DISEÑO HIDRAULICO ENSISTEMAS DE RIEGO POR GOTEO CARLOS JESUS BACA GARCIA GENERALIDADES LATERAL Son tuberías de diámetro único dotadas de goteros de igual descarga. PORTA - LATERALES Son tuberías que alimentan a los laterales CINTA DE GOTEO Tuberías de pared delgada en las cuales el gotero está moldeado en la pared misma de la tubería. CINTA DE GOTEO, MANGUERA DE RIEGO, TUBO DE GOTEO. Tuberías de PE de baja densidad en las cuales el gotero está insertado en la pared de la tubería. TUBERIA •Conjunto de tubos y sus accesorios •En Hidráulica una serie de tubos colocados en línea recta es considerado como tubo único. TRAMO DE TUBERIA Todo tramo de tubería que tiene una sola entrada y una salida única descarga. ACCESORIOS Codos, curvas, derivaciones, válvulas, bombas, medidores de agua, etc. DISEÑO AGRONOMICO 1. SECTORIZACION 1. Dirección de surcos 2. Forma de terreno 2. NECESIDADES DE RIEGO 1. Tomar el pico de diseño 3. CAPACIDAD DE RIEGO, PRECIPITACION HORARIA O INTENSIDAD DE APLICACIÓN 1. Caudal de goteros (L/h) 2. Distancia entre goteros (m) 3. Distancia entre laterales (m) 4. TIEMPO DE RIEGO 5. TURNOS DE RIEGO 6. CAUDAL DE DISEÑO DISEÑO HIDRAULICO 1. UNIFORMIDAD DE RIEGO 1. Pérdidas en laterales 2. Pérdidas en portalaterales 3. Topografía 2. RED DE DISTRIBUCION 1. Turnos críticos (ultimas válvulas) - (pérdidas, topografía y caudal) 3. REQUERIMIENTO DE PRESION 1. Presión nominal en sectores 2. Pérdidas en sectores 3. Pérdidas fricción y accesorios 4. Pérdidas en cabezal de riego 5. Topografía 4. SISTEMA DE BOMBEO 1. Caudal de diseño 2. Presión de diseño 3. Eficiencia de la bomba CALCULO DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL DE LA BOMBA PARAMETRO OBS. PRESION DE TRABAJO EMISOR CRITICO PRESION DE HF LATERAL TRABAJO DEL SECTOR HF PORTALATERAL HF ARCO DE RIEGO HF MATRIZ HF ACCESORIOS HF CABEZAL SE LE DA UN % DE SEGURIDAD MARGEN DESNIVEL TOPOGRAFICO EN EL CASO DE NIVEL DINAMICO POZOS ADT SUMA DE TODOS LOS PARAMETROS Introducción El diseño hidráulico contempla el dimensionamiento de toda la red de tuberías, para lo cual se calculan las perdidas de carga de las diferentes combinaciones de diámetros y longitudes de tuberías, manteniendo una tolerancia de presiones en la subunidad y calculándose un requerimiento total de presiones (ADT) La exposición se ha dividido en dos partes : 1.- Expone sobre la uniformidad del riego y sus aplicaciones en la: - Evaluación de instalaciones.- aquí se indicara los procedimientos a seguir para determinar el CU de una instalación existente - Diseño de instalaciones.- aquí se impondrá un CU para determinar las tolerancias de presiones que se utilizaran, para calcular los diámetros y longitudes del lateral y portalateral de una subunidad. 2.- Expone sobre los procedimientos para calcular la altura dinámica total (ADT), necesaria para la operación del sistema de riego que se esta diseñando. DISEÑO DE RIEGO POR GOTEO COMPONENTES Diseño Agronómico Diseño Hidráulico Diseño del cabezal • Lamina de riego •Tolerancia de presiones •Calidad de agua. • Unidades de riego •Diámetro de tuberías: • Selección de filtros. laterales, porta laterales • Tiempo de riego • Selección de inyector y conducción. fertilizantes • Descarga del emisor • Longitud de tuberías: •Perdidas en cabezal • Numero de emisores laterales, porta laterales y conducción. • Caudal del sistema •Altura Dinámica Total Diseño Agronómico Pp = 3.33 mm/día Área Und = 2 Has TR = 1.8 horas / und Área Total = 14. Has TR-total = 12.6 horas / día Lamina R. = 6 mm/día # Unidades = 7 unid Caudal = 18.53 Lit/seg Q U-1 U-2 U-3 2 Ha 2 Ha 2 Ha U-7 14 Has 2 Ha U-4 U-5 U-6 2 Ha 2 Ha 2 Ha DISEÑO HIDRAULICO Cabezal de ADT = 28 mt Riego Control de unidad de riego Tubería Tubería Secundaria Primaria Presión 160 mt.