EL RIEGO: Diseño hidráulico de la Instalación de Riego.

DISEÑO HIDRÁULICO DE LA INSTALACIÓN DE RIEGO.

 

El diseño hidráulico de una instalación de riego consiste en el cálculo de las dimensiones de todos los componentes que forman parte de la misma.

 

Este diseño lo debemos hacer teniendo en cuenta unas variables como satisfacer las necesidades de las plantas, pero de la manera más económica posible.

 

El sistema de riego, ha de funcionar adecuadamente para que el reparto de agua sea lo más homogéneo posible.

 

Los emisores instalados han de ser de buena calidad y estar en perfecto estado. Por otro lado, la presión de trabajo ha de ser la correcta, igualmente el caudal ha de ser suficiente para que los emisores funcionen correctamente y cumplan su cometido.

 

El tema de la presión puede ser un poco menos preocupante si contamos con emisores autocompensantes.

 

Un paso previo al comienzo del diseño hidráulico es la confección de un plano a escala de la instalación de riego donde indicaremos claramente:

• Áreas de riego con los emisores.
• Construcciones existentes o futuras.
• Calles y zonas de descanso.
• Pendiente del terreno.
• Toma de agua.
• Disposición de conducciones.
• Situación de las electroválvulas, programador, si existiesen, así como el cableado de conexión entre ellos.

 

Una vez hecho esto, pasaremos a realizar el trazado de las conducciones y dimensionado de las mismas. La red la jerarquizaremos en orden ascendente, es decir, de menor a mayor diámetro:

• Ramales porta-aspersores o laterales de riego, según se trate de riego por aspersión o localizado por goteo.
• Tuberías terciarias, que surten a los laterales.
• Tuberías secundarias, que agrupan a las terciarias.
• Tuberías primarias, que irán conectadas directamente al cabezal de riego o a la toma de la red pública y de las cuales se derivarán las secundarias.

La unidad constitutiva de una instalación de riego más simple será el ramal de aspersión o el lateral, de forma que, en función de la complejidad de la instalación, será necesaria o no la disposición de tuberías de mayor orden jerárquico.

 

La elección de las tuberías se hace básicamente en función del caudal a circular por ellas.

Ahora bien, tendremos que hacer una diferenciación en el proceso de cálculo en función de que el agua esté abastecida por la red pública o, por un pozo o embalse, ya que los condicionantes de cálculo variarán.

 

En el caso de la red pública, estaremos condicionados por el caudal y la presión, mientras que en el segundo, habilitando un equipo de bombeo, a priori no tenemos estos condicionantes, sino más bien el tiempo disponible y el coste de la instalación.

 

Para seleccionar los timbrajes correctos, hay que considerar que siempre debemos tener una presión estática de trabajo un 20% superior a la prevista.

 

Los materiales recomendados, como ya hemos comentado, serán PE de baja densidad para diámetros inferiores a 50 mm, y PVC para diámetros mayores de 50 mm.

 

RED PÚBLICA O COMUNITARIA.

 

El primer caso que nos podemos encontrar es que el agua de riego provenga de la red pública o comunitaria, en cuyo caso nos encontraremos que tenemos las limitaciones del caudal y la presión preestablecidos.

 

El criterio principal para determinar las dimensiones de las conducciones será que los emisores trabajen en las condiciones de presión óptimas para que apliquen el agua de forma apropiada.

 

Puesto que conocemos la presión del agua en la toma de la red urbana y la presión a la cual deben trabajar los emisores, la diferencia de presión entre ambas será la presión máxima que se puede perder en las conducciones.

 

El caudal real que aplican los emisores, depende de la presión a la que trabajen, salvo en los autocompensantes que tienen cierto margen. Así pues, es necesario que los emisores que trabajan conjuntamente dentro de un sector de riego, lo hagan con la presión más homogénea posible para que los caudales, sean lo más homogéneos posible.

 

Aunque tomemos todas las precauciones posibles en los cálculos, nos encontraremos irremediablemente con que los emisores más alejados en un mismo sector, trabajarán a menor presión que aquellos más próximos a las correspondientes tuberías terciarias.

 

Otro factor que hemos visto que influye sobre la presión es la cota, ya que cuanto más elevado se encuentre un punto, más energía será necesaria para elevar el agua a ese punto.

