Curso Sna DiseñO

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Presentación riego presurizado

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Curso Sna DiseñO

  1. 1. RIEGO GOTEO s Aplicación frecuente de agua al suelo en pequeñas cantidades a través de una red de tuberías y dispositivos especiales (emisores), ubicados a lo largo de la línea de distribución, eliminando totalmente las pérdidas por conducción y minimizando aquellas por evaporación y percolación.
  2. 2. DISEÑO RIEGO GOTEO s Tiene como objetivo fundamental mantener un volumen de dimensiones adecuadas de la zona radicular de las plantas bajo un nivel de humedad cercano a Capacidad de Campo. De esta manera se maximizan los rendimientos y el beneficio neto de la empresa.
  3. 3. DISEÑO AGRONOMICO Calculo de las necesidades de agua Determinacion de la dosis, frecuencia y tiempo de riego Determinacion del numero de emisores por planta y caudal del emisor
  4. 4. NECESIDADES DE AGUA s Evapotranspiración Potencial Et0 s Evapotranspiración Real Etr s Necesidades Netas Nn s Necesidades Brutas Nb
  5. 5. FRACCION DE AREA SOMBREADA s Efecto de localización: corrección de la Nb basado en el efecto de la fracción de área sombreada por el cultivo P. s Fracción de área sombreada o porcentaje de sombreo P : fracción de la superficie de suelo sombreada por la cubierta vegetal a mediodía en el solsticio de verano, respecto a la superficie total
  6. 6. DETERMINACION DE REQUERIMIENTOS DE AGUA s Con P >0.5  1  Vr = Nb *  P + (1 − P )   2  s Con P <0.5 Vr = Nb * P
  7. 7. REQUERIMIENTO DE AGUA POR ARBOL s A partir del marco de plantación tenemos: s s Donde : Vt = Vr * Vt= Volumen total a aplicar por árbol, l/día s Sh= espaciamento entre hileras, m s Sp= espaciamiento entre plantas, m
  8. 8. SELECCIÓN DE TIPO Y NUMERO DE EMISORES s El número de emisores por planta varía en un amplio rango 1 hasta 8 o más en árboles adultos. s Volumen de suelo humedecido de 10 a 60% del área total s Patrón de humedecimiento
  9. 9. PATRON DE HUMEDECIMIENTO
  10. 10. PATRON DE HUMEDECIMIENTO s El área humedecida (PSM) es una parte del área total, y se ha demostrado que como mínimo se debe humedecer entre 35 a 45% de la zona de raíces, esto en función del tipo de suelo y el sistema radicular. Aumenta la concentración de raíces absorventes de 200 a 400%. s > PSM ⇒ < RIESGO DEF. HIDRICO > N° EMISORES
  11. 11. PATRON DE HUMEDECIMIENTO s En cultivos hilerados densos es conveniente humedecer la banda, no así en frutales de gran espaciamiento, donde una gran ventaja es concentrar la aplicación en el sector de mayor extracción en un círculo cercano al tronco.