Ø 90mm Tubería Terciaria 140 mt. Ø 75mm 60 mt.Ø63mm 70 mt.Ø16mm Subunidad laterales Unidad de riego con emisores de riego UNIFORMIDAD DEL RIEGO UNIFORMIDAD DE RIEGO La uniformidad del riego, es un parámetro que se mide con el coeficiente de uniformidad CU y nos indica el grado de uniformidad con que aplican agua los goteros. En los sistemas de goteo, este parámetro se define como: CU = Q25% / Qa Q25%= Caudal promedio del 25% de emisores con caudal mas bajo Qa = Caudal promedio de todos los emisores Este parámetro de uniformidad de los emisores se usa para : Evaluar una instalación existente.- en este caso se determina, con que CU esta trabajando una instalación, para aplicar correctivos Para diseñar una instalación nueva.- en este caso se impone un CU deseado para la instalación que se esta diseñando. En riego por goteo este coeficiente impuesto suele ser de CU=0.90 y se utiliza en : - Diseño Agronómico: Para el calculo de lamina de riego Nt = Nn/((1-k)*CU) este coeficiente mayor a las necesidades de agua, para garantizar mas agua para el 25% de emisores que recibe menos agua - Diseño Hidráulico: Para calcular la tolerancia de presiones dentro de una subunidad, lo cual determinara las longitudes y diámetros de los laterales y portalaterales a utilizar en el diseño de la subunidad de riego. VARIACION DE PRESIONES Y CAUDALES EN EN LA SUBUNIDAD ql : Caudal Inicial de un Lateral Hn l: Longitud de un lateral Q: Caudal inicial de la terciaria L: Longitud de la terciaria Ha=hm Se: Espaciamiento entre emisores Hm Sl: Espaciamiento entre laterales Tubería hm - hn < Hl Terciaria Hm - Hn < Ht ha hns Regulador de Sl Presión Q ql Se qa qns qn Tubería Laterales con Secundaria Emisores EVALUACION DE INSTALACIONES Determinación del CU Tiene por objeto conocer la eficacia del sistema de riego instalado, sin considerar la evaluación de los otros parámetros agronómicos como, frecuencia, dosis, tiempo de riego etc. Este parámetro se define CU = q25% / qa se recomienda tomar 16 puntos de la subunidad a evaluar q25% = Caudal promedio de los 4 goteros de mas bajo caudal qa = Caudal promedio de los 16 goteros evaluados EVALUACION DE INSTALACIONES Determinación del CU EJEMPLO Evaluación de instalaciones se aforo los siguientes caudales en L/h L-1 L-2 L-2 L-4 G-1 1.20 1.20 1.20 1.20 G-2 1.20 1.08 1.20 1.20 G-3 1.00 1.20 1.08 1.00 G-4 1.08 1.08 1.20 1.20 CLASIFICA % Exelente 100-95 Bueno 95-85 qa = 1.15 L/h Regular 80-75 q25= 1.04 L/h Pobre 70-65 CU = 1.04 / 1.15 =0.904 Inaceptable < 60 Fuente: ASAE DISEÑO DE INSTALACIONES CU CU.-En este caso se impone un CU deseado (85% 90%) para la instalación que se esta diseñando y su valor es producto de factores constructivos e hidráulicos. CU = CUc * CUh CUc : coeficiente de uniformidad constructivo CUh : coeficiente de uniformidad hidráulico CUc .- Es el que mide la variación de caudales al aplicar igual presión a distintos emisores de un mismo lote o modelo, es decir variaciones por causas de fabricación. Uno de los modelo probabilísticas que mas se ajusta a la distribución de caudales, es la distribución NORMAL, esta curva presenta propiedades bien conocidas como: q25 =(1 - 1.27cv)qa ………….