 

Por resumir diremos que, los emisores que se encuentran más alejados y más elevados, trabajarán a menor presión, y por tanto, aplicarán menos caudal que aquellos que estén cerca de las tuberías terciarias o en puntos más bajos del sector de riego.

 

Para acotar este problema y que no afecte demasiado a la homogeneidad, deberemos imponer en el diseño un límite a la diferencia de presión entre los emisores que trabajen en las condiciones más favorables y los que trabajen en las más desfavorables.

 

Generalmente se utiliza unos diferenciales aceptables del 10% de la presión nominal de los emisores para goteo, y un 20% para la aspersión.

 

Una excepción la tenemos con los emisores autocompensantes, ya que no hará falta que tengamos las precauciones descritas, tan sólo deberemos tener la precaución en los cálculos que dichos emisores trabajen en el intervalo de presiones en el cual dichos emisores actúan como autocompensantes.

 

Respecto a las pérdidas de presión, deberemos tener en cuenta que cuanto menor sea el diámetro de la tubería, mayor será la pérdida de presión por rozamiento con las paredes de la tubería. Pero por otro lado a mayor diámetro, mayor coste del material, por lo que tendremos que equilibrar estas dos cuestiones, pero siempre ha de prevalecer el criterio hidráulico sobre el económico.

 

Por otro lado y cuestión importante es la velocidad máxima que el agua puede alcanzar por el interior de las conducciones, la cual no puede superar un determinado valor. En riego de jardines lo habitual es establecer ese valor en 1’5 m/s.

 

Es fácil establecer la velocidad dentro de una conducción, puesto que esta dependerá del caudal y de la sección de la misma. En el anexo 2 podemos cotejarlas para los diámetros comerciales más habituales.

 

Además de las pérdidas de carga dentro de las conducciones (también llamadas lineales), tenemos otras pérdidas que se producen cuando el flujo de agua cambia de dirección de forma brusca, como por ejemplo en derivaciones y codos, o también en el caso de que haya impedimentos al flujo, como es el caso de la colocación de un regulador de presión.

 

Estas otras pérdidas de cargas se denominan singulares y habitualmente para simplificar cálculos, se suele considerar un 15% adicional de pérdida de carga sobre las obtenidas por las lineales.

 

Para finalizar hay que tener en cuenta la presión de entrada a los laterales y en los ramales, ya que puede influir en el intervalo de trabajo de los emisores (menos grave en los autocompensantes). Si la presión que llega a los ramales o laterales, es superior a la de trabajo de los emisores, habrá que instalar reguladores de presión a la entrada de cada uno de los sectores.

 

En el caso del riego localizado, el procedimiento es más simple cuando conocemos los valores de la denominada "longitud máxima permitida", la cual, la facilita el fabricante. Esta distancia es la máxima que puede tener un lateral para garantizar una determinada pérdida de carga desde la conexión con la terciaria. Otras veces, el dato de la pérdida de carga, se sustituye por el de variación de caudal entre los emisores.

 

La longitud máxima de los laterales, variará según la pendiente del terreno, diámetro del lateral, caudal circulante y distancia entre emisores.

 

Esto lo podemos resumir con una regla simple: cuanto menor pendiente, menor caudal circulante, mayor diámetro o mayor separación entre emisores, mayor podrá ser la longitud del lateral.

 

ESTACIÓN DE BOMBEO.

 

Si el agua procede de pozo o balsa de riego, nos veremos obligados a la instalación de un equipo de bombeo.

 

En estos casos, el diseño lo hacemos de modo inverso, ya que no tenemos en un principio las restricciones de presión y caudal, ya que las podemos regular. Así pues, partimos de un diseño previo con los sectores de riego definidos y conducciones determinadas, y a partir de estos datos, calculamos la potencia que ha de suministrar la bomba, previo cálculo del caudal a elevar por ésta y la altura manométrica total (Ht).

 

El valor teórico resultante (potencia para que el emisor más desfavorable trabaje correctamente), deberíamos mayorarlo un 20% por diversas razones:

• Presión extra para facilitar el lavado de conducciones, abriendo los extremos de los laterales.
• Potencia extra para un previsible descenso del rendimiento de la bomba por desgaste de sus componentes.
• Pérdidas de carga no contempladas en el diseño, como por ejemplo, acumulación de suciedad excesiva en filtros.

Una vez calculada la bomba necesaria, podemos valorar si es compatible económicamente con el diseño o si sectorizamos para ir a potencias menores.