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Práctica 4. Regadíos
2010 Práctica 4. Regadíos
Riego por Aspersión
Iván Vega Sánchez 0
26/11/2010
Práctica 4. Regadíos
ÍNDICE
1.
Introducción .............................................................................................................. 2
2.
Unidades que Componen el Sistema ........................................................................ 2
3.
La Aplicación del Agua............................................................................................... 4
4.
Clasificación de los Sistemas de Aspersión ............................................................... 5 4.1
Tipos ................................................................................................................... 5
4.2
Criterios para la Elección del Sistema ................................................................ 5
5.
Ventajas e Inconvenientes del Riego por Aspersión ................................................. 6 5.1
Ventajas ............................................................................................................. 6
5.2
Inconvenientes ................................................................................................... 7
6.
Caracterización del Funcionamiento......................................................................... 7 6.1
Caudal Emitido ................................................................................................... 7
6.2
Marco o Espaciamiento entre Aspersores ......................................................... 7
6.3
Pluviometría Media del Sistema ........................................................................ 8
6.4
Distribución del Caudal sobre el Suelo .............................................................. 8
6.5
Criterios para el Trazado de Ramales Portaaspersores ..................................... 9
6.6
Influencia del tamaño de Gota .......................................................................... 9
7.
Descripción de los sistemas estacionarios .............................................................. 10 7.1
Sistemas Semifijos con Ramales Móviles......................................................... 10
7.2
Sistemas Fijos ................................................................................................... 12
8.
Descripción de los Sistemas de Desplazamiento Continuo .................................... 16 8.1
Pivotes .............................................................................................................. 17
8.2
Lateral de Avance Frontal ................................................................................ 20
8.3
Cañones............................................................................................................ 21
8.4
Alas sobre Carro ............................................................................................... 25
9.
Recomendaciones de Manejo ................................................................................. 26
10.
Diseño Agronómico ............................................................................................. 27
11.
Diseño Hidráulico................................................................................................. 30
12.
Organigrama de Diseño de un Riego por Aspersión ........................................... 34
13.
Bibliografía ........................................................................................................... 35
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Práctica 4. Regadíos
1. Introducción Este método de riego implica una lluvia más o menos intensa y uniforme sobre la parcela con el fin de que el agua se infiltre donde cae. Tanto el riego por aspersión como el localizado utilizan dispositivos de emisión o descarga en los que la presión disponible en el ramal induce una caudal de salida.
2. Unidades que Componen el Sistema
Grupo de Bombeo
Tuberías principales con sus hidrantes
Tuberías portaemisores, lateral
Emisores (tuberías perforadas, toberas y aspersores)
rios (acoples, válvulas y elevadores)
Figura 1.
Unidades que componen el sistema
Los aspersores pueden llevar una o dos boquillas cuyos chorros forman ángulos de 25° a 28° con la horizontal para tener un buen alcance y que el viento no los distorsione en exceso.
Los aspersores se clasifican atendiendo a varios criterios: 1. Según la velocidad de giro: a. De giro rápido
> 6 vueltas/min
De uso en jardinería, horticultura, viveros, etc.
b. De giro lento
De ¼ a 3 vueltas/min
Uso general en agricultura.
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Para una misma presión consiguen mayor alcance que los de giro rápido, pudiéndose espaciar más en campo.
2. Según el mecanismo de giro: a. De reacción: la inclinación del orificio de salida origina el giro. b. De turbina: el chorro incide sobre una turbina que origina el giro. c. De choque: el chorro incide sobre un brazo con un muelle, que hace girar al aspersor de manera intermitente. Mediante un mecanismo especial pueden moverse sólo en un sector circular (aspersor sectorial).
Figura 2.
Esquema aspersor de choque
3. Según la Presión de Trabajo: a. De baja presión (< 2,5 kg/cm2 ò 250 kPa)
Boquilla de Ø < 4 mm y caudal < 1000 l/h.
Marco rectangular o cuadrado con distancia de aspersión Sasp≤ 12 m, o triangular con Sasp≤ 15 m.
b. De media presión (2,5 – 4 kg/cm2 ò 250 - 400 kPa)
Una o dos boquillas con 4 mm ≤ Ø ≤ 7 mm y caudales comprendidos entre 1000 y 6000 l/h.
Espaciamientos: desde 12x12 hasta 24x24 m.
c. De alta presión (> 4 kg/cm2 ò 400 kPa)
Aspersores o cañones con 1,2 ó 3 boquillas y caudales comprendidos entre 6 y 40 m3/h, (hasta 200 m3/h).
Mecanismo de giro: choque o turbina, con alcances entre 25 y 70 m.
Baja uniformidad.
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3. La Aplicación del Agua El proceso de aplicación del agua de un aspersor consiste en un chorro de agua a gran velocidad que se dispersa en el aire en un conjunto de gotas, distribuyéndose sobre la superficie del terreno. Si la pluviometría del sistema supera la capacidad de infiltración del terreno se produce escorrentía. Si el tamaño de las gotas es excesivo se puede producir un deterioro de la superficie del terreno por el impacto de las mismas. Existe una influencia importante del viento sobre la uniformidad de distribución en superficie, la uniformidad de aplicación de mejora con la redistribución del agua dentro del suelo. La uniformidad de aplicación del agua depende de: 1. El modelo de reparto de agua del aspersor
Diseño del aspersor
Número de boquillas
Presión de trabajo
2. El marco de riego 3. El viento
Juega un papel fundamental en las pérdidas por evaporación y arrastre, y tiene gran influencia en el tamaño de gota y en la longitud de su trayectoria al caer.
En riegos de media o alta frecuencia, la falta de uniformidad debida al viento se puede compensar en riegos sucesivos.
4. Otros factores:
Altura del aspersor
Colocación de reguladores de presión
Colocación de una vaina prolongadora de chorro
Duración del riego
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4. Clasificación de los Sistemas de Aspersión 4.1 Tipos El criterio de clasificación va a ser la movilidad de los diferentes elementos del sistema.
Moviles
Manual Tubería móvil Motorizada
Semifijos Estacionarios
Tubería Fija
Permanentes (cobertura enterrada) Fijos Temporales (cobertura total aérea)
Pivote Lateral de avance frontal
Ramales Desplazables
Ala sobre carro
Desplazamiento Continuo
Cañones Viajeros Aspersor Gigante Enrolladores
4.2 Criterios para la Elección del Sistema Hay que tener en cuenta condicionantes relativos a:
Cultivos
Suelo
Forma, dimensiones y topografía de la parcela
Disponibilidad de mano de obra
Análisis económico de la inversión
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La tendencia actual es hacia los sistemas de baja presión, que permitan el riego nocturno (menos evaporación, viento y coste energético) y sean de fácil manejo. En parcelas pequeñas o de forma irregular se adaptan mejor los sistemas fijos que los ramales móviles. Los sistemas permanentes necesitan menos mano de obra que los temporales, permiten el paso de maquinaria con el cultivo implantado, aunque requieren mayor cuidado en las labores preparatorias del terreno. Los sistemas semifijos de tubería móvil cada vez se utilizan menos por su mayor necesidad de mano de obra, incomodidad de manejo, limitación en cultivos de porte alto, etc., aunque requieren menos inversión. Los laterales de avance frontal son muy adecuados para parcelas rectangulares de gran longitud, pero requieren mayor inversión que los pivotes y tienen un manejo más complicado. Las alas sobre carro son interesantes por su movilidad y adecuación al terreno y a los cultivos. Los cañones requieren una elevada presión de trabajo, tienen un gran tamaño de gota, se ven muy afectados por las condiciones del viento, y están contraindicados en cultivos delicados y en suelos con baja velocidad de infiltración y débil estructura. Únicamente se recomiendan para riegos de socorro, riego de praderas, etc.
5. Ventajas e Inconvenientes del Riego por Aspersión 5.1 Ventajas 1. La dosis de riego es función del tiempo de cada postura, por lo que se puede adaptar a cualquier necesidad. 2. Al poder modificarse fácilmente la pluviometría del sistema, se puede adaptar a cualquier terreno, con independencia de su permeabilidad. 3. Permite una buena mecanización de los cultivos, salvo los sistemas fijos temporales. 4. Se adapta a la rotación de cultivos (la instalación se dimensiona para el más exigente) y a los riegos de socorro. 5. Pueden conseguirse altos grados de automatización (más inversión, menos mano de obra). 6. En algunas modalidades permite el reparto de fertilizantes y tratamientos fitosanitarios, así como la lucha anti-helada. 7. Evita la construcción de acequias y canales, con lo que se aumenta la superficie útil respecto a los riegos por superficie. 8. Es el método más eficaz para el lavado de sales, aunque la energía empleada encarece la operación. 9. Los sistemas móviles o semifijos requieren menos inversión, aunque a costa de una menor uniformidad y eficiencia de riego.
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5.2 Inconvenientes 1. El posible efecto de la aspersión sobre plagas y enfermedades. 2. Interferencias sobre los tratamientos por el posible lavado de productos. Es preciso establecer una correcta programación de riegos. 3. Mala uniformidad en el reparto de agua por la acción de fuertes vientos. 4. Pérdidas por evaporación directa y como consecuencia de la intercepción de las plantas. 5. Altas inversiones iniciales y elevados costes de funcionamiento y energía.
6. Caracterización del Funcionamiento 6.1 Caudal Emitido Es función del tamaño de sus boquillas y de la presión existente en las mismas.
6.2 Marco o Espaciamiento entre Aspersores Determina el solape entre los círculos mojados por los aspersores contiguos para lograr una buena uniformidad de reparto de agua. Los marcos normalmente adoptados son: 12x12, 12x15, 15x15, 12x18, 18x18 En rectángulo 18x15 ó 21x18 En triángulo
En general son múltiplos de 6 ó 9 m para sistemas con tuberías en superficie, pudiendo tomar cualquier valor para tuberías enterradas. La superficie S que riega cada aspersor viene dada por:
Marco rectangular
Marco cuadrado
Marco triangular
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El espaciamiento entre aspersores es uno de los aspectos fundamentales del diseño. Heerman y Kohl (1890) recomiendan las separaciones siguientes para vientos de velocidad inferior a 2 m/s:
El 60% del diámetro efectivo del aspersor para marcos en cuadrado o en triángulo.
Entre el 40% y el 75% para marcos rectangulares.
Este espaciamiento debe reducirse al aumentar la velocidad del viento en la siguiente proporción:
10 - 12 % si la velocidad del viento es 4 – 6 m/s
18 - 20 % si la velocidad del viento es 8 – 9 m/s
25 - 30 % si la velocidad del viento es 10 – 11 m/s
El diámetro efectivo es:
El 95% del Ø mojado (2 boquillas)
El 90% del Ø mojado (1 boquilla)
Los resultados experimentales recomiendan aspersores con dos boquillas (Vories 1986, Tarjuelo 1989, 1990) por dar un modelo radial de reparto de agua más triangular, que da lugar a solapamientos más uniformes que el modelo elíptico o rectangular, característicos de aspersores con una boquilla.
6.3 Pluviometría Media del Sistema Es función del caudal descargado por el aspersor y del área correspondiente al marco de riego adoptado.
En la práctica este parámetro se emplea para definir la intensidad de lluvia.
