con-

tinuo. La tasa de precipitación de aspersión promedio para asperso-

res de círculo completo es

200

200

200

200

Las mangueras se deforman de '/, a

3

/, in en diámetro al presorizar el

sistema.

del movim iento deberá orientarse ángulo recto respecto a la direc-

ción del viento, y el movimiento en dirección perpendicular a

pendientes pronunciadas debe evitarse tanto como sea posible.

La distancia entre l íneas de movim iento es basada en el diáme-

tro de hum edecimiento del aspersor y la velocidad del viento. La

tabla

5.12 os muestra

las amplitudes típicas entre líneas de movi-

miento,

st,

n

en relación con el diámetro

de aspersión del sistema.

Hasta 10

10 a 20

15

a 40

25 a 50

30 a 65

75

100

115

125

d =

X 360

arz

(5 .33)

Tabla

5.12 .

Relación entre s

t

y D

r

para

diferentes veloci-

dades de

vientos.

Velocidad del

viento

(km/h)

sin viento

5

6

7

8

9

10

1 1

12

13

14

15

Arriba de

15

En donde

r

es el radio de aspersión en m. Frecuentemente estos

aspersores giran sólo parcialmente describiendo círculos parciales

de 270° y 180° con el objeto de mantener relativamente seco el suelo

sobre el cual se desplaza el vehículo. En este caso, la tasa de precipi-

tación de aspersión debe ajustarse proporcionalmente.

M ediante la aplicación de la ecuación 5.33 se puede d eterminar

el diámetro de aspersión 1D,„.

Dw =

2r

5 .34)

Que en conju nto con el gasto de descarga del aspersor q nos ayu-

dan a seleccionar al aspersor que funcionará

en

el sistema.

Lo siguiente es la selección del tamaño de la m anguera flexible

de alta resistencia. Una guía pa ra este propósito se presenta

en

la

tabla 5.11.

Para el trazado del sistema, la dirección

prevalec iente

del viento

y las pendientes del campo deben ser considerada s. La dirección

0.80

0.70

0.60

0.50

162 ap.

5. sistemas de riego p or aspersión

La velocidad de avance del sistema, V, expresada en m/min de-

finida mediante la ecuación.

V = L

60H

(5 .35)

gran cañón majen)

63

demente a nivel mundial hasta en años recientes, debido primor-

dialmente a sus bajos requerimientos de mano de obra.

Estos sistemas consisten en una línea lateral con uno de sus

extremos fijos a un punto de pivote mientras que el otro extremo se

desplaza en círculos alrededor del punto pivote. El agua entra al sis-

tema a través del extremo fijo. La línea lateral es soportada por



En la cual, Los la longitud del recorrido total del gran cañón via-

jero durante las horas de riego totales que emplea el sistema para

completar un riego en todo el campo, H.

La lámina de riego promedio que aplica el sistema D' está en

función de la descarga del aspersor, el espaciamiento entre líneas de

movimiento y la velocidad de avance del sistema. Asi

torres metálicas, las cuales son desplazadas por unidades motrices

equipadas con propulsión individual, montada sobre grandes rue-

das. Estas torres están separadas unas de otras de

25 a

75

m y la lon-

gitud de la linea lateral varía frecuentemente de

50

a 800 m.

La línea lateral es mantenida en forma alineada durante el movi-

miento del sistema alrededor

del punto pivote mediante

un sistema

(5 .36)

Aphcacen del agua a lo largo del lateral

Estos sistemas pueden regular su velocidad de avance entre velo-

cidades tan bajas como

0.12

y hasta 2.0 m/min, lo cual le da la posibi-

lidad de aplicar un amplio rango de diferentes láminas de riego.

Sin embargo, la lámina de riego De debe ajustarse a las necesida-

des netas do humedad en la zona radicular,

D P H ,

de tal manera que

en conjunto con la eficiencia de aplicación

E.

y la ovapotranspiración

diaria del cultivo coincidan con el intervalo entre días de riego,

DPH =

5.37)

Y

Era DPH

5 .38)

De no ajustarse los valores arriba mencionados a las característi-

cas originales de diseño establecidas en la determinación de lacapacidad del sistema, Q. el recorrido de viaje L del gran cañón via-

jero o la velocidad de avance deben de modificarse.

Finalmente, la mínima velocidad de avance V„„„ , (lámina de rie-

go máxima) debe determinarse con base en las condiciones de infil-

tración y pendiente del suelo.

L os sistemas de pivote central

Este tipo de sistemas de riego por aspersión fue por primera vez

patentado en el año de

1952,

aunque su uso sólo se extendió rápi-

25 % .

del área

Porcentaje

Longitud del lateral

Ha

100

400

50 26

/5

347

37 10

50

283

25 13

25

200

12 57

5./O.

Delación

de Oreas

boto riego y distancias del lateral

poro una

uniforme aplica-

clan

del agua.

(Adaptado

de (Anude Si. Pair.

ed..

1975)

164


de control que regula la velocidad de avance en cada torre. En caso

de que la alineación del sistema falle un dispositivo de seguridad

automáticamente suspende el funcionamiento de todo el sistema do

riego antes de que la linea lateral u otra parte del sistema resulte

dañada.

gran cañón viajero

65

ño de las boquillas y su espaciamiento a lo largo de la línea

lateral.

e) Usando rociadores con diferentes tamaños de boquillas (fig.

5.11) .



áT

Tswooks111

114,

:-. cm- ?.::ores oc cacc:a

setim itrattoo

rmilu

nulman

alineut(Ii

El mecanismo de las unidades motrices instaladas en cada torre

es impulsado por diferentes tipos de unidades de potencia como son:

1 .

Impulsión hidráulica con agua a presión.

2.

Impulsión hidráulica con aceite a presión.

3 .

Impulsión de motor eléctrico.

4.

Impulsión de aire-presión.

Aunque inicialmente estos sistemas de riego operaban primor-

dialmente con unidades motrices de impulsión hidráulica con agua

a presión, en la actualidad la impulsión

de

las torres se hace casi pri-

mordialmente a base de motores eléctricos de 1/2 , X14, 1 o 1

'h

HP.

Las tasas de precipitación de aspersión

en los sistemas de pivote central

La tasa de precipitación a lo largo de la línea lateral en un siste-

ma de pivote central tiene características únicas, puesto que los

aspersores o emisores más alejados del punto pivote irrigarán una

mayor área por unidad de tiempo de la que riegan, los que están cer-

ca del punto pivote. Esto significa que la tasa de precipitación varia

a lo largo de la línea lateral desde valores muy bajos cerca del punto

pivote y hasta valores relativamente altos en el otro extremo de la

línea.

La tasa de precipitación de aspersión es determinada por el

tamaño de las boquillas de los aspersores o emisores, la presión a la

boquilla, el espaciamiento entre aspersores o emisores, la longitud

de la línea lateral y el tipo de aspersor o emisor usado.

Existen tres variaciones comúnmente empleadas en el arreglo

de la disposición de aspersores o emisores a lo largo de la línea late-

ral) para lograr distribuir la tasa de precipitación de aspersión en los

sistemas de riego do pivote central, éstas son:

a)

Aspersores de diferentes tamaños son colocados a lo largo de

la línea lateral.

b)

Usando aspersores de tamaño intermedio variando el tema-

Aspersores de

varios tamaños

isaaSSIII1

111"

1

w - st

n

in v4 1

1 a

1 n

Aspersores de tamaño intermedio

Figura 5.11.

Variaciones en la disposición de los emisores a lo largo de la línea lateral de un

pivote central.

El arreglo usando rociadores da las tasas de precipitación más

altas a lo largo del lateral. Una ventaja de este tipo de emisores es su

baja presión de operación, la cual usualmente es de 40 Psi (2.8 kg/

cm'). El arreglo de aspersores de tamaño intermedio proporciona en

ma gnitud la siguiente tasa de precipitación de aspersión debido a que

la cobertura de precipitación llega a cubrir en promed io 27 m a lo lar-

go de la línea lateral; estos sistemas generalmente operan a presiones

de

65

a 75 Psi (4.5 a 5.3 kg/cm9 al punto pivote.

Las tasas de precipitación más bajas pueden obtenerse en líneas

laterales en donde se arregle una distribución de aspersores de

varios tamaños, usando aspersores pequeños cerca del pivote y rela-

166

ap.


por

aspersión

t iva mente grandes al extremo final del sistema. El área de cobertura

del último grupo de aspersores alcanza diámetros de aproximada-

mente 50 m. En estos sistemas la presión recomendada al punto

pivote frecuentemente es de alrededor de 100 Psi

(7.0

kg/cm=).

En los sistemas de riego de pivote central con arreglo de rocia-

dores, la tasa de precipitación de aspersión alcanza valores de hasta

gran Cañón viajero

67

que gobiernan el avance del sistema.

Por otra parte, nos concretare-

mos al

análisis del diseño y operación de estos sistemas desde el

punto de vista agronómico y de riego.

En el diseño y operación de estos sistemas existen tres elemen-

tos que deben ser ajustados entre sí para lograr un resultado satis-

factorio. Estos tres elementos son:



8.0

cm/ h a una distancia de

400 m

del punto pivote, mientras que en

un sistema de pivote central con arreglo de aspersores de varios tama-

ños la tasa de precipitación de aspersión para una distancia similar

desde

el

punto pivote solamente alcanza valores de

2.0

cm/h.

El diseño de un sistema de riego

de pivote central

Siguiendo los pasos generales delineados en la primera parte del

diseño de los sistemas de riego por aspersión, de esta sección, en

donde para obtener los datos básicos y elaborar los cálculos prelimi-

nares de un diseño se iniciaba calculando la capacidad del sistema a

partir del uso consuntivo máximo del cultivo, ol área a irrigar y la

eficiencia de aplicación del agua. En estos sistemas de riego el área a

irrigar A en hectáreas, es determinada por la longitud del radio del

área irrigada (sistema circular) R, de tal manera que

r e f l

2

A —

1 X

10

4

(5.39)

Una particularidad de estos sistemas es que en su diseño fre-

cuentemente el sistema es calculado para operar durante varios

días continuamente, en especial aquéllos en que el cultivo pre-

senta el mayor uso consuntivo, por

lo

tanto una ecuación para calcu-

lar el gasto que requiere el sistema, estaría dada por:

Q

1.16Ar

d

(5.40)

En donde Q. es el gasto que requiere el sistema do riego de pivote

central, ET

es la tasa de evapotranspiración de diseño o uso con-

suntivo máximo del cultivo principal expresado en cm/día y E, es

la eficiencia de aplicación en posición de acuerdo con la tabla 5.1.

El resto del diseño del sistema se concretará a definir los aspec-

tos de la ingeniería de riego, y no está dentro del panorama do esto

texto definir el diseño de la estructura metálica de soporte, el sis-

tema de impulsión, ni la descripción de los circuitos electrónicos

a)

Las características de infiltración del suelo bajo condiciones

de aspersión.

b)

Los requerimientos de humedad del cultivo.

c)

Las características propiamente del sistema.

La lámina neta de riego que el sistema puede aplicar por revolu-

ción dependo de la velocidad del sistema y del uso consuntivo

del

cultivo.

ETan

im

24

En donde?...

es la lámina neta de riego en cm y H es el número de

horas en que el sistema da una revolución completa.

El tiempo en horas que requiere el sistema para dar una revolu-

ción completa depende do la velocidad de avance de la último torre

y de la distancia de ésta al punto pivote. Así

9.55V

5.42)

En donde F t , .

es la distancia en m desde el punto pivote hasta la

última torre y V es la velocidad de avance en m/min.

La lámina de riego que aplica el sistema por revolución depende

una vez que la tasa de precipitación de aspersión queda establecida.

únicamente de la velocidad de avance del sistema. Tal que la tasa

de precipitación es fija, la lámina de riego depende del tiempo qua

sobre cualquier punto en el campo se mantenga

sobre

éste el patrón

de precipitación de aspersión. Así, podríamos afirmar que mientras

más despacio se desplaza el sistema sobre el campo, más tarda en

dar una revolución completa aplicando a su vez una mayor lámina

de riego.

En este

tipo do

sistemas es importante especificar la máxime

lámina do riego quo puede aplicar el sistema a la zona radicular

por

revolución. Dicha máxima lámina de riego depende de la cantidad

de agua que puede retener el suelo a capacidad do campo en suelos

cuya velocidad de infiltración sea muy grande o como sucede en la

(5.41)


89

Hasta aquí, es fácil observar que la tasa de precipitación

de

aspersión debe combinarse con un tiempo de riego que permita

pasar el patrón de precipitación sobre un punto en el campo, de tal

manera que sólo se encharque el agua sobre la superficie de acuer-

do con los valores mostrados en la tabla 5.9. Dicho tiempo de exposi-

ción del suelo a la tasa de precipitación de aspersión debe calcularse

168


mayoría de los suelos agrícolas en los cuales la máxima lámina de

riego depende la velocidad mínima de avance que el sistema puede

sostener sin causar escurrimiento superficial del agua de riego.

Para definir la velocidad mínima de avance del sistema se hace

necesario definir la tasa de precipitación de aspersión. El gasto de

agua que se descarga sobre una banda de superficie de 1 m de ancho



de acuerdo también con las ecuaciones 5.31, y las mostradas en la

tabla 5.10.

Una vez que el tiempo máximo de exposición ha quedado esta-

blecido, la velocidad mínima de avance del sistema en la última

torre puede calcularse mediante la ecuación 5.28.

La velocidad minima de avance permisible determina a su vez

la lámina de riego máxima que puede aplicar el sistema sin causar

escurrimiento mediante la aplicación respectivamente de las ecua-

ciones 5.42 y 5.28.

L a

selección de los emisores a lo largo

de la linea lateral

En los sistemas de riego de pivote central, la selección de los

emisores, ye sean aspersores o rociadores, se basa en conceptos úni-

cos debido primordialmente al principio del funcionamiento de

estos sistemas. Un esquema representativo de la distribución de la

aspersión en estos sistemas puede ser observado en la figura

5.12.

depende de la distancia L a la cual dicha banda se encuentre ubica-

da desde el punto pivote,

2LQ

R

2

(5.43)

En donde q,. es el gasto que se descarga sobre una banda de 1 m

de ancho ubicada a una distancia L del punto pivote.

Si consideramos que la precipitación de aspersión sobre dicha

banda de 1 m de ancho se

diti

Abuyera en forma elíptica entonces,

2cit

d„

gil

En donde,

d „ , , „ ,

es la máxima tasa de precipitación en cm/h, la

cual ocurre exacta

m

ente abajo de donde se encuentra el emisor y

t

. .

es el radio de aspersión en m de dicho emisor. Si se sustituye el valor

de q, de la ecuación 5.44, y ajustando los coeficientes dimensiona-

les, obtenemos:

1440LQ

dflu

i

, — trtip

Si consideramos que la máxima tasa de precipitación deberá de

ocurrir en el extremo del sistema, cerca de la última torre, entonces

L =

ft 5.46)

Esto trae como consecuencia que la ecuación 5.45, sea transfor-

mada en:

•

1440Q

—

5.47)

En donde d

r

„,,,, es la máxima tasa do precipitación de aspersión

del último grupo de aspersores ubicados sobre la última torre del

sistema.

(5.44)

(5.45)

Figura 5.12. Porción

del área

del campo

que se irriga

en

un instante cualquiera, bojo riego

por aspersión de pivote central.

De acuerdo con la figura

5.12,

a

5.48)


Si la lámina de riego D' pu ede definirse como:

E T

1•

5.54)

24E 0

calcularse

171

170

ap.

5.

s i s tema s de r i ego

por aspersión

Y do acuerdo con la figura

5.13,

que representa una porción de la

anterior,



Entonces, la tasa de precipitación prom edio d puede

mediante

d =

T d R L

5.55)

7.64rE,,

A partir de esta ecuación y de la consideración d e aspersores o

rociadores de círculo completo se puede determinar la descarga del

último grupo de aspersores (cerca de la últ ima torre). q

e

en ?/s.

ETJR,

212.22E

°

Con la descarga del último grupo de emisores y su radio de pre-

cipitación, se procede a encontrar en los catálogos de fabricantes de

aspersores y rociadores aquéllos que se ajusten m ás a los requeri-

mientos establecidos en la ecuación

5.56.

Asum iendo una d istribución lineal de la capacidad del sistema

Q. a lo largo de la línea lateral.

De la figura

5.14,

R '

q 1

=

Así, teniendo una vez definida la descarga

qp

se puede determi-

nar su radio de precipitación, Dw asumiendo el mismo principio de

e

(5 .56)

(5 .57)

R,

F

iguro

5.14.

Relación

lineal

en la

dist ribución del

gesto Q

a In Jugo

de

la

lineo totoral.

Figuro 3.13.

Segmento de lo porción

da

área que se irriga

on

cualquier ins to:no bojo p ierdo

central.

sen a

Do donde,

a=sen

Lo anterior nos resulta en,

O = 2

r

(5.49)

(5.50)

(5.51)

1 9 1

(radianes)

en-

R L

De esta manera O define la parte del campo que se irriga en un

instante cualquiera. Si la velocidad angular de sistema W es:

W =

2n (radianes)

H

M i. el tiempo d e aplicación en horas para cualquier punto den-

tro del área definida por O se puede calcular m ediante

O

t = 1 2 sen

1)

(5 .53)

(5.52)

172 descripción

73

te

nos permiten encontrar los grupos de aspersores o rociadores tanto

en

su distribución como en sus características de descarga y diáme-

tro de precipitación. Este procedimiento, sin embargo, d ebe comple-

mentarse con la distribución mo strada en la figura 5.10, la cual pue-

de obligar a asum ir una distribución del gasto no necesariamente en

forma lineal a lo largo de la línea lateral.



Figura

5.25.

Relación de diámetros

de precipitación n

lo largo de la l ínea lateral asumiendo

una distribución

lineal.

una

distribución lineal como se muestra en la figura

5.15.

Así,

— 4-: D„,

5.58)

En la actualidad, la forma de distribución del gasto y los diá-

metros de aspersión a lo largo de la línea lateral, se combinan con

diferentes "juegos" de aspersores ó rociadores mediante modelos

computarizados que, simulando diferentes condiciones hidráulicas

y climatológicas, desarrollan la solución a lo que aquí en un a forma

básica se plantea en las ecuaciones

5.57

a la 5.61.

En la tabla 5.13 se muestra una forma de procesar los datos al

obtener el paquete de boquillas para una tubería pivote. So inicia

abriendo una hoja electrónica con hasta

12

columnas por

N + 1

ren-

glones, luego se enuncian los datos de entrada para la tubería pivote,

como son Q.

L, D, S

, N , C y P l

determinados de antemano, su signi-

ficado y las unidades.

Tabla 5.13. Ordenación de datos para emboquillado de una tubería pivote.

En un sistema de riego por aspersión es muy importante consi-

derar la velocidad del viento, pues es este factor climatológico el

que mayormente afecta la distribución del agua sobre el campo de

cultivo. La tabla

5.7 nos muestra una relación

entre la separación de

los aspersores s, y el diámetro de aspersión (en ausencia de viento)

D„ en función de la velocidad del viento. Esta relación nos la indica-

ba la siguiente ecuación:

3„ D,,,

5.59)

En donde a era la fracción del diámetro de aspersión que debe-

ría de separar a cada aspersor uno

de

otro a lo largo de la linea late-

ral, s,. De la figura 5.13 es fácil observar también que

s,

Ft', y

5.60)

Sustituyendo la ecuación 5.60 en la

5.59

obtenemos que

1 1 *

L

— cieD,„

5.61)

Las aplicaciones

sucesivas de las ecuaciones

5.57 a la 5.61,

empezando

del extremo final de la línea lateral hasta el punto pivo-

A

#i

fociacor

B

)4

pies

C

It

gpin

D

O.

gire

E

i.

p s i

l

o

r

i

]

1

g/

reat

I _

d

inin

'-e

O

O

s ..

'A 2

p. i

—

_

1.1+1

imr+2

—

i

hl

L

Pl

La rutina que se ejecuta desde i = O hasta i =

N

en bucle para

calcular cada uno de los tamaños de las boquillas para los rociado-

res,

en este

caso igualmente espaciados, es:

a) Se enumeran progresivamente las boquillas, = 0, 1, 2,

3...j...

N ;

donde O = el punto pivote

y N

=

el

último rociador. Luego

se calculan:

•

La distancia radial desde el punto pivote a la locación del

rociador

j: X

1

= j x S,

•

El gasto del rociador.

qj

=

2(Q x i) /

N(N

) , también:

qj

= 2n

X

X , X S, x Etd/Ea

174

ap. 5.


•

El gasto conducido en la tubería remanente después de ali-

mentar / rociadores es Q

p

= Qe -

q f ;

donde

Q . os el gasto

de entrada a la tubería pivote.

•

La pérdida de carga debido a fricción en cada tramo de tube-

ría calculada con la ecuación de Hazen -Williams:

Hf

= kph [Q

ulniS

s

e j e r c i c i o s

75

2.

La superficie calculada en el ejercicio anterior se sem brará de maíz;

la etc = 5 .6 mm/día para el cultivo y la eficiencia do aplicación para

el riego se estima en un

75 %.

¿Qué caudal se debo suministrar en el

punto pivote para que el sistema de riego aplique el agua necesaria?

a)

69.198

LPS

b )

43.519 LPS

c)

42.052 LPS

d)

43.089 LPS



•

La presión en el copie, = Pj

- 1 - Hf

i

•

La presión a la entrada del rociador,

Pj = Pf - hf' +

ze;

don-de

ht

es la pérdida local en el tubo bajante y

uf

la longitud

del tubo bajante que conecta al rociador. Cuando se utilizan

reguladores de presión se permiten aprox. unas 5 psi de pre-

sión extra para que el regulador funcione apropiadamente.

•

Tamaño teórico de boquilla expresado en

e pulgada.

En rociadores regulados, P. P

,

, la presión a la salida del

regulador.

D

b

=

64 CP/1128.51

PO

•

Tamaño ajustado al código numérico comercial,

Db

in i=',>//

•

Gasto real del rociador,

qj =

28.51

(44/64)97

•

Diámetro de cobertura con base en la carta del fabricante

para los rociadores,

D„, =

intercepción + pendiente

(qj)

•

Tasa de precipitación promedio,

d = 96.3

qj /

(S, x

EJERCICIOS

Resuelva los siguientes problemas a fin de fortalecer los conocimientos

adquiridos y autoevaluar su aprendizaje. Haga las operaciones aparte y una

vez obtenido el resultado seleccione la opción correcta, compare sus resul-

tados con las respu estas que se encuentran al fina l de los ejercicios.

1. ¿Cuánta superficie alcanza a regar u n pivote central de nueve torres

si las seis primeras armaduras m iden 41.21

m de

largo, las restantes

tres miden 48.77 m y el tubo voladizo es de 4.83 m sin cañón final?

A lo largo de la tubería se espacian los rociadores a

S .

= 2.79 m.

a)

76 ha

)

48.66 ha

) 50.36

ha

)

49.86 ha

3.

Cuando el reloj del temporizador se programa en un 30 %, la tubería

pivote da un giro completo en

72

horas. ¿A qué velocidad lineal en

metros por minuto avanza la última torre?

o) 0.572

) 0.582

)

34.346

)

0.40

4.

¿Cuántos rociadores espaciados a

2.79

m recomienda para toda la

tubería

lateral?

o) 100

) 33

)

142

) 143

5 .

¿En cuánto estima la caída

total de presión debida a fricción para la

tubería completa de

fierro galvanizado si el

diámetro nominal es de

6.5/8" para los tubos de las

primeras seis armaduras

y de 6" para las

tres restantes, incluyendo el tubo voladizo?

El factor

C

=

140.

a)

7.76 Psi

)

8.54 Psi

)

4.81 Psi

)

1.98 Psi

6.

¿Cuál será la presión en el punto pivote si la presión de operación

requerida para los últimos rociadores tipo rotor oscilante

es

de

15 Psi? Es importante permitir aproximadamente 5 Psi de presión

extra para que los reguladores funcionen adecuadamente.

a) 28.54 Psi

)

23.54

Psi

) 45 Psi

)

30 Psi

7.

¿Qué

caudal en

GPM

aplican en conjunto todos los ro ciadores de la

última estructura, incluyendo los del tubo voladizo?

a)

516 GPM

)

174

GPM

)

4.24

GPM

)

106 GPM

8.

