Diseño hidráulico de la línea lateral de un sistema de riego localizado

El diseño hidráulico de la linea lateral consiste en definir la longitud de la tubería, la cual, comúnmente, es una tubería con salidas múltiples de un solo diámetro...

El diseño hidráulico tiene como finalidad definir los diámetros y longitudes de las diferentes tuberías que componen el sistema (regantes, distribuidoras y conducción) bajo un criterio de optimización. En el caso de tuberías ciegas [que se encuentran comúnmente en la linea principal y secundaria] el diseño hidráulico tiene como finalidad definir los diametros de las tuberías, en el caso de tuberías con salidas múltiples [que se encuentran comúnmente en la linea lateral o regante y en las portalaterales] el diseño tiene como finalidad encontrar las longitudes o diámetros o ambas variables, dependiendo si la linea esta compuesta por tuberías de un solo diámetros [la variables es la longitud] o dos diametros [tuberías telescópicas, tanto la longitud y el diámetro son variables]

Las lineas laterales o regantes en un sistema de riego localizado, generalmente suelen estar compuestas de tuberías con salidas múltiples de un solo diámetro, generalmente son de 12 a 32 mm de diámetro, son construida con PVC flexible o polietileno y los emisores se ubican en espaciamiento predeterminado. Lo anterior indica que es muy probable que se conozca el diámetro de la tuberia que compone la linea regante [así como el espaciamiento y caudal entre salidas], por lo que el diseño hidráulico de esta linea tiene como finalidad definir la longitud a la que puede extenderse la tuberia considerando una perdida de carga permisible. En este sentido, en este post nos concentraremos en conocer las manera en que podemos encontrar de manera sencilla dicha longitud [si quieres determinar dicha longitud usando métodos numérico da clic aquí, si quieres aprender a diseñar tuberías con salidas múltiples telescópicas da clic aquí].  

Para iniciar, en las cuatro ecuaciones siguientes podemos ver como se determina la pérdida de carga en tuberías con salidas múltiples (Hf), lo cual no es más que multiplicar la pérdida de carga en tuberías ciegas por un factor de salidas múltiples.
$$ { hf }_{ s }=hf*F$$ $$ F=\frac { 1 }{ m+1 } +\frac { 1 }{ 2N } +\frac { \sqrt { m-1 } }{ 6{ N }^{ 2 } }$$
Donde: hfs: pérdida de carga por fricción en tuberías con salidas multiples (m);  hf: pérdida de carga en una tubería simple o ciega del mismo diámetro, longitud y con el mismo gasto de entrada que la tuberia con salidas múltiples (m), F: factor de salidas múltiples (adimensional); N: número de salidas a lo largo de la tubería, m: exponente de la velocidad en la fórmula usada para calcular la pérdida por fricción.

Para estimar el valor de hf se puede usar el método de Darcy-Weisbach (1875); Hazen-Williams (1905), Manning (1890), Scobey (1931), para saber cual les conviene emplear clic aquí; en tuberías lisas de polietileno de diámetros y gastos pequeños el método de Manning da buenos resultados en la práctica, por lo tanto usaremos este método en este ejemplo. La formula es:  
$$hf=10.3{ n }^{ 2 }\frac { { Q }^{ 2 } }{ { D }^{ \frac { 16 }{ 3 } } } L$$
Donde:  n: coeficiente de fricción (adimensional); L: longitud de la tubería (m); D: diámetro interno de la tubería (m); Q: caudal (m^3/s)

Ejemplo de Diseño:

Se va a diseñar un sistema de riego por tegeo para una plantación de cítricos cuyo arreglo es de 8 m x 4 m, por lo cual se ha decidido que lo mas apropiado es que se instale manguera con gotero integrado Hidrogol, para lo cual es necesario conocer la longitud máxima a la que se puede tirar dicha manguera sin rebasar una perdida de carga permisible (hfp).