6.4 Distribución del Caudal sobre el Suelo Depende de:
El diseño geométrico del aspersor y de las boquillas
La presión de trabajo
Las condiciones de viento
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Las rociadas emitidas por el aspersor deben distribuirse de forma que el impacto de las gotas y la intensidad de lluvia no perjudiquen al cultivo ni al suelo, logrando la máxima uniformidad posible. La dispersión del chorro viene provocada por el choque del brazo móvil o por algunos dispositivos especiales. La fricción con el aire de la vena líquida constituye la principal causa de que el agua llegue al suelo pulverizada.
6.5 Criterios para el Trazado de Ramales Portaaspersores La red de ramales portaaspersores se orientará siguiendo las líneas de cultivo para facilitar las labores. Los ramales portaaspersores se situarán en paralelo a la linde más larga de la parcela o a caminos. Longitud del lateral:
En ramales móviles, máximo de 200 m, con Ø de 3” a 3,5”.
En ramales fijos, 120 – 140 m con tubería de PVC 50 mm
Cuando se riega en bloques, conviene no concentrar todos los aspersores en el mismo tramo de la tubería principal. En instalaciones automatizadas se procurará que el caudal del bloque ita el montaje de válvulas hidráulicas de 100 mm (4”) de Ø como máximo.
6.6 Influencia del tamaño de Gota Las gotas pequeñas son arrastradas fácilmente por el viento, distorsionando el modelo de reparto de agua y aumentando la evaporación. Las gotas gruesas tienen gran energía cinética, la cual es transferida a la superficie del suelo, pudiendo romper los agregados y afectar a la capacidad de infiltración o a la formación de costra. En un aspersor de impacto existen dos fuentes de formación de gotas:
El propio chorro a presión
La acción del brazo que interrumpe el chorro, que suele originar una distribución de gotas casi perpendicular a la del chorro.
El agua de la periferia del chorro produce gotas pequeñas, mientras que la de las proximidades del eje del chorro produce gotas gruesas. El tamaño medio de gota producido cerca de la boquilla es mucho menor que el producido lejos de ésta.
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Al aumentar la presión se incrementa el número de gotas de menor tamaño. El efecto del tamaño de la boquilla es menor que el de la presión. Se puede apreciar una mayor proporción de gotas pequeñas cuanto menor es el tamaño de la boquilla.
7. Descripción de los sistemas estacionarios Haremos una breve referencia a las principales características de estos sistemas, a los componentes esenciales y a su funcionamiento, utilizando entre otros algunos esquemas de Martínez de Haro, 1993.
7.1 Sistemas Semifijos con Ramales Móviles Constan en general de una tubería principal enterrada trazada por el centro de la parcela, que dispone de un conjunto de hidrantes o tomas donde se conectan los ramales portaaspersores móviles (laterales o alas de aspersores). Desde un mismo hidrante pueden realizarse varias posiciones de ramal a cada lado de la tubería principal (figura 3).
Figura 3.
Sistema semifijo con ramales móviles ( Martínez de Haro, 1993)
La conducción principal suele ser de PVC o fibrocemento, tomando el que salga más barato, y los ramales móviles suelen ser de aluminio, acero galvanizado o de PVC especial para uso a la intemperie. La separación entre hidrantes depende del número de posiciones de ramal a realizar desde el mismo. Este número suele variar entre 3 y 7 según sea la forma y dimensiones de la parcela y el número de ramales disponibles, buscando un manejo sencillo y el mínimo coste económico. Hay que indicar que a mayor separación entre hidrantes se necesita menor número de estos, pero es mayor la longitud de tubería secundaria (tubería de alimentación del ramal) y la mano de obra necesaria para moverla.
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Dado que los tubos se fabrican en longitudes de 6 m (y en algunos casos de 9 m), los marcos de riego utilizados han de ser múltiplos de éstos, siendo los más frecuentes 12x12, 12x15, 12x18 y 18x18, medidos en m. La mano de obra necesaria es del orden de 2,5 h/hombre por riego y hectárea. Una variante es el sistema de mangueras, que surge para disminuir el número el número de cambios de la tubería, y por tanto, la mano de obra. Los componentes de este sistema son los mismos que en el caso anterior, con la única variante de que el aspersor, en lugar de situarlo sobre la tubería, se coloca sobre un “trineo” o “patín” que va unido a la tubería mediante una manguera (figura 4). En este caso, la tubería del ramal permanece fija, conectada al hidrante, durante el tiempo en que los aspersores realizan entre 3 y 7 posturas de riego repartidas a ambos lados de la misma, desplazando únicamente las mangueras. Éstas suelen tener una longitud máxima de 36 m, lo que permite cubrir las posturas indicadas para separaciones de riego de 12 ó 18 m. Cuando se ha realizado el total de posiciones posibles desde un hidrante, las tuberías del ramal, los trineos y las mangueras deben desplazarse al siguiente hidrante para continuar el ciclo de riego.
Figura 4.
Sistema semifijo con mangueras ( Martínez de Haro, 1993)
Tratando de disminuir la mano de obra para el traslado de las tuberías surge el ramal sobre ruedas, en donde la tubería de aluminio o acero galvanizado sirve de eje a unas ruedas de 1,5 a 2 m de diámetro. Éstas van espaciadas de 9 a 12 m y sirven para cambiar el ramal de una posición de riego a la siguiente. Para ello llevan un pequeño eje, exterior a la tubería y agarrado a ella, que sirve para transmitir la rotación a los tres o cuatro grupos de ruedas motrices, que son a la vez direccionales, distribuidas cada 40 ó 50 m en el ramal. El eje es accionado por un pequeño motor de combustión interna (de 1 CV o menos) que se acopla en uno de los extremos del ramal.
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En terrenos llanos, el ramal puede tener hasta 500 m de longitud, siendo las longitudes más frecuentes entre 250 y 350 m. El sistema es adecuado para parcelas rectangulares y cultivos de porte medio o bajo, para que la tubería pueda pasar sobre ellos sin problema. La alimentación del ramal se hace por un extremo, conectándolo a un hidrante mediante una manguera flexible. Los aspersores van distanciados entre 9 y 24 m (normalmente 12) y, para que queden siempre en posición vertical, van montados sobre un pequeño tubo con posibilidad de giro libre, dotados de un contrapeso. Para vaciar la tubería y disminuir el peso antes de hacer el cambio de posición, el ramal lleva una serie de válvulas automáticas de vaciado, que se cierran cuando el agua lleva presión y se abren cuando disminuye. Una disposición típica de este sistema consiste en una tubería principal enterrada en uno de los bordes de la parcela rectangular, con separación entre hidrantes tal que pueda atender un mínimo de dos posiciones de ramal, y ramales laterales con aspersores. Al llegar al final de la parcela puede regresar a la posición inicial en vacío o volver regando. Otra solución es regar en posiciones alternas, es decir, que avance de dos en dos posiciones de ramal para que al llegar al extremo de la parcela pueda volver regando las posiciones que dejó sin regar.
7.2 Sistemas Fijos Normalmente se entiende por sistema fijo aquél en que todas las tuberías que forman parte de la red de riego permanecen fijas durante el ciclo de cultivo. Dentro de estos sistemas podemos distinguir entre los aéreos y los enterrados.
7.2.1 Sistemas Fijos Aéreos Consta generalmente de una red de tuberías principales enterradas, con un conjunto de hidrantes a los que se unen las tuberías secundarias y los ramales de riego que van dispuestos sobre el terreno. Normalmente, éstos se montan después de la siembra y se recogen y almacenan antes de la recolección del cultivo. La red de tuberías aéreas suele ser de aluminio, polietileno o PVC, y los aspersores pueden estar fijos en cada posición o desplazarse de unas posiciones a otras, en cuyo caso se trataría en realidad de un sistema semifijo. Un esquema de este tipo de instalación puede ser el de la figura 5:
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Práctica 4. Regadíos
Figura 5.
Ejemplo de sistema fijo de aspersión aéreo ( Martínez de Haro, 1993)
Este sistema es apropiado si el cultivo obliga a una rotación de la parcela de regadío, ya que permite el transporte del equipo de una parcela a otra.
7.2.2 Sistemas Fijos Enterrados Existen multitud de soluciones que permiten adecuarse a cualquier forma de la parcela y marco de riego, ya que pueden montarse los ramales y los aspersores a la separación que se desee. El coste de la inversión aumenta al reducirse el marco de riego así como las irregularidades en la forma de la parcela. En estos sistemas la correcta elección del marco de riego tiene mucha importancia ya que no es posible modificarlo en caso de tener problemas con las labores de cultivo o con la uniformidad de riego por la acción del viento. El problema a resolver es encontrar el equilibrio más adecuado entre el marco que consiga un riego uniforme y su coste. Al igual que en coberturas aéreas, en las enterradas existen dos tipos básicos de diseño, con aspersores fijos o móviles (este último es un sistema semifijo). a) Instalaciones con aspersores móviles: Generalmente están constituidas por una red de tuberías principales (TP) de fibrocemento o PVC (figura 6.a) a las que van unidas las tuberías secundarias (TS) (normalmente de PVC) y de éstas salen las tuberías terciarías (TT), donde van conectadas las bocas de riego (BR) con acople rápido para el tubo portaaspersores. Estas últimas suelen ser de polietileno de alta densidad (PE) de Ø 32 mm, que se entierra con tractor oruga y apero especial, estando normalmente alimentadas por sus dos extremos, remando con los ramales distribuidos en la parcela, y no agrupados en bloque, ya que así resulta más barata la instalación. Los aspersores se desplazan manualmente después de cada postura de riego, conectándolos a la boca de riego siguiente mediante una válvula de cierre automático que tiene cada toma.
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En caso de no querer entrar a cambiar los aspersores con el terreno recién regado, puede disponerse de dos juegos de aspersores que permite tener uno regando y el otro preparado para la postura siguiente como en la figura 6.b, donde se muestra otro posible diseño del trazado de tuberías.
Figura 6.
Ejemplo de instalaciones con sistema fijo y aspersores móviles (Martínez de Haro, 1993)
b) Instalaciones con aspersores fijos: Aquí tanto tuberías como aspersores están siempre fijos y el cambio de postura se hace mediante la apertura y cierre de válvulas, lo que posibilita la automatización del sistema. Un aspecto a tener en cuenta en este caso es que se recomienda que los aspersores no sean de plástico porque los diferentes coeficientes de dilatación térmica del aspersor (plástico) y del manguito de unión (acero o hierro) hacen que los primeros se rompan por la tuerca de unión con el paso del invierno a la intemperie. Normalmente los aspersores se agrupan en bloques de riego. Con lo que se busca una mayor uniformidad de reparto de agua y una disminución de los bordes de la zona regada, ya que en esas zonas son mayores las pérdidas por evaporación y las distorsiones del viento. Esta solución puede ser más cara que la de distribuir los ramales por toda la parcela, buscando reducir los caudales que pasan por las tuberías principales, perolas ventajas del riego en bloques suele compensar el incremento de coste en la instalación, que ya de por sí es más elevado que en el caso de aspersores móviles. Aunque existen multitud de diseños, pueden distinguirse dos grupos. Aquellos que llevan una válvula en cada ramal o cada dos ramales, en cuyo caso el bloque de riego se consigue abriendo varias válvulas a la vez (figura 7), y aquellos en que todo el bloque de riego funciona con la misma válvula (figura 8).
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Práctica 4. Regadíos
La ventaja del primer diseño es la fácil modificación de la dimensión del bloque de riego, lo que puede ser interesante en caso de escasez de agua en la explotación o para poder regar con bombas distintas. La ventaja del bloque comandado por una sola válvula es que puede automatizarse más fácilmente mediante electroválvulas y un programador de riego.
