Tipos de riegos y diseño agronómico

Yefrin M. Chávez, Ing
Diseño de sistemas de riego
dimanche 12 mars 2017 1Asociación Guatemalteca de Exportadores - AGEXPORT-
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Tipos de riego
3

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Diagrama de flujo de un sistema de riego
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Definir cultivo
Medir área y
caudal
Definir área
a regar
Investigar
características
del suelo
Diseño
agronómico
Indicadores financieros
Competencia de
proveedores
Competencia de
prioridad de
proyectos
Implementación en
campo
Investigar emisoresDiseño hidráulicoDiseño de equipo
Resumen de
materiales y equipoInvestigación de costos
1 2 3 4 5
10 9 8 7 6
11 12 13 14
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Elección
método
de riego

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1. Concepts
essentials
El objetivo de los sistemas de riego es poner a
disposición de los cultivos el agua necesaria para que
cubra sus necesidades, complementando la recibida
en forma de precipitaciones.

Índice de área foliar
Fuente de figuras: WWF

Balance hídrico

Uso del agua por las plantas

ETo y ETc

Kc

Kc cultivos EFA
Kc para cultivos en la EFA Sololá
Mes
Frutales Huerto de frutales Flores
Porcentaje de
desarrollo
Hortalizas
Limón
Frutales de hoja
caduca
Frutales de hoja
perenne
Rosas Papa
1 0.65 0.20 0.60 0.90 0 0.30
2 0.67 0.25 0.75 0.90 5 0.35
3 0.69 0.35 0.85 1.10 10 0.40
4 0.70 0.65 1.00 1.20 15 0.45
5 0.71 0.85 1.10 1.20 20 0.50
6 0.72 0.95 1.12 1.15 25 0.60
7 0.72 0.98 1.12 1.15 30 0.70
8 0.71 0.85 1.05 1.05 35 0.62
9 0.70 0.50 1.00 1.00 40 0.97
10 0.68 0.30 0.85 0.95 45 1.05
11 0.67 0.20 0.75 0.95 50 1.16
12 0.65 0.20 0.60 0.90 55 1.25
60 1.30
65 1.35
70 1.38
75 1.38
80 1.35
85 1.33
90 1.30
95 1.25
100 1.20
Datos calculados por el autor:

Kc cultivos EFA
Café Cítricos con cubierta viva
Kc Café general
Café suelo
desnudo
Café suelo
cubierto
Kc
Limón cubierta
del 70%
Limón cubierta
del 50%
Limón cubierta
del 20%
Kc in 1.05 1.10 1.10 Kc in 0.70 0.80 0.85
Kc med 0.90 0.95 0.95 Kc med 0.75 0.80 0.85
Kc fin 0.95 1.00 1.00 Kc fin 0.70 0.80 0.85
Zr (m) 0.90-1.50 1.50-2.50 0.70-1.00 Zr (m) 1.20-1.50 1.10-1.50 0.80-1.10
DPM 0.40 0.50 0.65 DPM 0.50 0.50 0.50
Altura máxima: 2-4 m Coníferas
Kc in 1.00
Kc med 1.00
Kc fin 1.00
Datos calculados por el autor:

Lamina de riego del ciclo completo de lechuga para las
condiciones de la EFA Sololá
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
01-feb. 08-feb. 15-feb. 22-feb. 01-mar. 08-mar. 15-mar. 22-mar. 29-mar. 05-abr. 12-abr. 19-abr. 26-abr. 03-may. 10-may.
koeficientesmedisoparaclimassemihumedos
mm/día
Etc
Eto
Kc

“
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DUDAS
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Irrigation
efficiency

Uniformed y efficiency
Fuente de figuras: WWF

Uniformed y efficiency

Eficiencia de distribución
• Mide la pérdida que se produce entre la fuente abastecedora de agua
(embalse, canal principal , toma directa), hasta la entrega a los usuarios
de una zona o distrito de riego.
Agua ingresada (canales, tomas)
ED = * 100
Agua total disponible de abastecimiento

Eficiencia de Conducción
•Fugas o desbordes de acequias y canales
•Infiltración en el lecho de las mismas
Agua en cabecera cultivo
EC = * 100
Agua ing. en la toma o un punto determinado
Infiltración (hasta un 30 % suelos arenosos)

