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RIEGO POR ASPERSIÓN: ASPECTOS TÉCNICOS Y DISEÑO
- 1. RIEGO POR ASPERSIÓN FACULTAD DE AGRONOMIA UNIVERSIDAD DE LA REPUBLICA
- 2. Bibliografía principal El Riego por Aspersión y su Tecnología. José Mª Tarjuelo Martín-Benito. Ediciones Mundi-Prensa. 2005. 581 pp. Capítulo 2 – Sistemas estacionarios de riego por aspersión Capítulo 5 – Sistemas autopropulsados de riego por aspersión
- 3. Objetivo de la clase • Criterios para decidir, ante una situación concreta, el empleo del método • Diseñar equipos de riego nuevos • Corregir o mejorar equipos ya existentes • Operar correctamente los equipos
- 4. Objetivo del Riego por Aspersión Producir una lluvia uniforme uniforme sobre toda la parcela, y con una intensidad intensidad tal que el agua infiltre en el mismo punto donde cae.
- 5. Ventajas • Independiente de las características del suelo • Adaptable a diferentes láminas netas y velocidades de infiltración • Control preciso de las dosis • No necesita nivelación o sistematización (*) • Muy adaptable a rotaciones de cultivos • Permite automatización • Riego antihelada. Fertirriego(?). Fitosanitarios(?) • Totalmente entubado. 100%Efc. Aprovechamiento tierra. • Moja toda la superficie del suelo(*)
- 6. Desventajas • Mala uniformidad por el viento • Problemas sanitarios e interferencia con los tratamientos • Altas inversiones y costos operativos • Moja toda la superficie del suelo(*)
- 7. Condiciones en que la aspersión tiene ventajas • Suelos – Alta velocidad de infiltración – Poco profundos – Alta erodabilidad • Topografía irregular • Caudales o volúmenes de agua limitados • Cultivos – Densos – Poca profundidad radicular • Mano de obra no especializada
- 8. Elementos que componen un equipo de aspersión • Grupo Motobomba – Succión, bomba, motor, válvulas • Red de tuberías de conducción – Movilidad, materiales • Tuberías laterales – Movilidad, materiales • Aspersores – Características de funcionamiento • Accesorios – Acoples, válvulas, elevadores
- 9. Clasificación Móviles semifijos Tubería móvil Estacionarios Tubería fija Fijos Permanente (enterrada) Temporales (aérea) Pivot Ramales desplazables Lateral avance frontal Despl. continuo Ala sobre carro Aspersor gigante Cañones viajeros Enrolladores
- 12. Características de funcionamiento Q = K * Hx x ≅ 0,5 Criterio Pmáx – Pmín ≤ 0,2 Pa (aspersores de un lateral) Ipp = Q / S S = Easp * Elat E = n * 6 Criterio E ≅ 60% Ø efectivo mojado (vientos < 2 m/s)
- 13. Pérdidas de carga en un lateral P0 = Pa + ¾ hf + Ha Pa1 (*)= P0 – Ha (*) hf hasta el 1er asp. no considerada Pn =Pmin= P0– hf – Ha = Pa – ¼ hf P0 Pa Pn = Pmin hf ≈1/3 l Ha ≈ 2/3 l LATERAL HORIZONTAL Pa1 1 2 3 n n-1
- 14. Pérdidas de carga en un lateral P0= Pa + ¾ hf + Hg/2 + Ha Pa1(*)= P0– Ha (*) hf hasta el 1er asp. no considerda Pmin = Pn = P0– hf – Hg - Ha P0 Pa Pf = Pmin hf LATERAL ASCENDENTE Hg Pa1 1 2 3 n-1 n
- 15. Pérdidas de carga en un lateral P0 Pa Pn ≠ Pmin hf Ha P0 = Pa + ¾ hf - Hg/2 + Ha Pa1(*)= P0– Ha (*) hf hasta el 1er asp. no considerada Pmin = P0 – t’ hf - Ha Pn = P0– hf + Hg - Ha LATERAL DESCENDENTE Caso 1: hf > Hg (desnivel) Hg Pa1 1 2 3 n-1 n
- 16. Pérdidas de carga en un lateral P0 = Pmin Pn = P máx hf Ha P0 = Pa + ¾ hf - Hg/2 + Ha Pa1(*)= P0– Ha (*) hf hasta el 1er asp. no considerada Pn =P0– hf + Hg - Ha LATERAL DESCENDENTE Caso 2: hf < Hg (desnivel) Hg s P a1 1 2 3 n-1 n