Figura 7.
Ejemplo de cobertura total enterrada con válvula en cada ramal de aspersores (Martínez de Haro, 1993)
En el primer diseño (figura 7) los componentes básicos de la instalación suelen ser:
Conducciones generales de fibrocemento o PVC según sea su coste.
Ramales de riego de PVC, con válvula de esfera o mariposa en su comienzo, y aspersores montados sobre collarín de toma. Los diámetros más frecuente son de 50 a 70 mm, debiendo utilizar dos diámetros en el ramal para aprovechar al máximo la pérdida de carga isible. Una de las soluciones más económicas suele ser utilizar sólo diámetro de 50 mm, aunque ello requiera poner más tuberías generales.
En el segundo diseño (figura 8) los principales componentes suelen ser:
Tubería principal de fibrocemento o PVC.
Tubería secundaria de PVC, con válvula de mariposa en su comienzo.
Ramales de riego de polietileno de alta densidad (PEAD) y pequeño diámetro (normalmente 32 mm) conectados mediante collarín de toma a la secundaria, que alimenta a dos o tres aspersores cada una.
Aspersores montados con “T” de latón sobre PEAD.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 8.
Ejemplo de cobertura total enterrada con una sola válvula de mariposa por cada ramal de riego (Martínez de Haro, 1993)
8. Descripción de los Sistemas de Desplazamiento Continuo Los sistemas de riego por aspersión pueden dividirse en dos grandes grupos: los estacionarios, que permanecen fijos mientras riegan, y los de desplazamiento continuo mientras realizan la aplicación de agua. A su vez, estos últimos pueden agruparse en dos familias: una con desplazamiento de un aspersor de gran tamaño (cañones viajeros y enrrolladores) y otra con desplazamiento de ramales o laterales de riego, como es el caso de los pivotes y los laterales de avance frontal. Las dos máquinas de la segunda familia tienen una concepción mecánica muy semejante pero su diseño hidráulico es completamente diferente. Frente al lateral de avance frontal el pivote tiene algunas ventajas como la toma de agua y energías fijas, que minimiza la intervención del regante gracias a los automatismos que regulan el riego. Sus principales desventajas son: la mayor presión de funcionamiento (por tener más pérdida de carga en la tubería) la elevada pluviometría en el extremo y la superficie que deja sin regar al no ser circular la forma que generalmente tienen las parcelas (un 21 % en el caso de la parcela cuadrada, más un 1% del área ocupada por la huella de las ruedas). Por su parte el lateral de avance frontal tiene frente al pivote una pluviometría constante e inferior a la de este en su extremo. Esto origina menores perdidas de carga y la posibilidad de alcanzar mayor uniformidad de reparto. Por otra parte, el área regada en parcelas cuadradas o rectangulares es del 95% (se pierde superficie por la huella de las ruedas
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Práctica 4. Regadíos
y la torre principal). Como inconvenientes están sus mayores dificultades de instalación y funcionamiento al ser móviles la toma de agua y la energía, a esto hay que añadir mayor dificultad de manejo ya que al llegar al extremo de la parcela tiene que volver sin regar o aplicando agua a la zona recién regada.
8.1 Pivotes Es un ramal de riego con un extremo fijo, por el que recibe el agua y la energía eléctrica, y otro móvil que describe un círculo girando sobre el primero, caracterizándose porque se mueve mientras riega. Está formado por una tubería portaemisores que va sustentada sobre torres automotrices, dotadas normalmente de un motor eléctrico y dos ruedas neumáticas. La tubería, que normalmente es de acero galvanizado, sirve de elemento resistente para vencer el vano entre torres junto con barras o cables, formando una viga en celosía, dejando normalmente un vano hasta el suelo de unos 3 m, que puede llegar a más de 5 m en cultivos leñosos. Cada tramo va unido a una torre soporte y articulado con el tramo anterior, debiendo permitir giros según un eje vertical y otro horizontal. La unión debe se estanca y solida ya que debe transmitir esfuerzos importantes, especialmente en equipos trasladables.
8.1.1 Centro de Pivotes Consta de una estructura de acero en forma de pirámide, que va anclada a un macizo de hormigón, y sostiene un tramo vertical de tubería que lleva una junta estanca que permite el giro.
8.1.2 El Lateral La separación entre torres (tramo) varía entre 25 y 75 m, aunque los más frecuentes son de unos 38 m (tramo corto) y 50 m (tramo largo). Los equipos de tramo largo son normalmente más económicos por llevar menos torres, pero se adaptan peor a las topografías onduladas y transmiten más peso al terreno, con mayor posibilidad de atascamientos. Las longitudes del lateral van desde 60 a 800 m. la inversión por hectárea regada disminuye al aumentar la longitud del equipo, pero el coste de aplicación de agua, que contempla además el mantenimiento, la mano de obra, la energía y el agua consumida, permanece prácticamente constante a partir de 50 – 60 ha (400 – 450 m de lateral) por crecer en gran medida el coste energético.
8.1.3 Tubería Portaemisores Suele ser de diámetro único y adecuado al caudal a transportar, el cual depende de las necesidades del cultivo y de la superficie a regar. Debe ser solida, pues forma parte de la celosía del vano, y resistente a la corrosión en sus diversas formas ya que el agua llevara disueltos abonos y productos fitosanitarios. 17
Práctica 4. Regadíos
Figura 9.
Punto de giro del Pivote
Los diámetros nominales de tubería (los exteriores) van de 4,5” a 10”. En los laterales de gran longitud (a partir de 500 m) suelen emplearse tuberías de 8” en un primer tramo y de 6 5/8”, en un segundo tramo. El diámetro 4,5” suele utilizarse para longitudes menores de 300 m, en los denominados minipivote, de creciente implantación al ser competitivos económicamente con otros sistemas alternativos como la aspersión fija con tubería enterrada. Las tuberías se fabrican principalmente de acero galvanizado interior y exteriormente., aunque puede ser acero revestido con pintura epoxi. El espesor de tubería de acero está comprendido entre 2,5 y 4 mm según los diámetros.
8.1.4 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.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 10.
Lateral y tubería portaemisores
8.1.5 Limitaciones para utilizar Pivotes a) 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%
b) Naturaleza del Suelo
Velocidad de infiltración insuficiente
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Práctica 4. Regadíos
“Balsas” en los surcos Almacenamiento en depresiones: Pend. (%)
Alm. (mm)
0-1
12,7
1-3
7,6
3-5
2,5
8.2 Lateral de Avance Frontal Se trata de una tubería con aspersores o toberas (lateral de riego), formada por tramos semejantes a los de un pivote, sustentados sobre torres automotrices que se desplaza paralela así misma mientras riega. Puede estar formada por dos laterales, uno a cada lado de la línea de suministro de agua, o por uno solo. La longitud de cada uno de los laterales puede variar entre 200 y 500 m, aunque en caso de un solo lateral este puede llegar a 600m. Como ventajas sobre el pivote se pueden citar:
La pluviosidad no varía a lo largo del lateral al regar igual área cada metro de lateral. Esta pluviosidad es ligeramente superior a la mitad de la que existe en el extremo de un pivote de igual longitud, lo que permite utilizar la baja presión sin tantos problemas.
Es más eficiente hidráulicamente al tener menos pérdidas de carga para un mismo caudal repartido (del orden del 63 % de las existentes en el pivote).
Se adapta a parcelas cuadradas o rectangulares, que coincide más con la distribución normal de la propiedad y es la forma optima para realizar las labores mecanizadas. La longitud de la parcela debe ser de 1000 a 1600m para que sea realmente rentable. Como inconvenientes presenta en cambio:
Mayores dificultades de instalación y funcionamiento al ser móviles la toma de agua y de energía, lo que puede encarecer la aplicación del agua.
Un manejo del sistema más complicado, al no comenzar a regar por donde se hizo en el riego anterior que es donde el suelo estará más seco. Esto puede obligar a tener que variar la velocidad de avance del equipo durante el riego.
20
Práctica 4. Regadíos
Figura 11.
Lateral de Avance Frontal
8.3 Cañones Este sistema de riego utiliza aspersores rotativos de gran tamaño (cañones) que trabajan a alta presión y mojan grandes superficies. Lo más frecuente es que estos cañones se monten sobre carros o patines de distintos tamaños que se desplazan a lo largo del campo mientras riegan. Estos cañones trabajan normalmente de 400 a 1000 kPa, con descargas de 20 a 170 m /h, y pueden regar bandas de más de 100 metros de ancho por 500 m de largo (5 ha) en una postura. La pluviometría suele variar entre 5 y 35 mm/ h. 3
Existen básicamente dos maquinas con cañones móviles: los cañones viajeros y los enrolladores.
8.3.1 Cañones Viajeros Los cañones viajeros consisten en un cañón montado sobre un carro que se desplaza con ayuda de un cable, y es alimentado por una manguera flexible arrastrada detrás del carro, estando el otro extremo permanentemente unido a un hidrante. Una disposición tipo de este sistema es en la que la tubería principal está enterrada en el centro de la parcela con una serie de hidrantes, pudiendo así regar bandas de 400 m desde un mismo hidrante con mangueras de unos 200 m (figura 12). El carro con el cañón se coloca en un extremo de la parcela conectado a la manguera flexible y en el otro extremo se ancla firmemente un cable de acero, previamente desenrollado desde el carro. Éste se mueve al irse enrollando el cable en un tambor alojado en él, que gira al ser accionado por un pistón o una turbina alimentada por una parte del caudal que llega al cañón.
21
Práctica 4. Regadíos
Figura 12.
Disposición típica de una parcela regada con un cañón Viajero
Figura 13.
Cañón Viajero
Estas máquinas suelen desplazarse a velocidades de 10 a 50 m/h disminuyendo la dosis de riego conforme aumenta esta velocidad. Cuando el carro llega al extremo se para automáticamente. Para el cambio de posición de la máquina y de la manguera una persona con la ayuda de un tractor puede tardar aproximadamente de 1 a 1,5 h.
8.3.2 Cañones Enrolladores Los enrolladores constan de un cañón colocado sobre un carro o patín con ruedas, que es arrastrado por la propia manguera flexible de polietileno por la que recibe el agua a presión.
22
Práctica 4. Regadíos
La manguera se enrolla en un tambor que es accionado por la propia corriente de agua a través de un mecanismo de turbina o de fuelle hidráulico. Una disposición típica de este sistema es una tubería principal enterrada por el centro de la parcela, que permite estacionar la maquina junto a ella y conectarla a un hidrante. Para efectuar el riego se desenrolla la manguera tirando del carro portacañón con ayuda de un tractor hasta situarlo junto al borde de la parcela, tras lo cual puede comenzar el riego. Una vez realizado el enrollamiento de la manguera, y finalizado el riego de esa banda, se gira la máquina 180 ° y se repite la operación, pudiendo regar una nueva banda.
Figura 14.
Disposición típica de un riego con enrollador
Figura 15.