Calcular la pérdida de carga permisible (hfp) en la tubería con salidas múltiples, la cual dependiendo de su ubicación en el sistema (lateral o secundaria en aspersión o bien distribuidor en sistemas de goteo), es igual a un cierto porcentaje P de la carga del emisor he, más la carga de presión que se gana por el desnivel a favor (dn) en la tubería. De tal forma que para nuestro, la presion de operación del emisor es de 10 m y definimos un porcentaje del 10% (recomendable para goteo) y la superficie es prácticamente plana:

$${ hf }_{ p }=P*he+dn\quad =\quad 10*0.1\quad +\quad 0\quad =1\quad m$$

Los datos de la manguera y el arreglo se muestran en la siguiente tabla
 CaracterísticasValor Unidad 
Gasto o caudal del emisor 4.0 lph
Diámetro interno 16.0 mm
Coeficiente de rugosidad 0.009 polietileno
Separación entre emisores 1.0 m
Pérdida de carga permisible 1.0 m

Métodos de calculo. 

En este método se usó el programa Excel para poder realizar todo los cálculos pertinentes y así obtener la longitud que satisface mi pérdida permisible.

Se aplica la ecuación de hfs por cada salida (segmento a segmento) y se detiene el calculo hasta que lleguemos a un número de salida que tenga una perdida de carga lo mas cercano (recomendable que no rebase) a la pérdida de carga permisible. Se debe aclarar de el calculo inicia de aguas abajo hacia aguas arriba, es decir la primera salida es la mas alejada de la tuberia portalateral. Ademas, en cada salida se suman los caudales de los emisores (por ejemplo, para la salida 5 el gasto de salida en nuestra manguera es de 20 lph) y la longitud (por ejemplo, para la salida 5 la longitud para el calculo es de 5 m).

En la siguiente imagen de una hoja de Excel se muestra el proceso de calculo.
Figura 1. Hoja de Excel Para desarrollo de La perdida en lateral

De acuerdo a la tabla anterior para los datos previamente establecidos en el ejemplo, se encuentra que en la salida 65 se encuentra la pérdida de carga mas cercana a la pérdida de carga permisible, por lo que: :

Salida Número=65       Longitud=65 m      Pérdida=1.018638912 m

Por tanto nuestra longitud máxima de la línea regante debe ser de 65 m. Esto indica que debemos seccionar a cada 65 de linea lateral o regante, es decir, el alto de mi sección de riego debe ser menor o igual a 65 m. 

Para  poder comparar los resultados, vamos a usar los mismos datos del ejemplo con Excel.

La extensión Chiripa se debe tener instalado en el programa AutoCad, por lo que habiendo cubierto el paso anterior procedemos a iniciar con el diseño.

1) Nos vamos a la opción de hidráulica ->lateral -> Hf , ver Figura 3.0.

Figura 2.  Opción en AutoCad Para la Perdida en lateral

2) Ingresamos los datos que  pide el programa, los cuales ya los conocemos como son: Gasto del emisor, Separación Entre Emisores, Número de emisores (Número de datos que desea que calcule el programa), Diámetro del emisor.

Figura 3. Datos necesarios en el Programa

3. Resultados y selección de la longitud Máxima de nuestra lateral.

Figura 4. Resultado de la longitud Máxima

Nuestra longitud máxima lo calcularemos de la siguiente forma, por tanto :

Lm= (Num. de Salida en la que logramos nuestra Pérdida Permisibles)*(Separación de Emisores)

Lm= (65.0 m)* (1.0 m)= 65 m.
Con esta opción nos da una longitud igual que el método anterior

  • Con La aplicación Diseño Riego Plus.
Es una aplicación en entorno Android, los datos que debemos ingresar son: Gasto del emisor; Separación de emisores; Pérdida Permisible; Diámetro
Puede Escoger la fórmula (Descritas anteriormente), el material (PVC, PE, Aluminio, etc), Diametro interno.

Figura 5. Pantalla resultado aplicación

La aplicación realiza los calculo e inmediatamente nos arroja el valor de la longitud máxima de la linea regante, que en este caso es de 64.5 m.

  • Con HF Riego.
HF Riego es una herramienta desarrollada por hidráulica fácil  hace algo similar a la aplicación anterior por lo que lo pueden probar dando clic aquí 

Quieres ver los conceptos básicos, puedes ver el siguiente vídeo

Quieres seguir un ejemplo similar, también tenemos un vídeo 
 

fácil, ¿no crees?. Déjanos tus comentarios

Ver también:

Sistema de riego presurizado: línea regante o lateral
Programas para diseñar sistemas de riego
¿Que es el riego localizado?

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