(1) CU= q25 / qa ………….(2) definición CUc = (1-1.27cv) --------------(1) en (2) Cuando (e) emisores por planta es superior a uno se castiga por √e CUc = (1-1.27cv / √e ) cv = coeficiente de variabilidad gotero (dato catalogo) e = numero de emisores por planta DISEÑO DE INSTALACIONES CU CUh Expresa la variación de caudales en los emisores debido a la diferencia de presiones, que a su vez depende de los desniveles topográficos y perdidas de carga en la red de riego. El CUh se define como CUh = qns / qa FINALMENTE CU = CUc * CUh = (1- (1.27cv / √ e)) * qns /qa EJEMPLO: CU = 0.90 : valor impuesto en goteo usamos 0.90 cv = 0.05 : coeficiente de variación del emisor utilizado (catalogo) e = 5 : numero de emisores por planta qa = 2.3 L/hr : es caudal promedio o nominal del gotero qns = ¿? :Caudal del gotero mas bajo ==> CU = (1- (1.27cv / √e)) * qns /qa 0.9 = (1-(1.27*0.05 / √5) ) * qns / 2.3 qns =2.13 L/hr CUc = (1-(1.27 * 0.05 / 5^0.5) ) = 0.97 CUh = 2.13 / 2.3 = 0.93 TOLERANCIA DE PRESIONES ΔH PERMISIBLE Es la máxima variación de presiones permisible dentro de una subunidad de riego, para que los emisores se encuentren trabajando con una uniformidad del 90% ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) Delta H : máxima variación de presiones permisible ha : presión del gotero con caudal nominal (qa) hns : presión del gotero con caudal mas bajo (qn) EJEMPLO: q = 0.58 h ^ 0.59 ………se conoce la curva del gotero (catalogo) qa = 2.3 ………se conoce, es el caudal nominal de diseño qns= 2.13 ……… se calcula con la condicion impuesta del 90% de CU Con la ecuacion del gotero , qa y qns se determina ha y hns 2.3 = 0.58*ha^0.59 => ha = 10.31 mt. 2.13 = 0.58*hns^0.59 => hns = 9,36 mt ===> ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) = 2.5 (10.31-9.36) = 2.37 mt. DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE El diseño de la subunidad de riego contempla dimensionar las longitudes y diámetros de la tubería Porta laterales y laterales de riego así como los caudales de estas tuberías, todo esto manteniendo un régimen de presiones. inicialmente el diseño se inicia por tanteo, ya que los calculos pueden dar resultados no satisfactorios que obliguen a modificar la distribución en planta o los diámetros de las tuberia hfLateral + dLateral + hfPortalateral + dPortalateral < ΔH PERMISIBLE DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE Hn Ha=hm OTRA FORMA Hm ΔHl + ΔHt = ΔHPERMISIBLE hm - hn < Hl Hm - Hn < Ht ha hns hs qa qns Presión Regulador de qn Tubería Secundaria DISEÑO DE LA SUBUNIDAD Laterales y Portalaterales DETERMINACION ADT DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT) Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías mas los desniveles a favor o en contra y las perdidas estimadas en el cabezal ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidad ha = Es la presión nominal del gotero de diseño hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseño D/2 = Es el desnivel en el porta lateral d/2 = Es el desnivel en el lateral DETERMINACION DEL ADT ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Cabezal Riego Control de unidad de riego Tubería Principal Presión Tubería Portalateral Arco de Riego Tubería Secundaria Tubería Portalateral Subunidad laterales Unidad de riego de riego CABEZAL DE RIEGO UF - Tanque CABEZAL DE RIEGO UF - Electro bomba CABEZAL DE RIEGO UF - Venturi TUBERÍA PRINCIPAL y SECUNDARIA ARCOS O HIDRANTES DE RIEGO PORTALATERALES y LATERALES cabezal