23
Enrollador
Práctica 4. Regadíos
8.3.3 Los Cañones Son grandes aspersores giratorios, de construcción robusta para resistir los esfuerzos que originan el elevado caudal y la presión de trabajo, pudiendo ser de brazo oscilante o de turbina. Los de brazo oscilante, que pueden hacerlo sobre un eje horizontal o vertical, suelen tardar, de 2 a 5 min por revolución, y avanzan a pequeños saltos, regresando normalmente de forma rápida a su posición inicial cuando funcionan como sectoriales. También los hay que giran a velocidad igual en ambos sentidos, utilizando dos brazos de funcionamiento alternativo u otro sistema que cambie la orientación de la cuchara del extremo del brazo donde incide el chorro.
Figura 16.
Cañón de brazo oscilante
Los de turbina siempre giran a igual velocidad en ambos sentidos. El chorro principal o uno secundario, incide sobre los álabes de una pequeña turbina que transmite su giro al aspersor por medio de un mecanismo de cremallera y piñón.
Figura 17.
Cañón de turbina
24
Práctica 4. Regadíos
Las boquillas pueden ser cónicas (de plástico o metálicas) o de anillas, en cuyo caso se produce mayor distorsión del chorro, rompiendo antes en gotas y disminuyendo el alcance. No obstante, las anillas tienen la ventaja de un fácil intercambio y un buena rotura de chorro a baja presión, aparte de resultar más baratas. Los diámetros de boquilla varían normalmente entre 12 y 40 mm, los ángulos de descarga del chorro entre 15 y 32° aunque los más recomendables suelen ser entre 1 y 25°.
Figura 18.
Cañón de Brazo Oscilante
8.4 Alas sobre Carro Pueden considerarse como una variante de las maquinas anteriores, en donde se sustituye el cañón, por un ramal o ala con emisores, que se sustenta sobre el carro y se mueve igual que lo hacía el cañón.
Figura 19.
Alas sobre Carro
Estas alas pueden trabajar a muy baja presión, con toberas, difusores o aspersores de baja presión (200 – 250 kPa). También pueden equiparse con tubos colgantes que llevan difusores en su extremo y trabajan a unos 50 kPa (0,5 kg/cm2), localizando directamente el agua a pie de planta sin mojar el follaje, evitando gran parte de los tratamientos fitosanitarios.
25
Práctica 4. Regadíos
Con estas alas se obtiene mejor uniformidad de reparto de agua que con los cañones, además de trabajar con mucha menor presión y no tener problemas de tamaño de gota, pero tienen que estar bien calculadas para que no se produzca escorrentía dada la pequeña anchura mojada (sobre todo con toberas y difusores) lo que les obligara a funcionar en general con pequeñas dosis de riego, pudiendo tener que realizar mayor numero de riegos que con los cañones. La longitud de ala suele variar entre 20 y 40 m, necesitando carros mayores que los cañones y con lastre (que pueden ser depósitos de agua). La anchura mojada varía entre 20 y 50 m según la longitud de ala y tipo de emisor utilizado. A pesar de que las alas resultan atractivas en un principio, hay que decir que necesitan más mano de obrar que los cañones (sobre todo para plegarlas y desplegarlas para el transporte) además de una mayor inversión inicial.
9. Recomendaciones de Manejo 1. Es mejor utilizar aspersores de dos boquillas que de una, con vaina prolongadora en la boquilla grande para vientos de v > 2 m/s. 2. Se consiguen mayores valores de CU (Coeficiente de Uniformidad) con marcos cuadrados (12x12, 18x18) que con los rectangulares equivalentes cuando el aspersor lleva dos boquillas, cualquiera que sea la velocidad del viento. 3. En marcos rectangulares 12x18 con aspersores de una boquilla, se recomienda el menor espaciamiento paralelo a la dirección del viento. Igual para dos boquillas. 4. Con riego en bloques (aspersores a 12x18 y a una presión de 250 kPa) se obtienen mayores CU cuando el aspersor se sitúa a 2,25 m de altura que a 0,65 m, con independencia de la velocidad del viento (el modelo de reparto de agua se hace más triangular, mejorando los solapamientos). Estas diferencias disminuyen con la presión hasta hacerse imperceptibles para 350-400 kPa. 5. Los modelos de reparto de agua de forma triangular se deforman menos que los elípticos y los de tipo rosquilla al situar el aspersor más alto, y son además menos distorsionados por el viento. 6. Tratar de evitar presiones superiores a 400 kPa, coste energético alto, tamaño de gota, etc. 7. Aprovechar al máximo el riego nocturno, menores pérdidas por evaporación, menores velocidades de viento, menores costes energéticos, aunque requiere automatización. 8. Diseñar sistemas con pluviometrías bajas (5-7 mm/h) para, además de evitar problemas de escorrentía, incrementar la duración del riego y obtener mejores CU. 9. Los aspersores sectoriales deben trabajar con una sola boquilla ya que así consiguen un reparto más triangular. 10. Como norma general, cuanto menor es el marco de riego, mayor es el CU que se consigue. 11. En sistemas de ramales móviles de aluminio se recomiendan marcos de 12x15 ó 12x18 con dos boquillas en el aspersor y una presión media de 300 kPa.
26
Práctica 4. Regadíos
12. En sistemas fijos de superficie se recomiendan marcos rectangulares o triangulares de 12x15, o 18x15 triangulares, con dos boquillas y una presión de 300-350 kPa. En marco cuadrado de 15x15 con aspersores de dos boquillas y 300 kPa.
10. Diseño Agronómico Necesidades Netas Se calcula por meses:
ETc: evapotranspiración de cultivo mensual
ET0: evapotranspiración potencial
Kc: coeficiente de cultivo
Para el diseño se considera la ETc del mes de máxima demanda:
Diario:
Dosis Neta
Cc: Capacidad de campo
(Cc-Pm)= IHD (Agua útil)
Pm: punto de marchitez
En 0/1 en peso
Da: densidad aparente (T/m3)
NAP: nivel de agotamiento permisible
Z: profundidad de las raíces (mm)
P: en caso de que sólo se moje una fracción desuelo, % mínimo de suelo expresado en 0/1. Normalmente P=1
La dosis neta Dn se obtiene en las mismas unidades de z, se recomienda mm.
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Práctica 4. Regadíos
Necesidades de Lavado
CEi: conductividad eléctrica del agua de riego (dato)
CEe: conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo que tolera una determinada reducción de cosecha
f: eficacia de lavado
Necesidades Brutas
Ea: eficiencia de la aplicación (depende del tipo de riego)
Dosis Bruta
Intervalo de Riego Se adopta un intervalo igual al menor de los números enteros que se obtiene de:
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Práctica 4. Regadíos
Dosis Bruta ajustada
Horas de Riego
Horas de riego al día: 16 – 20 horas
Nº de posturas al día: a elegir (normalmente 2)
Intensidad de Lluvia
Elección del aspersor y del Marco Datos importantes:
Presión nominal (Pa): se aconseja no superar los 300 kPa.
Caudal nominal (Qa)
Radio de alcance
Pluviometría (Pms)
Coeficiente de Uniformidad para el marco elegido (CU)
Tiempo de Riego
Dosis Bruta Final
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Práctica 4. Regadíos
11. Diseño Hidráulico Vamos a ver como dimensionar un riego por aspersión con ramales móviles, siguiendo una serie de pasos:
Paso 1. Cálculo del nº máximo de aspersores por ramal
Caudal del aspersor (l/h)
Marco (espaciamiento de aspersores en la línea, S)
Pérdida de carga máxima en el ramal o
Sin pendiente (ramal horizontal) hmáx ≤ 0,20 · Pa/γ
o
Pendiente ascendente (+) hmáx + Hg ≤ 0,20 · Pa/γ
o
Pendiente descendente (-) hmáx - Hg ≤ 0,20 · Pa/γ
Diámetro del ramal (3”, 31/2”, 4”)
Presión Nominal (Pa/γ)
nº de aspersores máximo
Paso 2. Longitud máxima del ramal portaaspersores (pivote) a) Si el ramal está abastecido por su punto medio:
b) Si el ramal está abastecido por un extremo:
Paso 3. Situación tubería Principal Según la longitud máxima del ramal portaaspersores y las dimensiones de la parcela, se elige la situación de la tubería principal por tanteo.
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Práctica 4. Regadíos
Paso 4. Longitud real Se establece la longitud real del ramal portaaspersores y el número de aspersiones que contiene. De las expresiones anteriores:
ó , despejamos “n”.
Paso 5. Pérdida de carga en el ramal
F: coeficiente de Christiansen:
o
para β=1,80 (tubería de PVC)
o
n:número de emisores
J: pendiente (m/m)
L: longitud del ramal
a: factor de longitud ficticia o
a=1 para Scobey
o
a= 1,20 para el resto (1,10 – 1,25)
Paso 6. Presión en el Origen del Ramal
P0/γ: presión en el origen del ramal
Pa/γ: presión media en el lateral, que debe coincidir con nominal del aspersor
H:pérdida de carga en el ramal
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma:
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Práctica 4. Regadíos
o
Signo positivo (+) con desnivel ascendente
o
Signo negativo (-) con desnivel descendente
Ha: Altura del tubo portaaspersor (2 m para maíz, 1m para el resto)
Paso 7. Presión en el último Aspersor
ó
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma: o
Signo positivo (+) con desnivel descendente
o
Signo negativo (-) con desnivel ascendente
Paso 8. Bocas de Riego (Hidrantes)
Se tantean las posibilidades y se selecciona la que más convenga.
Paso 9. Separación entre Bocas de Riego
Paso 10. Número de bocas de Riego
SB/2: Separación entre la primera boca y el borde de la finca.
32
Práctica 4. Regadíos
Paso 11. Longitud de la tubería Central
Paso 12. Varios
Longitud de la tubería auxiliar
Longitud de las mangueras (en su caso) y su posición
Número teórico de aspersores
Número real de aspersores
Paso 13. Presión en la Boca de Riego
Pn/γ: presión en el final del ramal
hc: pérdida de carga en el ramal
P0/γ: presión en el origen del ramal
h: pérdida de carga de la tubería auxiliar o manguera (h= a·J·L)
Ha: altura del tubo portaaspersor
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma:
Pn/γ + hc = P0/γ
Paso 14. Pérdidas de Carga en la Tubería Principal Se construye una tabla de la siguiente forma:
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Práctica 4. Regadíos
Tramo Caudal Q
Diámetro Ø
Velocidad v Longitud L Pendiente J
Recorrido más desfavorable
…..
…..
…..
Comprobando
…..
…..
…..
Tablas Ø óptimo
Hi=J·L
ΣHi=H
Paso 15. Presión a la salida del pozo
12. Organigrama de Diseño de un Riego por Aspersión
Figura 20.
Organigrama de diseño de un riego por aspersión (Martínez de Haro, 1993)
34
Práctica 4. Regadíos
13. Bibliografía
TARJUELO MARTIN-BENITO, J.Mª (2005): El riego por aspersión y su tecnología. Madrid, Ediciones Mundi-Prensa. 3º Edición revisada y ampliada, 581 pp.
Internet
CREA, Centro Regional de Estudios del Agua, http://crea.uclm.es/
E.U.I.T.A de Ciudad Real, Área de Ingeniería Rural, http://www.uclm.es/area/ing_rural/
Facultad de Agronomía, Universidad de la República, www.fagro.edu.uy
Open Course Ware, Universidad de Sevilla, http://ocwus.us.es/
http://www.elriego.com/informa_te/index.htm
35
2010 Práctica 4. Regadíos
Riego por Aspersión
Iván Vega Sánchez 0
26/11/2010
Práctica 4. Regadíos
ÍNDICE
1.
