Ministerio de Agricultura

Ing. Pedro Chucya Ccahua

I N T R O D U C C I O N 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 esistente

- 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.

COMPONENTECOMPONENTESS

Diseño Diseño AgronómicoAgronómico

Diseño Diseño HidráulicoHidráulico

Diseño del Diseño del cabezalcabezal

• Lamina de riego

• Unidades de riego

• Tiempo de riego

• Descarga del emisor

• Numero de emisores

• Caudal del sistema

•Tolerancia de presiones

•Diámetro de tuberías: laterales, porta laterales y conducción.

• Longitud de tuberías: laterales, porta laterales y conducción.

•Altura Dinámica Total

•Calidad de agua.

• Selección de filtros.

• Selección de inyector fertilizantes

•Perdidas en cabezal

DISEÑO DE RIEGO POR GOTEODISEÑO DE RIEGO POR GOTEO

Diseño Agronómico

U-1

2 Ha

U-2

2 Ha

U-4

2 Ha

U-5

2 Ha

U-3

2 Ha

U-6

2 Ha

U-7

2 Ha

Pp = 3.33 mm/día

TR = 1.8 horas / und

TR-total = 12.6 horas / día

# Unidades = 7 unid

Área Und = 2 Has

Área Total = 14. Has

Lamina R. = 6 mm/día

Caudal = 18.53 Lit/seg

Q

14 Has

TuberíaSecundaria

Cabezal deRiego

TuberíaTerciaria

Presión

Control deunidad de riego

TuberíaPrimaria

Subunidadde riego

lateralescon emisores

Unidadde riego

DISEÑO HIDRAULICO

70 mt.Ø16mm

60 m

t.Ø

63m

m

160

mt.

Ø 9

0mm

140 mt. Ø 75mm

ADT = 28 mt

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 bajoQa = 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 mayora 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.

ql : Caudal Inicial de un Laterall: Longitud de un lateral

Q: Caudal inicial de la terciariaL: Longitud de la terciaria

Se: Espaciamiento entre emisoresSl: Espaciamiento entre laterales

hm - hn < HlHm - Hn < Ht

Laterales con Emisores

Regulador de Presión

TuberíaSecundaria

TuberíaTerciaria

Hm Ha=hm

Hn

hns

qns

qn

ha

qaSe

qlSlQ

VARIACION DE PRESIONES Y CAUDALES EN EN LA SUBUNIDAD

EVALUACION DE INSTALACIONESDeterminación 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 parametro 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 INSTALACIONESDeterminación del CU

EJEMPLO Evaluación de instalaciones

se aforo los siguientes caudales en Lit/H

qa = 1.15 Lit / Hora q25= 1.04 Lit / Hora CU = 1.04 / 1.15 =0.904

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

Regular 80-75

Pobre 70-65

Inaceptable < 60

Fuente: ASAE

DISEÑO DE INSTALACIONESCU

CU.-En este caso se impone un CU deseado (90% 85%) 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 distribución normal para CUc

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 0.90cv = 0.05 : coeficiente de variación del emisor utilizado (catalogo)e = 5 : numero de emisores por plantaqa = 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

DISEÑO DE INSTALACIONESCU

TOLERANCIA DE PRESIONESΔH 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 permisibleha : 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 diseñoqns= 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

Hf - LATERAL

Hf - PORTALATERAL

OTRA FORMA

hm - hn < HlHm - Hn < Ht

Regulador de Presión

TuberíaSecundaria

HmHa=hm

Hn

hns

qns

qn

ha

qa

DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE

ΔHl + ΔHt = ΔHPERMISIBLE

hs

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 subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseño

hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta lateral

d/2 = Es el desnivel en el lateral

TuberíaSecundaria

Cabezal Riego

TuberíaPortalateral

Presión

Control deunidad de riego

TuberíaPrincipal

Subunidadde riego

laterales Unidadde riego

DETERMINACION DEL ADTADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL

TuberíaPortalateral

Arco deRiego

CABEZAL DE RIEGOUF - Tanque

CABEZAL DE RIEGOUF - Electro bomba

CABEZAL DE RIEGOUF - Venturi

TUBERÍA PRINCIPAL y SECUNDARIA

ARCOS O HIDRANTES DE RIEGO

PORTALATERALES y LATERALES

hfLateral+dLateral+hfPortalatera+dPortalateral < ΔHPERMISIBLE

HmHa = hm

Hn

hns

qns

qn

ha

qa

DETERMINACION ADT

Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2

ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL

cabezal

De Riego Arco

Portalateral

PortalateralTubería

Secundaria

TuberíaPrincipal

Condición de Subunidad

PERDIDAS EN TUBERIASTubería 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

DATOS: Caudal de Lateral 0.1065 L / sEsp. laterales 1 mt

Long, Porta lateral 60 mtCaudal Porta lateral 6.39 L / sC 150Diámetro interno 69.3 mm

1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * (( 6.39 / 150)^1.8552)*69.3^-4.87J (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

EJEMPLOPerdidas en PORTALATERAL

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

DATOS: Caudal de gotero 2.3 L/hrEsp. Goteros 0.3 mt

Long, Lateral 50 mtCaudal de lateral 0.1065C 130Diámetro interno 14 mm

1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((0.1065 / 130)^1.8552)*14^-4.87J (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

EJEMPLOPerdidas en LATERAL

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 subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseño

hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta lateral

d/2 = Es el desnivel en el lateral

Hm - hns < H permisible

De Riego Arco

TuberíaSecundaria

HmHa = hm

Hn

hns

qns

qn

ha

qa

DETERMINACION ADT

Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2

ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL

cabezal

TuberíaSecundaria

Cabezal deRiego

TuberíaTerciaria

Presión

Control deunidad de riego

TuberíaPrimaria

Subunidadde riego

lateralescon emisores

Unidadde riego

EJEMPLO DE CALCULO DE ADT

50

60

Delta H permisible = 2.37 mt.Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mtTotal perdida subunidad =2.23 mt

2.23 < 2.37 ……OK

ADT=Hm + Hf ARCOS + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2

Hm = 11.04+0.73*0.80+0=11.62hm = 10+0.73*1.43+0 =11.04ha = 10D/2 = 0d/2 = 0Perdida en conduccion =3.0ADT=11.62 + 1.5 + 3.0 + 5 = 20 mt

EJERCICIOS

Ejercicio 01

Ejercicio 01

Ejercicio 01

Ejercicio 02

Ejercicio 02

Ejercicio 02

GRACIAS