¿Qué tam año de boquilla selecciona para los últimos rociadores,

considerando una presión

PI =

15 Psi

en la salida de cada regulador

acoplado a los tubos bajantes?

a) $17 verde oscuro

)

818 púrpura

d )

#20

turquesa fuerte

) $19 negras

176

ap.

5. s is temas de r iego po r as pers ión

9 .

¿Qué tasa de precipitación

on

mm/hora aplica

el

rociador

sobro la

franja exterior del área circular regada? Prediga o estime el

diámetro

de

cobertura con

la siguiente

función: Den

pies = 11.032 (GPM del

rodador) + 33.782 para el rotor "i-wobbler" de Senninger, basada en

un ajuste lineal.

a) 0.723

)

18.34

)

ejercicios

77

12.

A

un lado del

cabezal de descarga de la bomba

se

trabaja en la ins-

talación de la subestación eléctrica. ¿De qué tamaño nom inal debe

sor

el transformador de corriente en KVA? Bajar la energía de la red

para suministrar la potencia eléctrica requerida en el motor de la

bomba más 1 hp por cada torre de trasmisión del pivote central.

a) 45 KVA

) 75

KVA )

50 KVA

) 60

KW



62.62

) 1.53

Dame» de cobertura

10.

¿Cuál sería la

altura

del agua promedio precipitada al paso de los

últimos rociadores

del

sistema? La velocidad de avance de la últi-

ma torre os la determinada en el ejercicio 24.

a)

22.72 mm

)

28.35 mm

15.62

m m

)

35 mm

11 .

El cabezal

de

control está

localizado a

850 m de la base

pivote

y

el caudal del proyecto será conducido a través de esa distancia en

una tubería de PVC de 8 "

0

(8.205 "ID). ¿Qué potencia de

bombeo

se necesita considerando la presión en el punto pivote del ejerci-

cio 27 y una

profundidad

de 46 m al nivel dinámico del acuífero?

La

tubería

de

columna

para

elevar el agua

del pozo

al cabezal

os do

fierro do 8"

f 7 J

(7.981"

ID).

a)

75 hp

) 60

hp

)

50

hp

) 40 hp

13.

¿Qué b oquillas recomienda para los 20 rotores oscilantes de la arma-

dura número

9 más

los del tubo

voladizo si todas las bajantes van a

llevar un regulador de presión a 15 Psi?

o )

3/35, 10/36, 4/37,

3138 )

14/017,

8/018

e)

13/019, 7/020

)

15/018, 5/*19

14.

¿Cuál

será

la velocidad mínima

do giro

para la ú ltima torre al operar

en

un

suelo franco limoso considerando un

encharcado permisible

de 8 mm? La velocidad de infiltración del agua en el suelo es igual a:

mm/hora = 100/raíz (del tiempo de aplicación en minutos).

a) 0.572 m/min

b) 1 m /min

e )

0.254 m/min

d

0.357 m/min

1 5 .

¿Un

tiempo de giro

de 72

horas

sería seguro

para

prevenir el atas-

cado de los trenes

de trasmisión en

las

últimas rodadas

cuando

se

encharcan? Recuerde que la velocidad de operación debe manejar-

se por arriba de la velocidad m ínima crítica.

a) Casi

)

Si

)

N o

) N o

sé

16.

Los tubos

de la lateral

pivote se cotizan

en: S 100/m

para el tubo de

6 5/8" . S 94/m para el tubo de 6" y de S 70/m para el tubo de

4";

la

torre pivote y el panel de control se cotizan en S 6000. Evalúe el cos-

to de capital (CCA). los costos de operación y mantenimiento (COM)

y el

costo total por año (CTA) para una

vida

útil de 10

años,

una tasa

de interés

del

18

%.

20

riegos durante el ciclo

do 72

horas c/u y una

tarifa eléctrica de S

0.026/KWH

(todas las cantidades

monetarias

es-

tán en

dólares). ¿A cuánto asciende el costo total p or año,

CTA?

Use

la potencia instalada del ejercicio 33.

a)$12818

)S 10 010

)

S 2808

)

S44 986

17,

¿Qué superficie

de

maíz pagaría los

costos

totales

por año

erogados

al adquirir el sistema a crédito? La cosecha esperada es

de

44 000 elo-

tes/ha y el mercado de futuro da un precio de compra de S 0.05/pieza.

178

cap. 5. sistemas de riego por aspersión

bibliografía

79

a)

4.55

ha

)

5.83 ha

)

20.45 ha

) 1.28 ha

18. U na dosis NPK 180-1 20-60 se va a aplicar en 12 fertirrigaciones; los

por litro a 20 ° C, respectivamente. Determine el volumen del tanque

La solubilidad de tales fertilizantes es de 1.1 82,

0.400

y

0.310

kg

fertilizantes son: nitrato de amonio al 33.5 % N, fosfato diam ónico

(18-46.00) y nitrato de potasio (13-00.46), todos secos granulados.

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aplicar en la sup erficie regada del ejercido 22.

e mezcla en donde hay que disolver los fertilizantes que se van a

a) 2000 galones

)

10 000 litros

c) 6500 litros

)

7500 litros

19. A un tiempo total do giro de 72 horas, ¿cuál sería la tasa de inyec-

ción?

a)

90 LPH

)

27.8 GPH

)

139 LPH

)

80 LPH

Equipo de fertirrigocidn conectado en el punto pivote,

20. ¿Cuál sería la concentración de los fertilizantes al mezclarse y diluir-

se en el agua de riego?

a) 13.8 meq/e

)

523 mg/e

Respuestas:

. 2 e z

.28L

'out '091,

1

q91 'pm •pvt 'qzt 'gil 'uní

•q6 .

3e

'qt

qs

o s • r e z

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)

276 mg/e

d)

412 mg/1



Descripción y

definiciones

en el riego

por goteo

descripción

83

En suma a los mencionado en el párrafo anterior, los sistemas de

ego por goteo tienen otras ventajas. Esas incluyen:

1.

Ahorro de agua: debido al alto control posible en este sistema

de riego, el agua puede ser aplicada muy eficientemente. Solamente

aquella porción del suelo con actividad radicular necesita ser irriga-

da y las pérdidas por evaporación pueden ser reducidas a un míni-



DESCRIPCIÓN

Un sistema do riego por goteo es aquel donde se aplica agua fil-

trada (y fertilizante) dentro o sobre el suelo directamente a cada

planta en forma individual. En los árboles sembrados en huertas y

otros cultivos ampliamente espaciados, esto se realiza utilizando

lineas laterales que corren a lo largo de cada hilera del cultivo. Los

"emisores" que son anexados a la línea lateral suministran las nece-

sidades de agua a cada planta. En el caso de algunos cultivos de

vegetales existen mangueras de pared delgada los cuales tienen ori-

ficios pequeños perforados por un rayo láser, espaciados a interva-

los regulares, a este tipo de emisores se les llama comúnmente "emi-

sores

de

manguera".

Con un sistema de riego por goteo, el agua puede ser suministra-

da al cultivo con base en una baja tensión y una alta frecuencia, con

lo cual se crea un medio ambiente óptimo de humedad necesaria en

el suelo.

Debido a la alta frecuencia de los riegos, se pueden obtener efi-

ciencias muy altas. La eficiencia en el

uso

del

agua

como es usada

on este texto se define como el rendimiento del cultivo por unidad

de agua aplicada. Las investigaciones hechas por Hiler y Howell

(1972), indicaron que la eficiencia en el uso del agua podría ser

aumentada en un

50 % o

más usando un riego por goteo en lugar de

un riego por superficie.

Debido a que solamente la zona radicular de la planta es suplida

con agua, bajo un apropiado manejo sólo muy pequeña cantidad de

agua se pierde por percolación profunda, consumo por plantas no

beneficiosas, o evaporación desde la superficie del suelo.

182

mo. La baja tasa en la aplicación del agua, la cual es frecuentemente

un poco mayor que la tau de evapotranspiración, reduce las pérdi-

das por percolación profunda.

2.

Respuesta del cultivo: un alto promedio temporal de nivel de

humedad junto con una adecuada aereación del suelo, puede man-

tenerse con este sistema. Esto resulta en una respuesta favorable de

algunos cultivos aumentando su rendimiento y la calidad de sus

frutos.

3.

Ahorro de m ano de obra: la mayoría de los sistemas de riego por

goteo son permanentes o semipermanentes teniendo así muy bajos

requerimientos de mano de o bra. Estos sistemas pueden ser automati-

zados para lograr una reducción adicional en la mano de obra.

4.

Uso óptimo y ahorro en el fertilizante: el fertilizante puede ser

aplicado a través de un sistema de riego por goteo usando un equipo

especial. Debido al alto control que se ejerce sobro el agua, esto pue-

de resultar también en un buen control sobre la aplicación del ferti-

lizante, resultando en notables ahorros.

5.

Monos crecimiento do hierbas: debido a que sólo una fracción

de

la superficie del suelo es mojada con este sistema, se reduce el

área disponible para el crecimiento de hierbas y plantas no benéfi-

cas. Asi, el control necesario para las hierbas es mucho menor que

para otros sistemas.

6.

Ahorro en pesticidas y control de ciertas enfermedades en las

plantas: las partes de las plantas arriba de la superficie del suelo se

encuentran completamente secas bajo un sistema de riego por go-

teo. Reduciendo la incidencia de hongos y otras pestes que depen-

den de un medio ambiente húmedo.

7.

Posible uso de agua salina: debido al mantenimiento de una

presión osmótica baja que reduce el esfuerzo de la planta para obte-

ner agua que bajo condiciones salinas podría resultar en altas pre-

siones osmóticas.

8.

Una rápida maduración: experimentos en tomates, uvas, re-

molacha azucarera, para nombrar sólo algunos cultivos han demos-

trado una temprana maduración a la obtenida con otros sistemas do

riego.

9.

Minimiza la formación de costras en la superficie del suelo: un

problema significante en algunos suelos es la formación de una

184

ap.


superficie costrosa dura. Esto puede evitar la emerción del cultivo,

aun pensando que haya germinado apropiadamente. Al mantener

una alta humedad constante, la formación de costras es eliminada.

10.

Mejora la penetración de las raíces: el alto promedio de

humedad que se mantiene con un riego por goteo puede aliviar el

problema de algunos suelos cuya penetración es mínima o imposi-

ble con un bajo contenido

de

humedad.

185

C OM P ONE NTE S D E UN S I S TE M A

DE RIEGO POR GOTEO

Un sistema de riego por goteo consiste en un sistema do "carga"

y una red de tuberías de distribución. Al sistema de carga general-

mente lo constituyen la bomba, el filtro, el medidor de gasto, los

manómetros de presión, el inyector de fertilizante, la válvula de



inyección de'

, fertilizante

niu de Regdador de

Presión

solenoide

Unidad de control

automático

11.

Puede operar en suelos con muy baja tasa de infiltración:

teóricamente, el agua puede ser aplicada con un sistema de riego

por goteo a tasas tan pequeñas como

0.025

cm/h, con el correspon-diente decrecimiento de las posibilidades de escurrimiento de agua

en estos suelos.

En la zona radicular de la planta abajo de cada emisor se desa-

rrolla un perfil de humedad. La forma de ese perfil depende de

varias características del suelo y está limitado por el flujo horizontal

en el suelo. Una versión idealizada de este perfil para un árbol es

mostrada en la figura 8.1.

Figura

6

. 1

.

Desarrollo de

un perfil de

humedad

en fa umn rada

-

alar de un drbol

bato

riego por

goteo

control, el regulador de presión y la unidad de control automático

(fig. 6.2).

Figuro 6.2.

Diagrama

de un sistema típico

de carga automatizada.

I.a red de distribución consiste en un sistema de tuberías, ajuste

de tuberías, emisores y un circuito de válvulas.

Los emisores

La función de los emisores es la de causar una caída do presión

de tal manera que sólo un pequeño flujo de agua sea descargada.

Esta necesaria pérdida do carga es realizt.da a través del uso de orifi-

cios, vórtices, pasos tortuosos, placas do impacto o una combina-

ción de ésas. Así, una gran variedad de emisores han sido desarro-

llados comercialmente en aquellos países donde se emplea el riego

por goteo. El flujo a través de un emisor en particular dependo de la

presión en la linea lateral a la cual está conectado el emisor y puede

60

Emisor de

microtubo

0.91 mm

Emisor de

Emisor de

aerosol

Patrón de

rocío

Emisor estándar

(gotero)

S I )

l

Acumulación

de sales

186 ap.


variar de descargas tan bajas como 1t/h en goteros y tan grandes como

100 t/h en microaspersores.

La figura

6.3

presenta la presión contra el gasto para algunos em i-

sores seleccionados.

187



vórtice

o

5

15

0

Presión

20 hircm

2

5.0

Emisor de orificio de

0.305 mm y emisor de

manguera de cámara simple

2.16 mm

Emisor de manguera de

doble pared con

espaciamiento de orificio

de 30.5 cm X 162.9 cm

I.0

D

g

p

e

o

i

o

d

e

m

i

s

e

M

i

4.0

3.0

2.0

ntorno de

la humedad

PercolaciOn profunda

Figura 6.3.

Curvas de presión vs.

descarga

para algunos em isores seleccionados (Smith y

Walker, 1978).

Básicamente, los emisores pueden ser clasificados dentro de do s

categorías. Los emisores estándar o goteros que emiten agua en

gotas, las cuales hacen contacto inmediatamente con la superficie

del suelo y los emisores de aerosol (también conocidos como asper-

sores de miniatura) éstos rocían agua a través del aire a una pequeñ a

distancia antes de que ésta haga contacto con la superficie del suelo.

La figura 6.4 ilustra unas secciones transversales idealizadas

de

la hu-

medad bajo la operación de unos emisores estándar y aerosol.

Figura 64.

Sección transversal

de

la

hu m edad

en el suelo idealizada, bojo un emisor estándar

y un emisor en aerosol.

Asume

descargas iguales (Karmeli y Smith, 1977).

Sobre un deseado rango de descargas, las características de flujo

para cualquier emisor puede ser expresada por la ecuación de una

curva de potencia como es presentada por Karmeli y Keller (1975):

q = °Mb

6.1)

Donde q es la descarga

de

emisor en t/h, a es una constante de pro-

porcionalidad, la cual caracteriza a cada emisor,

1 - 1

es la carga de

presión en el emisor en m y bes el exponente de d escarga del emisor.

Para determinar a y b , las descargas a varias presiones deben ser

conocidas. El valor de b caracteriza la relación que existe entre la

descarga y el régimen de flujo contra la presión de operación del

emisor. El régimen de l flujo es caracterizádo por el núme ro de Rey-

nolds, el cual.se expresa como:

N, =

vd

u

(6.2)

188


En el cual,

N ,

es el número de Reynolds el cual es adimensional,

des el diámetro de la sección transversal en m, ves la velocidad pro-

medio del agua en el interior del emisor en m/s, y u es la viscosidad

cinemática del agua. Existen básicamente tres tipos de régimen de

flujos, los cuales pueden ser clasificados como flujo laminar, flujo

de transición o parcialmente turbulento, y flujo completamente

turbulento. Así, los tres tipos de régimen de flujos pueden ser defi-

componentes de un sistema

89

consisten primariamente en residuos de plantas, algas, peces, cara-

coles, bacterias y otros tipos de flora y fauna. Los contaminantes

sólidos inorgánicos consisten primordialmente en partículas de sue-

los de varias formas y tamaños.

2. Contaminantes químicos: son aquellas sales que pueden ir di-

sueltas durante el curso de riego. Las sales que están disueltas no pre-

sentan ningún problema de filtración. Sin embargo, la evaporadón en



nidos como una función de

N.

1.

Régimen de flujo laminar

N, S

2000.

2.

Régimen de flujo de transición 2000 Z

N, S

4000.

3.

Régimen de flujo completamente turbulento N,. < 100 000.

Entre más bajo sea el valor de b, menos efecto tendrán las varia-

ciones de presión debidas a la fricción de las paredes interiores de

las tuberías o cambios de elevación sobre la descarga del emisor. En

un régimen de flujo completamente turbulento

b =

0.5, en el régimen

laminar

b =1.0

y en flujo verdaderamente compensado

b = 0.

Los filtros

Debido a las pequeñas aperturas usadas en los goteros, el agua

debe estar libre de partículas que pudieran taparlas. Esto requie-

re de una filtración extremadamente buena la cual implica el uso

de equipos costosos, con un servicio apropiado de mantenimiento.

En el riego por goteo es deseable el aplicar el agua de tal forma

que se mantenga el contenido de humedad en el suelo próximo a su

capacidad de campo. Para realizar esto, las tasas de aplicación de-

ben de ser pequeñas pero continuas. Si se usaran orificios grandes

en los emisores sólo sería necesario aplicar una muy baja presión,

por ejemplo, menos que

1/ 45

de atmósfera. Sin embargo, sería muy

difícil, si no es que imposible, obtener una distribución uniforme

del agua a lo largo del lateral con una presión tan baja. Por lo tan-

to, una presión más grande usualmente de 1 atm, es comúnmente

empleada, pero con la correspondiente disminución en la apertura

de los orificios. El promedio de los diámetros de apertura en los ori-

ficios Se encuentra en un rango de 0.25 a 0.0025 mm.

Es necesario remover las impurezas que pudieran tapar esas

pequeñas aperturas en la función del sistema de filtración. Los

tipos y materiales arrastrados en el agua de riego que pudieran

tapar las aberturas en los emisores pueden ser clasificados en dos

categorías.

1. Contaminantes físicos: son aquéllos que no están en solución.

Éstos pueden ser tanto orgánicos como inorgánicos. Los orgánicos

los goteros causará problemas al dejar residuos de sales que pudieran

tapar las pequeñas aberturas. Algunas veces los goteros pueden ser

diseñados para prevenir que tales deposiciones no ocurran.

La fuente de donde se toma el agua de riego frecuentemente nos

indicará el tipo de contaminantes presentes. En los depósitos de

agua de cielo abierto (lagos, presas, etc.) es común encontrar gran-

des cantidades de residuos de material orgánico. Los ríos y arroyos

también contienen materiales orgánicos además de sedimentos. Las

aguas subterráneas están generalmente libres de materia orgánica y

sedimentos pero pueden contener arenas. Todas las fuentes de su-

ministro de agua pueden contener suficientes sales para causar que

los

pequeños orificios se tapen. La experiencia les ha indicado a al-

gunos agricultores que la continua inyección de cloro a concentra-

ciones de una parte por millón es deseable para el mantenimiento

de los sistemas de riego por goteo. En algunos casos, también es

necesario inyectar sustancias químicas para controlar la formación

de lama en los laterales.

El equipo y métodos empleados en la filtración del agua pueden

ser delineados como sigue:

1.

El emisor es el último filtro, cualquier partícula no removida al

tiempo que el agua llega al gotero, será "removida" si el &otero tiene

la

suficiente abertura. Por supuesto esto no es deseable y algunos po-

teros tienen un dispositivo que permite remove r las partículas acumu-

ladas. Sin embargo, esta función incrementa el costo del gotero.

2.

Las válvulas removedoras de partículas son, algunas veces,

colocadas al final de los laterales, principales y subprincipales para

facilitar el remover la acumulación de contaminantes.

3.

Los conductos laterales de color opaco que corren sobre la

superficie del suelo son efectivos en la eliminación del crecimiento

k i4

de algas dentro del sistema.

r

4. Pequeños filtros de arena colocados en localizaciones estraté-

gicas — usualmente a la entrada de las líneas distribuidoras (manifull)

para prevenir que se tapen los emisores (goteros) con partículas que

no hayan sido removidas del sistema durante la instalación o como

el

resultado de una falla en el sistema principal de filtración.

Tabla 6.1.

Relaciones

del tamaño de las aberturas en los medios filtrantes (des

de, Wilson, 1975).

190


5.

Filtros de mallas o tamiz. Emplear mallas de acero o nailon

es

frecuente para eliminar contaminantes inorgánicos, pero también

retienen algunas partículas de materia orgánica sin llegar a taparse.

Los tamaños de los tamices son dados en la tabla 6.1.

191

Tabla 6.2.

Número

del material

T i p o de

material

Tamaño

de

la porticuk,

Filtración

equivalente

Arena Monterrey redonda

1.3 mm

70-90

m e s h

16

Arena

Monterrey redonda

0.65 mm

100.125

mesh

8

Granizo triturado

1.5

m m

100.140

mesh



Arena muy gruesa

.00 - 2.00

.0393 -0.0786

000 - 2000

8 - 10

Arena gruesa

.50 - 1.00

.0197 - 0.0393

00 - 1000

5 - 18

rena

media

.25 -0.50

.0098 -0.0197

50 - 500

0- 35

rena fina

.10

-0.25

.0039 -0.0098

00 - 250

60 - 60

rena

muy fina

.05 -0.10

.0020 - 0.0039

0- 100 270. 160

Umo

.002 -0.05

.00008 - 0.0020

- 50 400 - 270

Arcillas

0.002

0.00008

2

•

Viudo en

graduado correreirenee-

e.

MuMertb redore redondas de wera y perdales de aprostmettamene Unté ~Mode le pereat

••• O nGrnero mesh ea el rimero de mita o níveo de alarntres por Pollada ene( Leva

°Regodea de

portkulos e n

suelos estándar

I U

MIllmetros

ulgadas

icrones

(2)

3 1

4)

Molla de

tamiz'

sr

( 5 1

Pa

Ay:

1 : 1 :

o x

ta

de

12

Arena

saica triturada

1.2 mm

150-140 mesh

20

Arete

Monterrey redonda

0.50 mm

130-140 mesh

II

Granito triturado

0.78 mm

140-200

mes)'

16

Arena Rica triturada

0.7 mar

150-200 mesh

20

A r e n a

Inca triturada

0.47 Mm •

200-250 mesh

han.

manten/carnet agosto 1994.

•

L a a r e n a s Z c a t r i t u r a d a d e

0 . 4 7

mm y el gramo vendo de

ola

mm son dos

ti;01

de materoks de ~de

g r a r g l a r

~rete ~en

as fetos de

*a tase

• • • L a t a s a d e

Stant^ o carga

suerte."' dd unos es de 15-25 gpmbel y le cake de p resisn ~e vale te S a e Pv a

t r a v é s d e L a c a m a

p u n t a r .

6.

Separado res de centrífuga e hidrociclones que actúan con el

mismo principio que los separadores de aire. La gravedad específica de

las partículas deberá ser mayor que

1.0. Estos

sistemas pueden remo-

ver hasta

el 90%

del material

del tamaño

de un tamiz del

número 200.

7.

Filtros de arena que se aplican principalmente en contami-

nantes orgánicos. Usualmente, un filtro de malla o tamiz es puesto

aguas abajo del filtro de arena para recoger las partículas que suelta

el filtro de arena.

8.

Piletas u otros depósitos se usan para dar un removimiento

preliminar de contaminantes de arena cuando el agua proviene de

aguas subterráneas como también el remover partículas existentes

en otros tipos de fuentes de suministro de agua. Para reducir la for-

mación de algas (lama), la pila o el reservorio puede ser cubierto. El

sulfato de cobre, en valores de concentración de Va a 2 ppm, puede

ser también usado para controlar el crecimiento de las algas. Sin

embargo, esta sustancia a esa concentración es tóxica para algunos

peces, esto debe tomarse en cuenta si el depósito o reservorio será

también usado para la producción de peces.

TRAZADO DE LO S SISTEMAS

DE RIEGO POR GOTEO

Los sistemas de riego por goteo operan a relativamente baja

presión (0.5-2.5 kg/cm

2

) comparada con la presión de operación

requerida de un sistema de aspersión (3

a 7 kg/cm

2

). Por esta ra-

zón, los requerimientos de energía de bomb eo son sustancialmente

menores que aqu ellos requeridos para un sistema de aspersión. Un

regulador de presión es frecuentemente usado para dar un exacto

control de la carga de presión a la entrada de la línea lateral.

Túbos de polietileno o p olibutileno de pequ eño diámetro son

usados generalmente com o líneas laterales, las cuales corren so-

bre la superficie del suelo a lo largo de cada hilera de cultivo. Los

tubos de polietileno o polibutileno deberán ser tratados química-

mente para resistir la radiación de rayos ultravioleta. La radiación

ultravioleta causa que algunos plásticos pierdan su flexibilidad y

sean fácilmente rotos al actuar sobre ellos pequeños esfuerzos de

compresión.

El lateral es conectado a un manifold o d istribuidor al cual

-

se le

suministra agua a través del aux iliar y/o a una principal

(fig. 6.5).

i

r s

192

Sistema de carga

desventajas de los sistemas d e r iego

93

3.