Introducción .............................................................................................................. 2
2.
Unidades que Componen el Sistema ........................................................................ 2
3.
La Aplicación del Agua............................................................................................... 4
4.
Clasificación de los Sistemas de Aspersión ............................................................... 5 4.1
Tipos ................................................................................................................... 5
4.2
Criterios para la Elección del Sistema ................................................................ 5
5.
Ventajas e Inconvenientes del Riego por Aspersión ................................................. 6 5.1
Ventajas ............................................................................................................. 6
5.2
Inconvenientes ................................................................................................... 7
6.
Caracterización del Funcionamiento......................................................................... 7 6.1
Caudal Emitido ................................................................................................... 7
6.2
Marco o Espaciamiento entre Aspersores ......................................................... 7
6.3
Pluviometría Media del Sistema ........................................................................ 8
6.4
Distribución del Caudal sobre el Suelo .............................................................. 8
6.5
Criterios para el Trazado de Ramales Portaaspersores ..................................... 9
6.6
Influencia del tamaño de Gota .......................................................................... 9
7.
Descripción de los sistemas estacionarios .............................................................. 10 7.1
Sistemas Semifijos con Ramales Móviles......................................................... 10
7.2
Sistemas Fijos ................................................................................................... 12
8.
Descripción de los Sistemas de Desplazamiento Continuo .................................... 16 8.1
Pivotes .............................................................................................................. 17
8.2
Lateral de Avance Frontal ................................................................................ 20
8.3
Cañones............................................................................................................ 21
8.4
Alas sobre Carro ............................................................................................... 25
9.
Recomendaciones de Manejo ................................................................................. 26
10.
Diseño Agronómico ............................................................................................. 27
11.
Diseño Hidráulico................................................................................................. 30
12.
Organigrama de Diseño de un Riego por Aspersión ........................................... 34
13.
Bibliografía ........................................................................................................... 35
1
Práctica 4. Regadíos
1. Introducción Este método de riego implica una lluvia más o menos intensa y uniforme sobre la parcela con el fin de que el agua se infiltre donde cae. Tanto el riego por aspersión como el localizado utilizan dispositivos de emisión o descarga en los que la presión disponible en el ramal induce una caudal de salida.
2. Unidades que Componen el Sistema
Grupo de Bombeo
Tuberías principales con sus hidrantes
Tuberías portaemisores, lateral
Emisores (tuberías perforadas, toberas y aspersores)
rios (acoples, válvulas y elevadores)
Figura 1.
Unidades que componen el sistema
Los aspersores pueden llevar una o dos boquillas cuyos chorros forman ángulos de 25° a 28° con la horizontal para tener un buen alcance y que el viento no los distorsione en exceso.
Los aspersores se clasifican atendiendo a varios criterios: 1. Según la velocidad de giro: a. De giro rápido
> 6 vueltas/min
De uso en jardinería, horticultura, viveros, etc.
b. De giro lento
De ¼ a 3 vueltas/min
Uso general en agricultura.
2
Práctica 4. Regadíos
Para una misma presión consiguen mayor alcance que los de giro rápido, pudiéndose espaciar más en campo.
2. Según el mecanismo de giro: a. De reacción: la inclinación del orificio de salida origina el giro. b. De turbina: el chorro incide sobre una turbina que origina el giro. c. De choque: el chorro incide sobre un brazo con un muelle, que hace girar al aspersor de manera intermitente. Mediante un mecanismo especial pueden moverse sólo en un sector circular (aspersor sectorial).
Figura 2.
Esquema aspersor de choque
3. Según la Presión de Trabajo: a. De baja presión (< 2,5 kg/cm2 ò 250 kPa)
Boquilla de Ø < 4 mm y caudal < 1000 l/h.
Marco rectangular o cuadrado con distancia de aspersión Sasp≤ 12 m, o triangular con Sasp≤ 15 m.
b. De media presión (2,5 – 4 kg/cm2 ò 250 - 400 kPa)
Una o dos boquillas con 4 mm ≤ Ø ≤ 7 mm y caudales comprendidos entre 1000 y 6000 l/h.
Espaciamientos: desde 12x12 hasta 24x24 m.
c. De alta presión (> 4 kg/cm2 ò 400 kPa)
Aspersores o cañones con 1,2 ó 3 boquillas y caudales comprendidos entre 6 y 40 m3/h, (hasta 200 m3/h).
Mecanismo de giro: choque o turbina, con alcances entre 25 y 70 m.
Baja uniformidad.
3
Práctica 4. Regadíos
3. La Aplicación del Agua El proceso de aplicación del agua de un aspersor consiste en un chorro de agua a gran velocidad que se dispersa en el aire en un conjunto de gotas, distribuyéndose sobre la superficie del terreno. Si la pluviometría del sistema supera la capacidad de infiltración del terreno se produce escorrentía. Si el tamaño de las gotas es excesivo se puede producir un deterioro de la superficie del terreno por el impacto de las mismas. Existe una influencia importante del viento sobre la uniformidad de distribución en superficie, la uniformidad de aplicación de mejora con la redistribución del agua dentro del suelo. La uniformidad de aplicación del agua depende de: 1. El modelo de reparto de agua del aspersor
Diseño del aspersor
Número de boquillas
Presión de trabajo
2. El marco de riego 3. El viento
Juega un papel fundamental en las pérdidas por evaporación y arrastre, y tiene gran influencia en el tamaño de gota y en la longitud de su trayectoria al caer.
En riegos de media o alta frecuencia, la falta de uniformidad debida al viento se puede compensar en riegos sucesivos.
4. Otros factores:
Altura del aspersor
Colocación de reguladores de presión
Colocación de una vaina prolongadora de chorro
Duración del riego
4
Práctica 4. Regadíos
4. Clasificación de los Sistemas de Aspersión 4.1 Tipos El criterio de clasificación va a ser la movilidad de los diferentes elementos del sistema.
Moviles
Manual Tubería móvil Motorizada
Semifijos Estacionarios
Tubería Fija
Permanentes (cobertura enterrada) Fijos Temporales (cobertura total aérea)
Pivote Lateral de avance frontal
Ramales Desplazables
Ala sobre carro
Desplazamiento Continuo
Cañones Viajeros Aspersor Gigante Enrolladores
4.2 Criterios para la Elección del Sistema Hay que tener en cuenta condicionantes relativos a:
Cultivos
Suelo
Forma, dimensiones y topografía de la parcela
Disponibilidad de mano de obra
Análisis económico de la inversión
5
Práctica 4. Regadíos
La tendencia actual es hacia los sistemas de baja presión, que permitan el riego nocturno (menos evaporación, viento y coste energético) y sean de fácil manejo. En parcelas pequeñas o de forma irregular se adaptan mejor los sistemas fijos que los ramales móviles. Los sistemas permanentes necesitan menos mano de obra que los temporales, permiten el paso de maquinaria con el cultivo implantado, aunque requieren mayor cuidado en las labores preparatorias del terreno. Los sistemas semifijos de tubería móvil cada vez se utilizan menos por su mayor necesidad de mano de obra, incomodidad de manejo, limitación en cultivos de porte alto, etc., aunque requieren menos inversión. Los laterales de avance frontal son muy adecuados para parcelas rectangulares de gran longitud, pero requieren mayor inversión que los pivotes y tienen un manejo más complicado. Las alas sobre carro son interesantes por su movilidad y adecuación al terreno y a los cultivos. Los cañones requieren una elevada presión de trabajo, tienen un gran tamaño de gota, se ven muy afectados por las condiciones del viento, y están contraindicados en cultivos delicados y en suelos con baja velocidad de infiltración y débil estructura. Únicamente se recomiendan para riegos de socorro, riego de praderas, etc.
5. Ventajas e Inconvenientes del Riego por Aspersión 5.1 Ventajas 1. La dosis de riego es función del tiempo de cada postura, por lo que se puede adaptar a cualquier necesidad. 2. Al poder modificarse fácilmente la pluviometría del sistema, se puede adaptar a cualquier terreno, con independencia de su permeabilidad. 3. Permite una buena mecanización de los cultivos, salvo los sistemas fijos temporales. 4. Se adapta a la rotación de cultivos (la instalación se dimensiona para el más exigente) y a los riegos de socorro. 5. Pueden conseguirse altos grados de automatización (más inversión, menos mano de obra). 6. En algunas modalidades permite el reparto de fertilizantes y tratamientos fitosanitarios, así como la lucha anti-helada. 7. Evita la construcción de acequias y canales, con lo que se aumenta la superficie útil respecto a los riegos por superficie. 8. Es el método más eficaz para el lavado de sales, aunque la energía empleada encarece la operación. 9. Los sistemas móviles o semifijos requieren menos inversión, aunque a costa de una menor uniformidad y eficiencia de riego.
6
Práctica 4. Regadíos
5.2 Inconvenientes 1. El posible efecto de la aspersión sobre plagas y enfermedades. 2. Interferencias sobre los tratamientos por el posible lavado de productos. Es preciso establecer una correcta programación de riegos. 3. Mala uniformidad en el reparto de agua por la acción de fuertes vientos. 4. Pérdidas por evaporación directa y como consecuencia de la intercepción de las plantas. 5. Altas inversiones iniciales y elevados costes de funcionamiento y energía.
6. Caracterización del Funcionamiento 6.1 Caudal Emitido Es función del tamaño de sus boquillas y de la presión existente en las mismas.
6.2 Marco o Espaciamiento entre Aspersores Determina el solape entre los círculos mojados por los aspersores contiguos para lograr una buena uniformidad de reparto de agua. Los marcos normalmente adoptados son: 12x12, 12x15, 15x15, 12x18, 18x18 En rectángulo 18x15 ó 21x18 En triángulo
En general son múltiplos de 6 ó 9 m para sistemas con tuberías en superficie, pudiendo tomar cualquier valor para tuberías enterradas. La superficie S que riega cada aspersor viene dada por:
Marco rectangular
Marco cuadrado
Marco triangular
7
Práctica 4. Regadíos
El espaciamiento entre aspersores es uno de los aspectos fundamentales del diseño. Heerman y Kohl (1890) recomiendan las separaciones siguientes para vientos de velocidad inferior a 2 m/s:
El 60% del diámetro efectivo del aspersor para marcos en cuadrado o en triángulo.
Entre el 40% y el 75% para marcos rectangulares.
Este espaciamiento debe reducirse al aumentar la velocidad del viento en la siguiente proporción:
10 - 12 % si la velocidad del viento es 4 – 6 m/s
18 - 20 % si la velocidad del viento es 8 – 9 m/s
25 - 30 % si la velocidad del viento es 10 – 11 m/s
El diámetro efectivo es:
El 95% del Ø mojado (2 boquillas)
El 90% del Ø mojado (1 boquilla)
Los resultados experimentales recomiendan aspersores con dos boquillas (Vories 1986, Tarjuelo 1989, 1990) por dar un modelo radial de reparto de agua más triangular, que da lugar a solapamientos más uniformes que el modelo elíptico o rectangular, característicos de aspersores con una boquilla.
6.3 Pluviometría Media del Sistema Es función del caudal descargado por el aspersor y del área correspondiente al marco de riego adoptado.
En la práctica este parámetro se emplea para definir la intensidad de lluvia.