  12. 12. Porcentaje de suelo mojado por grupo de cultivos CULTIVO % DE SUELO MOJADO Vides 30 - 35 Frutales 45 - 55 Hortalizas 55 - 65
  13. 13. Prof. de Grados de estratificación suelo raíces y Homogéneo Estratificado Heterogéneo textura de suelo Diámetro de mojado Prof. 0.8 m Gruesa 0.5 0.8 1.1 Media 1.0 1.25 1.7 Fina 1.0 1.7 2.0 Prof. 1.7 m Gruesa 0.8 1.5 2.0 Media 1.25 2.25 3.0 Fina 1.7 2.0 2.5
  14. 14. PORCENTAJE DE SUELO MOJADO PARA DISTINTOS CAUDALES DE EMISOR Y ESPACIAMIENTOS ENTRE EMISORES Y LATERALES APLICANDO 40 mm DE LAMINA DE AGUA POR CICLO DE RIEGO ESP. CAUDAL DEL EMISOR (qe) LAT < 1.5 L/H 2 L/H 4 L/H 8 L/H > 12 L/H ESPACIAMIENTO ENTRE EMISORES SEGÚN TEXTURA, ARENA: A, LIMO: L Y ARCILLA: Ar Sl A L Ar A L Ar A L Ar A L Ar A L Ar 0.2 0.5 0.9 0.3 0.7 1.0 0.6 1.0 1.3 1.0 1.3 1.7 1.3 1.6 2.0 PORCENTAJE DE SUELO MOJADO 0.8 38 88 100 50 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 1.0 33 70 100 40 80 100 80 100 100 100 100 100 100 100 100 1.2 25 58 92 33 67 100 67 100 100 100 100 100 100 100 100 1.5 20 47 73 26 53 80 53 80 100 80 100 100 100 100 100 2.0 15 35 55 20 40 60 40 60 80 60 80 100 80 100 100 2.5 12 28 44 16 32 48 32 48 64 48 64 80 64 80 100 3.0 10 23 37 13 26 40 26 40 53 40 53 67 53 67 80 3.5 9 20 31 11 23 34 23 34 46 34 46 57 46 57 68 4.0 8 18 28 10 20 30 20 30 40 30 40 50 40 50 60 4.5 7 16 24 9 18 26 18 26 36 26 36 44 36 44 53 5.0 6 14 22 8 16 24 16 24 32 24 32 40 32 40 48 6.0 5 12 18 7 14 20 14 20 27 20 27 34 27 34 40
  15. 15. NUMERO DE EMISORES POR PLANTA 2 MP * PSM Π * DM ng ≥ amg = 100 * amg 4 s Donde: s ng= N° de goteros por planta DM=diámetro de mojado emisor s MP=marco de plantación s PSM=porcentaje de suelo mojado s amg= área mojada por gotero
  16. 16. DISTANCIA ENTRE GOTEROS s LA SEPARACION ENTRE EMISORES EN EL LATERAL DEBERA SER MENOR QUE EL DIAMETRO DE MOJADO DEL EMISOR, RECOMENDANDOSE UN 80% (20% DE TRASLAPE “0.9 D”) dg = DEP / ng s Donde: s dg = distancia entre goteros s DEP = distancia entre plantas s ng = número de goteros por planta
  17. 17. SELECCION DE GOTEROS s En la selección del emisor se debe considerar: s Caudal y presión s Tamaño de la sección de flujo s Diámetro de mojado s Costos s Facilidad de limpieza y susceptibilidad al taponamiento s Facilidad de reemplazo
  18. 18. TIEMPO DE RIEGO DIARIO Vt TRD = ng * qg s Donde: s TRD = tiempo de riego diario, h s Vt = volumen de agua aplicar, l/planta/día s ng = número de goteros s qg = caudal del gotero, l/h
  19. 19. NUMERO DE SECTORES DE RIEGO HDR NSR = TRD s Donde: s NSR=número de sectores de riego s HDR=horas disponibles de riego al día (12 a 22 hrs.) s TRD=tiempo de riego diario, h
  20. 20. CAUDAL DE DISEÑO Qd = NPHa * SS * ng * qg s Donde: STR SS = s Qd = caudal de diseño, l/s NSR s NPHa = número de plantas por hectárea s SS = superficie del sector, hás s ng = número de goteros por planta s qg = caudal del gotero, l/h s STR = superficie total a regar, hás s NSR = número de sectores de riego
  21. 21. FLUJOS s FLUJO LAMINAR: cuando las trayectorias de las partículas individuales no se cruzan ni se intersectan.Las condiciones que favorecen este tipo de flujo son: baja velocidad y elevada viscosidad. s FLUJO TURBULENTO: cuando las líneas de trayectoria son curvas e irregulares que se cruzan continuamente unas a otras. Las condiciones que favorecen este tipo de flujo son: alta velocidad y baja viscosidad.