Cultivos sembrados en surcos como: algodón, caña de azú car,

sorgo y maíz.

4.

Otros: fresas, melones, sandia y flores.

DESVENTAJAS DE LO S SISTEMAS

DE RIEGO POR GOTEO

1



L a e r a l

'—Principal

Subponcipal

—

r—Maidold

F7gura &5. Tfp

co

t razado de un s is tema de r iego po r go teo.

Los laterales corren usualmente

en

ángulos rectos

con la

pen-

diente del terreno. Los manifolds, auxiliares,

subprincipales

y prin-

cipales

son generalmente colocados bajo

la superficie

del suelo.

CULTIVOS USUALMENTE IRRIGADOS

MEDIANTE SISTEMAS DE RIEGO POR GOTEO

Una

gran

variedad de cultivos han sido trabajados con sistemas

de

riego

por

goteo,

pero estos sistemas son generalmente mejor situa-

dos en aquellos

cultivos que son altamente remunerativos

debido asu alto costo inicial.

Algunos cultivos irrigados con sistemas de riego por go teo inclu-

yen a los siguientes:

1 .

Árboles frutales y viñedos: manzanas, peras, uvas, duraznos,

chabacanos, ciruelos, nueces, almendras, pistaches, cftricos

como: naranjas,

toronjas,

limones,

además,

plátanos, dátiles,

olivos, mangos,

guayabas,

aguacates,

etcétera.

2.

Vegetales u

hortalizas:

tomate, chile,

pepinos,

berenjenas, le-

chugas, chícharos, espárragos y alcachofas.

Es axiom ático que, al

corresponderle

muchas

ventajas a

los siste-

mas

de riego por goteo ex istan también algunas desventajas. De otra

manera, todos los sistemas de

riego

serian realizados eventualmente

por

este método.

Los

siguientes son algunos

problemas

que se

pre-

sentan

en los sistemas de

riego

por goteo.

1 .

Sensibilidad a

taparse: las pequeñas

aberturas de los em isores

o goteros los hacen extremadamente

sensibles a

taparse.

2.

Peligros de salinidad: aunque los

sistemas

de riego

por goteo

pueden

ser operados con agua de

cierta salinidad, deben ser

manejados apropiadamente. De

otra manera, las

sales

pueden

depositarse dentro de la zona radicular si existe un camb io de

dirección del flujo.

3.

Problemas con la distribución de la humedad: existe la evi-

dencia de que no todos los cultivos responden bien a una

sola

localización de

región

de humedad.

4.

Alto costo

comparado con los

sistemas

de

superficie o

los

sis-

temas

portátiles de aspersión.

5.

Suelo seco

y

formación

de

polvo durante las operaciones

me-

cánicas: esto se debe a que sólo una parte del total

del

campo

de cultivo recibe agua durante el riego y

la mayor

parte

perma-

nece

seca

creando

los problemas

antes mencionados.

6. Alta especialización

y

habilidad para el diseño, instalación y

mantenimiento.

1

figuro

6.6. Filtros

o) Do malle;

6)

de anillos: e) do medio granular y de malla Para el trata

-

miento de

aguas

superficiales.

194

Manómet ro



Agua mida

Colector

de arenas

SrPerna

de

pera

ea., ~teas con purga

e nyector de agroquimcos.

Capacdad 6 - 9 lps,

Calda de preszón 3 -6 psi.

Escala 1:10

Figura

6.7.

Sistema de

filtración para aguas subterráneos.

Evaluación del

funcionamiento

de un sistema

de riego

por goteo

B I B LI OG RAFÍA

Amiad

Filtration

Systems,

30 año s de fi l trado en todo el mundo,

California.

1993.

Burt, Charles M. y Stuart

W . Stylus,

Riego por goteo y por microaspersión,

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and

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Rain Bird Sprinkler

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1975.

xanneli.

D. y S. W. Smith, Ae rosol Enlu te n for

Dickle

Inigations,

Proteed-

ings

of International Agricultural Plastics Congress, San Diego, Califor-

nia, abril,

1977.

r

n uniformidades de aplicación tan altos como el 90 %. Por lo tanto,

valores altos de eficiencia de aplicación son también obtenidos La

eficiencia de aplicación E. fue definida en el Capítulo 4 como la

razón del almacenaje do agua en la zona radicular entre el total del

agua infiltrada. Karmell y Keller definen

E,

como el producto de

la uniformidad de emisión

EU

y la razón de transpiración

TR.

La

uniformidad de emisión

E U

es una relación que so establece entre

los emisores que existen dentro del sistema, comparando aquellos

variabil idad en los s is tem as

197



que tienen una descarga mínima con el emisor que descarga el valor

promedio de todos los emisores. La razón de transpiración Tli es la

razón del agua de riego que es transpirada entre el total del agua

aplicada en las áreas quo reciben menos cantidad de agua.

INTRODUCCIÓN

El riego por goteo fue desarrollado para lograr una mejor locali-

zación y eficiencia en la aplicación de agua. Los emisores que son

colocados a lo largo de las líneas laterales actúan como dispositivos

de disipación de presión y puntos de aplicación del agua de riego, de

tal manera que esto puede resultar en una aplicación altamente fre-

cuente de pequeños volúmenes de agua. Esto permite obtener un mé-

todo de riego donde, dependiendo de las consideraciones tomadas

en el diseño se puede lograr que de un 90 a un 100 % del agua apli-

cada en el riego sea benéficamente transpirada por el cultivo irriga-

do y muy poca, si no es que ninguna, sea perdida por una perco-

ladón profunda o evaporación. Cuando el agua que es descargada

de los emisores alcanza a infiltrarse dentro del suelo su distribución

a través del suelo depende de las fuerzas de conducción (fuerzas

debidas a las diferencias de presión y la gravedad). La efectividad de

la redistribución de la humedad del suelo, sin embargo, os limitada

por las restricciones del flujo horizontal en el suelo. En la actuali-

dad las técnicas de diseño toman esto dentro de sus consideraciones

resultando en diseños los cuales logran adecuadamente humedecer

el deseado volumen radicular y al mismo tiempo reducir las pérdi-

das anteriormente mencionadas.

Un sistema ideal de riego por goteo seria aquel donde existiera

una descarga uniforme de cada uno de los emisores, resultando en

una aplicación uniforme del agua a través de toda la zona radicular

del cultivo. Sin embargo, el diseño de tal sistema es impedido por

varios factores que reducen la posibilidad de lograr una descarga

uniforme de cada uno de los emisores. A nuestros días, las técnicas

de diseño toman esos factores en consideración y pueden resultar

196

V A R I A B IL I D A D E N L O S S I S T E M A S

DE RIEGO POR GOTEO

Varios factores afectan La tasa de descarga en los emisores, los

cuales pueden causar una considerable variación en la descarga.

Los estudios hechos al presente han sido primordialmente concer-

nientes con dos factores, los cuales parece ser que tienen el más

grande efecto, estos factores son:

1.

Las características del emisor y la variabilidad de fabricación

en los mismos.

2.

La distribución de la presión a través de la red de tuberías

causada por las pérdidas de presión por fricción y las pérdi-

das (o ganancias) causadas por las diferencias en elevación

han sido estudiadas, y los resultados obtenidos en sistemas de

riego por goteo en superficies a nivel pueden ser extendidos

para incluir los afectos causados por las diferencias en alturas

en

otros sistemas, con relativa facilidad, como quedó demos-

trado por Salomon y Keller y Kermeli y Keller. Otros factores,

tales

como el tapado parcial de los orificios de los emisores

por

la deposición de partículas y las variaciones en el siste-

ma,

afectan

también la tasa de descarga en los emisores, pero

no han sido exhaustivamente analizados.

Los emisores en forma individual no tendrán la misma tasa de

descarga cuando son operados a una presión específica debido a las

variaciones en las características de los emisores causadas en el pro-

ceso de manufactura de los mismos. Las variaciones de manufactu-

ra no permitirán que un conjunto de emisores del mismo modelo

tengan el mismo valor de a en la ecuación 6.1. Esas variaciones tien-

t

Dttn.IlJ1C1/4...P5

desarrol lo de las ecuaciones

98

cap . 7 . evaluación del funcionam ien to

199

den a ser norm almente distribuidas alrededor de un valor prome-

dio. Karmell y Keller desarrollaron un parám etro llamado el "Coefi-

ciente de variación de manu factura del emisor" el cual caracteriza

la tau de flujo del emisor a una carga dada de presión com o una dis-

tribución norm al:

1

'm /1

1

7.1)

de sistemas de riego por aspersión ha sido llevada al diseño de las

lineas laterales en el d iseño de los sistemas de riego por goteo, y es la

1de m antener la diferencia en la descarga entre los emisores que ope-

ran s imultáneamente a un máximo del 10 % . Dependiendo de las

características del emisor, esto permitirá una v ariación m áxima del

20 %

en la presión entre los puntos a lo largo de los laterales donde

se

encuentran los emisores con la mayor y m ejor descarga.

A la fecha es posible encontrar métodos para estimar con u na



Donde V., es el coeficiente de variación de manufactura del emi-

sor, a es la desviación estándar de las descargas del emisor a una

carga

de

presión específica y p. es la descarga promedio de los em iso-

res a una carga de p resión especifica. Cuando existe más de un emi-

sor por planta, un coeficiente de variación del sistema, discutido por

Karmeli y Keller

(1975),

es utilizado.

V

e

'

(7.1)

Donde Ves el coeficiente de variación del sistema de emisores y

e es el número de emisores por planta (por ejemplo), (e 1 si un

emisor es compartido por dos o m ás plantas). Manteniendo en m en-

te el concepto de distribución norma l, puede concluirse que para

un conjunto de em isores operando a una carga d e presión especifi-

ca, el 68 % tendrá una descarga dentro de ± 1 desviación estándar

de la media, alrededor del 95 % tendrá una descarga dentro de 2

desviaciones estándar de la media y un 9 8 % tendrá una descarga

dentro de 3 desviaciones estándar de la media. Salomon (1977) esta-

blece que el valor de V„, varía en un rango de v alores tan bajos como

om

a tan altos como

0.40.

L as características de diseño del emisor y las variaciones entre

éstos, han demostrado tener un efecto definitivo en los sistemas de

riego por goteo respecto a sus eficiencias de aplicación y uniform i-

dades. Sin em bargo, la revisión del análisis hidráulico para la carac-

terización de la distribución de presiones en la red de tuberías

se

hace necesario antes de que la magnitud de esos efectos puedan ser

apreciados.

Varios estudios se han hecho p ara caracterizar la distribución

de presiones a lo largo de una línea lateral. En terreno s planos,

las

variaciones de presión se deben solamente a las pérdidas por fric-

ción. Curv as de presión contra la posición del em isor a lo largo del

lateral han sido desarrolladas y han m ostrado tener la mism a forma

independientemente de las características de los emisores y la can-

tidad de pérdida de presión por la fricción (W u y G itlin, 1973, y Kar-

meli y Keller, 1975). Una regla general práctica usada en el diseño

razona ble exactitud la distribución de p resiones a lo largo de la lí-

nea lateral donde son colocados los em isores.

Se han encontrado interesantes resultados en casos de estudio.

Se ha dem ostrado que el emisor que descarga la tasa de flujo pro-

medio q ,

operando a una carga de presión promedio

I - 1 , ,

para todo

el lateral es localizado, en todos los casos, aproximadam ente a un

40 %

del total de la longitud del lateral desd e la entrada de l lateral.

Así, la mayor parte de la pérdida de carg a ocurre cerca de la en-

trada del agua del lateral, donde el gasto es el m ás grande. E sto es

para un lateral de diámetro uniforme. O tro resultado interesante

es

haber encontrado que aproximadam ente el 77• % d el total de la

pérdida de carga ocurre tam bién en este punto. Esos resultados

fueron obtenidos m ediante el uso iterativo de la ecuación de Ha-

I zen-W illiams para encontrar las pérdidas de carga en el lateral. De

sus resultados se han desarrollado técnicas para diseñar las líneas

laterales, de tal man era que se logra u na apropiada distribución y

así

una buena u niformidad de aplicación. Esto será discutido más

detalladamente en el Capítulo 8.

DESARROL LO DE LAS ECUACIONES QUE

CARACTERIZAN LA DISTRIBUCIÓN DE

L A

P R E S I Ó N E N E L D I S T R IB U I D O R Y L A T E R A L

Conocer la relación existente entre la distribución de la presión

o

carga con la distancia a lo largo d e las líneas de distribución y late-

, rales es necesaria en orden d e establecer una eva luación de u n sis-

tema en op eración o estimar la calidad de un diseño antes de su ins-

talación.

La ecu ación que caracteriza al flujo que entra a cada lateral pro-

cedente del distribuidor es:

Q I

F I ?

7.1)

Donde Q es

el

gasto que entre al lateral en

Lis

oo (gal /mi n), K

e es el

coeficiente de descarga de l lateral,

Mes

la carga o presión a la entra-

200

ap. 7.

evaluación del funcionamiento

da del lateral en m o ft

y B

es el exponente de descarga del lateral.

En el capítulo 6 se estableció que la ecuación que caracteriza la

descarga de un emisor era:

q =

al-lb

6.1)

Supongamos que tenemos

N

emisores a lo largo de una línea

lateral y que la distancia entre cada em isor está dada por s,. Enton-

201

t,

;

i

q



ces, el gasto a cualquier punto x a lo largo del lateral puede ser

determinado por:

x

Qx (N

—

s,

iq

(7.2)

r:

F ig ur a

7.1.

hure-Mutación esquemática

de

c ua lq u ie r pun t o

x a lo largo de la tubería latero

3

La pérdida de carg a ocasionada por la fricción del agua con las

paredes interiores del tubo al punto x puede ser calculada usando la

ecuación de Hazen-Williams,

Q )'

852

D 4

.87

(5.9)

En donde

J

es la pérdida de carga por cada 100 unidades de

longitud del lateral,

K =

1.21 X 10" para las unidades en el sistema

métrico,

C

es el coeficiente de fricción que se acep ta de

150

para

las tuberías de PVC y polietileno,

D

es el diámetro interior del late-

ral en mm y Q

p

es el gasto que fluye a través de la tubería lateral. El

cambio de pérdida de carga que ocurre a cualquier punto x a lo largo

de la tubería lateral en la figura

7.1,

en donde se asume que existe

una descarga uniforme q es,

dh _ j

dx 00

7 . 3 )

En la figura

7.1,

L e

es la longitud del lateral.

Sustituyendo Q, por Q

p

y la ecuación 7.3 en la ecuación 5.10

para encontrar el gradiente de

la

pérdida de carga a cualquier punto

x a lo largo de la tubería lateral, obtenemos.

dh

1 (

N

s

x

100

00

87

) 1

1.e52

7 . 4 )

Tal que:

N =

14

-

s,

dh

0

0 — 1 1 0

¿

I

)"

u'

D

4 .

"

Si tomamos una constante a igual

a :

1

100

01.852

D4.87

La ecuación 7.6 puede expresarse como:

dh

.

=

a

s

)i

.en

• (L

t

— ;i)

,

8

7 . 8 )

, )

Para encontrar la pérdida de carga acum ulada desde la entrada

del lateral hasta el punto x integramos la ecuación 7.8.

f

n g

dh

= - - -

a (-1) •

x r .

4 2

dx

o

1.652

7.9)

En donde M I, representa el cambio que

ocurre

en la carga entre

la entrada del lateral y el punto x A sí,

AH,,

a(—

.852

.852

q

)1.852

14852 1152 (1.4

—

ze52

s,

7.10)

(7.5)

(7.6)

(7.7)

202

ap. 7 . evaluación de l funcionamiento

De la ecuación

7.10

podemos concluir que cuando x = o,

AH. = O

Y que cuando

x

,, la ecuación

7.10

nos resulta en:

r

)1.852

AH L e = a (t

14"2

(7.12)

2.852

desarrollo de las ecuaciones

05

En la cual H. es la carga promedio de operación del emisor que

descarga el valor promedio en el lateral. Este término de G, es im-

portante porque es un valor que permanece constante para todos los

laterales en una misma subunidad.

La determinación de la carga de presión en cualquier punto a lo

largo de un distribuidor o lateral puede hacerse usando la ecuación

de Bernoulli como se muestra en la figura

7.3.

(7.11)



RI

=

1 — (1 —

H.

x

)"

7.13)

I—

Alt

R, =AM.,

I

I

o

X

X=

77-

I

i

I

1.0

2 g

2g

2

Figura

7.3.

Aplicación de

la ecuación de Bernoulli entre tres

puntos.

Asumiendo que en la figura

7.3

las cargas de velocidad sean

insignificantes, y estableciendo la ecuación de Bernoulli,

H, + Z, H. + + AH. =

H2 - 4 -

Z2 +

d A H 1

7.15)

Por triángulos semejantes en la figura

7.3,

puede deducirse que:

La fracción de pérdida de carga que ocurre al punto x respecto a

la pérdida de carga total en toda la longitud del lateral, se define

como la razón de pérdida de carga, R„

1

AH,

Vx

1

inea de enerva

2g

x

1

Nivel

de

referencia

—

Figuro

7.2. Curva

do

la

relación de distribución

do R., vs. X.

Un término que os especialmente útil en describir la relación de

la pérdida de carga a lo largo del lateral respecto a una carga de pre-

sión promedio do operación en el lateral, se define como

G

i ,

donde:

pérdida do

carga

total en el lateral

HL,

, =

carga promedio de operación

.

7.14)

z

x

= z -

Z,-

2 )

(7.16)

Recordando que

AH. = R

i

AHL,

Y de la ecuación de Bernoulli

+ Zx

+ AH. = H, + Z,

(7.17)

(7.18)

205

(7.23)

204

ap. 7 . evaluación

del funcionamiento

Podríamos ahora sustituir las ecuaciones 7.16 y 7.17 en la ecua-

ción 7.18 y obtener

H„ =

c

AR L

e

+ ( ) (Z

— Z

2

)

7.19)

Asi, la carga de presión a cualquier punto x a lo largo del distri-

buidor

o

lateral puede ser encontrado mediante la aplicación de la

ecuación 7.19.

uniformidad en el riego

por

goteo

Resolviendo para AH se obtiene que:

G

I

(Ht

+

[Z

2

— Z,

3

]0.4)

AHI

—

+ 0.77

G ,

La ecuación 7.23 es de gran utilidad cuando se requiere conocer

la pérdida de carga de cualquier lateral en la subunidad cuando ya

se conoce ol valor de G,.



Notación para el distribuidor:

AH,,, =

HL,„ =

L a, =

H

e—

=

=

pérdida de carga a lo largo del distribuidor.

carga de presión al punto final del distribuidor.

carga de presión al punto t.

carga a la entrada del agua en el distribuidor.

distancia e lo largo del distribuidor.

longitud total del distribuidor.

De la anterior notación se puede escribir la ecuación que nos

permita encontrar la carga de presión en cualquier punto a lo largo

del distribuidor. Así,

He

=

H, — fl

e

AH,„ + (t) (4 — Z

2 )

Notación para ol lateral:

H

e

=

carga de p resión donde el lateral y el distribuidor se juntan.

x

=

distancia a lo largo del lateral.

L e

a

longitud total del lateral.

1 - 1 2

-=

carga de presión al punto x.

AH,

=

pérdida de carga a todo lo largo del lateral.

De igual forma paro el lateral,

H. =

—

-)

—

)

7.21)

Para determinar

al

en la ecuación 7.21 se hace necesario

recordar lo establecido anteriormente respecto a I-1

2

(promedio de

carga de presión en el lateral) la cual puede ser definida usando la

ecuación 7.21, como:

1 1

2 = H

0 4 ( L

1 )

=- H

e

—

0.77All

+

0.4(4

—

4)

7.22)

UNIFORMIDAD EN EL RIEGO POR GOTEO

La uniformidad de la aplicación del agua en un sistema de riego

por goteo depende primordialmente de dos factores: 1. Las caracte-

rísticas de los emisores, y 2. el criterio usado en el diseño. Algunas

de las características de los emisores que afectan la uniformidad do

la aplicación del agua son:

a) Variaciones en la tasa de descarga debidas a variaciones en la

fabricación de los emisores.

14 Proximidad de las relaciones descarga-presión a las especifi-

cadas en el diseño.

c)

El exponente de descarga del emisor. b.

d)

El rango posible de presiones de operación.

e)

Pérdida de presión en las líneas laterales causadas por la

conexión del emisor.

f)

Susceptibilidad a taparse o fallar do los emisores.

g)

Estabilidad de la relación descarga-presión sobre un largo

periodo

Los criterios de diseño que afectan la

uniformidad de

distribu-

ción son:

a)

Eficiencia de la filtración.

b)

Variaciones permitidas en la carga de presión.

c)

Grado de control usado en la descarga o presión.

d)

Relación de descarga y presión en el sistema de control de

carga.

e)

Tratamiento químico para disolver las sales.

f)

Corrección en los em isores por el efecto de la t

emperatura.

g)

Uso de una malla secundaria de seguridad en la filtración.

h)

Incorporación de la medición del gasto.

i)

Cnsideración

de

diseñar una capacidad extra del sistema

o

pr

o

esión para compensar la reducción de flujo causado por el

(7.20)

206

ap. 7. evaluación del funcionamiento

tapado parcial de los emisores. Un buen manejo es también

un requisito para obtener una alta uniformidad en la aplica-

ción del agua en un riego por goteo.

Una decisión de manejo en el riego por goteo es la razón entre la

transpiración y la aplicación de agua, TR, la cual se define como la

razón entre el agua de riego que es transpirada y el total de agua

aplicada en el riego en las áreas del campo de cultivo que reciben

la eficiencia en un sistema

07

nes

de seguridad y productividad que el porcentaje P no deberá de

caer

abajo del valor mínimo recomendado de diseño para 1

2

que es

de

un 33 %. Sin embargo, en cpltivos ampliamente espaciados, P no

deberá

ser muy grande debido a que muchas de las ventajas del

riego

por goteo dependen de mantener secos los espacios entre las

hileras del cultivo.

EFICIENCIA EN UN SISTEM A



menos agua. Algún excedente de agua será requerido para el lavado

de sales y para permitir un pequeño margen de seguridad. Karmeli

y Keller (1975) han sugerido un razonable valor de diseño de

TR = 0.90. Sin embargo, en el manejo, esto requiere de procedi-

mientos confiables en la programación del riego y el uso de un

medidor volumétrico de agua para determinar la apropiada aplica-

ción del volumen de agua.

En el riego por goteo el agua es llevada a través de una red de

tuberías hasta los puntos donde ésta se infiltra hacia dentro del sue-

lo. La uniformidad de la aplicación depende completamente de la

uniformidad que tengan las descargas de los emisores a través de

todo el sistema. El objeto principal de un buen diseño en un sistema

de riego por goteo es el de proveer una suficiente capacidad de flujo

en el sistema para irrigar adecuadamente a las plantas del cultivo

que recibirán menos cantidad de agua. Por lo tanto, la relación

entre los emisores que descargan el mínimo y los que descargan el

promedio de agua dentro del sistema, es el factor más importante de

la uniformidad de la aplicación.

Un concepto que c onsidera la uniformidad de descarga de los emi-

sores a través de todo el sistema es llamado uniformidad de

emisión,

E U ,

LA

DE RIEGO POR GOTEO

Como se mencionó en el Capitulo

4, la

eficiencia de aplicación,

E

a

, fue

definida como:

E

gua almacenada en la zona radicular

-

gua total aplicada

7.25)

Karmeli y Keller (1975), definen a "la razón de transpiración"

como:

TR =

agua almacenada

en

la

zona radicular

c h , • t

Donde q„ fue definido anteriormente y t es la duración del riego.

Ahora, recordando que en el riego por goteo al principio de esta sec-

ción se definió la eficiencia de aplicación como:

E

a = TR•EU

7.27)

(7.26)

Q n

EU = 100

(7.24)

Sinesm

o

u

sustituyen las ecuaciones

7.24 y

7.26

en la ecuación

7.27

obtenemos

Donde q

a

es el promedio del

25 %

de los valores de descarga más

bajos dentro del sistema y q

‹

, es el promedio de descarga de todos los

emisores dentro del sistema. Valores recomendados para

EU

del

90 % o mayores son deseados en el diseño de un sistema de riego por

goteo. Valores de

EU abajo

del 90 % no deberán ser considerados en

el diseño de un sistema de riego por goteo.