6.4 Distribución del Caudal sobre el Suelo Depende de:
El diseño geométrico del aspersor y de las boquillas
La presión de trabajo
Las condiciones de viento
8
Práctica 4. Regadíos
Las rociadas emitidas por el aspersor deben distribuirse de forma que el impacto de las gotas y la intensidad de lluvia no perjudiquen al cultivo ni al suelo, logrando la máxima uniformidad posible. La dispersión del chorro viene provocada por el choque del brazo móvil o por algunos dispositivos especiales. La fricción con el aire de la vena líquida constituye la principal causa de que el agua llegue al suelo pulverizada.
6.5 Criterios para el Trazado de Ramales Portaaspersores La red de ramales portaaspersores se orientará siguiendo las líneas de cultivo para facilitar las labores. Los ramales portaaspersores se situarán en paralelo a la linde más larga de la parcela o a caminos. Longitud del lateral:
En ramales móviles, máximo de 200 m, con Ø de 3” a 3,5”.
En ramales fijos, 120 – 140 m con tubería de PVC 50 mm
Cuando se riega en bloques, conviene no concentrar todos los aspersores en el mismo tramo de la tubería principal. En instalaciones automatizadas se procurará que el caudal del bloque ita el montaje de válvulas hidráulicas de 100 mm (4”) de Ø como máximo.
6.6 Influencia del tamaño de Gota Las gotas pequeñas son arrastradas fácilmente por el viento, distorsionando el modelo de reparto de agua y aumentando la evaporación. Las gotas gruesas tienen gran energía cinética, la cual es transferida a la superficie del suelo, pudiendo romper los agregados y afectar a la capacidad de infiltración o a la formación de costra. En un aspersor de impacto existen dos fuentes de formación de gotas:
El propio chorro a presión
La acción del brazo que interrumpe el chorro, que suele originar una distribución de gotas casi perpendicular a la del chorro.
El agua de la periferia del chorro produce gotas pequeñas, mientras que la de las proximidades del eje del chorro produce gotas gruesas. El tamaño medio de gota producido cerca de la boquilla es mucho menor que el producido lejos de ésta.
9
Práctica 4. Regadíos
Al aumentar la presión se incrementa el número de gotas de menor tamaño. El efecto del tamaño de la boquilla es menor que el de la presión. Se puede apreciar una mayor proporción de gotas pequeñas cuanto menor es el tamaño de la boquilla.
7. Descripción de los sistemas estacionarios Haremos una breve referencia a las principales características de estos sistemas, a los componentes esenciales y a su funcionamiento, utilizando entre otros algunos esquemas de Martínez de Haro, 1993.
7.1 Sistemas Semifijos con Ramales Móviles Constan en general de una tubería principal enterrada trazada por el centro de la parcela, que dispone de un conjunto de hidrantes o tomas donde se conectan los ramales portaaspersores móviles (laterales o alas de aspersores). Desde un mismo hidrante pueden realizarse varias posiciones de ramal a cada lado de la tubería principal (figura 3).
Figura 3.
Sistema semifijo con ramales móviles ( Martínez de Haro, 1993)
La conducción principal suele ser de PVC o fibrocemento, tomando el que salga más barato, y los ramales móviles suelen ser de aluminio, acero galvanizado o de PVC especial para uso a la intemperie. La separación entre hidrantes depende del número de posiciones de ramal a realizar desde el mismo. Este número suele variar entre 3 y 7 según sea la forma y dimensiones de la parcela y el número de ramales disponibles, buscando un manejo sencillo y el mínimo coste económico. Hay que indicar que a mayor separación entre hidrantes se necesita menor número de estos, pero es mayor la longitud de tubería secundaria (tubería de alimentación del ramal) y la mano de obra necesaria para moverla.
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Práctica 4. Regadíos
Dado que los tubos se fabrican en longitudes de 6 m (y en algunos casos de 9 m), los marcos de riego utilizados han de ser múltiplos de éstos, siendo los más frecuentes 12x12, 12x15, 12x18 y 18x18, medidos en m. La mano de obra necesaria es del orden de 2,5 h/hombre por riego y hectárea. Una variante es el sistema de mangueras, que surge para disminuir el número el número de cambios de la tubería, y por tanto, la mano de obra. Los componentes de este sistema son los mismos que en el caso anterior, con la única variante de que el aspersor, en lugar de situarlo sobre la tubería, se coloca sobre un “trineo” o “patín” que va unido a la tubería mediante una manguera (figura 4). En este caso, la tubería del ramal permanece fija, conectada al hidrante, durante el tiempo en que los aspersores realizan entre 3 y 7 posturas de riego repartidas a ambos lados de la misma, desplazando únicamente las mangueras. Éstas suelen tener una longitud máxima de 36 m, lo que permite cubrir las posturas indicadas para separaciones de riego de 12 ó 18 m. Cuando se ha realizado el total de posiciones posibles desde un hidrante, las tuberías del ramal, los trineos y las mangueras deben desplazarse al siguiente hidrante para continuar el ciclo de riego.
Figura 4.
Sistema semifijo con mangueras ( Martínez de Haro, 1993)
Tratando de disminuir la mano de obra para el traslado de las tuberías surge el ramal sobre ruedas, en donde la tubería de aluminio o acero galvanizado sirve de eje a unas ruedas de 1,5 a 2 m de diámetro. Éstas van espaciadas de 9 a 12 m y sirven para cambiar el ramal de una posición de riego a la siguiente. Para ello llevan un pequeño eje, exterior a la tubería y agarrado a ella, que sirve para transmitir la rotación a los tres o cuatro grupos de ruedas motrices, que son a la vez direccionales, distribuidas cada 40 ó 50 m en el ramal. El eje es accionado por un pequeño motor de combustión interna (de 1 CV o menos) que se acopla en uno de los extremos del ramal.
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Práctica 4. Regadíos
En terrenos llanos, el ramal puede tener hasta 500 m de longitud, siendo las longitudes más frecuentes entre 250 y 350 m. El sistema es adecuado para parcelas rectangulares y cultivos de porte medio o bajo, para que la tubería pueda pasar sobre ellos sin problema. La alimentación del ramal se hace por un extremo, conectándolo a un hidrante mediante una manguera flexible. Los aspersores van distanciados entre 9 y 24 m (normalmente 12) y, para que queden siempre en posición vertical, van montados sobre un pequeño tubo con posibilidad de giro libre, dotados de un contrapeso. Para vaciar la tubería y disminuir el peso antes de hacer el cambio de posición, el ramal lleva una serie de válvulas automáticas de vaciado, que se cierran cuando el agua lleva presión y se abren cuando disminuye. Una disposición típica de este sistema consiste en una tubería principal enterrada en uno de los bordes de la parcela rectangular, con separación entre hidrantes tal que pueda atender un mínimo de dos posiciones de ramal, y ramales laterales con aspersores. Al llegar al final de la parcela puede regresar a la posición inicial en vacío o volver regando. Otra solución es regar en posiciones alternas, es decir, que avance de dos en dos posiciones de ramal para que al llegar al extremo de la parcela pueda volver regando las posiciones que dejó sin regar.
7.2 Sistemas Fijos Normalmente se entiende por sistema fijo aquél en que todas las tuberías que forman parte de la red de riego permanecen fijas durante el ciclo de cultivo. Dentro de estos sistemas podemos distinguir entre los aéreos y los enterrados.
7.2.1 Sistemas Fijos Aéreos Consta generalmente de una red de tuberías principales enterradas, con un conjunto de hidrantes a los que se unen las tuberías secundarias y los ramales de riego que van dispuestos sobre el terreno. Normalmente, éstos se montan después de la siembra y se recogen y almacenan antes de la recolección del cultivo. La red de tuberías aéreas suele ser de aluminio, polietileno o PVC, y los aspersores pueden estar fijos en cada posición o desplazarse de unas posiciones a otras, en cuyo caso se trataría en realidad de un sistema semifijo. Un esquema de este tipo de instalación puede ser el de la figura 5:
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Práctica 4. Regadíos
Figura 5.
Ejemplo de sistema fijo de aspersión aéreo ( Martínez de Haro, 1993)
Este sistema es apropiado si el cultivo obliga a una rotación de la parcela de regadío, ya que permite el transporte del equipo de una parcela a otra.
7.2.2 Sistemas Fijos Enterrados Existen multitud de soluciones que permiten adecuarse a cualquier forma de la parcela y marco de riego, ya que pueden montarse los ramales y los aspersores a la separación que se desee. El coste de la inversión aumenta al reducirse el marco de riego así como las irregularidades en la forma de la parcela. En estos sistemas la correcta elección del marco de riego tiene mucha importancia ya que no es posible modificarlo en caso de tener problemas con las labores de cultivo o con la uniformidad de riego por la acción del viento. El problema a resolver es encontrar el equilibrio más adecuado entre el marco que consiga un riego uniforme y su coste. Al igual que en coberturas aéreas, en las enterradas existen dos tipos básicos de diseño, con aspersores fijos o móviles (este último es un sistema semifijo). a) Instalaciones con aspersores móviles: Generalmente están constituidas por una red de tuberías principales (TP) de fibrocemento o PVC (figura 6.a) a las que van unidas las tuberías secundarias (TS) (normalmente de PVC) y de éstas salen las tuberías terciarías (TT), donde van conectadas las bocas de riego (BR) con acople rápido para el tubo portaaspersores. Estas últimas suelen ser de polietileno de alta densidad (PE) de Ø 32 mm, que se entierra con tractor oruga y apero especial, estando normalmente alimentadas por sus dos extremos, remando con los ramales distribuidos en la parcela, y no agrupados en bloque, ya que así resulta más barata la instalación. Los aspersores se desplazan manualmente después de cada postura de riego, conectándolos a la boca de riego siguiente mediante una válvula de cierre automático que tiene cada toma.
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Práctica 4. Regadíos
En caso de no querer entrar a cambiar los aspersores con el terreno recién regado, puede disponerse de dos juegos de aspersores que permite tener uno regando y el otro preparado para la postura siguiente como en la figura 6.b, donde se muestra otro posible diseño del trazado de tuberías.
Figura 6.
Ejemplo de instalaciones con sistema fijo y aspersores móviles (Martínez de Haro, 1993)
b) Instalaciones con aspersores fijos: Aquí tanto tuberías como aspersores están siempre fijos y el cambio de postura se hace mediante la apertura y cierre de válvulas, lo que posibilita la automatización del sistema. Un aspecto a tener en cuenta en este caso es que se recomienda que los aspersores no sean de plástico porque los diferentes coeficientes de dilatación térmica del aspersor (plástico) y del manguito de unión (acero o hierro) hacen que los primeros se rompan por la tuerca de unión con el paso del invierno a la intemperie. Normalmente los aspersores se agrupan en bloques de riego. Con lo que se busca una mayor uniformidad de reparto de agua y una disminución de los bordes de la zona regada, ya que en esas zonas son mayores las pérdidas por evaporación y las distorsiones del viento. Esta solución puede ser más cara que la de distribuir los ramales por toda la parcela, buscando reducir los caudales que pasan por las tuberías principales, perolas ventajas del riego en bloques suele compensar el incremento de coste en la instalación, que ya de por sí es más elevado que en el caso de aspersores móviles. Aunque existen multitud de diseños, pueden distinguirse dos grupos. Aquellos que llevan una válvula en cada ramal o cada dos ramales, en cuyo caso el bloque de riego se consigue abriendo varias válvulas a la vez (figura 7), y aquellos en que todo el bloque de riego funciona con la misma válvula (figura 8).