  22. 22. VISCOSIDAD
  23. 23. NUMERO DE REYNOLDS s La velocidad crítica en la tubería a la cual el flujo pasa de turbulento a laminar depende de: υ υ vα ⇔ =R v ρ* D ρ* D ρ* D * v D *v R= ⇔ = R υ 1000 *η s Donde: s v=velocidad del agua D=diámetro de la tubería s ρ= densidad del agua υ= viscosidad dinámica s η=viscosidad cinemática
  24. 24. NUMERO DE REYNOLDS s LA VISCOSIDAD CINEMATICA DEL AGUA A 20°C TIENE UN VALOR DE 1*10-6 m2/s . LOS SIGUIENTES SON RANGOS DEL TIPO DE FLUJO SEGÚN EL NUMERO DE REYNOLDS s R ≤ 2000 FLUJO LAMINAR s 2000 < R ≤ 4000 FLUJO INESTABLE s 4000 < R ≤ 10000 FLUJO PARCIALMENTE TURBULENTO s R > 10000 FLUJO COMPLETAMENTE TURBULENTO
  25. 25. HIDRAULICA DE EMISORES s LAS RELACIONES ENTRE CAUDAL Y PRESION EN LOS EMISORES ESTAN EN FUNCION DEL NUMERO DE REYNOLDS (Osborne Reynolds 1882-1895) s En emisores la importancia de conocer el tipo de régimen radica en que las ecuaciones que relacionan caudal y presión de operación dependen de este. s s En general goteros que operan con caudales altos (<5 l/h) y diámetros de paso del flujo bajos (< 0.5 mm) presentan regímenes de flujo turbulento y parcialmente turbulento
  26. 26. HIDRAULICA DE EMISORES s En régimen laminar la perdida de carga esta muy influenciada por la viscosidad y por lo tanto la temperatura ambiente puede afectar la uniformidad del riego s En régimen laminar la relación entre caudal y presión es lineal, lo que implica una mayor sensibilidad a cambios de presión afectando la uniformidad del riego s Para entregar el mismo caudal emisores en régimen turbulento requieren menor diámetro lo que es una desventaja desde el punto de vista de las obturaciones, sin embargo, la velocidad del flujo en estos es mucho mayor lo que impide sedimentación.
  27. 27. HIDRAULICA DE EMISORES SENSIBILIDAD A LA DIAMETRO MINIMO OBTURACION mm ALTA ≤0.7 MEDIA 0.7-1.5 BAJA >1.5
  28. 28. HIDRAULICA DE EMISORES s Ecuaciones de emisores según tipo de flujo y régimen. s EMISOR DE ORIFICIO FLUJO TURBULENTO qe =3.6 * A * C0 * ( 2 g * he ) 0.5 s qe=caudal del emisor, l/h A=área de paso de flujo, mm2 s C0=coeficiente de orificio g=aceleración de gravedad s he=presión del emisor, m s EMISOR DE LABERINTO DE FLUJO TURBULENTO 0 .5 s   he  L =longitud de qe =0.11384 * A *  g *  2 f *L *D s      laberinto s f =factor de fricción s 1 D  ε =rugosidad absoluta =2 log + .14 1 f ε 
  29. 29. HIDRAULICA DE EMISORES s EMISOR DE LABERINTO DE FLUJO LAMINAR 0.5   he * D  qe = 0.11384 * A * 2 g *   f * L      64 f = R s R=número de Reynolds
  30. 30. HIDRAULICA DE EMISORES s Ejemplo problema s 1. Calcule la longitud de del laberinto en un gotero de 4 l/h y s otro de 28 l/h con presión de operación de 10 mca, con un s diámetro de paso de flujo de 1 mm. Asuma valor de la s viscosidad cinemática de 1*10-6 m2/s. s 2. Determine el diámetro de un gotero de orificio en flujo s turbulento de 10l/h y presión de operación de 10 mca. s Valor de coeficiente de orificio 0.6
  31. 31. HIDRAULICA DE EMISORES s EL CAUDAL DE LOS EMISORES ESTA RELACIONADO CON LA PRESION DE OPERACIÓN DEL MISMO, SEGÚN LA SIGUIENTE ECUACION: qe = K * he X s Donde : s qe = caudal del emisor K= coeficiente de descarga s he = presión de operación X= exponente de descarga
  32. 32. HIDRAULICA DE EMISORES s COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD s El elemento clave en el diseño de riego por goteo es mantener el equilibrio entre los requerimientos de agua de parte del cultivo y el caudal del emisor . Para conseguir dicho equilibrio es determinante que el caudal de los emisores a lo largo del lateral sea Uniforme.
