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Cálculo de laterales

Los laterales o portaemisores son las tuberías que distribuyen el agua a las plantas por medio de los emisores acoplados a ellas. La aportación de agua por los emisores deberá ser lo más uniforme posible, es decir, todos los emisores deberán aplicar aproximadamente la misma cantidad de agua, por lo que la uniformidad constituye el punto de partida del diseño hidráulico de cualquier instalación de riego localizado. Para lograr una buena uniformidad será necesario dos condiciones de diseño:

  1. Que todos los emisores de la instalación sean de buena calidad, garantizados por el fabricante y que cumplan las normas de calidad.
  2. Que la presión del agua en todos los emisores sea lo más parecida posible, para lo que habrá que dimensionar la red correctamente.

Esta segunda condición es la más complicada de conseguir. Para conseguir que la presión del agua en todos los emisores sea lo más parecida posible hay que aplicar un criterio de cálculo llamado Criterio de Christiansen también llamado genéricamente Criterio Hidráulico.

Criterio Hidráulico

El Criterio Hidráulico empleado dice que en una subunidad de riego se admite una variación máxima de caudal entre los distintos emisores del 10% del caudal medio. Con esta condición, las variaciones admisibles de presión vienen dadas por la fórmula:

dH = Variación máxima de la presión.

H = Presión de trabajo del emisor.

X = Exponente de descarga del emisor.

Ejemplo 6

Un gotero tiene un caudal medio de 3,5 litros/hora a una presión de 6 mca. Con la condición de que las variaciones de caudal de los goteros no sobrepasen el 10 % del caudal medio, calcular la variación máxima de presión para los siguientes valores del exponente de descarga:

Solución:

mca

mca

En todos los casos las variaciones máximas de caudal serán:

3,5 · 0,10 = 0,35 litros/hora

A la vista de los resultados obtenidos en el ejemplo anterior se sacan las siguientes conclusiones:

  • Para las variaciones máximas de la presión deben ser pequeñas, lo que obliga a unas líneas cortas de laterales en cada subunidad o a un gran diámetro de las mismas.
  • Para las variaciones de presión en los goteros pueden ser de mayor magnitud, lo que permite una mayor longitud y un menor diámetro de los laterales.

Se ha comprobado que el coste mínimo de la instalación ocurre cuando el 55 % de las pérdidas admisibles en la subunidad se producen en los laterales, mientras que el 45 % restante se produce en las tuberías terciarias o portalaterales (criterio económico). Con esta condición, las pérdidas de carga admisibles en un lateral horizontal vienen dadas por la fórmula:

hr admisible lateral = 55% · dH = 0,55· =H

Este valor admisible de las pérdidas de carga debe ser, como máximo, igual a las pérdidas de carga que se producen en el lateral:

hr = J · F · Lf

hr = Pérdidas de carga en lateral, en mca

J = Pérdidas de carta unitaria, en mca/m lineal

F = Factor de Christiansen

Lf = Longitud ficticia, en m

Ejemplo 7

Calcular el diámetro de un lateral horizontal de una subunidad de riego por goteo con lo datos siguientes:

  • Longitud de lateral: 40 m.
  • Separación de goteros. 1 m .
  • Distancia del primer gotero al origen del lateral: 1 m.
  • Caudal de los goteros: 4 litros/hora.
  • Presión de trabajo de los goteros. 10 mca.
  • Exponente de descarga: 0,70.
  • Longitud equivalente de conexión del gotero: 0,20 m.

Solución:

Caudal en el origen del lateral:

Q = Número de goteros x Caudal de cada gotero = 40 ·4 = 160 litros/hora

Longitud ficticia de lateral:

Lf = Longitud real + Longitud equivalente = 40 + 40 · 0,2 = 48 m

Se elige una tubería de polietileno de baja densidad y se comprueba si la perdida de carga esta dentro de los limites admisibles. Elegimos la tubería normalizada de diámetro exterior 16 mm (diámetro interior 13,2 mm y presión 2,5 atmósferas).

Perdida de carga:

hr = J · F · Lf

Para el cálculo de J se utiliza el diagrama de pérdida de carga en PEBD en la figura 3. 30 (tema 3). Para un caudal de 0,16 m3/hora, la tubería 16 (13,2) tiene una perdida de carga de 1,6 mca/100 m. Porta tanto, J = 0,016 mca/m.

Factor de Christiansen = 0,376. Según tabla 3.10 (tema 3) para y.

Sustituyendo valores: mca

Pérdidas de carga admisible en el lateral:

hr admisible lateral = mca

La perdida de carga es inferior a la admisible. Luego la tubería elegida es válida. Ensayando la tubería de diámetro exterior 12 mm (diámetro interior 10,3 mm y presión 2,5 atmósferas) se comprobaría que no es válida.