Eficiencia de Aplicación
• Mide la pérdida que se produce directamente en el cultivo en función de la cantidad
de agua aplicada y el momento de aplicación (Intervalo de riego)
Agua almac. zona de raíces
EAP = * 100
Agua aplicada

Eficiencia de Uso
• Riego tradicional (Superficie)
EU = (EAP * EC) / 100
• Ej. EAP = 60 % - EC = 90 % EU = (60 * 90 ) / 100 = 54 %
• Riego presurizado
EU = (EAP * CU) / 100
• Ej. EAP = 95 % - CU = 90 % EU = (95 * 90 ) / 100 = 86 %

Tipos de riego y modalidades
Riego por surcos
o a pie.
Riego por aspersión
Riego localizado
Existen otras
modalidades, que
tienen los mismos
principios.

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Riego por
aspersión
Yefrin M. Chávez, Ing.

W
O
S
T
El objetivo del riego es aplicar el agua uniformemente sobre el
área deseada, dejándola a disposición del cultivo.
Objetivo del riego por aspersión es: Producir una lluvia
uniforme sobre toda la parcela y con una intensidad tal que el
agua infiltre en el mismo punto donde cae.
En el proceso de descarga de agua desde un aspersor se
forma un chorro a gran velocidad que se difunde en el aire en
un conjunto de gotas, distribuyéndose sobre la superficie del
suelo.
INTRODUCCIÓN

W
O
S
T
• Uniformidad de aplicación independiente de las características del suelo
• Adaptable a diferentes láminas de riego y velocidades de infiltración
• Control preciso de las dosis (laminas pequeñas)
• No necesita nivelación
• Menor requerimientos de sistematización
• Adaptable a rotaciones de cultivos y riegos de socorro
• Permite la automatización, ahorro de mano de obra
• Control de heladas, fertirriego, aplicación de fitosanitarios
• Mayor superficie útil (acequia, canales), 100 % de Ef. de conducción
• Moja toda la superficie del suelo
VENTAJAS

W
O
S
T
• Mala uniformidad de aplicación por efecto del viento
• Altas inversiones y costos operativos
• Problemas sanitarios e interferencia con los tratamientos
• Problemas de la parte aérea del cultivo al utilizar aguas salinas o
residuales.
DESVENTAJAS

W
O
S
T
CLASIFICACIÓN

Sistemas estacionarios
CULTIVO DE MELÓN MAÍZ
PASTO POTREROS

Pivote Central¨Pivote central

Pivote central
• Toma de agua y energía en un mismo lugar
• Fácil automatización
• Facilidad de operación y mantenimiento
• Posibilidad de regar grandes áreas
• Elevada uniformidad de aplicación del agua
• Posibilidad de aplicación de fertilizantes y
químicos con el agua de riego
Ventajas
• Deja sin regar 21% de la superficie en
comparación a parcelas cuadradas
• Intensidad de aplicación alta en el extremo
del lateral
• Mano de obra especializada para operación y
mantenimiento del sistema
• Mayor presión de trabajo en relación al lateral
de avance frontal.
Desventajas

Ala de avance frontal
Ala de avance frontal

• Pluviosidad no varia a largo del lateral.
• Menor pluviosidad que en el pívot
• Menor requerimiento de energía
• Menor perdidas de carga (63 % del pívot)
• Adaptable a parcelas cuadradas y rectangulares
• Longitud de parcela mínima 1000 a 1600 m
Ventajas
• Dificultades de instalación y funcionamiento
al ser móvil la toma de agua y energía
• Manejo del sistema mas complejo.
Desventajas

Cañon autoenrollable

Ala sobrecarro

• Equipo de Bombeo
succión, bomba, motor, válvulas
• Tuberías de conducción
tuberías primarias y secundarias
• Tuberías laterales
• Emisores
aspersores
difusores fijos o toberas
• Accesorios
válvulas, hidrantes, reguladores de
presión, elevador del aspersor
Componentes de un sistema de riego por aspersión

Sprinklers
Aspersor Nelson Aspersor Senninger
Aspersor de bronce con dos
boquillas y aspersor de plástico
Aspersor de gran caudal y alta presión