  33. 33. HIDRAULICA DE EMISORES s En la uniformidad del riego intervienen varios tipos de factores: s Constructivos s Hidráulicos s Envejecimiento y obturaciones s Diferencias de temperaturas
  34. 34. HIDRAULICA DE EMISORES s Factores constructivos: s En la fabricación de emisores nos encontramos con una población estadísticamente medible. La dispersión de valores de caudal que se produce en una población de goteros de igual fabricación se puede obtener a través de la desviación estándar. s Donde: 2 s n σ=desviación estándar s ∑ (q − q ) e x qe=caudal del emisor qx=caudal medio σ= s i =1 n
  35. 35. HIDRAULICA DE EMISORES s Como la desviación estándar es una medida de dispersión absoluta y para el diseño es conveniente trabajar con valores relativos por lo que utilizamos el concepto denominado Coeficiente de variación (Coeficiente de variación de fabricación). σ CV = qx
  36. 36. HIDRAULICA DE EMISORES TIPO DE EMISOR COEFICIENTE DE CLASIFICACION VARIACION GOTERO < 0.05 buena 0.05 - 0.1 media 0.1 - 0.15 regular > 0.15 inaceptable LINEAS <0.1 buena 0.1 – 0.2 media >0.3 regular a inaceptable
  37. 37. HIDRAULICA DE EMISORES s Se acepta que los distintos caudales de los emisores de una misma fabricación responden a una población normal. La distribución normal gráficamente es una curva con forma de campana (Campana de Gauss).Dicha curva presenta propiedades bien conocidas: s La frecuencia máxima corresponde al valor medio de las abscisas s El 68 % de los casos esta entre (qx - σ) y (qx + σ) o si usamos formula de coeficiente de variación (1 - CV)* qx y (1 + CV)* qx De acuerdo a lo anterior y en relación con la uniformidad de riego si se considera el 25% de los caudales más bajos su valor se encuentra en : s q25= (1 - 1.27*CV)* qx y sabemos que CU= q25/ qx s Finalmente tenemos: q25= (1 - 1.27*CV)
  38. 38. HIDRAULICA DE EMISORES s Factores hidráulicos: s En una instalación de riego los caudales no son los mismos en todos los emisores, debido a las diferentes presiones a las que están sometidos que son dependientes de los niveles topográficos y de las pérdidas de carga que ocurren en la red. qmp CU h = qx s Donde: s CUh=coeficiente de uniformidad que incluye factores hidráulicos s qmp=caudal del emisor sometido a menor presión s qx=caudal medio de todos los emisores
  39. 39. HIDRAULICA DE EMISORES s Finalmente la formula para obtener el calculo de el Coeficiente de Uniformidad de diseño donde se consideran los factores de fabricación y los hidráulicos es:  1.27 * CV  qmp CU =  1 − *  e  qx s Donde: s e=número de goteros por planta
  40. 40. DISEÑO HIDRAULICO s Tolerancia de caudales s Para conseguir una uniformidad de riego adecuada la relación entre el caudal del emisor que de menos agua y el caudal medio de todos los emisores no debe ser inferior a un valor aceptable. Esto se obtiene a partir de la ecuación de CU.