Tubería DETERMINACION ADT Principal Hn Ha = hm Hm ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 ha hns qa qns Arco De Riego Portalateral qn Tubería Condición de Secundaria Portalateral Subunidad hfLateral+dLateral+hfPortalatera+dPortalateral < ΔHPERMISIBLE PERDIDAS EN TUBERIAS Tubería salidas múltiples y Tubería ciega a) Hf LATERALES b) Hf PORTALATERALES c) Hf SECUNDARIA d) Hf PRINCIPAL Perdidas en PRINCIPAL Y SECUNDARIA 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 EJEMPLO: Caudal de Conducción 6.39 L / s Long, Conducción 120 mt C 150 Diámetro interno 84.1 mm 1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12) * (( 6.39 /150)^1.8552)*84.1^-4.87 J (m/100m) = 1.47 Hf = 1.47 * 120 /100 Hf = 1.76 mt Perdidas en PORTALATERAL 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 2.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas Hf = J * F * L /100 F : factor de corrección de Christiansen EL FACTOR DE CORRECCION DE CHRISTIANSEN EJEMPLO Perdidas en PORTALATERAL DATOS: Caudal de Lateral 0.1065 L / s Esp. laterales 1 mt Long, Porta lateral 60 mt Caudal Porta lateral 6.39 L / s C 150 Diámetro interno 69.3 mm 1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * (( 6.39 / 150)^1.8552)*69.3^-4.87 J (m/100m) = 3.74 2.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples Hf = 3.74 * 0.36 * 60 /100 Hf = 0.80 mt Perdidas en LATERAL 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87 Q : Caudal total del lateral en Lit/seg C: Coeficiente de Hazen y Williams D: Diámetro de tubería en milímetros 2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se J`(m/100m) = J * (se+fe) / se se : separación entre emisores en metros fe : longitud equivalente en metros 3.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas Hf = J` * F * L /100 EJEMPLO Perdidas en LATERAL DATOS: Caudal de gotero 2.3 L/hr Esp. Goteros 0.3 mt Long, Lateral 50 mt Caudal de lateral 0.1065 C 130 Diámetro interno 14 mm 1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((0.1065 / 130)^1.8552)*14^-4.87 J (m/100m) = 5.95 2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se J`(m/100m)= 5.95 * (0.3+0.1) / 0.3 J`(m/100m)= 7.94 3.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples Hf = 7.94 * 0.36 * 50 /100 Hf = 1.43 mt DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT) Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías y las perdidas en cabezal ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidad ha = Es la presión nominal del gotero de diseño hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseño D/2 = Es el desnivel en el porta lateral d/2 = Es el desnivel en el lateral cabezal DETERMINACION ADT Hn Ha = hm Hm ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 ha hns qa qns Arco De Riego qn Tubería Hm - hns < H permisible Secundaria EJEMPLO DE CALCULO DE ADT Cabezal de Riego Control de unidad de riego Tubería Tubería Secundaria Primaria Delta H permisible = 2.37 mt. Presión Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mt Total perdida subunidad =2.23 mt 2.23 < 2.37 ……OK Tubería Terciaria ADT=Hm + Hf ARCOS + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2 hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2 50 Hm = 11.04+0.73*0.80+0=11.62 hm = 10+0.73*1.43+0 =11.04 ha = 10 D/2 = 0 d/2 = 0 Perdida en conduccion =3.0 60 ADT=11.62 + 1.5 + 3.0 + 5 = 20 mt Subunidad laterales Unidad de riego con emisores de riego
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