- 17. Laterales alimentados por un extremo, pendiente a favor Pmin = Pi – t’ * hf Hg/hf 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 t’ 1 0.91 0.83 0.75 0.68 0.62 0.56 0.5 0.45 0.4 0.36 0.31 0.28 0.24
- 18. Tabla de funcionamiento de un aspersor
- 20. Superposición 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)
- 21. Modelo de reparto de agua – aspersor 1
- 22. Modelo de reparto de agua – aspersor 2
- 23. Efecto del viento Velocidad del viento CU
- 24. Efecto de la presión 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
- 25. Sistema semifijo con ramales móviles
- 26. Sistema semifijo con mangueras
- 27. Sistema fijo y aspersores móviles
- 29. Sistema fijo enterrado por bloques
- 31. Curvas de reguladores de presión
- 32. Diseño agronómico Estimación de las necesidades de agua de los cultivos Determinación de los parámetros de riego • Dosis • Frecuencia • Duración • Número de emisores por posición • Caudal Disposición de los emisores en el campo
- 33. Eficiencia de riego LB = LN / Ea Ea = EDa * Pe EDa = LN / Linf LB – Lámina Bruta LN – Lámina neta Ea – Eficiencia de aplicación EDa – Eficiencia de distribución Linf – Lámina media infiltrada Pe – Proporción de agua que llega
- 35. Coeficiente de Uniformidad (CU) 100 . 1 − = ∑ n M d CU 2 1 + = Pa Pn CU CUsist Pn – Presión mínima en el cuadro de riego Pa – Presión nominal del aspersor
- 38. Coeficiente de Uniformidad 30 40 50 60 70 80 90 100 12 x 12 18 x 18 18 x 24 24 x 24 marco (m) C.U.(%) CU lámina CU suelo
- 39. 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
- 40. Eficiencia de distribución (EDa)
- 41. Pérdidas por evaporación y arrastre (Pe) Sistema de riego Pe % Sistemas semifijos, ramales móviles 88 – 90 Sistema fijo, en bloques 90 – 92 Pivot central 93 – 96 Cañones 94 – 96
- 42. Disposición de laterales en sistemas semifijos
- 43. Consideraciones para el diseño agronómico • Las diferentes posiciones deben tener el mismo o similar número de aspersores. • Máxima utilización del sistema en período punta (20 horas por día) • La Ipp no debe superar la Vinf al final de cada riego • Se procurará hacer de 2 a 4 posiciones por día • Riegos nocturnos • Laterales a nivel o descendentes • En sistemas fijos, riego en bloques (Hf, evap. y deriva) • Presión de trabajo entre 250 y 350 kPa • En sistemas móviles, el número de posiciones múltiplo del número de hidrantes • En sistemas semifijos, en riegos sucesivos que ocupen la posición intermedia.
- 44. 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.
- 45. 2. Pivote
- 61. 0 50 100 150 200 250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Número de torres (40 m) Superficie (has) - Costo ($/há) Superficie Costo/há
- 62. Modelos de aplicación de agua • Aspersores de tamaño creciente del centro al extremo, alta presión (más de 300 kPa), diámetro mojado en el extremo mayor a 30 m. • Aspersores de tamaño medio, con menor espaciamiento hacia el extremo, presión media (200-300 kPa), diámetro mojado en todo el lateral de 20 a 30 m. • Difusores de baja presión (70-170 kPa) con reguladores de presión, con menor espaciamiento hacia el extremo, diámetro mojado en todo el lateral de 6 a 12 m.