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Práctica 4. Regadíos
La ventaja del primer diseño es la fácil modificación de la dimensión del bloque de riego, lo que puede ser interesante en caso de escasez de agua en la explotación o para poder regar con bombas distintas. La ventaja del bloque comandado por una sola válvula es que puede automatizarse más fácilmente mediante electroválvulas y un programador de riego.
Figura 7.
Ejemplo de cobertura total enterrada con válvula en cada ramal de aspersores (Martínez de Haro, 1993)
En el primer diseño (figura 7) los componentes básicos de la instalación suelen ser:
Conducciones generales de fibrocemento o PVC según sea su coste.
Ramales de riego de PVC, con válvula de esfera o mariposa en su comienzo, y aspersores montados sobre collarín de toma. Los diámetros más frecuente son de 50 a 70 mm, debiendo utilizar dos diámetros en el ramal para aprovechar al máximo la pérdida de carga isible. Una de las soluciones más económicas suele ser utilizar sólo diámetro de 50 mm, aunque ello requiera poner más tuberías generales.
En el segundo diseño (figura 8) los principales componentes suelen ser:
Tubería principal de fibrocemento o PVC.
Tubería secundaria de PVC, con válvula de mariposa en su comienzo.
Ramales de riego de polietileno de alta densidad (PEAD) y pequeño diámetro (normalmente 32 mm) conectados mediante collarín de toma a la secundaria, que alimenta a dos o tres aspersores cada una.
Aspersores montados con “T” de latón sobre PEAD.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 8.
Ejemplo de cobertura total enterrada con una sola válvula de mariposa por cada ramal de riego (Martínez de Haro, 1993)
8. Descripción de los Sistemas de Desplazamiento Continuo Los sistemas de riego por aspersión pueden dividirse en dos grandes grupos: los estacionarios, que permanecen fijos mientras riegan, y los de desplazamiento continuo mientras realizan la aplicación de agua. A su vez, estos últimos pueden agruparse en dos familias: una con desplazamiento de un aspersor de gran tamaño (cañones viajeros y enrrolladores) y otra con desplazamiento de ramales o laterales de riego, como es el caso de los pivotes y los laterales de avance frontal. Las dos máquinas de la segunda familia tienen una concepción mecánica muy semejante pero su diseño hidráulico es completamente diferente. Frente al lateral de avance frontal el pivote tiene algunas ventajas como la toma de agua y energías fijas, que minimiza la intervención del regante gracias a los automatismos que regulan el riego. Sus principales desventajas son: la mayor presión de funcionamiento (por tener más pérdida de carga en la tubería) la elevada pluviometría en el extremo y la superficie que deja sin regar al no ser circular la forma que generalmente tienen las parcelas (un 21 % en el caso de la parcela cuadrada, más un 1% del área ocupada por la huella de las ruedas). Por su parte el lateral de avance frontal tiene frente al pivote una pluviometría constante e inferior a la de este en su extremo. Esto origina menores perdidas de carga y la posibilidad de alcanzar mayor uniformidad de reparto. Por otra parte, el área regada en parcelas cuadradas o rectangulares es del 95% (se pierde superficie por la huella de las ruedas
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Práctica 4. Regadíos
y la torre principal). Como inconvenientes están sus mayores dificultades de instalación y funcionamiento al ser móviles la toma de agua y la energía, a esto hay que añadir mayor dificultad de manejo ya que al llegar al extremo de la parcela tiene que volver sin regar o aplicando agua a la zona recién regada.
8.1 Pivotes Es un ramal de riego con un extremo fijo, por el que recibe el agua y la energía eléctrica, y otro móvil que describe un círculo girando sobre el primero, caracterizándose porque se mueve mientras riega. Está formado por una tubería portaemisores que va sustentada sobre torres automotrices, dotadas normalmente de un motor eléctrico y dos ruedas neumáticas. La tubería, que normalmente es de acero galvanizado, sirve de elemento resistente para vencer el vano entre torres junto con barras o cables, formando una viga en celosía, dejando normalmente un vano hasta el suelo de unos 3 m, que puede llegar a más de 5 m en cultivos leñosos. Cada tramo va unido a una torre soporte y articulado con el tramo anterior, debiendo permitir giros según un eje vertical y otro horizontal. La unión debe se estanca y solida ya que debe transmitir esfuerzos importantes, especialmente en equipos trasladables.
8.1.1 Centro de Pivotes Consta de una estructura de acero en forma de pirámide, que va anclada a un macizo de hormigón, y sostiene un tramo vertical de tubería que lleva una junta estanca que permite el giro.
8.1.2 El Lateral La separación entre torres (tramo) varía entre 25 y 75 m, aunque los más frecuentes son de unos 38 m (tramo corto) y 50 m (tramo largo). Los equipos de tramo largo son normalmente más económicos por llevar menos torres, pero se adaptan peor a las topografías onduladas y transmiten más peso al terreno, con mayor posibilidad de atascamientos. Las longitudes del lateral van desde 60 a 800 m. la inversión por hectárea regada disminuye al aumentar la longitud del equipo, pero el coste de aplicación de agua, que contempla además el mantenimiento, la mano de obra, la energía y el agua consumida, permanece prácticamente constante a partir de 50 – 60 ha (400 – 450 m de lateral) por crecer en gran medida el coste energético.
8.1.3 Tubería Portaemisores Suele ser de diámetro único y adecuado al caudal a transportar, el cual depende de las necesidades del cultivo y de la superficie a regar. Debe ser solida, pues forma parte de la celosía del vano, y resistente a la corrosión en sus diversas formas ya que el agua llevara disueltos abonos y productos fitosanitarios. 17
Práctica 4. Regadíos
Figura 9.
Punto de giro del Pivote
Los diámetros nominales de tubería (los exteriores) van de 4,5” a 10”. En los laterales de gran longitud (a partir de 500 m) suelen emplearse tuberías de 8” en un primer tramo y de 6 5/8”, en un segundo tramo. El diámetro 4,5” suele utilizarse para longitudes menores de 300 m, en los denominados minipivote, de creciente implantación al ser competitivos económicamente con otros sistemas alternativos como la aspersión fija con tubería enterrada. Las tuberías se fabrican principalmente de acero galvanizado interior y exteriormente., aunque puede ser acero revestido con pintura epoxi. El espesor de tubería de acero está comprendido entre 2,5 y 4 mm según los diámetros.
8.1.4 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.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 10.
Lateral y tubería portaemisores
8.1.5 Limitaciones para utilizar Pivotes a) 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%
b) Naturaleza del Suelo
Velocidad de infiltración insuficiente
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Práctica 4. Regadíos
“Balsas” en los surcos Almacenamiento en depresiones: Pend. (%)
Alm. (mm)
0-1
12,7
1-3
7,6
3-5
2,5
8.2 Lateral de Avance Frontal Se trata de una tubería con aspersores o toberas (lateral de riego), formada por tramos semejantes a los de un pivote, sustentados sobre torres automotrices que se desplaza paralela así misma mientras riega. Puede estar formada por dos laterales, uno a cada lado de la línea de suministro de agua, o por uno solo. La longitud de cada uno de los laterales puede variar entre 200 y 500 m, aunque en caso de un solo lateral este puede llegar a 600m. Como ventajas sobre el pivote se pueden citar:
La pluviosidad no varía a lo largo del lateral al regar igual área cada metro de lateral. Esta pluviosidad es ligeramente superior a la mitad de la que existe en el extremo de un pivote de igual longitud, lo que permite utilizar la baja presión sin tantos problemas.
Es más eficiente hidráulicamente al tener menos pérdidas de carga para un mismo caudal repartido (del orden del 63 % de las existentes en el pivote).
Se adapta a parcelas cuadradas o rectangulares, que coincide más con la distribución normal de la propiedad y es la forma optima para realizar las labores mecanizadas. La longitud de la parcela debe ser de 1000 a 1600m para que sea realmente rentable. Como inconvenientes presenta en cambio:
Mayores dificultades de instalación y funcionamiento al ser móviles la toma de agua y de energía, lo que puede encarecer la aplicación del agua.
Un manejo del sistema más complicado, al no comenzar a regar por donde se hizo en el riego anterior que es donde el suelo estará más seco. Esto puede obligar a tener que variar la velocidad de avance del equipo durante el riego.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 11.
Lateral de Avance Frontal
8.3 Cañones Este sistema de riego utiliza aspersores rotativos de gran tamaño (cañones) que trabajan a alta presión y mojan grandes superficies. Lo más frecuente es que estos cañones se monten sobre carros o patines de distintos tamaños que se desplazan a lo largo del campo mientras riegan. Estos cañones trabajan normalmente de 400 a 1000 kPa, con descargas de 20 a 170 m /h, y pueden regar bandas de más de 100 metros de ancho por 500 m de largo (5 ha) en una postura. La pluviometría suele variar entre 5 y 35 mm/ h. 3
Existen básicamente dos maquinas con cañones móviles: los cañones viajeros y los enrolladores.
8.3.1 Cañones Viajeros Los cañones viajeros consisten en un cañón montado sobre un carro que se desplaza con ayuda de un cable, y es alimentado por una manguera flexible arrastrada detrás del carro, estando el otro extremo permanentemente unido a un hidrante. Una disposición tipo de este sistema es en la que la tubería principal está enterrada en el centro de la parcela con una serie de hidrantes, pudiendo así regar bandas de 400 m desde un mismo hidrante con mangueras de unos 200 m (figura 12). El carro con el cañón se coloca en un extremo de la parcela conectado a la manguera flexible y en el otro extremo se ancla firmemente un cable de acero, previamente desenrollado desde el carro. Éste se mueve al irse enrollando el cable en un tambor alojado en él, que gira al ser accionado por un pistón o una turbina alimentada por una parte del caudal que llega al cañón.
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Práctica 4. Regadíos
Figura 12.
Disposición típica de una parcela regada con un cañón Viajero
Figura 13.
Cañón Viajero
Estas máquinas suelen desplazarse a velocidades de 10 a 50 m/h disminuyendo la dosis de riego conforme aumenta esta velocidad. Cuando el carro llega al extremo se para automáticamente. Para el cambio de posición de la máquina y de la manguera una persona con la ayuda de un tractor puede tardar aproximadamente de 1 a 1,5 h.
8.3.2 Cañones Enrolladores Los enrolladores constan de un cañón colocado sobre un carro o patín con ruedas, que es arrastrado por la propia manguera flexible de polietileno por la que recibe el agua a presión.
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Práctica 4. Regadíos
La manguera se enrolla en un tambor que es accionado por la propia corriente de agua a través de un mecanismo de turbina o de fuelle hidráulico. Una disposición típica de este sistema es una tubería principal enterrada por el centro de la parcela, que permite estacionar la maquina junto a ella y conectarla a un hidrante. Para efectuar el riego se desenrolla la manguera tirando del carro portacañón con ayuda de un tractor hasta situarlo junto al borde de la parcela, tras lo cual puede comenzar el riego. Una vez realizado el enrollamiento de la manguera, y finalizado el riego de esa banda, se gira la máquina 180 ° y se repite la operación, pudiendo regar una nueva banda.
Figura 14.
Disposición típica de un riego con enrollador
Figura 15.