Una importante consideración de diseño, la cual afecta la cali-

dad y seguridad de un sistema de riego por goteo es el porcentaje

de área humedecida en cada riego, P. El tipo de suelo, el movi-

miento del agua a través del suelo y el espaciamiento entre los emi-

sores, afectan este porcentaje. Karmeli y Keller sugieren por razo-

_

agua almacenada en

la

zona radicular

ti

100

7.28)

q„• t

a

Al resolver, tenemos

agua

almacenada en la zona radicular

—

100

7.29)

• t

En donde el producto q,,• t significa el agua total aplicada (tasa de

descarga promedio multiplicada por el tiempo que dura el riego).

Este parámetro de

eficiencia,

como es definido aquí, tiene un único

208


significado y no debe ser comparado con los obtenidos en otros mé-

todos de riego.

En el riego por goteo no se considera el parám etro conocido como

eficiencia de requerim ientos, E„ debido a que la zo na radicular no es

completamente humedecida cuando se riega por este método.

Modelo de distribución logarítmica para evaluar

209

Y .= c + aXb

7.31)

En la cual Y es la descarga adimensional, a y b son coeficientes

de

correlación,

X

es la distancia relativa y c os un parámetro usado

para encontrar el mejor ajuste, el cual requiere de una solución a

prueba y error.

Puede ser visualizado que el área bajo la curva en la figura

7.4,

la eficiencia en un sistema

por goteo. mediante el ajuste de la distribución con una función

de

la

forma:



x 0 .0

x .0

„„.

—

o

D

sistemas de riego por goteo

Con la finalidad de crear un modelo que caracterizara la distri-

bución de la carga de presión y la descarga de los emisores a lo largo

de la línea lateral, Karmeli y Salazar

(1978),

investigaron para varias

condiciones dichas distribuciones. Una vez que esas distribuciones

fueron calculadas usando las ecuaciones desarrolladas en la sección

"Desarrollo de las ocuaciones que caracterizan la distribución de la

presión en el distribuidor y lateral", se procedió a emplear técnicas

de ajuste de curvas por mínimos cuadrados para ajustar los datos de

las distribuciones a una función de tipo logaritmica de ajuste de

datos es así, representada por:

q = + b Ln x

7.30)

Donde x es la distancia desde la entrada del lateral, a y b son coe-

ficientes de correlación y el valor de q representa la descarga de un

emisor localizada en el punto x a lo largo del lateral. Posteriormente

la descarga promedio en el lateral será usada pa ra crear una distribu-

ción de descarga adimensional. La posición relativa a lo largo del

lateral será calculada dividiendo la posición del emisor entre la lon-

gitud total del lateral. Así, los parámetros que resultan del ajuste

logarítmico son usados para calcular la eficiencia de aplicación y la

uniformidad de emisión en orden de describir la calidad de un siste-ma que usará un lateral que fuese igual y bajo las mismas condicio-

nes de aquel representado en el m odelo de distribución logarítmica.

La distribución de la descarga adimensional Y = (q

1

/4). contra

la distancia relativa

X

— (x/L,), es usada para determinar la efi-

ciencia de aplicación, E„ y la uniformidad de emisión

EU en una for-

ma similar a aquella usada en el Capitulo 4, donde un modelo de

distribución lineal fue presentado para caracterizar la evaluación

de un sistema de riego por aspersión.

Es importante mencionar que es posible caracterizar la distribu-

ción de descarga adimensional en un lateral de un sistema de riego

ABCDEF, es el volumen total aplicado el cual es igual a i. Donde

Y„„„ < Y,. < Y

f i g

„. aquí Y, es igual a la descarga promedio adimen-

sional, la cual es igual a 1. El volumen de agua que entra a la zona

radicular es representado por ABDEFA.

Por lo tanto,

E ---

E

r

A

O

,

.25

.. 0

./5

O

5

D s'anca reiativa,

xiL,

Figura 7.4

Dexaugn edimensionol de los emisores es. distancio Motiva a lo Jorge del Metal-

t o

ABDEFA

Y

r

X + j f(x)dx

ABCDEFA

'of

(x)dx

(7.32)

210


emisión EU.

Do la misma figura 7.4 ¡modo sor visualizada In un' formidtul do

Promedio del 25 % de los valores

más bolos

EU PIN

Promedio de los valores do todos los emisoras

x I all

(7.33)

Do acuerdo can su definición y rofIrlándonos do nuevo ti la figu-

ra 7.9.

la alertad en un :Monta

11

2.

Espaciamionto do los emisores,

l coeficiente do dottcargn

3.

El coeficiente do variación do manufactura, y„,. puro ol emi-

o; y el exponente b do descargo.

sor usado.

La selección del diámetro del totoral deberá sor bocho do tal

minora quo la diferencia do presión entre los doe emisores extro.

mos en la Ilnoa lateral

sea monor

quo el K, por ciento do la presión

do operación roquorida Ixrr el emisor solecdonado;



Llo f(x)dx

EU

as

p

.75

f

I

0

o

f(x)dx

X 1

0

0

7.34)

1.0

Procedimiento en la evaluación de los sistemas de

riego por goteo durante su diseño

Utilizando las ecuaciones presentados un los párrafos previos, so

hace necesario a esto punto desarrollar un procnril miento paso por

paso para evaluar un sistema do Hago por goteo, Cubo notar quo a

diferencia do la evaluación hecha en los t'Istmos do dogo por tumor-

alón. donde la uniformidad y los eficiencias son doterminadno mi-

diendo directamente le distribución del agua do aspersión del misto•

ma on operación, un la evaluación do los aislamos de riego por gotoo

osos racimos do evaluación pueden sor corcanamonto (Mimados

calculando las perdidas de carga a lo largo do las tuberlas laterales,

durante al diseño del sistema,

Uniformdrol o lo ¡orno del lotera,

El primor paso en la evaluación do un sistema do riego por gatito

es definir el parámetro

G ,

on la ecuación 7.14. Asumiendo que lodos

los laterales do longitudes, espacio:Mento do emisores, y diámetros

aproximados tendrán ol mismo valor do G

l

. (Si existen diferencias de.

bidas al diseño,

los

valores do G, deberán sor definidos para cada si-

tuación.)

Empezando por dofinir los parámetros básicos do datos itocosn.

dos para la evaluación:

1. Longitud del lateral, L

o

diámetro

d,;

y nl factor do fricción G

(Hazon•Williama).

Pim — 11 .15 K, He

7.35)

En In cual, 11., os la cargo o presión del emisor inicial, II„ os lo

carga o presión en el emisor más alelado de la entrada de agua al

totoral (ol último en el lateral) y 11„ es la carga o presión do diseño, K,

depende de las características hidráulicas del emisor y del criterio

usado tan el diseño del pistomss

Los

cálculos do la distribución de prosionos y descargas a lo lar-

go do

las

lineas laterales son obtenidos mediante ol use iterativo do

las ecuaciones que los caracterizan. Coda latero' es dividido on una

red de nudos (emisores) y secciones (lateral entro don emisores)

como se 'mostra on la figura 7.5. Lo descargo do nunlquior emisor k

ea Igual a (de In ecuación 8,1):

(7,36)

Q 1

— — fine

Erni SOf

L _ _ _ _ _

_

Nodo,

II

6

.— -

-

4"

4

H

e r r 6

÷

"

.

"1 "

- r — 1

1

. — 2

e c c i o n e s

J

Fisura 7.0.

Definición

o l i q u e m d l i c a

de

uno linea Inionil en

un diem de r ielW Por gola°

.

Para cualquier sección o lo lagodel lateral. lo

t osa

do

nulo tot

al,

Q

i

es:

Qi

•

Z

-

7,37)

O,

212

ap. 7. evaluación

del funcionamiento

da

de

descarga y un "coeficiente de resistencia",

Hazen-Williams puede ser reescrita de tal forma que la pérdida

de

carga en cualquier sección sea expresada como una función separa-

En la cual todas las unidades están dadas en t/h. La fórmula de

H

k

+

1 =

H

k

+

N•Qp152

+

4

. 1 )

Donde

4

es la elevación al nudo k en m;

y

213

Uniformidad en la subunidad

El análisis del procedimiento anterior es necesario en la evalua-

ción de las uniformidades en un sistema de riego por goteo. Sin

embargo, el trabajo requerido excede por mucho el valor de los

resultados si éste se extiende a más de un par de laterales en la

subunidad. Una aproximación más simple y realista es descrita en

esta

sección. La ecuación 7.35 establece que la diferencia en la pre-

K

por ciento de la

(7.38)



3136.99s,

1 1

' —dr

7

C'

7.39)

n solo

i recordamos que la ecuación 7.39 asume un lateral de u

diámetro e igual espaciamiento entre los emisores.

Las distribuciones de descarga y presión a lo largo del lateral son

determinadas por medio del uso iterativo de las ecuaciones 7.36

y

.38. El procedimiento debe empezarse en el último emisor donde

la

carga de presión es asumida o calculada usando la ecuación 7.35

(para el lateral más alejado de la entrada de agua a la subunidad). El

diseñador y evaluador de sistemas de riego por goteo puede desear

contabilizar pérdidas de carga local a cada emisor causadas por las

obstrucciones ajustando el valor de C

de 80

-

140 dependiendo del

espaciamiento y naturaleza del acoplamiento del emisor con la línea

lateral.

Recordando que

G

1

es la pérdida de carga total

( F i

n e—

H

l

divi-

dida entre la carga

de

presión promedio en el lateral.

La carga de presión promedio es determinada, calculando pri-

mero la descarga promedio,

RO

9i

—

o

7.40)

Donde, ij

es la descarga promedio en t/h y

n

e

=

Lis,. La carga

de

presión promedio, H, es entonces resuelta mediante,

1 7 1

= gli00

1 / 6

7.41)

Y finalmente

Gi = (Ha —

11

1)/F1

7.42)

El tener el valor de C, nos permite calcular las variaciones de

descarga y carga de presión dentro de toda la subunidad usando las

ecuaciones

7.21

y

7.23.

sión entre dos emisores deberá estar dentro del

carga

de diseño en orden de que las variaciones de descarga estén

aproximadamente dentro de

10

96 de la establecida en el diseño.

Esos

límites se aplican a la subunidad entera y no solamente a las

lineas laterales individualmente. En orden de tener sólo una dife-

rencia de descarga del

10 96

como límite dentro de la subunidad.

Realmente, el ingeniero en irrigación puede establecer cualquier

límite deseado; el

10 96

es una regla estándar de aproximación.

Resulta obvio pensar que las máximas diferencias en una sub-

unidad resultarán

entre el emisor más retirado de la entrada

de

agua al distribuidor y el más cercano a ella.

Si la aceptabilidad del diseño de un sistema de riego por goteo

puede ser medida en términos de la máxima variación de presión

en

la subunidad, entonces la evaluación del sistema puede ser gran-

demente

escarga

deseada

de cada uno de los emisores podría ser igual a:

demente simplificada. En el diseño de una subunidad,

q.

=

ano'

7.43)

Donde, q„, es la descarga de diseño por emisor en

ea

y H. es la

presión de diseño en m. La ecuación 7.35 puede ser expresada en

términos de la carga al emisor más distante y más cercano a la entra-

da del agua en el distribuidor:

1 -1 ; — H

e

=

7.44)

En la cual, H , es la carga de presión a la entrada del agua al distri-

buidor en m, H. es la carga de presión en el emisor más distante de la

entrada del agua al distribuidor, y

K

1

es la variación de diseño en la

subunidad expresada como una fracción. La ecuación 7.44 es escri-

ta sin la función de valor absoluto debido a que

>

H. para todos

los casos.

Es también escrita como una igualdad tal que esta condición

resultará siempre en

lo

más económico.

Mediciones de campo de las presiones o descargas a lo largo de

las tuberías pueden ser hechas fácilmente para probar un sistema

214

a p .

7 eveltineitin (id funrionarniento

do riogo por g oteo, Esta forma do realizar la prueba do evaluación

se realiza siguiendo una metodología do campo, que consiste en

aforar las descargas do 18 emisoras dentro do la subunidad do

prueba soloccionundo para olla cuatro latoralos: la primara al Mi-

cío, la segunda a 1 /3, la toreara a 2/3 y la cuarta, al final do la línea

distribuidora para luego aforar volum étricamento el caudal do los

emisores loc alizados al Inicio, a 1/3, a 2/3 y al final do cada linea

totoral. Posterlortnonto so analizan los datos oxprosados on Oh para

obtener la media del 25 % inforior y la media gamma, cuya divi-

b

i

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15

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Asso sIng t ito Spat la l Va:1M•



sión proporciona la uniformidad do em isión (EU).

Ejemplo 7,1

Evalúe la uniformidad de omisión (EU) para una subunidad da

dogo p or goteo donde so ob servaron los siguientes caudales (1/h )

aforados en la emisores inuostreados,

Emisores o lo

largo de io lotero

¿atengas o lo largo de o lineo Mutan, doro

i n i c i o

1/3

2/3

F i n a l

-- inicio

2.43

2.39

2.36

2.19

1/3

2.37

2.31

2.30

2.35

2/3

2.28

2.30

2.40

2.35

_

i n a l

2,20

2.31

2.18

2.17

Opciones

)

80 %

)

88 %

)

95 %

)00%

Solución

Aplicando la ecuación (7.33), EU el 05 % opción "C" .

M edia del 28 56 de los valores mas bajos,

qn a

2.185 t

Media de todos los valores,

qa a

2.308 t /h

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EVO1U0110111

A

Cuido for Ma nagement,

Utah State University, Logan, Utah, 1978 .

&domen, K.,

Manufac turing VarlatIon o f Entinare In 71'ickie Irrigation

Systomo,

ASAS Papar Núm. 77.7000, presentado en la reunión do

verano de 1977 da la ASAE, 1077,

Skilottiom K. y J. M ollar, "Triciclo Irrigation Uniformity and Efficioncy",

artículo presentado on la convención anual do la ASCE y la National

Environmental Enginoering Convontion, Kangas, 18 78.

Wu, 1-Pai

tion",

»

y

. CHEN "Flydraulics and Uniformity for Drip Irriga-

urna] of t i to Irrigation and DraInago

9 ( 1 2 1 2 ) : 1 5 7 -

187, Junio, 1973.

I



Diseño de

los sistemas

de riego

por goteo

-tatte. 0-1 ,1

1

,

=

219

REQUERIMIENTOS DE AGUA

PARA EL RIEGO

Estudios melón publicados sobre riego por goteo han confirma-

do lincisivamonto lo dicho antes madianto osar :nútrlo, ao obtionen

mejores coseches y significativos ahorros en el uso del agua. Sin

embargo, osas investigociones no han sido connintontos un la cuan-

tifirnción del rendimiento do los cosechas ni un las vontalas do la

col servacion do agua. AM, futuras invostiguciullos serán requeri-



CONSIDERACIONES BÁSICAS

Los procedimientos quo so siguen en el diseno de un shitoma do

riego por goteo son muy similares a loe empleados poro disonar un

sistema do dogo por omperrión. Las condiciones quo guardan nl sum

lo, el suministro de agua, el clima y los aspectos ogronómIcos deben

permanecer cuiciudosumento evaluados. Exiguo:, sin embargo, un

número de aspectos que lo son exclusivos el riego por gotoo los coa-

les requieren do un tratamiento especial. Varios invostigadoros y

profesionalos en nl diseño de sistemas do riego por goteo han pro-

puesto criterios y pr000di mientas usando monogramas quo facilitan

la tarea de diseñar. En asta sección el análisis y motodulogia básica

del diseño será discutida en lugar de simplemente proporcionar a

los estudiantes un resultado final (monogramas y rutas do cálculo).

Es el objetivo de este curso, el que el estudiante entienda y estudie a

fondo le baso do un diseño, y si os deseado. esas útiles ayudas paro

diseñar pueden sor individualmente familiarizada'. o dmotrrolladas.

El diseño do un sistema do riego por guaro Involucro los alguien-

tos pasos:

1 .

Cálculo do los factores preliminares do diseño,

2.

Selección da los emisoras (goteros).

3 .

Selección del número y trazado do las subtinidndes.

4.

Diseño do le linea distribuidora y las lineas lateados.

5 .

Diseño de las lineas do conducción principal, subprincipal y

auxiliaras.

O. Sistema do filtración.

7, Requorlinlentue

do bombeo.

21$

das para evaluar complotamonte el impacto dol riego por goteo.

La

intorosanto respuesta del cultivo a un bajo nsfuorto do potencial

milico indican la ascosidad do integrar los factores agronómicos

más cercenamonto con el diseno hidráulico y los prácticas de ope-

ración del sistema. Mientras tanto, sin embargo, los diseñadores se

enfrontan con algunas preguntas que

frecuentemente

los son Mit:l-

ige de contestar correctamente. Por ojomplu, las capacidades dol

suministro do agua deberán ser suficientes para suplir la mayor

parte ad no as que todo ol requerimiento de agua pura el dogo du-

rante ol periodo de mayor uso consuntivo, ¿poro audio

son Osas

demandas do agua con tan pequoftas áreas humedecidas? ¿Sobro

qué intervalo do riego Moré do sor calculado el máximo de do-

mando do qua dol cultivo?, etcétera.

Estimando el ahorro en el uso del agua

El ahorro en el uso do agua generalmente ocurre en ol riego por

goteo debido a que: 1. se reducen las pérdidas do agua por t'eco:ti-

mientos y percoloción profunda; y 2. una ovapot ranspiración redu-

cida sólo a aquellas pequeñas áreas humedecidas.

Al diseñar la capacidad de un sistema do riego por goteo. osos

ahorros son especialmente importantes durante ol podado de uso

consuntivo máximo. Durante la subsecuente programación do los

riegos, los ahorros do agua son continuam ente importa:Hos. La m ag-

nitud del ahorro cm ol uso do agua depende do la eficiencia con

la cual sean apurados los alternativos sistemas do :lago por superfi-

cie y asporaión no solamente respecto a las condiciones locales do

suelo, cultivo y clima sino también n las actividades y prácticas que

prevalecen nl aplicar un riego.

Karrnoll

y

Kollin. (1975) consideran que M diseño y las prácticas

do manojo del sistema de riego por goteo tienen un 90 % de oficien-

cid. jobling (1074) sugiero una eficiencia do diseño de 95 % para sun-

los muy arenosos y da un cercano 100 % para suelos de textura de

migajón y arcillosos.

221

220

a p .

8. s istemas de r iego por goteo

El ahorro en el uso de agua debido a la evap otranspiración bajo

un riego por goteo, está asociado primordialmente con la reducción

de la superficie de suelo que es humedecida. La separación del con-

cepto de la evaporación que proviene del suelo al de evapotranspi-

ración ha sido un tópico de interés por muchos años, y de hecho,

permanece siendo un área de investigación para aquellos científi-

cos quienes co ntinuamente están intentando desarrollar nuevas

tecnologías en la programación de los riegos. Tal que la evaporación

de agua desde la superficie del suelo es el parámetro que varia en el

requerimientos de agua

campo, la evap oración que se origina en la superficie del suelo altera-

rá los requerimientos de agua no sólo en los principios de la tempora-

da de crecimiento sino también durante el periodo de mayor deman-

da de agua.

Shearer

et

al. (1975) evaluó los requerimientos de agua para riego

durante dos años en huertas com pletamente desarrolladas de pera-

les, manzanos y cerezos usando tensiómetros. La ecuación básica

para realizar la program ación de los riegos fue sugerida como:

8 . 1 )



riego por goteo y que a su vez lo diferencia de otros métodos de rie-

go, puede ser de gran ayuda el mencionar las contribuciones que

han hecho alguno s investigadores en este tópico. El flujo de la

humedad que se origina en las superficies húmedas ha sido evalua-

do basándose en las propiedades hidráulicas de los suelos (tal como

Black et al. (1969) y en el balance de energía evaluado en la interfase

suelo-atmósfera tal como Penman (1948), Ritchie (1972), o Tanner y

Yury (1976).

Estimando la tasa

de evapotranspiración

del cultivo

Dos procedimientos básicos han sido seguidos para estimar la

tasa de evapotranspiración ET, para el caso de un riego por goteo. El

primero es la estimación de ET usando el recipiente evaporimetro

clase A de la U. S. Weather Bureau y el segundo involucra cualquie-

ra de los métodos descritos en el Capítulo 2. Ambos procedimientos

deben ser ajustados a la s condiciones características que tiene el

riego por goteo mediante el cual sólo una porción del área del campo

es humedecida. Comú nmente, ese ajuste es hecho multiplicando la

ET estimada p or un coeficiente que representa la proyección hori-

zontal de la copa del cultivo expresado com o una fracción de área

sombreada. Para el comú n de los cultivos, el área sombreada es

usualmente el 100 % y ninguna distinción es hecha entre el El' para

diseñar un sistema de riego por goteo y uno por aspersión. Conse-

cuentemente, dicho ajuste concierne solamente a aquellos cultivos

ampliamente espaciados como las huertas y viñedos.

En la aplicación do sistemas de riego por goteo a huertas y viñe-

dos, la m ayoría de los investigadores relacionan los requerimientos

de agua del cultivo al recipiente evaporímetro clase A de la U. S.

Weather Bureau incluyendo correcciones para el porcentaje de

cobertura y la fase en que se encuentre el desarrollo foliar. Debido a

que los árboles en las huertas no cubren por completo el área del

El' = KEpA

En la cual I( es el coeficiente del recipiente evaporímetro rela-

cionado al riego por goteo, Ep es la evaporación medida en el reci-

piente evaporímetro clase A de la U. S. Weather B ureau y A es el

área

sombreada por los árboles en el huerto. El valor de K fue calcu-

lado para las condiciones climatológicas del estado de Oregon, E sta-

dos Unidos, donde resultó ser igual a 1.0. En un proceso más general

para relacionar la evaporación del recipiente evaporímetro a las

demandas de agua del cultivo. Hoare et al. (1974) ha propuesto la

siguiente fórmula:

ET = DEP

8 . 2 )

En la cual,

fo

= 0.8(T + 1)2(1

T)

8 . 3 )

Donde 0.8 es el factor que relaciona el recipiente evaporímetro

Clase A de la U. S. Weather Bureau con la evaporación que se origina

desde una superficie de agua abierta a la atmósfera como es calcula-

da

a

partir de métodos tales como en la ecuación de Penman, y Tes

la fracción de área sombreada por los árboles o la razón entre la pro-

yección horizontal de las copas de los árboles y el área total del cam-

po. Cuando T es menor que un valor aproximadamente de 0.5 1 ,, es

igualada a T. H oare et al. (1974) también incluye un factor f

s

de ajus-

te (tabla 8.1) por textura de suelo el cual compensa la reducción en

la evapotranspiración causada por una deficiente retención de

agua.

Aljibury et al. (1974) consideró los requerimientos de agua para

ciruelos completamente desarrollados en el Estado de C alifornia

y

también propuso una relación utilizando la evaporación de un reci-

piente evaporímetro clase A del U. S. Weather Bureau. Escribiendo

t.0

0.8

0.8

ea

uso e l

al.

(1014)

Booster at

o l

ilaist

Atittnny el ol (19711

•

_„.

-

é

e

225

222

Tabla 8,1, l actor f,

para

sue-

l os

de diferentes texturas,

S u e l o

Arena

gruesa

Arena tina

Limos

Migajón Arcilloso

1, I5

1,10

1.05

I.00



1 04

8

•

•

•

40

0

0

00

Porcentaje da

a

roa sombreada

n

2

•

•

•

la ecuación do Allibury en el formato de las ecuaciones 8.2 y 0,3

resulta

en:

ET

0.0

K,Ep

8.4)

Donde K,

es un coeficiente del cultivo relacionado al área sant•

breada que cuando es expresado matemáticamente es:

K

I

.337'

Un sumario calculado de los tres métodos anteriores que utilizan

el recipiente ovaporimetro de lo U. S. Woathor Humeo para estimar

ET

en huortos durado diferentes fases do desarrollo os mostrado en

la figura 8,1 Los datos experimentales presentados en las publicadas

nes roforidas describen huertos donde la sombra do loa Arbolas os

aproximodamonte de

75 % del área total. Pura este punto en la fisura

0.1, las discrepancias son de 25 % una de otro. Esta variación

pueda

sor

explicada

por

las diferentes condicional climatológicas do las

áreas donde so roalizeron cada una do

las

investigaciones, los dift•

rentes cultivos, y nl hacho do que las áreas sombreadas horizontal.

monto no contabilizan completamente las variaciones en las superf•

cies de transpiración de las hojas do loa agudos (Morsh et al., 1074),

Además, los variaciones m'Indormia@ debidas al desarrollo follar no

son contabilizados en estos métodos pura Mimar

ET.