- 63. Booms
- 64. Pluviometría en dos puntos de un pivote
- 65. Pluviometría en el mismo punto de tres pivotes
- 66. Limitaciones para utilizar Pivotes
- 67. 1. Topografía del terreno • Pendiente radial o Tuberías diámetro grande (10”) 15 – 10% o Tuberías diámetro pequeño (6”) 30% • Pendiente tangencial o Con surcos pequeños (0.15 m) 20% o Con surcos grandes (0.15 m) 15% Por lo anterior, en Uruguay no presentan limitaciones
- 68. 2. Naturaleza del suelo Velocidad de infiltración insuficiente “Balsetas” en los surcos(*) Almacenamiento en depresiones: Pend. (%) Alm. (mm) 0-1 12,7 1-3 7,6 3-5 2,5
- 69. 3. Cañón
- 80. 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
- 81. 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 +
- 82. 4. Cálculo de la operación del riego Frecuencia de riego Fr. = LN / ETc = 25 mm / 5.3 mm/día = 4.7 días 5 días 5.3 mm/día * 5 días = 26.5 mm U.R. = 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 + 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 2.8 3 posiciones/día Jornada ajustada = 5.7 horas/pos. * 3 pos./día = 17.1 horas/día
- 83. 5. Cálculo del Nº mínimo de aspersores y laterales Número de aspersores 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)
- 84. 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.
- 85. Ejemplo diseño cañón autoenrollable 1. Datos básicos Predio: 300 m ancho x 1000 m de largo Suelo textura media: Vel. Inf. : 10 mm/hora Cultivo: maíz ETc máxima (enero) 6 mm/día Lámina de riego neta: 48 mm Frecuencia de riego: 48/6 = 8 días (para enero) Equipo: Horas de operación máximas diaria: 20 hrs Eficiencia de aplicación: 80% Volumen diario de bombeo: 6 mm/día = 60 m3/día/ha volumen total neto: 1800 m3 volumen total bruto: 1800 / 0.80 = 2250 m3 Caudal de diseño: 2250 m3/20 horas = 112.5 m3/hora
- 88. Diám x Long Boq. mm H cañon Q m3/h H maq. Espac. mts 10 m/h 20 m/h 30 m/h 40 m/h 4 45.7 5.4 73 56.8 28.4 18.9 14.2 5 50.4 6.7 77 59.1 29.5 19.7 14.8 24 6 55.3 7.9 83 59.4 29.7 19.8 14.9 4 53.4 5.9 78 61.6 30.8 20.5 15.4 5 59.1 7.3 85 62.1 31.0 20.7 15.5 26 6 64.8 8.7 89 64.7 32.4 21.6 16.2 4 61.9 6.5 82 67.7 33.9 22.6 16.9 5 68.9 8 89 68.3 34.2 22.8 17.1 100 x 280 28 6 75.2 9.6 93 71.6 35.8 23.9 17.9
- 89. Determinar: Velocidad de avance para aplicar 60 mm Tiempo de riego por cada posición de 300 m Nº de posiciones totales Tiempo total de riego del campo Intensidad instantánea de precipitación Pérdida de carga en la tubería de conducción Potencia consumida
- 106. Posición 8 Pozo 25 26 27 PVC DN 110 PVC DN 125 PVC DN 63
- 108. Eficiencia de distribución (EDa)
- 110. INTENSIDAD (mm/hora) Boquilla (mm) atm Alcance (m) Q (l/s) Q(m3 /h) 6x12 12x12 12x18 18x18 1.5 11 0.19 0.70 9.7 4.9 3.2 2 12 0.22 0.80 11.1 5.6 3.7 3 13 0.28 1.00 13.9 6.9 4.6 3.1 4 4 15 0.33 1.20 16.7 8.3 5.6 3.7 1.5 12 0.33 1.20 16.7 8.3 5.6 2 13 0.36 1.30 18.1 9.0 6.0 4.0 3 14 0.44 1.60 22.2 11.1 7.4 4.9 5 4 16 0.53 1.90 26.4 13.2 8.8 5.9 1.5 13 0.47 1.70 23.6 11.8 7.9 5.2 2 14 0.53 1.90 26.4 13.2 8.8 5.9 3 15 0.64 2.30 31.9 16.0 10.6 7.1 6 4 16.5 0.75 2.70 37.5 18.8 12.5 8.3