La presión necesaria en el origen del lateral portagotero, como se ve en el capítulo 5.2 del tema 3, viene dada por la ecuación:

H0 = Presión en el origen del ramal

H = Presión media en el lateral, que debe coincidir con la presión nominal del emisor

hr = Pérdida de carga en el ramal

= Desnivel geométrico entre los extremos del ramal. Se toma signo positivo (+) cuando el desnivel es ascendente, y negativo (-) cuando el desnivel es descendente.

Ejemplo 8

En el ejemplo anterior, el final del lateral esta a una cota 1,20 m más alta que el principio del mismo. Calcular la presión necesaria en el origen del lateral.

Solución:

mca

Longitud del lateral de riego

La longitud de las tuberías laterales está condicionada entre otros factores, por la topografía del terreno, siendo menor la longitud del lateral cuando la pendiente es ascendente pudiéndose aumentar a medida que la pendiente en menor y se hace descendente. Evidentemente, al variar los datos técnicos (diámetro de la tubería, caudales y presiones) y aún manteniendo las pendientes indicadas en la tabla de la figura 10.36, obtenida de una tubería comercial y proporcionada por el fabricante, las longitudes máximas de los laterales serán distintas.

En aquellos terrenos que presentan una pendiente muy elevada, se aconseja seguir la norma de instalar laterales siguiendo aproximadamente las curvas de nivel, como se ve en la figura 10.37, y las tuberías terciarias o portalaterales siguiendo la pendiente, disponiendo reguladores de presión en aquellos lugares donde se requieran.

Figura 10.37. Cultivo en pendiente en el que los laterales de riego siguen las curvas de nivel

En caso de que la pendiente sea muy acusada o irregular, habrá que recurrir a utilizar goteros autocompensantes, al objeto de mantener constantes la presión de trabajo del emisor y el caudal suministrado. Así, usando emisores autocompensantes e independientemente de la longitud del terreno, se pueden ampliar las longitudes máximas de los laterales de riego, como podemos ver en la tabla de la figura 10.38.

Siempre que sea posible, a la tubería terciaria debe suministrarse el agua en su punto más alto, de forma que las pérdidas de carga se vean compensadas por la pendiente.

Debido a las pérdidas de carga y a la pendiente del terreno, en cada una de las subunidades de riego van a producir diferencias de presión entre los distintos emisores de las tuberías laterales. Por lo tanto, la presión de entrada en la subunidad de riego debe ser tal que el emisor que está sometido a menor presión reciba la suficiente para suministrar el caudal adecuado, es por lo que se aplica el criterio hidráulico, anteriormente explicado. Para que la presión de entrada en cada subunidad sea similar y no varíe durante el riego, es preciso instalar un regulador de presión al principio de cada tubería terciaria.

Otros factores que hacen variar la longitud del lateral de riego es el diámetro del lateral de riego, que por lo general suele ser de 16 mm y de 20 mm. A mayor diámetro se reducen las pérdidas de carga, por lo tanto se podría aumentar la longitud de los laterales, como podemos ver en la tabla de la figura 10.39, de un lateral comercial por el fabricante, pero el coste de la instalación se elevaría.

El caudal del emisor también condiciona la longitud del lateral, de tal forma que cuanto mayor sea el caudal del emisor, menor será la longitud del lateral, como se muestra en la tabla de la figura 10.40, de un lateral de riego con goteros incorporados de distinto caudal.

La distancia entre emisores también condiciona la longitud del lateral, de tal manera que cuanto más distanciados estén los emisores, mayor longitud podrá tener la tubería lateral, como se muestra en la tabla de la figura 10.41, de un lateral de riego con goteros incorporados separados a distinta distancia.

No obstante, conviene recordar que la distancia entre emisores, el caudal que suministran y la distancia entre tuberías, no es arbitraria sino que se determina en función del tipo de suelo, forma del bulbo húmedo que se desea conseguir y el marco o siembra del cultivo, y no se deben modificar por criterios hidráulicos aunque ello implique ahorro o comodidad.

Figura 10.41. Relación distancia del emisor y la longitud máxima del lateral

Como resumen podemos decir que los factores que influyen en la longitud de un lateral de riego localizado son:

  • Pendiente
  • Autocompensación de los emisores (Coeficiente de descarga)
  • Diámetro del lateral de riego
  • Caudal de los emisores
  • Separación de los emisores

La tabla 10.14 muestra longitud máxima de un lateral en función de las características técnicas de una tubería lateral comercial, que debe de ser proporcionada por el fabricante para un buen diseño de la instalación de riego localizado.

Tabla 10.14. Influencia de las características técnicas en la longitud de los laterales

Copyright 2007, Autores y Colaboradores. Cite/attribute Resource. Salas, A. F., Salas, A. F., Urrestarazu, L. P. (2008, August 05). tutorial_17. Retrieved July 30, 2014, from ocwus Web site: http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riegos/temario/Tema%2010.Riego%20goteo/tutorial_17.htm. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Commons License. Creative Commons License