En un huorto

con árboles do poca udad el área sombreada puedo variar sustancial.mento.

Karma' y Kollor (1075) sugieren una ecuación para los toquen'•

mientas do agua de un cultivo irrigado por un sistema do goteo

como:

Et •••

1:7

(minium do

o

—

.ah-

o i)

8.8)

Dolido El

17' a L istada ni riego

por

goteo. 7' la fracción del área

total que asta sombrando, I.n uminción 8.2 también

puede sor usada

~tu ti. ~atm de ~lente* del recipiente evapuruntom

clase A do tu liba

inpreaudoi eento una funden del atea

eombretsda pmveetada hurimmlulmenso

en opto

caso.

Walker ot

al, (1976) comparó varias

eltornallves para

•

estimar E7' para cultivos Irrigados por gateo con datos obtenidos en

•un

huerto do árboles Jóvenes da durazno localizados on una región

semidesértica. Los molotes resultados fueron obtenidos cuando se

estimaba ET con alguno do los métodos descritos un la sección 2 y so

multiplicaba simplamonla por

la fracción do área sombreada.

Para propósitos do diseno, esto procedimiento puede sor ofocti.

vu. El

USO

del recipiente ovaporimetro puede ser también emplea-

do, aunque debo hacurso muy cautelosamente.

CÁLCULO S D E LOS FACTORES PRELIMINARES

DE DISEÑO EN UN SISTEMA DE RIEGO

- POR GOTEO

El diseño do un sistema do riego por goteo aguo emoncielmonlo

n l

mismo procallinionto quo Hl

usado pura

diseñar un sistema

ele 11080

(8.5)

224

ap. 8.

sistema de riego

por goteo

por aspersión (Cápítulo 5). Consecuentemente, el siguiente párrafo

considerará primero los cálculos básicos.

Lámina e

intervalo de riego

Las ecuaciones 8.1 a 8.6 permiten al diseñador de un sistema de

riego por goteo modificar los estimados de los requerimientos de

agua del cultivo a las condiciones encontradas bajo un riego por

goteo. El valor resultante de

ET

representará el promedio de la tasa

alados preliminares

25

dichas pérdidas generalmente resultan de que el agua se percola a

un perfil del suelo más profundo del alcance radicular, como tam-

bién de que cierta cantidad de agua es evapotranspirada por plantas

no benéficas (malezas). En este caso,

D P H

H A

D'

TR •

E U

c ,

En donde TR es como se definió en la Unidad 7 la razón del agua

evapotranspirada por el cultivo del total del agua aplicada en aque-

(8.8)



de uso consuntivo sobre el área irrigada por goteo. Asi, la lámina

neta de agua a aplicar (DPH) es definida considerando que sólo una

fracción

P

del campo se humedece bajo el riego por goteo.

DPH =

f

(CC

—

PMP )yb • ZR •

P

En la cual f

es

el factor de abatimiento o depleción de la humedad

en el suelo, y es frecuente considerar para los sistemas de riego por

goteo valores de 0.2 y 0.3 para cultivos sensibles a la deficiencia hídri-

ca y valores entre 0.4 y 0.5 para aquellos cultivos que resisten un

mayor grado de deficiencia hídrica. El término (CC — PMP)yb se

refiere a la capacidad del suelo para retener humedad en beneficio

de las plantas en unidades de contenido de volumen de agua por

volumen de suelo, ZR es la profundidad efectiva de exploración ra-

dicular del cultivo en metros y P representa la fracción del área de

campo que es humedecida bajo condiciones de riego por goteo. Este

último parámetro es una de las características únicas del riego por

goteo y su valor depende de la descarga y separación de los puntos de

emisión y del tipo de suelo. Considerando el estado actual sobre el

conocimiento del comportamiento de la mayoría de los cultivos irri-

gados bajo este método, una meta razonable de diseño es el de hume-

decer un mínimo de un tercio (P = Vi) del perfil radicular en culti-

vos ampliamente espaciados. En cultivos de alta densidad de siembra

o plantado, la mayor parte de la superficie del campo requiere de ser

humedecida para asegurar un adecuado suministro de agua a la plan-

ta y en ese caso P 1.0. Asi también, se puede decir que en aquellas

regiones que reciben una considerable participación pluvial durante

el ciclo fenológico del cultivo, la meta del diseño pudiera aceptarse

humedeciendo

1/s

del pefil radicular (P = os) en caso de cultivos

ampliamente espaciados. Karmeli y Keller (1975) han desarrollado

un método para estimar el valor de P a partir de considerar diferente

disposición de los puntos de emisión, descargas y tipos de suelos.

La lámina de riego D' debe considerar qué parte del agua aplica-

da por el sistema no será benéficamente usada por el cultivo y que

llas plantas que reciben menos agua en el campo de cultivo, siendo

un valor de TR = 0.90 el recomendado para regiones áridas y semiá-

ridas y de TR = 1.0 para regiones húmedas y semihúmedas, EU es la

uniformidad de emisión la cual es un parámetro de evaluación de

diseño que nos ayuda a interpretar el grado de uniformidad con el

cual el sistema aplica el agua de riego a través de todo el campo. Una

meta en el diseño es el de lograr valores de EU entre un 85 o 90 % .

El intervalo de riego (el tiempo entre sucesivos riegos para una

subunidad dada) es usualmente determinado con base al abati-

miento permitido de la humedad en el suelo. En los sistemas de rie-

go por superficie, un 50 a 70 % de abatimiento en la humedad del

suelo es usado. Debido al alto control que se tiene sobre la distribu-

ción de agua en los sistemas de riego por goteo, el porcentaje del

abatimiento de la humedad puede reducirse entre un 10 a un 30 %,

resultando en aplicaciones de agua más frecuentes. Jobling (1974)

ha trabajado en una investigación para determinar el óptimo inter-

valo de riego para los sistemas de riego por goteo, los resultados de

tales estudios son sumarizados en la tabla 8.2. Esta tabla puede ser

usada como una guía de diseño. Intervalos cortos son necesarios

donde las tasas de evapotranspiración son altas, los suelos tiene

poca capacidad para retener agua, el agua es salina o las plantas tie-

n

nen un sistema radicular poco profundo. Intervalos más largos son

permisibles donde las tasas de evapotranspiración son bajas, el sue-

lo tiene una buena capacidad para retener agua, el agua es de buena

calidad, o las plantas tienen un sistema radicular profundo. El inter-

valo de riego es nuevamente definido como:

, Pfl

F =

Et

En donde

F'

es el intervalo en días entre dos sucesivos riegos

para una misma subunidad, y Et es la evapotranspiración ajustada

bajo condiciones de riego por goteo.

El valor de Et puede ser definido mediante las ecuaciones pre-

(8.7)

(8.10)

c á l c u l o s p r e l im i n a r e s

227

1.25 m (estimada)

2.0 m

Alta

53.5 ha (según plano)

Franco arcillo-limoso

Buena

Prof. radicular:

Radio de la copa de los árboles:

Sensibilidad a la deficiencia hí-

drica:

Superficie total del cultivo:

Suelo

Textura:

Estructura:

Tabla 8.2. Intervalos

de

riego sugeridos para los

s istemas de r iego

por

goteo de

acuerdo a clima y tipo de suelo.

Clima

Textura gruesa.

poca capac idad

para retener

agua

Arena l ino

Textura de

migajón y

arci l loso

Caldo

y seco.

alta

evapotrans-

piracion

Riegos frecuentes

durante el día o

una vez al día

durante las

horas mas

cálidas.

I día de Intervalo

o

2

días donde

el suelo

contenga algo

de limo o arcilla.

De 2 a 3 días de

intervalo en

suelos pesados

con mala

aereación.



160 mm/m

Semidesértica con verano caluroso

y errática precipitación pluvial.

El máximo uso consuntivo ocurre

en julio, alcanzando un valor de

7.0 mm/día

Humedad aprovechable:

Clima

Tipo de región:

Evapotranspi ración:

Solución

Considerando la información anterior se podría primero calcu-

lar el valor del

DP H,

o sea, la lámina neta de riego para las condicio-

nes de goteo.

D P H =

f•HA•ZEI•P

En este caso tenemos un cultivo "sensible" a la deficiencia hídri-

ca, por lo tanto, el valor de f deberá de asignarse alrededor de un 0.2 o

sea sólo abatir un 20 % la humedad aprovechable.

El valor para P deberá considerar las condiciones del cultivo, así,

como el tipo de región climatológica, por lo tanto, se puede asumir

para este propósito un valor

P =

0.25. Lo que significa que estaremos

considerando humedecer el 25 % del área total del cultivo. Así:

D P H =

0.2(160 mm/m) 1.25 m X 0.25

= 10 mm 1.0 cm

Moderado.

otoño y

primavera.

Frio. baja

evapotrans-

piraciOn

Riegos frecuentes

durante el

día

o

una vez al día

durante las

horas más

cálidas.

Riegos

frecuentes

durante el día o

una vez al día

durante las

horas más

cálidas.

De 2 a 3 días de

intervalos.

De 3 a 4

días

de

intervalo

idos

veces por

semana).

De 3 a 4 días de

intervalo.

De 6 a 8 días de

intervalo (una

vez a la semana).

sentadas en una sección anterior de esta Unidad. Sin embargo, una

forma útil y práctica, que ha demostrado ser eficiente para propósi-

tos de diseño es la de estimar un valor de ET aplicando cualquiera

de los métodos descritos en el Capítulo 2 y multiplicar este valor por

T que representa la fracción del área del campo que potencialmente

será sombreada por el cultivo cuando éste se encuentre plenamente

desarrollado. Es importante observar que el valor de

E T

deberá de

representar el uso consuntivo máximo del cultivo, el cual ocurre

generalmente durante los meses más calurosos. Así,

Et = ET•T

Ejemplo 8 .1

Determine la lámina de riego 19* y el intervalo mínimo entre rie-

gos

F'

bajo riego por goteo para el cultivo cuyos datos se dan a conti-

nuación.

(8.9)

Una vez calculado el valor del DPH es fácil aplicar la ecuación

8.8 para determinar la lámina de riego por aplicar:

DP H

Di

,,

Cultivo

Especie:

Edad:

Espaciamiento:

Naranjo

5 años

4 X 6 m (en marco real)

229

228

ap. 8.


Considerando que

E. =

TII•EU

Tendremos que TR

—

0.9 pues el cultivo se encuentra en una

región semidesértica. Este valor indica que un 10 % del agua aplica-

da en los árboles que reciben menos agua dentro de una misma

subunidad do riego se perderá por percolación profunda o será eva-

potranspirada por plantas no benéficas. Un valor de diseño para EU

debe asignarse alrededor de 0.9, lo que significa que pretende-

cdkulos

preliminares

Y para naranjo con 2 m de radio de copa:

Área

sombreada por árbol n(2.0)

2

= 12.57 m

2

53.5 X 10 000 m

2

Número de árboles

=

4 m

2

/árbol

Por lo tanto:

Area

sombreada total

—

12.57 m

2

/árbol

X

22 292 árboles



mos alcanzar una uniformidad de aplicación de 90 %. Este alto va-

lor de uniformidad en la aplicación del agua dependerá, sin embar-

go, de otros factores para ser logrado una vez que el sistema se

encuentre en operación. Aun pensando que al asignar un valor tan

alto para EU se contrae un compromiso muy delicado sobre los

resultados de operación del sistema, es también cierto que el valor

de TR = 0.9 os muy conservador y puede representar de esta forma

un m argen flexible sobre la eficiencia de aplicación del agua de riego.

Algunos autores sugieren valores de E. en función del clima

solamente, sin embargo, en el caso del riego por goteo la eficiencia

en la aplicación del agua depende también en gran parte de la uni-

formidad del sistema, como se demostró en el Capitulo 7 de este tex-

to. Así,

1.0

D

.

=

0.9

X

0.9

=

1.23 cm

Este valor nos indica que el agua do riego por aplicar seria de

1.23 cm. Aun pensando que este valor fuese muy pequeño si se dis-

tribuyera uniformemente sobre toda la superficie del huerto, repre-

senta sin embargo, una considerable aportación de agua si pensa-

mos que solamente será aplicada dentro del área de sombreo de los

árboles, dejando gran parte de la superficie entre árboles relativa-

mente seca.

Para determinar el intervalo entre riegos

F',

es necesario prime-

ro determinar

E t :

Et

=

E T -

T

T

rea sombreada total

Área total del cultivo

En donde:

Área sombreada

=

área sombreada por árbol por núm ero de árboles

—

280 206 m

2

Y al sustituir valores en la expresión dada para T encontramos

que:

280 206 mz

T

=

0.524

535 000 m

2

Por lo tanto:

Et 7.0 mm/día

X

0.524

3.67 mm/día

La fracción de área sombreada también puede ser calculada

usando:

Área sombreada por árbol

T —

h X

S

o

Donde:

S h =

espaciamiento entre hileras de árboles

= espaciamiento entre árboles

Una vez calculada Et se puede fácilmente aplicar la ecuación

8.10 para determinar

F',

así,

_

0 mm

2.73 días

2-4

—

3.67 mm/día

Este valor nos muestra que un intervalo entre riegos de 3.0 días

puede ser considerado, debido a que resulta más operativo manejar

intervalos de riego con

chas

enteros, y que también el resultd

230

ap.

8. sistemas de riego por goteo

aproxima más a

3

que a 2 días. Para compensar el redondeo del inter-

valo se deben aplicar 11 mm de lámina neta en lugar de los 10 mm

inicialmente calculados.

La descarga por árbol y el gasto de agua

que requiere el sistema

Al igual que en los sistemas de riego por aspersión, la descarga de

los emisores está en función del área a irrigar, la lámina de riego por

articulas

preliminares

31

Es deseable operar continuamente el sistema de riego (24 horas/

día) durante el periodo de mayor uso consuntivo, lo cual implica un

mínimo costo inicial del sistema. Sin embargo, la operación diaria

del sistema puedo depender do ciertas limitaciones como: horas de

bombeo, disponibilidad de supervisión o alguna otra causa que ma-

nifieste el agricultor para limitar la operación del sistema a un de-

terminado número de horas por día.

Independientemente de la duración diaria en la operación del

sistema, es más apropiado manejar tiempos de riego por subunidad

del orden de

8.0, 12.0 y

16.0

horas, ya que estos tiempos de riego per-



aplicar y del tiempo de que se dispone para aplicar dicha lámina.

En los sistemas de riego por goteo, las descargas de los emisores

son definidas por árbol en forma individual, cuando éstos se encuen-

tran plantados espaciadamente como ocurre en casi todos los huertos

y viñedos. La descarga por árbol q„ expresada en litros por hora pue-

de ser calculada mediante la siguiente ecuación:

D' (s, X a

b )

t l o

10

tr

8.11)

En donde, s

o

y s

h

son las separaciones entre árboles e hileras res-

pectivamente en metros y

tr

es la duración del riego en horas.

Es fácil observar que la descarga por árbol y el tiempo o duración

del riego son interdependientes entre sí, esto significa que al asig-

narle un valor a uno alterará sustancialmente al otro, en resumen,

podríamos decir que la descarga por árbol será inversamente pro-

porcional a la duración del riego en cada subunidad.

Un procedimiento que ayuda mucho a definir el tiempo o dura-

ción de los riegos, es empezar por especificar el volumen de agua

que cada árbol debe recibir por día, basándose en la lámina de riego

por aplicar y los días del intervalo entre riegos consecutivos. Así, las

necesidades de agua de la planta en base diaria, NDP, en litros/día/

árbol es igual a:

D'(s

°

X

s

) X 10

N D P

'

(8.12)

Donde el valor del

numerador

[IY

(s, x

s , , )

X 10)

representa los

litros de agua que deberán aportarse a cada árbol, en cada riego

durante el periodo de mayor uso consuntivo. Este valor puede, ten-

tativamente, ser dividido entre un número de horas de riego tr para

obtener el valor de q, (ecuación 8.11). Generalmente es aconsejable

usar submúltiplos do las horas diarias de operación máxima del sis-

tema, pues esto facilitará la programación de los riegos.

miten humedecer un mayor volumen radicular, disminuyendo las

pérdidas de agua por evaporación. Por otra parte, debo tenerse en

cuenta que los tiempos de riego prolongados pueden representar

pérdidas considerables de agua por percolación profunda.

La aplicación de la ecuación

8.12

puede también ser muy útil

para ajustar el diseño del sistema a las características agronómicas

del cultivo a irrigar. Los criterios agronómicos consideran la apor-

tación de agua diaria por planta en base a su especie, variedad, sepa-

ración entre plantas y tipo de clima en donde se desarrolla.

Algunos diseñadores parten precisamente de las necesidades

hídricas diarias de la planta para empezar a elaborar el diseño de un

riego por goteo. Dichas necesidades de agua d iarias por planta o árbol,

pueden también ser calculadas mediante la siguiente ecuación:

N D P

Esta ecuación considera los valores do Et en mm/día y propor-

ciona resultados en litros por día por árbol. La tabla 8.3 muestra

algunos valores

N D P

para diferentes cultivos aplicando la ecuación

8.13, y asumiendo una E,, del 85 %.

Para determinar la descarga por árbol, q, aplicando la ecuación

8.13

debe primero definirse el intervalo mínimo entre riegos

F

el

cual puede calcularse mediante la ecuación 8.10, y después deter-

minar q, de acuerdo con:

NDP•F

q°

r

Una vez conocido el valor de la descarga de agua requerida por

árbol, q,, el siguiente paso es especificar el número de subáreas en

que se dividirá el campo para completar un riego N',

F'H'

8.15)

N '

tr

Et(s, X s

h

)

(8.13)

(8.14)

232

233

elección del emisor

Tabla 8.3.

Necesidades hídricas diarias

por planta e n varios cul tivos.

N D P

N DP

Cul t ivo

(tldla)

Cul t i vo

( l id io)

Vd

35

Manzano

l00

Cítricos

100

Durazno

100

Nogal

250

Plátano

30

El número de subáreas deberá ser:

3 X

24

N ' á

12

Menor o igual a 6.0, y la capacidad del sistema, Q

Q

=

2.78(T-X

2

<5 6

)



Esta relación indica que el campo o huerto deberá dividirse en

un número de subáreas menor o igual al resultado del lado derecho,

en donde 1T indica el número máximo de horas por día que puede

operar el sistema.

La capacidad o gasto que requiere el sistema para operar satis-

factoriamente, debe ser cuidadosamente evaluado y su valor nunca

debe sobrepasar el gasto disponible de la fuente de abastecimiento

de agua. Por lo tanto, al resultado de la siguiente ecuación se le

conoce como gasto Q, requerido por el sistema, el cual puedo calcu-

larse mediante:

A

Q

.78

N

.

s, X

qo

si,

8.16)

En donde A es el área a irrigar en hectáreas y 2.78 os un factor de

conversión para obtener un resultado en litros por segundo.

Ejemplo 8.2

Determine la descarga por árbol, el número de subáreas en que

tiene que dividirse el huerto pare completar un riego y la capacidad

en litros por segundo quo requeriría el cultivo de naranjos cuyos

datos se presentan en el ejemplo 8.1.

Asuma un tiempo de riego de 12 h y una operación continua del

sistema durante los días do mayor uso consuntivo.

Solución

Dé los resultados del ejemplo 8.1 y aplicando la ecuación

8.11.

1.36

X

4 X

6

X

10

qa

2

= 27.15 litros/hora/árbol

= 28.02 t/s.

Ejemplo 8.3

Determinar las necesidades hídricas diarias y la descarga por

árbol usando las ecuaciones 8.13 y 8.14 respectivamente para los

mismos datos del problema anterior.

Solución

Los litros por día por árbol son según

la

ecuación 8.13,

3.67 X 4 X

NDP

a

108 litros/día/árbol

0.81

El resultado es aproximado a aquel mostrado en la tabla 8.3 y su

diferencia se debe a los diferentes valores asumidos para las eficien-

cias de aplicación en ambos casos. También distintos valores serán

encontrados al variar las distancias de plantación.

El resultado de la descarga por árbol aplicando la ecuación 8.14 os:

108 X

3

c í o

2

27 litros/hora

Como puede observarse los resultados obtenidos en este ejem-

plo so aproximan considerablemente a los obtenidos en el ejemplo

8.2 para los mismos datos.

SELECCIÓN D EL EMISOR (GOTERO)

Una discusión acerca de los tipos de emisores disponibles

comercialmente no será intentada debido a que existe una muy

a mplia variedad de ellos y también al hecho de que continuam ente sa-

234

ap.


por

goteo

len al mercado nuevos modelos y por lo tanto una discusión de este

tópico podría quedar rápidamente obsoleta. Aunque pudiese pare-

cer ilógico sugerir que el diseñador base la elección en su propia

preferencia, esto es, de hecho, el método más común de selección.

Esto parece indicar que la preferencia personal por cierto tipo de

emisor se debo a la observación del funcionamiento de éstos y a los

comentarios que hace el diseñador con las personas que operan los

sistemas de riego por goteo.

Los emisores o goteros pueden ser categorizados dentro do los

emisores de paso-largo, de boquilla o omisores de orificio, y tubería

selección del emisor

35

diseño.

Si las condiciones

de configuración y topografía del terreno

permiten el uso de una baja presión de operación, entonces ésta pue-

de ser usada para reducir el costo de operación del sistema.

sor fue dada previam ente como la ecuación 6.1:

La función m atemática que caracteriza la descarga de cada emi-

(6-1)

q

i k l

b

Donde q era la tasa de flujo en 1/h, a una constante do proporcio-

nalidad que caracteriza a cada em isor, 14 la carga o p resión de opera-



lateral perforada. Los que pertenecen al primer grupo disipan la

presión mediante una pérdida de presión o carga que se origina

cuando el agua circula a través de un "paso-largo", los que pertene-

cen a la segunda categoría disipan la energía al descargar el agua a

través de un pequeño orificio, en los emisores de tuberías laterales

perforadas, la presión es disipada cuando el agua pasa a través de

una pared interior que existe en la tubería la cual tiene un gran

número de pequeños poros o perforaciones. Si se usa un microtubo

como disipador de energía de paso-largo, la tasa de flujo variará (o

puede mantenerse constante para diferentes presiones) con sólo

variar la longitud de microtubo. Existen otros emisores que están

diseñados para compensar las variaciones de presión y así poder

obtener descargas aproximadamente constantes en un amplio ran-

go de presiones.

La tasa de flujo de los emisores ha sido estandarizada por los

fabricantes. En Estados Unidos las tasas de flujo son usualmente de

0.5. 1 o 2 gal/h (1.9. 3.8 o 7.6 //h). En Israel son generalmente de 2.5

y 10 1/h y en Australia 2.2. 4.5 y 9 1/h.

Tasas

de flujo menores a las mencionadas requieren de orificios

de salida más pequeños, aumentando la posibilidad de que los orifi-

cios se tapen (problema grave generalmente presentado en los emi-

sores) mientras que tasas de flujo mayores a las especificadas en el

párrafo anterior podrían requerir flujos en las lineas

-

laterales más

grandes que aquellos que pueden ser transportados por las tuberías

de polietileno relativamente baratas de 10 a 15 mm de diámetro.

Las presiones de operación en los sistemas de riego por goteo son

generalmente de

7

a 10 m de columna de agua (0.7 a 1.0 kg/cm').

Comúnmente, entre más bajas sean las presiones de operación, más

bajos serán los costos de operación, y m ayor el orificio de salida de los

emisores que pueden ser usados. Sin embargo, en algunos

casos una

presión de operación relativamente alta es necesaria para que las

variaciones en las descargas causadas por la fricción y las ondulacio-

nes topográficas puedan ser mantenidas alrededor de ±5 % (tole-

rancia do diseño quo se usa comúnmente) de los valores promedio de

ción en m y b es el exponente do descarga del emisor que es carac-

terizado por el régimen de flujo en su interior. Los valores de b

generalmente se encuentran en un rango de 0.5 a 1.0, excepto en

los emisores con una completa compensación de presión donde

b = 0.0. La función que caracteriza la descarga do los emisores es

proporcionada por los fabricantes y así el cambio en la presión de

operación necesaria para cambiar la descarga del emisor puede ser

calculada. Note que a medida que b es menor que 1, el cambio que

sufriera H ocasiona un cambio proporcionalmente menor en la tasa

de descarga del emisor.