Clasificación de los aspersores
1) Velocidad de giro
a) giro rápido: 3 - 6 vueltas. min-1
uso en jardines, viveros, horticultura
b) giro lento : 0.5 -1 vuelta. min-1
mayor radio de mojado
mayor espaciamiento entre aspersores
uso general en agricultura
2) Mecanismo de giro
a) reacción
b) turbina
c) choque o “brazo oscilante”

Clasificación de los aspersores
3) Presión de trabajo
a) Baja Presión ( < 2.5 kg.cm-2, o 250 Kpa)
Boquillas < 4 mm de diámetro
Caudal < 1000 l.h-1
b) Medía Presión (2.5 - 4 kg.cm-2 o 250 - 400 Kpa)
1 o 2 boquillas de 4 a 7 mm de diámetro
Caudales 1000 – 6000 l.h-1
c) Alta Presión ( > 4 kg.cm-2 o 400 Kpa)
Aspersores de tamaño grande (cañones)
1,2 o 3 boquillas
Caudales 6m3.h-1 a 40m3.h-1, hasta 140 m3.h-1

Tubería
Tuberías de PVC
Plastico
Acero
Aluminio
Polietileno

Accesorios
Tubo de Riego Portátil
Buje de Reducción para
Salida de Aspersor Reducción Macho / Hembra
Salida para Aspersor
Empaque de Goma
(repuesto)
Adaptador Hembra
Tapa MachoTapa Hembra Curva a 45°
Curva a 90°
Válvula roscable
Curva de Nivelación
Te a 90° con Salida HembraPie de Apoyo para Accesorio
Válvula para Aspersor
Acople Rápido para AspersorAdaptador Macho
Te de Maniobra para Válvula
Válvula con Te
Válvula para Línea de 3"
manómetro

Factores que afectan la uniformidad de aplicación del sistema
1) Modelo de reparto de agua del aspersor
2) Disposición y espaciamiento de los aspersores
3) Efecto del viento
Otros) Duración del riego
Vaina prolongadora( > 2 m/s)
Altura del aspersor

1-. Aplicación uniforme del agua
1) Modelo de reparto de
agua por el aspersor
- Diseño del aspersor
- Tipo y número de
boquillas
- Presión de trabajo
Aspersor 1 Aspersor 2

2-. Disposición de los aspersores
cuadrado rectangular triangular
12 9 6 3 0 3 6 9 12
Patrón de los aspersores individuales
30-
25-
20-
15-
10-
5 -
0
Patrón de mojado del conjunto
Lb
(mm)
Ejercicio, encontrar la mejor
forma de disposición para su
situación

El espaciamiento entre aspersores es uno de los factores
fundamentales en el diseño del sistema
Heerman y Kohl (1980) recomiendan las
siguientes separación entre aspersores
Marcos cuadrados y triangulares
60% del diámetro efectivo mojado
Marcos rectangulares
40 a 75 % del diámetro efectivo mojado
% de reducción
Velocidad del
viento (m/s)
10-12 4-6
18-20 8-9
25-30 10-11

3-. Efecto del viento
• Principal agente distorsionador de la
uniformidad de reparto
• Perdidas del agua aplicada: evaporación
arrastre fuera del área regada
• La velocidad del viento se incrementa en
función logarítmica con la altura
• Angulo de descarga: aspersor 25 º a 27 º
emisores (pivot, avance frontal) 7 º
• Menor efecto del viento en riegos nocturnos
• Mayor efecto en sistemas estacionarios y cañon
Velocidad del viento
CU

Distorsión producida por el viento en el modelo de reparto de agua de un aspersor Naan trabajando con
una boquilla de 3.5 mm de diámetro a 300 kPa con un tubo portaspersor de 1m.
Fuente: Von Bernuth y Seginer (1990)

Presión de trabajo
30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30
30 25 20 15 10 5 2.5 0 2.5 5 10 15 20 25 30
35 30 25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25 30 35
Presión
normal
Presión
alta
Presión
baja