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Enrollador
Práctica 4. Regadíos
8.3.3 Los Cañones Son grandes aspersores giratorios, de construcción robusta para resistir los esfuerzos que originan el elevado caudal y la presión de trabajo, pudiendo ser de brazo oscilante o de turbina. Los de brazo oscilante, que pueden hacerlo sobre un eje horizontal o vertical, suelen tardar, de 2 a 5 min por revolución, y avanzan a pequeños saltos, regresando normalmente de forma rápida a su posición inicial cuando funcionan como sectoriales. También los hay que giran a velocidad igual en ambos sentidos, utilizando dos brazos de funcionamiento alternativo u otro sistema que cambie la orientación de la cuchara del extremo del brazo donde incide el chorro.
Figura 16.
Cañón de brazo oscilante
Los de turbina siempre giran a igual velocidad en ambos sentidos. El chorro principal o uno secundario, incide sobre los álabes de una pequeña turbina que transmite su giro al aspersor por medio de un mecanismo de cremallera y piñón.
Figura 17.
Cañón de turbina
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Práctica 4. Regadíos
Las boquillas pueden ser cónicas (de plástico o metálicas) o de anillas, en cuyo caso se produce mayor distorsión del chorro, rompiendo antes en gotas y disminuyendo el alcance. No obstante, las anillas tienen la ventaja de un fácil intercambio y un buena rotura de chorro a baja presión, aparte de resultar más baratas. Los diámetros de boquilla varían normalmente entre 12 y 40 mm, los ángulos de descarga del chorro entre 15 y 32° aunque los más recomendables suelen ser entre 1 y 25°.
Figura 18.
Cañón de Brazo Oscilante
8.4 Alas sobre Carro Pueden considerarse como una variante de las maquinas anteriores, en donde se sustituye el cañón, por un ramal o ala con emisores, que se sustenta sobre el carro y se mueve igual que lo hacía el cañón.
Figura 19.
Alas sobre Carro
Estas alas pueden trabajar a muy baja presión, con toberas, difusores o aspersores de baja presión (200 – 250 kPa). También pueden equiparse con tubos colgantes que llevan difusores en su extremo y trabajan a unos 50 kPa (0,5 kg/cm2), localizando directamente el agua a pie de planta sin mojar el follaje, evitando gran parte de los tratamientos fitosanitarios.
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Práctica 4. Regadíos
Con estas alas se obtiene mejor uniformidad de reparto de agua que con los cañones, además de trabajar con mucha menor presión y no tener problemas de tamaño de gota, pero tienen que estar bien calculadas para que no se produzca escorrentía dada la pequeña anchura mojada (sobre todo con toberas y difusores) lo que les obligara a funcionar en general con pequeñas dosis de riego, pudiendo tener que realizar mayor numero de riegos que con los cañones. La longitud de ala suele variar entre 20 y 40 m, necesitando carros mayores que los cañones y con lastre (que pueden ser depósitos de agua). La anchura mojada varía entre 20 y 50 m según la longitud de ala y tipo de emisor utilizado. A pesar de que las alas resultan atractivas en un principio, hay que decir que necesitan más mano de obrar que los cañones (sobre todo para plegarlas y desplegarlas para el transporte) además de una mayor inversión inicial.
9. Recomendaciones de Manejo 1. Es mejor utilizar aspersores de dos boquillas que de una, con vaina prolongadora en la boquilla grande para vientos de v > 2 m/s. 2. Se consiguen mayores valores de CU (Coeficiente de Uniformidad) con marcos cuadrados (12x12, 18x18) que con los rectangulares equivalentes cuando el aspersor lleva dos boquillas, cualquiera que sea la velocidad del viento. 3. En marcos rectangulares 12x18 con aspersores de una boquilla, se recomienda el menor espaciamiento paralelo a la dirección del viento. Igual para dos boquillas. 4. Con riego en bloques (aspersores a 12x18 y a una presión de 250 kPa) se obtienen mayores CU cuando el aspersor se sitúa a 2,25 m de altura que a 0,65 m, con independencia de la velocidad del viento (el modelo de reparto de agua se hace más triangular, mejorando los solapamientos). Estas diferencias disminuyen con la presión hasta hacerse imperceptibles para 350-400 kPa. 5. Los modelos de reparto de agua de forma triangular se deforman menos que los elípticos y los de tipo rosquilla al situar el aspersor más alto, y son además menos distorsionados por el viento. 6. Tratar de evitar presiones superiores a 400 kPa, coste energético alto, tamaño de gota, etc. 7. Aprovechar al máximo el riego nocturno, menores pérdidas por evaporación, menores velocidades de viento, menores costes energéticos, aunque requiere automatización. 8. Diseñar sistemas con pluviometrías bajas (5-7 mm/h) para, además de evitar problemas de escorrentía, incrementar la duración del riego y obtener mejores CU. 9. Los aspersores sectoriales deben trabajar con una sola boquilla ya que así consiguen un reparto más triangular. 10. Como norma general, cuanto menor es el marco de riego, mayor es el CU que se consigue. 11. En sistemas de ramales móviles de aluminio se recomiendan marcos de 12x15 ó 12x18 con dos boquillas en el aspersor y una presión media de 300 kPa.
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Práctica 4. Regadíos
12. En sistemas fijos de superficie se recomiendan marcos rectangulares o triangulares de 12x15, o 18x15 triangulares, con dos boquillas y una presión de 300-350 kPa. En marco cuadrado de 15x15 con aspersores de dos boquillas y 300 kPa.
10. Diseño Agronómico Necesidades Netas Se calcula por meses:
ETc: evapotranspiración de cultivo mensual
ET0: evapotranspiración potencial
Kc: coeficiente de cultivo
Para el diseño se considera la ETc del mes de máxima demanda:
Diario:
Dosis Neta
Cc: Capacidad de campo
(Cc-Pm)= IHD (Agua útil)
Pm: punto de marchitez
En 0/1 en peso
Da: densidad aparente (T/m3)
NAP: nivel de agotamiento permisible
Z: profundidad de las raíces (mm)
P: en caso de que sólo se moje una fracción desuelo, % mínimo de suelo expresado en 0/1. Normalmente P=1
La dosis neta Dn se obtiene en las mismas unidades de z, se recomienda mm.
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Práctica 4. Regadíos
Necesidades de Lavado
CEi: conductividad eléctrica del agua de riego (dato)
CEe: conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo que tolera una determinada reducción de cosecha
f: eficacia de lavado
Necesidades Brutas
Ea: eficiencia de la aplicación (depende del tipo de riego)
Dosis Bruta
Intervalo de Riego Se adopta un intervalo igual al menor de los números enteros que se obtiene de:
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Práctica 4. Regadíos
Dosis Bruta ajustada
Horas de Riego
Horas de riego al día: 16 – 20 horas
Nº de posturas al día: a elegir (normalmente 2)
Intensidad de Lluvia
Elección del aspersor y del Marco Datos importantes:
Presión nominal (Pa): se aconseja no superar los 300 kPa.
Caudal nominal (Qa)
Radio de alcance
Pluviometría (Pms)
Coeficiente de Uniformidad para el marco elegido (CU)
Tiempo de Riego
Dosis Bruta Final
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Práctica 4. Regadíos
11. Diseño Hidráulico Vamos a ver como dimensionar un riego por aspersión con ramales móviles, siguiendo una serie de pasos:
Paso 1. Cálculo del nº máximo de aspersores por ramal
Caudal del aspersor (l/h)
Marco (espaciamiento de aspersores en la línea, S)
Pérdida de carga máxima en el ramal o
Sin pendiente (ramal horizontal) hmáx ≤ 0,20 · Pa/γ
o
Pendiente ascendente (+) hmáx + Hg ≤ 0,20 · Pa/γ
o
Pendiente descendente (-) hmáx - Hg ≤ 0,20 · Pa/γ
Diámetro del ramal (3”, 31/2”, 4”)
Presión Nominal (Pa/γ)
nº de aspersores máximo
Paso 2. Longitud máxima del ramal portaaspersores (pivote) a) Si el ramal está abastecido por su punto medio:
b) Si el ramal está abastecido por un extremo:
Paso 3. Situación tubería Principal Según la longitud máxima del ramal portaaspersores y las dimensiones de la parcela, se elige la situación de la tubería principal por tanteo.
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Práctica 4. Regadíos
Paso 4. Longitud real Se establece la longitud real del ramal portaaspersores y el número de aspersiones que contiene. De las expresiones anteriores:
ó , despejamos “n”.
Paso 5. Pérdida de carga en el ramal
F: coeficiente de Christiansen:
o
para β=1,80 (tubería de PVC)
o
n:número de emisores
J: pendiente (m/m)
L: longitud del ramal
a: factor de longitud ficticia o
a=1 para Scobey
o
a= 1,20 para el resto (1,10 – 1,25)
Paso 6. Presión en el Origen del Ramal
P0/γ: presión en el origen del ramal
Pa/γ: presión media en el lateral, que debe coincidir con nominal del aspersor
H:pérdida de carga en el ramal
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma:
31
Práctica 4. Regadíos
o
Signo positivo (+) con desnivel ascendente
o
Signo negativo (-) con desnivel descendente
Ha: Altura del tubo portaaspersor (2 m para maíz, 1m para el resto)
Paso 7. Presión en el último Aspersor
ó
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma: o
Signo positivo (+) con desnivel descendente
o
Signo negativo (-) con desnivel ascendente
Paso 8. Bocas de Riego (Hidrantes)
Se tantean las posibilidades y se selecciona la que más convenga.
Paso 9. Separación entre Bocas de Riego
Paso 10. Número de bocas de Riego
SB/2: Separación entre la primera boca y el borde de la finca.
32
Práctica 4. Regadíos
Paso 11. Longitud de la tubería Central
Paso 12. Varios
Longitud de la tubería auxiliar
Longitud de las mangueras (en su caso) y su posición
Número teórico de aspersores
Número real de aspersores
Paso 13. Presión en la Boca de Riego
Pn/γ: presión en el final del ramal
hc: pérdida de carga en el ramal
P0/γ: presión en el origen del ramal
h: pérdida de carga de la tubería auxiliar o manguera (h= a·J·L)
Ha: altura del tubo portaaspersor
Hg: Desnivel geométrico entre los extremos del ramal, se toma:
Pn/γ + hc = P0/γ
Paso 14. Pérdidas de Carga en la Tubería Principal Se construye una tabla de la siguiente forma:
33
Práctica 4. Regadíos
Tramo Caudal Q
Diámetro Ø
Velocidad v Longitud L Pendiente J
Recorrido más desfavorable
…..
…..
…..
Comprobando
…..
…..
…..
Tablas Ø óptimo
Hi=J·L
ΣHi=H
Paso 15. Presión a la salida del pozo
12. Organigrama de Diseño de un Riego por Aspersión
Figura 20.
Organigrama de diseño de un riego por aspersión (Martínez de Haro, 1993)
34
Práctica 4. Regadíos
13. Bibliografía
TARJUELO MARTIN-BENITO, J.Mª (2005): El riego por aspersión y su tecnología. Madrid, Ediciones Mundi-Prensa. 3º Edición revisada y ampliada, 581 pp.
Internet
CREA, Centro Regional de Estudios del Agua, http://crea.uclm.es/
E.U.I.T.A de Ciudad Real, Área de Ingeniería Rural, http://www.uclm.es/area/ing_rural/
Facultad de Agronomía, Universidad de la República, www.fagro.edu.uy
Open Course Ware, Universidad de Sevilla, http://ocwus.us.es/
http://www.elriego.com/informa_te/index.htm
35
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