El núm ero de em isores que son colocados por planta y el espacia-

miento entre éstos a lo largo do la línea lateral depende del área de

superficie humedecida deseada. Esta área dependerá a su vez de la

característica radicular del cultivo. Para los árboles y parras, se tiene

que tomar una decisión de qué porcentaje del volumen radicular

deberá ser humedecido. Un estudio realizado por Bleck el al.

(1964)

en manzanos indicó que el humedecimiento del

50 % del suelo

explorado por las raíces podría considerarse comp letamente satisfac-

torio, pero la transpiración del cultivo decrece agudamente cuando

la porción humedecida de las raíces es menor que el 25 % . Karmeli y

Keller (1975) proporcionan una tabla en la pág. 33 indicando el por-

centaje do área irrigada humedecida para varias descargas como una

función de la descarga del emisor y tipos de suelos. Un patrón de

desarrollo radicular simétrico podría obviam ente sor deseado, lo cual

sugiere un m ínimo de dos em isores por árbol en suelos pesados, y tres

o más emisores por árbol en suelos más ligeros.

En donde el riego por goteo es solamente complementario de la

lluvia, ocurrirá un adecuado desarrollo radicular durante las esta-

ciones de lluvia. Cuando el riego por goteo es casi la única fuente de

suministro de agua, las raíces tenderán a concentrarse mayormente

en las zonas humedecidas, haciendo que la colocación de los

emiso-

res sea más crítica.

Para cultivos en hileras, el objetivo es humedecer una franja de

suelo a lo largo de la cual una o dos hileras de plantas crecerán. El

236

ap. 8.

sistemas de riego

por

goteo

espaciamiento de los emisores a uno y medio veces el radio horizontal

del patrón de humedecimiento tenderá comúnmente a humedecer el

90 %

de la franja de suelo con un mínimo de amplitud de la franja.

este, por lo tanto, deberá ser un espaciamiento satisfactorio.

El mejor método para obtener el patrón de humedecimiento idó-

neo en un suelo en particular es conduciendo una prueba piloto

usando el emisor seleccionado. Aunque la teoría para predecir el

movimiento de agua dentro y a través del suelo ha sido formulada, la

heterogeneidad del suelo, aun en un mismo sitio, reduce la confianza

en los resultados obtenidos mediante las consideraciones teóricas.

237

Tabla 8 .4 .

Características de operación de un microaspersor con patrón de

humedecimiento en mariposa y semicircular.

Mariposa

Toso

de

aso

de

Presión Descarga

Diámetro aplicación Diámetro aplicación

Modelo

(kg/cm

2

)

i)

(

m)

mmln)

m)

mrnM)

15.9

.83

.14

.91

19.7

.44

.35

.22

30

2.7

.05

.57

.22

25.4

.35

.32

52

.57

Semicircular

0.69

1.03

1.38

1.72

11.94

8.34

9.65

6.85

7.62



Una prueba piloto requerirá que varios emisores sean instalados en

un área (o áreas) representativas del tipo de suelo a irrigar y operarlos

a cargas y tiempos de operación preestablecidos. Mediciones directas

pueden ser hechas para determinar la extensión vertical y horizontal

del patrón de humedecimiento; también el bulbo húmedo puede ser

medido indirectamente usando tensiómetros. Si no es posible reali-

zar pruebas piloto, el fabricante deberá proporcionar una indicación

del tipo de patrón de humedecimiento esperado bajo las condiciones

y tipo de suelo particulares.

Habiendo decidido sobre el número de emisores por planta, y el

espaciamiento de los mismos para el cultivo en cuestión. La tasa de

flujo por emisor puede ser determinada dividiendo la descarga por

árbol o planta entre el número de emisores. Si en el ejemplo

8.3

se

hubiese decidido usar 3 emisores por árbol entonces la tasa de flujo

por emisor debería ser de 9 t/h, los cuales satisfacen la descarga

requerida por árbol, de 9 X 3 -= 27 t/h.

Un emisor que no ha sido aún mencionado es el de salidas múl-

tiples, el cual puede tener varios tubos de salida. Uno de esos emiso-

res por árbol permite que el agua sea descargada hasta en seis dife-

rentes puntos lo suficientemente espaciados como para lograr una

amplia área de humedecimiento. El emisor va montado sobre un

adaptador y en cada una de las seis salidas se inserta un microtubo

que corre hacia el árbol. Las aberturas del emisor van siendo utili-

zadas conforme el árbol va alcanzando más edad.

Ejemplo 8 .4

Seleccione el emisor a emplear para un sistema de riego por

goteo basándose en datos y resultados de los ejemplos

8.1, 8.2 y

8.3

anteriormente desarrollados. Considere en su elección cuando me-

nos dos diferentes tipos de emisores.

De los datos que proporcionan los fabricantes presentaremos

dos tipos de emisores: un microaspersor que emite un rocío intenso

y un gotero del tipo inserción en línea.

28.0 .66 .06

Tabla 8.5.

Rangos

de

presiones y

descargas para un gotero

de

inser-

ción

en línea.

Presión

Modelo

kgicrni

1.00

1.25

1.50

1.75

2.00

Solución

Además de lo dicho anteriormente sobre la selección del emi-

sor, éste debe reunir las siguientes características deseables en un

buen emisor:

a)

Ser compacto y de bajo precio.

b)

Tener un espacio de flujo interno lo suficientemente grande

que impida que fácilmente se tapen.

c)

Ser poco sensible en su variación de descargas, cuando exis-

tan diferentes presiones de operación.

d)

Mantener un coeficiente de variación de manufactura bajo,

que garantice su calidad de fabricación.

Aplicando las características señaladas en el análisis sobre los

dos emisores a considerar, podríamos decir que:

1. Respecto a tamaño, resulta más compacto el rni

P

croaspersor

pues uno solo de ellos proporciona una descarga de

25 ,

mientras

2.07

164

Descargo

(tih)

3.95

4.42

4.84

5.23

5.59

238

ap. 8. sistema s de riego por goteo

que requeriríamos de 6 goteros para lograr el mismo gasto. Sin em-

bargo, respecto a costo, casi siempre resultan más caros los microas-

persores.

2.

Al comparar la sección transversal de flujo, resultó ser un

poco mayor la del gotero que el orificio del microaspersor.

3.

La sensibilidad a las variaciones de presión es una de las carac-

terísticas más importantes y debe sor determinada pues afecta direc-

tamente el tamaño de las mangueras y tuberías durante las siguien-

tes etapas de diseño del sistema. Los datos que proporciona el

fabricante juegan aquí un papel fundamental y nos servirán para

encontrar la ecuación del emisor,

selección

del emisor

39

Gotero

q = 3.95 Ws°' = 1/6

Ambos emisores muestran que son poco sensibles a las variacio-

nes de presión, pues sus exponentes (b) indican que pertenecen al

grupo de emisores del tipo de flujo turbulento.

4.

Para evaluar el coeficiente de variación por manufactura en

cada emisor, se requiere hacer un muestreo de calidad durante el

proceso de fabricación, tomar una muestra aleatoria de al menos

16



q = OH'

La cual estadísticamente representa un ajuste lineal de míni-

mos cuadrados en una regresión para valores de q y H que siguen la

trayectoria do una curva de potencia.

Como se mencionó anteriormente, el exponente de la presión o

carga (19) es el que define la sensibilidad del emisor a las variaciones

de presión.

-1 (L„H ,)(L,,q,)

.„11,)(

„,,)

n

(8.17)

(L

H ) 2

—

H

S

n

En la ecuación anterior los valores pares de q, y son los que so

muestran en las columnas de descarga en t/h y presión en kg/cm

2

ción (a) puede a su vez ser definido mediante:

n

a

=

exp

- 1

e.

L„H,

Z L„q,

n

8.18)

El resultado para los emisores a considerar fue:

Microaspersor

q

9.28

emisores y operarlos bajo una misma presión do referencia. Sin

embargo este aspecto puede sor estimado por el diseñador a partir de

la experiencia en el manejo del emisor, do los comentarios con agri-

cultores y del prestigio y recomendaciones de la firma fabricante.

5.

Finalmente la atención

y buen juicio del diseñador deben

enfocarse sobro otros aspectos operativos, económicos y agronómi-

cos para tomar una última decisión. En relación a los emisores con-

templados en este escrito podríamos decir que:

a)

Resulta

más

económico operar el gotero (una presión de

aproximadamente 1.0 kg/cm

2

) en contraste con el microas-

persor, el cual requiere una presión de 1.25 kg/cm para des-

cargar un gasto de 27 t/h.

b)

El gotero requiere una

lateral doble en cada hilera de cultivo

(fig. 8.2) pues un

gasto de aproximadamente

27 t/h sólo se

logra con 6 goteros. Los otros arreglos opcionales como son el

zigzag y el de "cola de cochino" actualmente resultan costo-

sos y difíciles de operar.

c)

El área de humedecimiento resulta mayor con el microasper-

sor pues su diámetro de 3.35 m con el rociador tipo "maripo-

sa" humedece una buena porción radicular del cultivo, aun-

que también 6 goteros con una descarga de más de 4 t/h bien

distribuidos pueden llegar a humedecer una amplia zona ra-

dicular.

d)

En algunos casos en que los árboles son susceptibles a enfer-

medades como "la pudrición de cuello" no deben ser expues-

tos al rocío de los microaspersores cerca del tronco del árbol

pues esto facilita la incidencia de tales enfermedades. Aunque

éste no os el caso de los naranjos y otras especies.

e)

El microaspersor puede ser instalado conectándolo a la línea

lateral oculta (subterránea) facilitando el acceso y las opera-

ciones culturales dentro del huerto. También una serie de

microaspersores puede ser desconectada de una manguera y

conectada en otra.

b=

.1•14,• ••

240

a p .

8. s i s tem as de r iego

por

goteo

Lo anteriormente expuesto indica que ambos emisores pueden

funcionar adecuadamente y la decisión que se tome dependerá de

las condiciones planteadas.

Más adelante, en esta sección el microaspersor es usado para

ejemplificar el aspecto hidráulico del diseño, sin embargo, el estu-

diante es estimulado a repetir la secuencia de cálculo usando gotero

en lugar del microaspersor.

La disposición o arreglo de los emisores alrededor del árbol tiene

en el riego por goteo una especial importancia pues afecta el grado

de humedecimiento del volumen radicular. En la actualidad dife-

rentes arreglos pueden ser usados, y algunos son mostrados en la

241

ZADO DE LAS SUBUNIDADES

D E

RI EG O

El trazado de la distribución del sistema en el campo requiere de

ntar con un plano a escala del huerto o campo a irrigar en donde

aramente se indique la orientación, distancia entre los árboles,

ices del campo, obstrucciones, pendientes del terreno y la locali-

ción do la fuente de abastecimiento de agua. El trazado incluye el

alinear toda una red de tuberías y mangueras que permitan la dis-

ribución del riego a través de todo el campo.

Una línea de tubería distribuidora y las líneas laterales que se



7

—

•

:-/̀ •

s

rboles

d) Una sola

linea lateral

(4:7"

e cultivo.

por hileras

con goteros

colocados

alrededor

del

árbol en

'Cola de

caen no'

Figaro 8.2. Formas

comunes

de

colocar los l ineas laterales am goteros para i rr igar huerta.

g

nu

s.

rboles

7 9

(/•

•1

figura

8.2.

ti Doble

línea lateral

por hilera de

cultivo. con

goteros

concentrarlos

c e r c a

de los

arboles

• •

s.

rboles

•

extiende a partir

de

ésta, componen una subunidad del sistema. Un

cierto número de subunidades pueden sor agrupadas al operarlas a

n mismo tiempo como una subárea de riego N'.

En campos de cultivo con pendientes pronunciadas las líneas

laterales corren sobre las hileras de los cultivos que se encuentran

sobre los contornos de las curvas de nivel topográficas, mientras

que la linea distribuidora descansará sobre la pendiente más pro-

nunciada del campo Esta disposición de las tuberías y mangueras

permite el logro de una mejor distribución de las presiones dentro

de la subunidad y por lo tanto, una mayor uniformidad en la aplica-

ción del agua de riego.

En asta etapa del diseño debe ser considerado el valor de N'

obtenido mediante la ecuación 8.15 pues su aplicación facilitará el

trazado del sistema. Es importante en este punto recordar quo N'

representa el número do subáreas en que pueda dividirse el campo

para completar un riego y que cada subárea pueda comprender una

o más subunidades de riego. Esto permite que el flujo sea dividido.

reduciendo por lo mismo el diámetro de la tubería principal. Ade-

más, pequeñas subunidades requieren pequeños laterales y distri-

buidores más cortos, reduciendo la diferencia de elevación dentro

de cada subunidad.

En este punto el diseñador debe decidir el número de subunida-

des que empleará para trazar el sistema de riego. El número de

subunidades es frecuentemente un múltiplo del valor de N', lo cual

facilita la

operación del sistema.

Ejemplo

8.5

Considerando el plano del huerto de naranjos mostrado a conti-

nuación, cuyos datos generales se detallan en el ejemplo 8.1, trace

las subunidades y especifique la orientación de las líneas laterales y

sus respectivas líneas de alimentación o distribuidoras. Considere

que los árboles se distribuyen en el huerto

a cada 4 y 6 m sobre

las

direcciones de los 800 y 700 m. respectivamente (fig. 8.3).

a)

Una sola

linea lateral

por hilera de

cultivo. con

goteros

igualmente

espaciados

.

(:. :5

•

i

•

. •

:

é; •

cl

Unea

lateral en

zigzag. con

goteros

concentrados

cerca de los

arboles

O

Pozo profundo

0

— 30 t.rs

diseño de las subunidades

43

tuberías

contra el costo de bombeo,

hasta

encontrar aquella

combi-

nación

que produzca

un

mínimo costo. Este

tipo de

soluciones

está

fuera

del alcance que pretende este

curso.

Una solución, entonces, sería trazar

N„

=

6 y N

u y

=

4, lo cual

resulta en 24 subunidades (fig. 8.4).

242



Subunidad

mas cr i t ica

Escala

1:5000

Figuro 8.3.

Plano a escala de la superficie del huerto de naranjo.

Solución

El número de las subáreas deberá ser menor o igual a 6, tal que el

número de subáreas es inversamente proporcional al gasto requeri-

do Q, se empleará el mayor número posible o sea 6 subáreas.

Para ayudarnos a decidir sobre el número de subunidades en

que dividiremos el campo, tenemos ya en cuenta que puede ser un

múltiplo de 6. Entonces podríamos decir que:

N u x

=

Número de subunidades a lo largo de los 800 m.

N a Y

=

Número de subunidades a lo largo de los 700 m.

Un número posible de subunidades podría ser de 6, o sea

Na

,

=

3

y

N a Y

=

2. Sin embargo, este número de subunidades requiere de

la instalación de líneas de tubería muy largas y por lo tanto, diáme-

tros también muy grandes. La tendencia actual, sin embargo, mues-

tra una clara inclinación por manejar subunidades de tamaño pe-

queño, sobre todo en áreas con pendientes pronunciadas.

Para encontrar el número óptimo de subunidades se requiere

aplicar técnicas de optimización, comparando el costo inicial de las

Figure 8.4.

Trazado del límite

de las subunidades

para el problema, ejemplo

8.5.

D I S E Ñ O D E L AS S UB UNI D ADE S

La parte fundamental del diseño de la red de tuberías, lo consti-

tuye indudablemente la especificación del diámetro de la linea dis-

tribuidora, su punto de unión con la tubería auxiliar o con la sub-

principal y el diámetro de la línea lateral y su punto de unión con la

línea distribuidora.

Los puntos de diseño mencionados en el párrafo anterior deben

ser efectuados en todas aquellas subunidades que así lo requieran o

para una sola subunidad (la más crítica, i.e. de mayor tamaño) den-

tro de un mismo grupo de subunidades que presenten condiciones

244

ap. 8. sistema s de riego por goteo

similares de forma y top ografia. De lo anterior, se puede concluir que

para huertos y viñedos u otros cultivos a irrigar por goteo se puede

diseñar solamente una sola sub unidad siendo ésta la que presente las

condiciones más criticas y sus resultados pueden ser extendidos

directamente al resto de las subunidades con características simila-

res. Sin embargo, en aqu ellos casos en donde la pendiente del terreno

y la forma del cam po sean m uy irregulares, el diseño de las subunida-

des puede extenderse a más de un solo caso.

Las

variaciones permisibles de presión

diseño de

las subunidades

45

Tal que

el

gasto

de descarga q, ha sido ya d efinido anteriormente

como la

descarga nominal

de diseño y manteniendo el concepto

sobre las variaciones máximas permisibles de las descargas dentro

de

una subunidad

que no sean mayores de un 10 %, entonces:

q, =

1.05q,

8.22)

q.

=

8.23)



dentro de una subunidad

Un concepto

do

diseño

frecuentemente

usado

en

el

riego

por

as -

persión es también aplicado al diseño de los sistemas de riego por go-

teo. Este concepto establece que la uniformidad en la aplicación del

riego no se altera sustancialmente si se mantiene solamente una

variación máxima en las descargas de los emisores del 10 % dentro

de una misma subunidad, esto significa quo el emisor que descarga

más gasto está un 5 % por encima de la descarga nominal y el que

menos gasto descarga se encuentra otro 5 %

por

debajo de la misma

descarga

nominal

de

diseño.

Al

mantener

un

porcentaje específico de

variación

en

las

des-cargas de los emisores dentro de una misma subunidad, la variación

de presión dentro de la red de tuberías puede fácilmente ser deter-

minada a partir de la ecuación de descarga del emisor.

Lo anteriormente expuesto puede ser mejor entendido a través

del desarrollo de las siguientes ecuaciones:

q c, = °Hl

8.19)

En donde 1, os

la

descarga

nominal

do diseño, definida durante

la etapa de selección

del

emisor, El

, es la correspondiente carga o

presión del emisor para descargar el gasto nominal de diseño. Do la

misma forma,

q, = 421-11

8.20)

En dond e q, es

la

descarga

más

grande dentro de la subunidad y

H ,

es

la presión

o carga

correspondiente.

Similarmente,

q„ = °Hl

8.21)

Representa la descarga más pequeña dentro de la misma subu-

nidad y

H e

es la presión o carga correspondiente.

Do lo anterior puedo establecerse que la relación entre estas dos

descargas

es:

— 1.105

8.24)

q .

Si

sustituimos las ecuaciones 8.20 y 8.21 en la ecuación 8.24. el

resultado sería igual a:

(--- 1 1 1.105

8.25)

cargas o presiones para poder mantener la variación de las descar-

gas dentro de lo tolerable. Esta relación es equivalente a:

Esta ecuación establece la relación que debe existir entre las dos

1 1 ,

(1.105)ub

8.26)

Ñ

Es

importante

señalar que el exponente

(b)

de descarga del emi-

sor. caracterizado por el régimen de flujo, juega un papel funda-

mental en la determinación de los diámetros de las tuberías, pues

define el rango de presiones o pérdida de carga permisible. que debe

mantenerse dentro de una misma subunidad para que la variación

en gasto no sea mayor del 10 %.

Ejemp lo 8.6

A partir de los resultados del ejemplo 8.4 on donde se seleccionó

y determinó la descarga nominal de diseño. Calcule la relación

entre las cargas H, y 14, y establezca sus valores correspondientes en

unidades de columna de agua (m.c.a.).

cap. 8. sistemas de riego por

goteo

46

Solución

Antes de calcular la relación entre las cargas H

1

y H„ es necesario

conocer la ecuación de descarga del emisor seleccionado, que para

este caso es la que a continuación se muestra; correspondiente a un

microaspersor:

=

19,28H;

"2

Obtenida por regresión lineal en el ejemplo anterior. Enseguida

diseño de las subunsdades

47

La línea distribuidora es una tubería con salidas múltiples que a

su vez suministra el agua a las l ineas laterales. El diseño del distribui-

dor es similar al diseño de la lateral, sin embargo, la línea distribuido-

ra difiere en que los espaciamientos entre las salidas son más gran des

y gastos de mayor tamaño son manejados.

Usualmente, un punto de control de presión o regulación

del

gasto es colocado en la parte donde se une la linea subprincipal o

auxiliar y la línea distribuidora. La longitud de la línea distribuido-

ra es determinada por el número de líneas laterales que abastece y

por la separación entre ellas.

En cam pos con pendiente o topografia accidentada las l ineas late-



el exponente b = 0.512 es sustituido en la ecuación 8.26, para

resolver la expresión

•• 1.215

e

Lo cual nos indica que:

=

1.100 H.

Y

H.=

0.905

H .

Teniendo definido el valor

H. =

19.51 m para

q =

27.15 i/h,

entonces.

= 21.47 m.c.a. = 2.15 kg/cm

2

con q

= 28.508

V h

.= 17.86 m.c.a. = 1.77 kg/cm

2

con

q, =

25.797 CM

De lo anterior puede concluirse que las variaciones de carga per-

misibles dentro de la subunidad serán del orden de:

—

H . =

3.81 m.c.a.

Al generalizar el procedimiento anterior se puede dem ostrar que:

AH,

= — H

=

11.110b,

como lo mencionan Fuentes Yagüe (1996) y

Ángeles Montiel (2002).

El diámetro de la l ínea distribuidora y su pu nto

de unión con la l ínea subprincipal o auxiliar

Una vez que se ha definido el máximo diferencial de presiones to-

lerable o pérdida de carga permisible dentro de la subunidad el si-

guiente paso es especificar el diámetro de la linea distribuidora y su

punto de unión con la línea subprincipal o auxiliar que la conecta

con la fuente abastecedora de agua.

rales deberán descargar sobre las líneas de contorno del terreno, tanto

como sea posible, y la l ínea distribuidora sobre la pendiente principal

de campo. Idealmente, el punto de unión entre el suministro de agua y

la linea distribuidora deberá estar localizado de tal manera que el gas-

to do agua sea dividido de la manera m ás oportuna. En un campo p la-

no, el punto de unión entre la linea subprincipal y le línea distribuido-

ra deberá localizarse a la mitad de la longitud de la línea distribuidora

para man tener una uniforme distribución del agua dentro de la subu-

nidad.

En una superficie con pendiente, el punto de unión deberá estar

localizado de tal manera que el tramo ascendente sea más corto que

el tramo d escendente para lograr, en lo posible, igualar las presiones

en ambos extremos de la línea y asegurar así una distribución uni-

forme del agua dentro de la subunidad.

En líneas distribuidoras que descansan sobre la pendiente

prin-

cipal

del terreno, el mejor punto de entrada del agua al distribuidor

que minimiza las diferencias de carga o presión, puede ser encon-

trado si los diámetros de tubería y longitudes para las secciones

aguas arriba y aguas abajo del mencionado punto de conexión se

seleccionan de tal manera que las presiones en los extremos de la

línea sean iguales. Lo anterior implica que las diferencias de presión

o carga a lo largo de la linea distribuidora deberán ser.

An , k

F I ,

—

all„,

a H, — H

z

En donde, AH„, es la diferencia de carga permisible en la linea

distribuidora en m.c.a., 11, es la carga a la entrada de la línea distri-

buidora en m.c.a. , y H, y 11

2

son las cargas en los extremos superior e

inferior de la linea distribuidora respectivamente, expresadas en

m.c.a.

Si las cargas en los extrem os de la l ínea distribuidora son iguales.

esto es fl, s• F1

2

, entonces la diferencia entre pérdidas por fricción en

y

(8.27)

(8.28)

248

ap.

8.

sistemas de riego

por

goteo

el tramo de la línea de aguas arriba y el tramo de la línea aguas abajo

deberá ser igual a la diferencia en elevación (cargas por posición)

entre los dos extremos de la línea. Esta igualdad debe satisfacerse,

seleccionando los diámetros de tubería para las secciones ascendente

y descendente respectivamente, procurando no exceder la diferen-

cia de carga permisible AH,, y tratando de mantener la pérdida de

carga por fricción dentro de los siguientes limites:

AH, H„, — desnivel (en tramo ascendente)

A H 2

S AH, +

desnivel (en tramo descendente)


49

Para encontrar la localización del punto de unión entre la linea

distribuidora y la línea subprincipal o auxiliar se debe cumplir la

siguiente igualdad.

a m

i -

- z2

8.30)

Un procedimiento para localizar el punto de conexión y satisfa-

cer la ecuación 8.30 es desarrollado en siguientes párrafos usando la

ecuación de Hazen-Williams, el cual se inicia asumiendo un núme-

ro

N j

de salidas igualmente espaciadas a lo largo del distribuidor

pendiente abajo, cuya pérdida de carga AH

2

generada desde el pun-



De la figura

8.5:

Carga disponible total

1

AH,

A H ,

Ifi

COnexiOn del

clStribuidor con

la subPrincipai

z .