  41. 41. DISEÑO HIDRAULICO s Despejando en la formula el qmp CU * q x qmp = *  1.27 * CV  1−   e 
  42. 42. DISEÑO HIDRAULICO s Tolerancia de presiones s Conocido el caudal medio qx y el caudal sometido a la mínima presión qmp con la ecuación del gotero y los valores de x y k conocidos determinamos las presiones media hx y mínima hmp asociadas a los respectivos caudales. 1/ X  qe  he =   K 
  43. 43. DISEÑO HIDRAULICO s La diferencia de presión en el conjunto de la subunidad ∆H es proporcional a s (hx - hmp) , entonces tenemos: ∆ H = M * (hx − hmp ) s Donde: s M=es un factor que depende del número de diámetros a emplearen una misma tubería terciaria o lateral
  44. 44. DISEÑO HIDRAULICO s Keller recomienda los siguientes valores de M : s Diámetro constante 4.3 s 2 diámetros 2.7 s 3 diámetros 2.0 s Como en esta fase hay no se conoce el número de diámetros se recomienda M=2.5 s Entonces la presión admisible en la subunidad repartida entre terciaria y laterales es: ∆ = ∆ t +∆ l H H H s Donde: ∆Ht=variación de presión admisible en terciaria s ∆Ht=variación de presión admisible en lateral
  45. 45. DISEÑO HIDRAULICO s Mi hipótesis para el lateral es: he − hu < ∆H l s Mi hipótesis para la terciaria es: H e − H u < ∆H t
  46. 46. DISEÑO HIDRAULICO s El lateral desde el punto de vista hidráulico se comporta como una tubería con salidas múltiples. Normalmente es de polietileno (PE) de 12,16, 20 o 25 mm de diámetro s Laterales alimentadas por un extremo son aquellas que salen hacia un solo lado de la tubería terciaria. (ver figura) s VARIABLES: s Pendiente i, positiva cuando el agua sube y negativa en caso contrario. s Presión de entrada he , presión final hu , presión media hx y presión mínima hmp.
  47. 47. DISEÑO HIDRAULICO s El desnivel queda definido por: d = L *i s Donde: s L= longitud del lateral s i= pendiente s El caudal del lateral se determina como: L ql = n * qe = * qe Se
  48. 48. DISEÑO HIDRAULICO s Las pérdidas de carga se obtienen como tubería de salidas múltiples: hf = J '*F * L s Pérdidas producidas por las conexiones de los emisores al lateral, se expresa como longitud equivalente (fe) en función del diámetro, y luego se corrige la pérdida unitaria J. 18.91 Se + f e f e = 1.87 J '= J * D Se
  49. 49. DISEÑO HIDRAULICO s Existen varias ecuaciones para el cálculo de pérdidas de carga en tuberías de las cuales las más comunes son: s Hazen y Williams Q1.85 J= ( 0.28 * C ) * D 4.86 1.85 s Darcy-Weisbach Q1.75 Q1.828 J = 7.89 *105 * 1.75 J = 9.59 *105 * 4.828 D D s Para diámetros < 125 mm Para diámetros > 125 mm
  50. 50. DISEÑO HIDRAULICO s El valor F para salidas múltiples conocido como coeficiente de Christiansen se calcula a partir de : 1 1 0.852 F= + * 2 2.852 2 * n 6*n s Donde n corresponde al número de salidas
  51. 51. DISEÑO HIDRAULICO s Las ecuaciones generales para obtener presiones en el lateral son las siguientes: 3 1 he = x + hf + d h 4 2  1  hmp =he − hf + d −∆ c  h  2 
  52. 52. DISEÑO HIDRAULICO s Diseño de terciarias s En este caso se asume que la presión inicial hl calculada para el lateral corresponde a la presión media Hx de la terciaria. A partir de Hx se determina la presión de entrada a la terciaria He y la presión mínima Hmp. H e − H mp ≤ ∆ H t

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