Sistema semifijo con ramales móviles

Sistema semifijo con mangueras

Sistema fijo y aspersores móviles

Sistema fijo enterrado

Coeficiente de uniformidad según sistema de aspersión
Sistema CU (%)
Laterales móviles 70 a 86 %
Aspersión fija 70 a 88 %
Laterales autodesplazables 75 a 94 %
Cañones de riego 60 a 75 %
La falta de uniformidad en sistemas de
riego a presión se debe a:
• Variación de fabricación de los emisores
• Diferencias de presión en la subunidad
• Envejecimiento y obstrucciones

Consideraciones para el diseño agronómico
1. Las diferentes posiciones deben tener el mismo o similar
número de aspersores.
2. Máxima utilización del sistema en un día.
3. La precipitación horaria no debe superar la Infiltración
básica al final de cada riego
4. Se procurará hacer de 2 a 4 posiciones por día
5. Riegos nocturnos
6. Laterales a nivel o descendentes
7. Presión de trabajo en función de recursos
8. En sistemas fijos, riego en bloques (>Hf, < evap. y deriva)
9. En sistemas móviles, el número de posiciones múltiplo
del número de hidrantes

Criterios de diseño de un equipo de riego por aspersión
1. Se debe aplicar una cantidad de agua tal que una
fracción “a” de la superficie total reciba por lo
menos la Lámina Neta
2. No puede existir escurrimiento, por lo tanto la
Intensidad de Precipitación no debe superar la
Velocidad de Infiltración.
3. Los caudales erogados por los diferentes
aspersores no deben variar en más de un 10% del
caudal nominal. Para ello la diferencia de presión
entre los mismos no debe superar el 20% de la
presión nominal.
4. La lámina aplicada debe ser uniforme en toda la
superficie, por lo que la separación entre emisores
no debe superar el 60% del diámetro mojado.
5. Debe tener los menores costos de inversión y
operativos, pero que permita cumplir con los
cuatro puntos anteriores.

Manejo del riego
CU , 90 %
El lateral debe realizar un movimiento de
ida y vuelta entre los extremos de la
parcela.
1) Riego continuo (Q y Pluviosidad
menor, riego sobre suelo mojado)
2) Riego en una dirección y vuelta en
vacío

Ejemplo diseño aspersión portátil
1. Datos del predio
Superficie – 540 x 360 m (aprox. 19.5 has)
Cultivo – Papa (40 cm de profundidad de arraigamiento)
Suelo – Franco limoso, V.inf. 8 mm/hora
Agua disponible – 50 mm (en los 40 cm)
Umbral de riego – 50% (-1 bar) - L.N. = 25 mm
Jornada de riego – 16 horas por día
ETc pico – 5.3 mm/día
Profundidad del agua en el pozo – 15 m (Nivel dinámico)
2. Elección del aspersor
Marca SIME modelo SILVER
Boquilla 6 mm; Pa 3 atm.; Q 2.30 m3/hora; alcance 15 m.
Ipp(18 x 18 m) = Q/A = 2300l/h / 324m2 =7.1 mm/hora

3. Estimación de la Eficiencia (Ea)
CU(Christiansen) – 90% (comparando con datos experimentales)
CU sistema =
CUs. = 88
CUs = 88; “a” = 90 EDa = 0.80
Ea = EDa * Pe = 0.80 * 0.90 = 0.72
2
Pa
Pn
1*CU 
2
30
27
1*90 

4. Cálculo de la operación del riego
Frecuencia de riego
Fr. = LN / ETc = 25 mm / 5.3 mm/día = 4.7 días 5 días
LN ajustada 5.3 mm/día * 5 días = 26.5 mm U.R. ajustado = 26.5 / 50 = 53%
Lámina Bruta
L.B. = L.N. / Ef. = 26.5 / 0.72 = 36.8 mm
Tiempo de operación
T riego = L.B. / Ipp = 36.8 mm / 7.1 mm/hora = 5.2 horas
T operación = T riego + T cambios = 5.2 + 0.5 = 5.7 horas
Nº de posiciones por día
Nº pos. = Jornada / T operación = 16 horas/día / 5.7 horas/pos. = 2.8 pos/día
3 posiciones/día
Jornada ajustada = 5.7 horas/pos. * 3 pos./día = 17.1 horas/día