Zi

ínea distribuidora con

laterales conectadas

a

uno o

ambos lados

Plano horizontal de referencia

Figura B.S.

Cargas a

lo largo de

una

lineo distribuidora instalada sobre terreno inclinado.

conectado o /a subprincipal en un

punto no

intermedio.

AH, +

Z, = AH, + Z

2

8.29)

En donde AH, y AH

2

son las pérdidas por fricción aguas arriba y

aguas abajo sobre la línea distribuidora partiendo del punto de

unión, y Z, y Z, son las respectivas elevaciones en los extremos con

referencia a un plano horizontal, todas las cargas expresadas en

m.c.a.

to de unión hasta el extremo inferior, será equivalente a la sumato-

ria de las fricciones ocurridas en cada tramo (sh) avanzado por el

caudal. Esto es:

2 x 1

es2

A112 — (

1.21 Xsylow)( q y as2

X

sh +

r

1.21 X 10

1 0 1

¡

D i

:

X sh + (

1.21 X 107

1 1 5 2

D ,1

8 7

)

sh

En donde 13„, es el diámetro interno seleccionado para la tubería

distribuidora en mm, q es la descarga en Eh que fluye hacia cada

salida lateral localizada a lo largo de la línea distribuidora (la cual se

asume, para simplificar cálculos, que es uniforme a todo lo largo del

distribuidor), C es la constante que depende del material de la tube-

ría distribuidora (PVC = 150) y sh es la separación entre hileras de

árboles (o separación entre lineas laterales) que corresponde a la

separación entre salidas a lo largo de la línea distribuidora, expresa-

da en m.

Si N es el número total de salidas laterales, entonces, pendiente

arriba habrá un número de salidas igual a

N —

Ni

y consecuente-

mente,

1.21 X 10t

ah

1.21 X 10b

0

2q

yen

all, = [

q

r

[

i

c

x

.21 X 10"

ir

—

fig

-

pu

I

D:37

J L

(8.31)

X sh

8.32)

250

ap. 8. sistemas de riego por go teo

Factorizando las dos ecuaciones anteriores obtendremos:

( 1.21 X 10

1

°X q

r

ws

E

sh X Z

i

Ni

8.33)

MI2 = 1.21

D:1

0

10"X

c

)1452

X

sh

X

E Ni' n

2

8.34)

corno una constante, C

1

, dada por

Si el coeficiente común en ambas ecuaciones es representado


5 1

Aplicar el procedimiento anterior para localizar el punto de

unión entre la línea subprincipal o auxiliar y la línea distribuidora

requiere de antemano que el diámetro para la tubería distribuidora,

1),,, sea determinado.

Para calcular el diámetro, D.,, de la línea distribuidora es nece-

sario definir primero el tamaño de la subunidad a diseñar, la longi-

tud de la linea distribuidora, L„„ el espaciam iento entre lineas late-

rales sh, y la longitud de las mismas. Esta información en conjunto

con la separación entre árboles a lo largo do la línea lateral (s.) nos

ayuda a determinar el número total de

s

arboles dentro de la subuni-

dad y en consecuencia el gasto de ag ua que entra a dicha subunidad,



_

1.21 X 10n(

q V

8 5 2

X sh

8.35)

Entonces,

N

-

C1 E

Ni" 5 2

i • I

Y

NI

AH2 = C

, X

Ni

l

eu

-

8.37)

Sustituyendo las ecuaciones 8.36 y 8.37 en la ecuación 8.30,

N -N/

= Z, — 2

2

8.38)

(8.39)

En donde S es la pendiente del terreno sobre la cual descansa la

línea distribuidora en m/m y L., es la longitud total de la línea dis-

tribuidora en m. Así, el punto de unión entre la línea subprincipal o

auxiliar y la línea distribuidora se encuentra resolviendo la siguien-

te igualdad:

tiz

— 1

Ni'

a

Si

N - NI

Ni' "Z 1 "

C,

8.40)

Q,, en t/s.

Q„, = q„N

13600

8.41)

En donde q , sigue representando la descarga requerida por árbol

en l/11 y N

i

,

es el número de árbo les plantados en la subunidad. Esta

información es fácilmente obtenida del trazado de las subunidades

(fig. 8.4, del ejemplo 8.5 ).

Una vez que se ha d efinido el gasto Q,,,, incluyendo la longitud L„,

de la linea distribuidora. entonces se procede a definir el procedi-

miento de cálculo para su diámetro. Para esto,

primero se asume que

la linea descansa sobre un terreno sin pendiente, esto significa que elpunto de unión entre el subprincipal y el distribuidor estaría locali-

zado a la mitad do la línea distribuidora, y por consecuencia, una

mitad del gasto Q,„ fluiría "aguas arriba" y la otra mitad "aguas aba-

jo". De tal manera. que L„,

= 1/2 1 ..„, sería la longitud do tubería distri-

buidora que estaría conduciendo un gasto Q„, =

1

/2 Q„,•

Posteriormente se sustituyen los datos en la ecuación do H azon-

Williams expresada de la siguiente forma:

AH

m 9,1-ea )k c

1.21 X 10\ 9

.

X

F

8.42)

En don de AFI„, es el valor correspondiente a las pérdidas de car-

ga en m.c.a. a lo largo de la línea distribuidora (ecuaciones 8.27 y

8.28) y F es el factor de ajuste que ayuda en la compensación

del

efecto por salidas múltiples presentado a lo largo de la línea distri-

buidora (tabla 5.5).

En la ecuación

8.42,

el valor de AH ,.. puede definirse do acuerdo

con la siguiente ecuación,

AIf = k (H, —

8.43)

N I

Ci

i

us2

—

i

1

1••

En la ecuación anterior, os fácil notar que:

Z,

—

Z.

SL„,

252

ap. 8. sistemas de riego por goteo

En donde k es un factor cuyos limites se establecen teóricamen-

te como 05k 51.0 y (H

5

- H.) es la diferencia de carga permisible

dentro de una subunidad.

La diferencia de carga permisible dentro de una subunidad ha

sido calculada en el ejemplo 8.6 y representa el total de pérdida de

carga más la diferencia de elevaciones que debe mantenerse entre

aquel emisor que tenga la mayor presión y el emisor que por su ubi-

cación reciba monos presión dentro de la misma subunidad. De lo

anterior se puede comprender que parte de la diferencia 11, - H.

puede consumirse como pérdida por fricción a lo largo de la línea

distribuidora y la energía restante como pérdida por fricción a lo


53

1.

Calcule los valores de C, y SL

m

.

2.

Seleccione un valor para

N I

(número de salidas aguas abajo) y

encuentre los valores para

N /

E

Ni'

t

de la tabla 8.4.

3.

Sustituya los resultados de los puntos anteriores en la ecua-

ción 8.40 y verifique si se cumple la igualdad.

N -NI

E



largo de la manguera de la línea lateral. Karmeli y Keller (1975) pro-

ponen para un diseño económico disipar un 45 % de la diferencia de

carga permisible a lo largo de la linea distribuidora y el restante

55 % a lo largo de la línea lateral. Esta consideración se basa en el

hecho de que por longitud total de tubería a emplear, las líneas late-

rales generalmente suman mucho más metros de manguera que el

total de las lineas distribuidoras.

De lo anteriormente expuesto puede establecerse

4.

Si existe alguna diferencia en el resultado del paso anterior,

seleccione un nuevo valor para Ni y repita los pasos

2

y 3,

hasta que se encuentre la mínima diferencia al aplicar la

ecuación 8.40.

g. Tabla 8.6.

Generación de

números para aplicar

la ecuación

8.40.

¿Hm = 0.45

1 1 ;

-

.)

8.44)

Así, el valor

K =

0.45

significa que se pretende consumir 45 %

de la diferencia

FI,-.

a lo largo de la línea distribuidora, lo cual

permite calcular el diámetro (D

m

) para la misma

1.21

X

1010

y

7

'

1 / 4 4 7

D„, [

AH.

1 L„, X

(8.45)

El resultado de esta ecuación expresado en milímetros, se refie-

re al diámetro inferior de la tubería. Sin embargo, debido a que co-

mercialmente sólo se fabrican tuberías en diámetros de tamaños

específicos, el diámetro real de la tubería distribuidora deberá defi-

nirse como aquel diámetro disponible comercialmente que sea el

inmediato superior con respecto al resultado obtenido en la ecua-

ción 8.45.

Una vez determinado el diámetro

D

m

de la línea distribuidora, el

procedimiento para localizar su punto de unión con la línea sub-

principal o auxiliar aplicando la ecuación 8.40, puede sintetizarse

en los siguientes puntos:

Ni

i'

M

9 5 2

1

i

i'''

1.000

2

.610

3

.649

4

3.032

5

9.701

6

7.614

7

6.739

8

7.046

9

8.514

10

1.121

1 1

4.851

1 2

9 688

1 3

15.617

1 4

32.626

1 5

50.700

Ejemplo 8.7

Del trazado de las subunidades para el

problema

del ejemplo 8.5

(fig. 8.4), determine en una subunidad el

diámetro

de la línea distri-

buidora y su punto de unión con la línea subprincipal.

E

Ni'es2

1-1

1039.33

1229.35

1440.59

1674.07

1930.82

2211.84

2518.16

2850.76

3210.63

3598.77

4016.15

4463.74

4942.52

5453.45

5997.49

1.000

6 69.84

4.610

7

90.02

12.259

8 11.23

25.291

9 33.48

44.999

0

56.75

72.613

1 81.03

109.352

2

06.31

156.398

3 32.60

214.912

4

59.82

286.033

5

88.14

370.880

6

17.38

470.560

7

47.60

586.170

8

78.78

718.7%

9

10.93

869.50

0 44.04

254

ap.


por goteo

iseño de las subunidades

55

Solución

Del trazado mostrado en la figura 8.4, puede definirse el número

de hileras de árboles que tiene el huerto. Este número se calcula

de

la siguiente manera:

Ancho del Ancho camino

campo

orilla del huerto

Número de hileras

=

1

Separación entre hileras

este caso se puede considerar a la subunidad más crítica (i. e. mayor

número de hileras, laterales más largos. etc.) como la subunidad a la

cual se le determine el diámetro de su linea distribuidora y su punto

de unión con la línea subprincipal y el resultado de estos cálculos

puede extenderse al resto de las subunidades.

La subunidad más crítica, para el caso del ejemplo 8.5 cuenta

con 30 hileras de árboles y lineas laterales con una longitud prome-

dio de 150 m, lo cual puede ser observado en la figura

8.4.

A partir de lo anterior, pueden derivarse los siguientes datos

básicos para el diseño hidráulico de la subunidad crítica:



117

4

— 29.25

El ancho del campo tiene una distancia de 700 m en dirección

norte-sur sobre la cual corro también la pendiente predominante

del terreno, el espaciamiento entre hileras es de 6 m (del ejemplo

8.5) y en cada orilla del huerto (orilla norte y orilla sur) el ancho de

los caminos es de

3.0

m cada uno. Por lo tanto,

700 —

Número de hileras

es

1

a 117

6

6

Una vez definido el número total de hileras, se puede especi-

ficar el número de hileras de árboles que corresponden a cada

subunidad dividiendo el número global de hileras entre el valor

(N ,

a

)

correspondiente al resultado del ejemplo 8.5, en donde

N,,,—

4,

encontrando que

Número de hileras =

Como el resultado no es un número entero, la división del núme-

ro de hileras por subunidad deb e distribuirse de la siguiente m anera:

3 grupos de sub unidades con 29 hileras y 1 grupo de subunidades con

30 hileras.

El tamaño d e las subunidades lo define también el valor de N

u

„

=-

número de subunidades a lo largo de los 800 m, el cual do acuerdo al

ejemplo

8.5,

N a

=

6.

De la información previa, se puede definir que tenemos un total

de 24

subunidades, de las cuales 18 subunidades tienen 29 hileras

de árboles con líneas laterales de un promedio de 125 m

de

longitud

y

6 subunidades con 30 hileras de árboles y el mismo promedio de

longitud en sus líneas laterales.

Frecuentemente, si las condiciones topográficas y la forma del

campo lo permiten, se selecciona la subunidad más crítica

para

diseñarla y sus resultados son extendidos al resto de las

subunida-

des

en un intento

por simplificar

el trabajo de

diseño del sistema. En

a)

Longitud de la línea distribuidora. L„, = 174 m

b)

Número de árboles en la subunidad,

N a

=

1.125

c)

Gasto que entra a la subunidad,

27.15

X

1125 = 8.48 1/s

m

600

(ecuación 8.41).

Posteriormente se determina la longitud y gasto promedios del

distribuidor, considerándolo instalado horizontalmente y alimen-

tado por su parte intermedia, o sea

1

'

L'

in

—

L

se

87 m.

Y

Q v

= Q=

4.24 tis

La pérdida de carga permisible en la linea distribuidora Mi.

puede calcularse con base al resultado del ejemplo 8.6 sustituido en

la ecuación 8.43.

AH. =

0.45(3.81)

=

1.71 m.c.a.

Con los datos anteriores se determina el diámetro analítico para

el distribuidor aplicando la ecuación 8.45.

jan

[ 1.21

X

10 1 0

( 4.24 y

a"

X

87

X

0.384

.

°

71

50

=

55.76

mm, el cual es pasado al diámetro inmediato

superior disponible comercialmente.

=

63 mm [interior en polivinilo de cloruro (PVC)].

256

ap. 8. sistemas de

r iego por go teo

Una vez definido el diámetro,

D

m

lo siguiente es determinar el

punto de unión entre

la línea distribuidora y la

línea

subprincipal

siguiendo el procedimiento señalado

para la

aplicación de la ecua-

ción

8.40.

1. Se

calculan los

valores de

C,SL„, y la

relación SLJC,

C 1

.21 X10

1 0

0.28

y

s 2

63 4 8 7

50

6 =

1.107

X

10 -

a

-

-

i

X

+

c/salida


5 7

zarse

en la

tercera hilera

"aguas

abajo"

de tal

manera que queden

27

salidas "aguas abajo" y 3 salidas "aguas arriba".

Una vez definido

el

punto

de unión, lo siguiente es

verificar las

cargas en los extremos de la

línea

distribuidora H

1

y 11

2

, recordando

que debe cumplirse que

/1 2

FI,

=

F1 —

1 4

1

—

21.47 m.c.a. Ejemplo 8.6)

_ 1 . 2 1 6 3 X

4 8 , 1 0

. 1 1 5 2

X

12

X

0.435

=

0.007 m



1 5

27.15)

3600 = t/s por

SL„, .03 X

174

5.22 m

SL,„ —

4715

2.

Seleccionar

un valor para

NI,

tal

que N

—

30

salidas.

Como

primer intento so

propone un número

NJ =

18 para dejar

solamen-

te

N

— N J —

12 salidas

aguas

arriba,

lo cual

nos proporciona:

18

Ni1852

-

1440.590

l

1

12

Ni'"

470.560

3.

Sustituyendo

los

resultados anteriores

en

la ecuación

8.40,

1440.59

—

470 # 2942

4.

Com o existe una diferencia considerable, so procede a selec-

cionar un nuevo valor

para Nf

y so

repiten los

pasos 2

y 3.

Como pue-

de

observarse en la

tabla 8.4

el valor

más

próximo es:

N J

=

27

N

—

Ni

=3

Repitiendo los pasos 2 y 3.

4463.74

—

12.529 = 4451.48

Siendo

esta

combinación de

NJ y

N —

NJ

la

quo nos proporcio-

na el resultado

más

próximo. Así,

el

punto de unión deberá

locali-

1 ' 5 0

SL:,

= 0.03

X 12

= 0.360

= 21.47

— 0.007 — 0.360 = 21.10

m

De

la

misma

forma

H i —

SL:,

1.21 X

10'° (

7.56 r

=

•

X 162 X

0.372 = 4.98 m

21.35 m

AHm —

50

34

SLm

=

0.03 X

162 =

4.86

m

F 1 2

= 21.47

—

4.98 + 4.86

De lo anterior

se verifica que

1 - 1 , a FI,

El

diámetro de

la línea lateral y su punto

de unión con la

línea distribuidora

La

tubería quo suministra el

agua

a cada emisor en forma

indivi-

dual es llamada linea

lateral.

Usualmente,

por

razones de abreviar,

se le refiere

simplemente

como "lateral" para relacionar a la

linea

lateral y a los

emisores

colocados en

ella.

La línea lateral es usualmente una manguera flexible

de

polieti-

leno que descansa sobre la superficie del suelo. Cuando las líneas

laterales son d e plástico rígido, PVC,

deben

de ser instaladas bajo la

superficie del

suelo

y tener un

elevador

para

cada

emisor.

Las man-

gueras

de polietileno flexible tienen conexiones que se

adaptan

mecánicamente

a las

mangueras,

mientras que los tubos

de

PVC

requieren

que sus

conexiones

sean

cementadas mediante un pega-

259

58

ap.

8.


mento especial. La manguera típica que se usa en la línea lateral

puede soportar presiones de operación de 4.0 kg/cm

2

(aproximada-

mente 60 psi) y se manejan en diámetros no mayores de 32 mm

(1 Y 4 in). La tubería de PVC es considerablemente más barata que la

manguera de diámetro similar, sin embargo, con el costo adicional

del elevador, las conexiones a cementar y el costo de instalación

bajo la superficie del suelo incrementan el precio total de este tipo

de tubería resultando mayor que el de las mangueras de polietileno

que descansan sobre la superficie del suelo.

La línea lateral que va conectada a la línea distribuidora, fre-

cuentemente es seccionada en dos mangueras o laterales, precisa-

mente a p artir de dicho punto de unión. En otras palabras, del distri-


permisibles entre la línea distribuidora y el lateral (45 y 55 % de

AH„, respectivamente). Durante el diseño de la línea distribuidora

se considera la proporción o margen antes señalado, sin embargo,

debido a las limitaciones comerciales de disponibilidad de diámetro

de tuberías fabricadas solamente en tamaños específicos, la selec-

ción del diámetro tiene que hacerse frecuentemente sobre un diá-

metro de mayor tamaño que aquel obtenido con la ecuación 8.45

provocando como consecuencia una disminución en la pérdida por

fricción realmente ocurrida en la tubería distribuidora, permitien-

do un mayor margen de variación para el lateral, esto es:

AH, = menor de

(H

o H

2

) — H

e



buidor salen dos laterales hacia lados opuestos para completar una

linea lateral dentro de una subunidad.

El gasto de agua que entra a cada lateral está en función de

la

descarga por emisor y el número de emisores instalados a lo largo

del lateral.

Q,

= N

e

q e

/3600

8.46)

En donde Q es el gasto de agua que entra al lateral en t/s,

N, es el

número de emisores por lateral y q,„ es la descarga promedio de los

emisores, en t/s.

El diámetro del lateral es usualmente seleccionado de tal mane-

ra que se pueda mantener una diferencia no mayor de un 10 %

entre las descargas de los emisores que operan simultáneamente

dentro de una misma subunidad.

Esta tolerancia en la diferencia de descargas ha sido selecciona-

da arbitrariamente a partir de prácticas aceptables comúnmente

usadas en el diseño de sistemas de riego por aspersión. Para mante-

ner un 10 % de variación máxima en las descargas, la variación per-

misible en las presiones dependerá de las características hidráuli-

cas de los emisores como fue demostrado en una sección de este

capítulo.

En una subunidad la máxima diferencia de presiones motivada

por las pérdidas por fricción, ocurre entre los dos emisores extre-

mos, el que se encuentra más cercano a la entrada del agua, o sea del

punto de unión entre la línea distribuidora y la subprincipal y el

que se encuentra más alejado de ella. Conectar estos dos extremos

significa que parte de la variación permisible en las presiones, tra-

ducida

a

pérdida por fricción, será consumida en la línea distribui-

dora y otra parte en el lateral.

El procedimiento de diseño señalado anteriormente, establece

el margen más económico para distribuir las pérdidas por fricción

En donde AH, es la variación permisible de carga en el lateral,

H, y H 2

son las cargas en los extremos de la línea distribuidora,

aguas arriba y aguas abajo respectivamente y H

e

es la presión o car-

ga mínima que debe mantenerse dentro de la subunidad.

Para determinar el diámetro del lateral se sigue un procedi-

miento similar al empleado anteriormente durante el diseño del

distribuidor, escribiendo la ecuación correspondiente como:

1/4.137

8.47)

-

1.21

X 10'°

( 91°52

X Le X F

1

AH 1

En donde,

D

t

es el diámetro interior del lateral en mm, Q , es el gas-

to de agua que entra al lateral en Vs, L

e

es su longitud total en m y

F

es

un factor que contabiliza el efecto de las salidas múltiples. Al igual

que en el caso de la línea distribuidora, debe considerarse el diáme-

tro de manguera o tubo inmediato superior disponible comercial-

mente tomando como referencia el resultado obtenido con dicha

ecuación.

Lo anteriormente planteado respecto a la determinación del diá-

metro del lateral, asume que la línea lateral instalada en terreno

plano se comp one de dos laterales corriendo a lados opuestos a par-

tir de la línea distribuidora y que sus longitudes son idénticas. Sin

embargo, el logro de una uniforme distribución de las presiones

para líneas laterales que descansen sobre un terreno con pendiente

requerirá de localizar el punto de unión entre las líneas lateral y

distribuidora en una forma similar al procedimiento usado para lo-

calizar el punto de unión entre la línea distribuidora y la línea sub-

principal, como fue planteado en este capítulo.

—

260

Ejemplo 8.8

Seleccione el diámetro de la línea lateral y su punto de unión

con la línea distribuidora para la subunidad del ejemplo a nterior.

Solución

E n

el ejemplo

anterior

se especificó que la longitud

de

la línea

lateral en dicha

subunidad

era de 150 m y

que

la descarga

requerida

por

árbol era de

27.15

t/h.

Si asumimos que la linea lateral se com-

pone de

dos

tramos de igual longitud, entonces tendremos quo

diseño

de

las subunidades

61

procede a emplear el mé todo señalado anteriormente

en

el ejemplo

8.7,

esto

es

1.21 X

10"'

( 0.0075 y11 52

X

4 = 1.967 X 10

-4

C'

13.0)

4 2 7

50

Tal que tenemos 38 salidas totales a lo largo de cada línea lateral

y una pendiente del terreno de 1.5 91

Si n

0.015

X

150

=

2.25 m.c.a.



L e

75 m

Por

lo tanto

N,.

—

5

sú

Y

F19

0.378

Ahora aplicamos

la

ecuación 8.46 para determinar su gasto

Q = 19

X

27.15/3600 = 0.1422

t/s

Luego obtenemos

las

pérdidas de

carga

permisibles en el

lateral

AH, --= (21.10

—

17.66)

=

3.44 m.c.a.

Después

sustituimos Q ,

L

e

, AH, y

F en la

ecuación de Hazen-

Williams para obtener el diámetro analítico.

[

1.21 X

10'''

( 0

1433

)1$52

X 75 X 0.3781

/4

3.44

50

=

12.88

mm

El resultado se pasa

a

un diámetro interno

de una

manguera

de

13.0 mm comercialmente disponible en

polietileno

suave.

Para localizar su punto de unión

con

la línea distribuidora so

Calculando

SL I

=

1143.87

C,

Y recurriendo a la tabla 8.4 para seleccionar los

valores de

N i y

N

N J,

encontramos

que la

combinación de valores para NJ y

N —

N J

que resulta

más

apropiada es:

NJ = 21

N —

J

=17

Lo anterior significa que a partir del punto de unión entre la

línea lateral y la línea distribuidora habrá 21 salidas en la manguera

que corre

"aguas

abajo" y solamente 17 salidas en la manguera que

corre "aguas

arriba".

La

verificación de las presiones en los extremos

de la

línea late-

ral puede hacerse en una forma similar a la empleada en el ejemplo

anterior. Así, el requisito seria.

a

H.,

En donde 1-1

3

y H , son las cargas en

los

extremos de la línea

lateral.

1 - 1

3

=

H

e —

AH;

—

Sf4. (1-1, =

carga extremo aguas arriba)

(H 1

=

21.10 m.c.a., ejemplo 8.7)

Ai ,

.21

X

10 1 4

( 0.1281

'

X4

X

0.387

1 6 5 2

(13.0)

4 . 4 7

50

—

2.32 m.c.a.

4 7=

-

- 19

salidas (para 19 microaspersores.

uno

por árbol)

262

a p .

8. sistemas

de riego por goteo

Si;

=

0.96 m.c.a., por lo tanto

1 1 3

=

21.10 —

2.32 — 0.96

=

17.82 m.c.a.

Respectivamente,

1 1 4 —

He

—

Ati

t

aa

SQ , (H 4

a carga extremo aguas abajo)

AH;

.21 X 10

( 0.128y

a

"

X 8 4 X 0.370

150

=

4.301 m .c.a.

S 1 4

= 1.26 m.c.a.


63

Lo anterior significa que a partir del punto

de unión entre la lí-

nea lateral y la línea distribuidora habrá

21 salidas en la manguera

que corre "aguas abajo" y solamente 17 salidas aguas arriba.

Diámetros de tubería para la línea

principal y subprincipal

Los diámetros

de tubo para la línea principal y subprincipal

de -

ben ser seleccionados para m antener

a un mínimo los costos de

bom beo implicados durante la futura operación del sistema.

En cualquier parte del sistema, la máxima presión do operación



Tub er í a p r i nc i pa l

i l t ros

/j

1

17+21-

1

endiente I

5

Figure te.

P la n o d e c a m p o

mostrando

el

a r re g lo de l

sistema

de r i e go p o r

t Isaac:wenn:o

del

problema

d o d i señ o .

1 .1

4

= 21.10 — 4.301 + 1.26

—

18.06 m.c.a.

De lo anterior se comprueba que:

H

3

ai H,

Note que las cargas 11

3

y H

están ligeramente por encima del

valor de N

i

, establecido en el ejemplo 8.6 porq ue no toda la pérdida

de carga permisible (ba

t

= 3.44 m) es disipada en las laterales.

dentro de las tuberías no debe exceder a la presión de trabajo espe-

cificada en los estándares de m anufactura.

Es conveniente que la línea subprincipal y las distribuidoras

vayan instaladas sobro la misma z anja para reducir los

costos de

excavación y econom izar durante la instalación del sistema.

Para mantener la fricción dentro de límites tolerables las tuberías

no deben conducir el caudal a velocidades mayores de 1.5 m /s, esto

significa que el diám etro de tubo seleccionado debe ser m ayor o igual

que el m ínimo perm isible dado por la siguiente expresión:

D „ „ „

8.904Q"

8 . 4 8 )

Donde:

D

s

o

diámetro interno mínimo permisible en mm que condu-

ce el gasto a una velocidad de 1.5 m/s.

Q = gasto en lis que

desea ser conducido.

Con una válvula reguladora

debidamente instalada a la entrada

de cada distribuidor, las variaciones de presión en la principal y sub-

principal no afectan la eficiencia de uniformidad en la subunidad.

Ejemplo 8.9

Determinar los diámetros de tubo para la principal y subprinci-

pal del problema de diseño. La principal debe conducir el gasto del

sistema (Q a

28.02 t/s)

y cada subprincipal debe alimentar

4 líneas

distribuidoras localizadas sobre la misma dirección, de acuer do con

el plano anteriormen te mostrado en la

figura 8.6.

Solución

Primero se calcula el gasto a conducir en cada linea o tramo,

y

éste se sustituye en la ecuación 8.49 para obtener

el diámetro míni-

264

ap. 8. s i s temas de r iego

por

go teo

mo, el cual es pasado al tamaño comercial inmediato superior.

Enseguida se calcula el gradiente de fricción (J) y la pérdida

total de carga

(H l

)

para la longitud completa de tubería. Los gastos y

longitudes de las líneas a diseñar, son mostrados en la tabla 8.7

incluyendo el diámetro seleccionado y la fricción total en tubería

de PVC.

La pérdida total de carga en los 750 m de tubería principal es de

7.50 m, y en la subprincipal telescopiada de 565 m de largo la fric-

ción total es de 5.83 m.

Tabla 8.7.

Diámetros de

tubo seleccionados

paro

las lineas principal

y sub-

principal de sistema

filtración y fertilización

65

la instalación adicional de un tanque sedimentador o separador tipo

vórtice para depurar el agua do irrigación antes do su llegada al fil-

tro de mallas.

En lugar de usar mallas algunos fabricantes y diseñadores em-

plean filtros granulares de arena y gran donde la capacidad filtrante

del medio depende del tamaño y esfericidad de las partículas.

Las mallas son clasificadas de acuerdo con el número de abertu-

ras por pulgadas, mientras que los medios filtrantes se clasifican de

acuerdo a su porosidad. Entre las mallas más pequeñas está la malla

# 200 con un tamaño de abertura de 0.074 mm especial para la

retención de arenas y la ma lla sic 250 con 0.002 m m de abertu ra ade-

cuada para la detención do limos.



de riego diseñado.

Casto Diámetro comercio

(tis)

mm)

mm)

Diámet ro

(porcen-

taje)

r

(m)

J

28.02

53

60

O

.50

Respecto a filtros granulares, en la tabla 8.8 se muestran algunos

tipos con capacidad de filtración igualable a la de algunas mallas.

Los filtros deben estar equipados con válvulas o registros de lim-

pieza para rem over la materia extraña y partículas atrapadas dentro

del filtro. Cuando los filtros vayan a ser limpiados por retrolavados.

dos o m ás fi ltros deben ser Instalados de tal form a que el agua limp ia

do un filtro pueda ser usado para retrolavar el otro filtro o filtros.

Longitud

línea

m)

Principal

50

Subprincipal tetescopeada

40

8.01

53

60

175

1.015

33

60

175

4.01

08

60

175

.005 6.5 0

ler. tramo

20. t ramo

3er. t ramo

40. tramo

Tabla 8.8.

Algunos tipos de filtros granulares y su capacidad promedio de

filtración.

1.0

0.59

0.28

2.24

0.40

1.03

0.40

3.92

T a m a ñ o

p r ome d i o

efectivo

(mm)

ILTRACIÓN Y FERTILIZACIÓN

En un sistema de riego por goteo o microaspersión un equipo de

filtración debo ser instalado para remover del agua cualquier par-

tícula extraña como arena, limo y materia orgánica que pueda obs-

truir las pequeñas aberturas de los emisores. Un equipo do filtra-

ción instalado cerca de la bomba es más fácil de mantener que

varios filtros dispersos en todo el campo.

Donde los pozos de irrigación bombean pequeñas cantidades de

arena, generalmente se instala un colador de malla simple (# 100,

180 o 200) sobre la línea principal

y la

capacidad filtrante del siste-

ma puede ser incrementada instalando dos o más coladores (o tami-

ces) en tuberías en paralelo.

El agua de estanques, canales y ríos a menudo requiere m ás equi-

po de fi ltración que el agua extraído de pozos. Por lo mism o cuando el

agua de dichas fuentes de sum inistro contenga grandes cantidades de

arena so usará un filtro de mallas con cartucho remplazable.

Sin embargo, donde la arena sea un problema serio se requerirá

uni fo rmidad

Coeficiente

de

apacidad de

promedio

filtración

N úm. 8G rani to tr i tu rado

.50

Núm . 11 G ranito t r i turado

.78

Núm. 16 Arena tr i turada

.66

N ú m .

20 Arena tr iturada

angulosa

.46

.42

• Agficuiture inngoton Equipm ent

4010. Rain Bird.

El retrolavado de fi ltros se

lleva a cabo

simplemente invirtiendo

el proceso de filtración. Durante

el retrolavado, el

agua limpia es

forzada a cruzar la cama de arena suspendiendo ligeramente los

gránulos y liberando los contaminantes atrapados.

El

flujo continuo

de agua limpia arrastra entonces las basuras y lodo bacteria], con-

duciéndolos fuera del filtro.

En los esquemas de la

figura 8.7 se muestran los procesos de fil-

tración y retrolavado para un sistema de filtros granulares.

Un manómetro instalado inmediatamente aguas abajo del filtro

Tipo

de

filtro'

1.47

1.54

1.51

Malla 100-140

Malla 140-200

Malla 140-200

Malla 200-250

Proceso de filtración roceso de retrolavado

Figura 8.7.

RetroMvado

do

un

sistema de filtros granulares.

261



señalará los decrementos en presión debidos al taponamiento del

filtro. Los medidores de presión, en ambos lados del filtro, indicarán

más exactamente el grado de taponamiento de los filtros. La pérdi-

da de carga inicial es de 1 ft (0.3048 m) y la final aceptable varía de

8.10 ft (2.44-3.05 m). La duración del ciclo entre limpiezas depende-

rá de la cantidad de impurezas en el agua.

El fertilizante, especialmente el nitrógeno, puede ser aplicado a

través del sistema de riego, inyectándolo aguas arriba del filtro, de tal

forma que todo el fertilizante

que no

alcance a

disolverse soa removi-

do por el filtro para evitar taponamiento de los emisores.

Algunos fertilizantes líquidos,

al

mezclarse con el agua

de irriga-

ción se precipitan en las tuberías bloqueando los filtros y emisores,

para prevenir esto, cualquier fertilizante o mezcla intentada debe

probarse antes de su inyección en el sistema.

Entre los fertilizantes que pueden ser aplicados en el sistema de

riego, se encuentran el nitrato de amonio, nitrato di calcio, nitrato

de potasio, urea y polifosfato de amonio altamente solubles.

Un dosificador de motor o un dosificador de venturi pueden ser

instalados como parte integral del sistema de riego, aunque también

puede usarse una bomba de inyección de desplazamiento positivo

para forzar el flujo dentro de la linea principal.

Una válvula de retención (o válvula "check") debe sor instalada

antes del punto de inyección para

evitar

que el contraflujo del agua

arrastre el fertilizante

hacia el

pozo, especialmente

cuando el siste-

ma

bombea en contra de la pendiente

y se para de improviso, la

vál-

vula

"check" permite el

flujo

del

agua

solamente on una dirección.

En bombas de pozo profundo, toda el aguo de la tubería de co-

lumna cae bruscamente al apagar el motor. creándose un vacío que

puede provocar el colapso de la tubería de descarga; por lo mismo una

válvula de admisión de aire o rompedero de vado debe instalarse

entre la bomba y la válvula de "check" . La ubicación de estas partes en

el sistema de microaspersión diseñado, se muestra en la figura 8.8.

o

E

1

o

-o

a

o

m

o

E

e h

268

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JNIVE RSIOAD Al .110/101AA COPTIGO

1SIRIGP

CICA1

918ü0

~

ECP DE

Índice analítico

k



Agricultura

desarrollo y la, 10

Agua

balance del, 31

método del. 31

capacidad de suministro de. 219

contaminación de, 11

cultivos y requerimientos de, 26-

27

de riego, 48

cuándo aplicar el. 48

distribución del, en riego por

aspersión, 88-89.97.98

estimación de ahorro del, 219-

220

infiltrada

características del, 31

manejo del. 12

necesidad diaria de, 230-231

por planta, 232t

requerimiento de. 117, 219, 222

en un sistema de riego por

aspersión. 117

suelo, planta y, 10, 12

relación entre, 10, 12

suministro del, 20

uso del. 18

Aljibe:y, B.,

221-222

Árbol(es)

descarga de agua por. 230-232

número de, en línea de riego,

254

Aspersión. Véase

Sistema do riego

por aspersión

Aspersor(es)

agrícolas

Rain-Bird Sprink ler ,

137

clasificación de los, USDA, 83t

con cabeza fija, 65

con cabeza giratoria, 65, 69

características. 65-66

círculos en los, 66

tipos de, 66-67

do engranes, 67, 68f

de uso agrícola, 66, 67f

descarga del, 137

en riego por aspersión. 65

espaciamiento do los, 136

estacionarios, 68

funcionamiento del, 138t

las boquillas en los, 68

laterales, 141

longitud del campo y los, 141

los elevadores y los, 70

número de, 145

para control do heladas. 79f

patrón de traslape y, 94

271

272

ndice analítico

ndice analítico

73

presión en boquilla del, 137

suelos con pendientes y la, 140

turbulencia de flujo en los, 137

Black, J.,

220, 235

Blaney-Criddle

método de, 42, 56, 57-58, 59

Blaney, H. T . , 60

Bombas de pozo profundo. 266

Bombeo

horas de, 231

Boquillas

características, 68, 69

rotación de, 11

Curva de evapotransporación

acumuladadelcultivo,53

Descarga adimiensional, 208

Diseño

procedimientos do, 5

Distribución

curva de, 98

de descarga. 212

mediciones de campo de la,

213

de la aspersión (DA)

número de, 235.236

selección de un, 233, 236

tasa de

descarga en los, 197

flujo del, 198-1 99, 234

tipo de, 234

uniformidad en los

características, 205

criterios de diseño en la, 205-

206

ecuación de la, 206

variación de los, 1 98

Energía

retrolavado de, 265

Fritschen, L. J., 31, 61

Fry,

118

G itlin, 198

Gotero.

Véase Emisor

G rey , D.,

118

Hansen, V. E.,

10

Harrold, J., 31

Han, W E..

103, 109, 113

Hazen-Williams

ecuación para laterales de, 149



descripción, 68

en tuberías perforadas. 69

Budiko, Al. L,

34

Christiansen, J. E., 101, 113

Clasificación

de los sistemas de riego por

aspersión. 79

Coeficiente do uniformidad

de Christiansen (UCC), 101-102

de Hart, 103

Compatibilidad

operaciones agrícolas y la, 18

Condiciones de riego por aspersión

climáticas, 88

de equipo, 88

de operación. 88

Contaminantes

en el agua de riego. 188-189

físicos. 188

químicos, 189

C riddle , W D . ,

23, 60

Cultivo(s)

crecimiento del, 55, 57

ecuación para el maíz en el, 57

desarrollo radicular del, 53

irrigados por goteo, 192-193

necesidades de agua en un, 232

requerimientos en un

ecuación para los, 222

riego y factores de, 21

definición, 91

do presión. 201. 212

del agua

en los sistemas de riego por

aspersión, 97-101

lateral. 201

medición de, 101

modelo lineal y normal de, 104

Drenaje

prácticas agronómicas y, 11

Economía

sistemas de riego y su. 19

Económico(s)

recursos. 19

Ecuación

de liazen-Williams, 129.199, 249.

251

do flujo. 201.204

Elevadores

descripción. 70

materiales y características de

los, 70

Emisor(es), 196

características do flujo do los,

187, 197-198

coeficiente de variación del, 198

descarga do cada. 235

en riego por goteo, 185

categorías, 186

estándar, 186

balance de, 31

método del, 31

resultados del. 31

método do Penman y la, 32-34

evaporación y el, 32

Equipos do filtración, 265

Espaciamiento de los aspersores

definición, 91.92

Evapotranspiración, 28, 219

acumulada, 53del cultivo, 52

diagrama do, 541

condiciones de. 5 5

curva de, 53

determinación de la, 28

en el campo de cultivo, 44

estimación de la, 32

factores para la. 28

lisImetros y la. 30.31

potencial, 32. 44

media, 48

programación de los riegos, 52

real del cultivo, 57

lasa de, cálculo de, 220-223

Fertilización

prácticas agronómicas y, 11

Filtros

en riego por goteo

equipo y métodos de, 189

granulares, 265f

Heerman. F. ,

52

H idrantes 73, 77f

acoplamiento de los, 75 , 77

descripción, 75

H onre ,

221

Humedad

aprovechable 12, 14 t. 15t

valores aproximados do. 12t,

14

del suelo, 12muestreo de la, 29-30

residual, 12

Ingeniería agrícola

irrigación y la, 5

Inventario de recursos

en la unidad agriada, 116

Irrigación

aspectos fundamentales de la. 5

capital para el sistema. 17

como medio artificial. 12

consideraciones generales, 9, 10.

1 1

humedad y. 11

ingeniería agrícola y la. 5

insumos de la. 17

mano de obra y, 16s, 17

objetivo de la, 11

prácticas agronómicas y la, 11

prácticas de, 16

propósito do la, 11

índice an alít ico

75

regiones áridas y la, 11

salinidad y, 11

Israelsen, O. W.,

10

Jense-Haise

método de, 39, 56, 59

Jobl ing,

219

Kalisvaart, T

C., 23

Karme/i,

104, 113, 187, 197-199, 206,

208, 219, 222, 235, 252

Keller, J.,

187, 194, 197-199, 206,

219, 222, 235, 252

punto de, 14

Método(s)

de Blaney-Criddle, 42

de filtración de agua

en riego por goteo, 189-190

de Jensen-Haise, 39

de los mínimos cuadrados, 105

Métodos de riego

selección de, 18

compatibilidad en la, 18

factores económicos en la, 18

limitaciones topográficas en

la, 18

herramientas de, 61

evapotranspiración acum ulada del

cultivo, 52

y el desarrollo radicular, 53

Radiación solar

neta, 34

tabla de, 34

Raíces

diagrama de crecimiento de, 54f

Regar

cuánto y cuándo, 5

Reguladores, 73

191-192

v

razanta

d°

z

de11 81 8istenias.

zona radicular de una

planta

y, 184

por superficie, 22

factores para, 22

por surco, 18

proceso del, 12

programa de los, 25-26, 48,

51, 53

programación de

ecuación para la, 221

programación gráfica de

274

índice analítico



Kincaid ,

52

laterales y aspersores espaciamiento

de, 133, 135t, 135-136

ejemplo de, 137-140

Línea

lateral

diámetro de la, 257, 259

diseno de, 199

distribución de presión en una,

198

pérdidas de carga en una, 199

unión de la, 257

variación de carga en la, 259

principal, 218, 246-247

cálculo de diámetro de la, 246-

252, 263

punto de unión, 252

subprincipal, 218, 246

cálculo de diámetro de la, 263

Lisfmetros

categorías de los, 31descripción, 30-31

para medir la

evapotranspiración, 31

t ipos de, 31

utilidad, 30

Manóm etros, 73

Ma tch ,

222

Marchitez

Modelos de distribución

lineal. 104-106, 107f

normal , 104, 108-109, 110-113

Pair, C. H.,

116, 163

Parámetros de distribución

del agua de riego, 94

Patrón de traslape de aspersión (PTA)

definición. 91

Patrón de traslape de un solo

aspersor (PTSA)

definición, 91

Patrón general de aspersión (PGA)

definición, 90

Patrón sencillo de un aspersor (PSA)

definición, 90

Penman, 220-221

método de, 32-33, 56, 59

Placas de impacto, 65

Planta

agua, suelo y, 10. 12

Pozos de irrigación, 264

Precipitación

curva de, 152f

tasa de, 139

Proceso de traslape simple, 92-93

Profundidad radicular

programación considerando su

incremento, 51

Programación de los riegos, 48, 52,

53, 61

Reynolds,

W .

N.,

103, 113

Riego

Blaney-Criddle, 60f

condiciones de, 10

duración del, 230

frecuencia del, 18

historia del, 10

intervalo de, 224-230

por clima y tipo de suelo, 226t

Jensen-Haise, 60f

método gráfico para, 55f

por aspersión, 5, 22, 133

aspersores en el .134

desventajas do los sistemas de,

87-88

distribución del agua en.

88-89

laterales en el, 134

espaciamiento de, 13 5t

factores para. 22

ventajas de los sistemas de,

87

por goteo, 5, 11, 22

componentes de un sistema

de,

185

descripción, 182

desventajas de, 192-193

emisores de un sistema de,

185-188

factores para, 22

f i l tros en,188-190

Penman, 59f

requerimientos de agua para el,

219

tra

zado subunidades de, 241

Ritch

ie, 220

Rociadores con boquilla, 65

Solazar, 208

Sales

acumuladas, 11

agregación de, 11

concentración de, 11

fertilizantes y, 1 1

Salinidad

niveles altos de, 12

Sa l o mo n ,

19 7

-98

Shearer,

221

Sistema cuadriculado (SC)

definición, 90

Sistema de filtración, 218

Sistema de microaspersión

,

267

Sistema de movimiento alto

características, 81

en riego por aspersión, 81, 84f

program ación de riego y, 84

utilidad, 81

Sistema de movimiento continuo,

85, 151

caracaterfsticas, 85

lateral, 86f

Sistema(s) de

riego, 87

276

ndice analítico

clasificación de los, 79-81

de conjunto fijo permanente, 133

de gran cruión viajero, 86f, 158-159

diseño y funcionam iento del,

159-162

de m ovimiento-alto, 133

de m ovimiento lateral continuo,

154-155

operación de un, 155-157

de movimiento manual, 80f

de pivote central, 162-164

diseño de un, 166-169, 198

tasas de precipitación de

componentes de un, 64, 185

cuestionario para proyecto de,

122

de m ovimiento-continuo, 151

descripción de un, 64

partes de un, 77f, 78

piezas de control en los, 73

selección de, 83t

tipos de, 151-152

trazado de un, 146f

usos frecuentes de los, 78

Sistema de riego por goteo, 5

aspectos exclusivos, 218

características hidráulicas de los,

15

erosión del, 12

nutrientes del, 12

propiedades físicas de los, 16

matriz del, 16

profundidad del, 16

textura del, 16

propiedades hidráulicas del, 220

propiedades quím icas del, 17

salino, 10, 17

sódico. 17

redistribución de humedad en,

material de, 150

perforadas

boquillas en las, 69

red de, 140

trazado de la red de, 140

Urbanas, 70-71

acoplamiento de las. 71-72

de aluminio

acoplamiento de

las, 72

ajuste de las, 73, 74f

de auto-cierre, 71

de

cierre-mecánico, 71

diámetros de, 263

5

índice ana lít ico

77



aspersión en, 164-166

descripción de un, 18 2

diseño de un, 116

eficiencia de un, 98

pasos básicos en un, 116

por aspersión, 5, 11

alto costo de los, 19

aspersión hidráulicos de un,

128

coeficiente de uniformidad, 101

compon entes de un, 64, 185

cuestionario para proyecto de,

122

de movim iento-continuo, 151

descripción de un, 64

partes de un, 77f, 78

piezas de control en los, 73

selección de, 83 t

t ipos de, 151-152

trazado de un, 146f

usos frecuentes de los, 78

por conducto cerrado

trazado esquemático de un, 142

primera fase en un, 117

tipo de m ovimiento-alto, 132

trazo esquemático de un, 142

ventajas de los, 183

Sistema de riego por aspersión, 5,11

alto costo de los, 19

aspectos hidráulicos de un, 1 28

coeficiente de uniformidad, 101

desventajas del, 193

diseño de un, 21 3

factores preliminares, 223

pasos para el, 213

procedimiento de, 218

ecuación de Hazen-Williams en,

129

eficiencia de un, 207-2 08

emisores del, 196

evaluación de un, 20 8, 213

procedimiento de, 3 00

funcionamiento. 196-197

presiones de operación de un,

234

selección del, 21

tuberías, en un, 146-147

de plástico, 129

ejemplo de, 147-151

uniformidad en el , 205

Sistema portátil

en riego por aspersión, 79-80

Sistema semi-permanente, 80

Subunidades de riego

carga permisible de una, 252

diseño de, 243

variación de presión en una, 244

Suelo(s)

agua, planta y. 10, 12

arenosos, 20

características del, 20

humedad y las. 20

196

Swai les, G.

E., 103, 113

Tee de tubería principal, 74f

Temperatura ambiente

sistema de riego y la, 79

Tener,

C .

B.,

31, 61

Thornthwaite-M ather,

14

Tierra

improductiva, 11

Topografía

elevación en la, 19

forma del campo en la, 19

limitaciones por la, 19

pendientes en la. 19

Transpiración

evapotran spiración y la, 27

plantas y la, 27

Ikaslape

definición. 90

Iliberfa(s)

de plástico, 129

diámetro de las, 147

dimensiones de las, 145

ilustración de subunidad de, 143f

lateral, 148

distribución de presión en, 197

en riego por aspersión. 70

longitudes de las, 70

materiales y características,

70-71, 73

partes de las, 71

Uniformidad en un lateral , 210

en la subunidad, 213

parámetros básicos, 210

Válvulas

codo y, 74, 76f

de control de flujo, 75,76f

de no retroceso, 74-75

de retención, 266

"ele", 75

"tee", 75-76f

Walken

223

Wilcox, J. C.,

103, 113

Willardson,

108

Wu,

J .

P., 198

Yury;

N.,

220

asi las•orlo

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de la ingeniería agrícola.

Contenido

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