5. Cálculo del Nº mínimo de aspersores y laterales
Número de aspersores
Nº mín. = (Superficie) / (Nº pos.dia-1 *FR * Marco del aspersor)
Nº mín. = (540*360) / (3*5*18*18) = 40 aspersores
Distribución en el campo
180 m/lateral / 18 m/aspersor = 10 aspersores/lateral
Long. Lateral = Esp./2 + (Esp. * (n-1)) = 18/2 + (18 * 9) = 171 m
Número de laterales
40 aspersores totales / 10 asp./lat = 4 laterales
Número de posiciones por lateral
540 m / 18 m/pos = 30 * 2 = 60 posiciones
60 pos. / 4 lat. = 15 pos./lateral (5 días * 3 pos/día)

6. Diseño del lateral
Caudal = 2.300 l/h/asp * 10 asp./lat = 23.000 l/h/lat = 6,4 l/s
Criterio - Pérdidas <20% Pa 30 m * 0.20 = 6 m
Se selecciona una tubería del menor diámetro, tal que con un caudal de 6.4 l/s, una longitud de 171
m, y 10 salidas de agua, genere una pérdida de carga no superior a 6 m (considerando además la
topografía).
7. Diseño del principal
Caudal = 6.4 * 4 = 25.6 l/s
Se selecciona en función de criterios económicos (costo de tubería vs. costo de bombeo)
8. Selección de la bomba
Se selecciona una bomba que erogue un caudal de 25.6 l/s, generando la presión suficiente para que
los aspersores trabajen a 30 m, con una eficiencia adecuada.

Posición 1
Pozo
25
26
27
360m
540

Posición 8
Pozo
25
26
27
PVC DN 110
PVC DN 125
PVC DN 63

“
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Elección del
tipo de sistema
de riego

Factores que favorecen a la elección del tipo de sistema de riego
Factores Riego de superficie Aspersión Riego localizado
Precio del agua bajo medio alto
Suministro de agua irregular regular continuo
Disponibilidad de agua abundante media limitada
Pureza del agua no limitante sin sólidos elevada
Capacidad de infiltración del suelo baja a media media alta cualquiera
Capacidad de almacenamiento del suelo alta media a baja no limitante
Topografía plana y uniforme relieve suave irregular
Sensibilidad al déficit hídrico baja moderada alta
Valor de la producción bajo medio alto
Coste de la mano de obra bajo medio alto
Coste de la energía bajo alto moderado
Disponibilidad de capital baja media a alta alta
Exigencia en tecnología limitada media a alta elevada
Elección del tipo de sistema de riego

Características Por surco
Pivot
central
Avance
frontal
Cañón
Mini-
aspersión
Goteo
Costo de equipamiento Bajo Alto Alto Alto Alto Alto
Mano de obra Alto Bajo Bajo Medio Medio Medio
Consumo de potencia Bajo Bajo Bajo Alto Medio Medio
Eficiencia de riego 50-60% 90% 90% 70-80% 75-85% 85-95%
Costos y eficiencia de los sistemas de riego

Comparación de principales indicadores/tipo de sistema de riego
0
2
4
6
8
10
12
14
Costo de equipamiento Mano de obra Consumo de potencia Eficiencia de riego
Porcentaje
Por surco
Pivot central
Avance frontal
Cañón
Mini-aspersión
Goteo

Efficiency y uniformity
4
3
2
Riego por superficie
Es muy variable en eficiencias, están desde el
45 y alcanzan en algunos casos hasta el
65%, en cuanto a la uniformidad varia, pero
alcanza valores menores a 60%.
Alcanza hast un 85% de eficiencia, con un
manejo adecuado la uniformidad llega a
alcanzar hasta 90%.
Riego con pivote central
Puede alcanzar hasta un 92%
eficiencia, además la uniformidad cuando
está bien manejado alcanza hasta un 90-
95%.
Riego localizado
El riego por goteo, alcanza eficiencias de
hasta 95% y la uniformidad puede llegar a
ser entre 92-96%.

Puntos claves de los sistemas de riego
Fase de gabinete medio
Diseño agrónomico
Diseño hidráulico
Fase de gabinete final
Construcción de indicadores financieros
Elección de proyectos a implementar
Fase de gabinete inicial
Medición de caudal
Medición de terreno
Medición de infiltración

Merci beaucoup

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