diseño hidraulico - ing
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Ministerio de Agricultura
Ing. Pedro Chucya Ccahua
I N T R O D U C C I O N El diseño hidráulico contempla el dimensionamiento de toda la red de tuberías,
para lo cual se calculan las perdidas de carga de las diferentes combinaciones de diámetros y longitudes de tuberías, manteniendo una tolerancia de presiones en la subunidad y calculándose un requerimiento total de presiones (ADT)
La exposición se ha dividido en dos partes :
1.- Expone sobre la uniformidad del riego y sus aplicaciones en la:
- Evaluación de instalaciones.- aquí se indicara los procedimientos a seguir para determinar el CU de una instalación esistente
- Diseño de instalaciones.- aquí se impondrá un CU para determinar las tolerancias de presiones que se utilizaran, para calcular los diámetros y longitudes del lateral y portalateral de una subunidad..
2.- Expone sobre los procedimientos para calcular la altura dinámica total (ADT),
necesaria para la operación del sistema de riego que se esta diseñando.
COMPONENTECOMPONENTESS
Diseño Diseño AgronómicoAgronómico
Diseño Diseño HidráulicoHidráulico
Diseño del Diseño del cabezalcabezal
• Lamina de riego
• Unidades de riego
• Tiempo de riego
• Descarga del emisor
• Numero de emisores
• Caudal del sistema
•Tolerancia de presiones
•Diámetro de tuberías: laterales, porta laterales y conducción.
• Longitud de tuberías: laterales, porta laterales y conducción.
•Altura Dinámica Total
•Calidad de agua.
• Selección de filtros.
• Selección de inyector fertilizantes
•Perdidas en cabezal
DISEÑO DE RIEGO POR GOTEODISEÑO DE RIEGO POR GOTEO
Diseño Agronómico
U-1
2 Ha
U-2
2 Ha
U-4
2 Ha
U-5
2 Ha
U-3
2 Ha
U-6
2 Ha
U-7
2 Ha
Pp = 3.33 mm/día
TR = 1.8 horas / und
TR-total = 12.6 horas / día
# Unidades = 7 unid
Área Und = 2 Has
Área Total = 14. Has
Lamina R. = 6 mm/día
Caudal = 18.53 Lit/seg
Q
14 Has
TuberíaSecundaria
Cabezal deRiego
TuberíaTerciaria
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrimaria
Subunidadde riego
lateralescon emisores
Unidadde riego
DISEÑO HIDRAULICO
70 mt.Ø16mm
60 m
t.Ø
63m
m
160
mt.
Ø 9
0mm
140 mt. Ø 75mm
ADT = 28 mt
UNIFORMIDAD
DEL RIEGO
UNIFORMIDAD DE RIEGO
La uniformidad del riego, es un parámetro que se mide con el coeficiente de uniformidad CU y nos indica el grado de uniformidad con que aplican agua los goteros. En los sistemas de goteo, este parámetro se define como:
CU = Q25% / Qa Q25%= Caudal promedio del 25% de emisores con caudal mas bajoQa = Caudal promedio de todos los emisores
Este parámetro de uniformidad de los emisores se usa para : Evaluar una instalación existente.- en este caso se determina, con que CU
esta trabajando una instalación, para aplicar correctivos Para diseñar una instalación nueva.- en este caso se impone un CU deseado
para la instalación que se esta diseñando. En riego por goteo este coeficiente impuesto suele ser de CU=0.90 y se utiliza en : - Diseño Agronómico: Para el calculo de lamina de riego Nt = Nn/((1-k)*CU) este coeficiente mayora las necesidades de agua , para garantizar mas agua
para el 25% de emisores que recibe menos agua - Diseño Hidráulico: Para calcular la tolerancia de presiones dentro de una
subunidad, lo cual determinara las longitudes y diámetros de los laterales y portalaterales a utilizar en el diseño de la subunidad de riego.
ql : Caudal Inicial de un Laterall: Longitud de un lateral
Q: Caudal inicial de la terciariaL: Longitud de la terciaria
Se: Espaciamiento entre emisoresSl: Espaciamiento entre laterales
hm - hn < HlHm - Hn < Ht
Laterales con Emisores
Regulador de Presión
TuberíaSecundaria
TuberíaTerciaria
Hm Ha=hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qaSe
qlSlQ
VARIACION DE PRESIONES Y CAUDALES EN EN LA SUBUNIDAD
EVALUACION DE INSTALACIONESDeterminación del CU
Tiene por objeto conocer la eficacia del sistema de riego instalado, sin considerar
la evaluación de los otros parámetros agronómicos como , frecuencia, dosis, tiempo de riego etc.
Este parametro se define
CU = q25% / qa
se recomienda tomar 16 puntos de la subunidad a evaluar
q25% = Caudal promedio de los 4 goteros
de mas bajo caudal
qa = Caudal promedio de los 16
goteros evaluados
EVALUACION DE INSTALACIONESDeterminación del CU
EJEMPLO Evaluación de instalaciones
se aforo los siguientes caudales en Lit/H
qa = 1.15 Lit / Hora q25= 1.04 Lit / Hora CU = 1.04 / 1.15 =0.904
L-1 L-2 L-2 L-4
G-1 1.20 1.20 1.20 1.20
G-2 1.20 1.08 1.20 1.20
G-3 1.00 1.20 1.08 1.00
G-4 1.08 1.08 1.20 1.20
CLASIFICA %
Exelente 100-95
Bueno 95-85
Regular 80-75
Pobre 70-65
Inaceptable < 60
Fuente: ASAE
DISEÑO DE INSTALACIONESCU
CU.-En este caso se impone un CU deseado (90% 85%) para la instalación que se esta diseñando y su valor es producto de factores constructivos e hidráulicos
CU = CUc * CUh
CUc : coeficiente de uniformidad constructivo CUh : coeficiente de uniformidad hidráulico
CUc .- Es el que mide la variación de caudales al aplicar igual presión a distintos emisores de un mismo lote o modelo, es decir variaciones por causas de fabricación. Uno de los modelo probabilísticas que mas se ajusta a la distribución de caudales, es la distribución NORMAL, esta curva presenta propiedades bien conocidas como:
q25 =(1 - 1.27cv)qa ………….(1) CU= q25 / qa ………….(2) definición CUc = (1-1.27cv) --------------(1) en (2)
Cuando (e) emisores por planta es superior a uno se castiga por √e
CUc = (1-1.27cv / √e ) cv = coeficiente de variabilidad gotero (dato catalogo) e = numero de emisores por planta
DISEÑO DE INSTALACIONES distribución normal para CUc
CUh Expresa la variación de caudales en los emisores debido a la diferencia de presiones, que a su vez depende de los desniveles topográficos y perdidas de carga en la red de riego. El CUh se define como
CUh = qns / qa
FINALMENTE CU = CUc * CUh = (1- (1.27cv / √ e)) * qns /qa
EJEMPLO: CU = 0.90 : valor impuesto en goteo usamos 0.90cv = 0.05 : coeficiente de variación del emisor utilizado (catalogo)e = 5 : numero de emisores por plantaqa = 2.3 L/hr : es caudal promedio o nominal del gotero qns = ¿? :Caudal del gotero mas bajo
==> CU = (1- (1.27cv / √e)) * qns /qa 0.9 = (1-(1.27*0.05 / √5) ) * qns / 2.3
qns =2.13 L/hr CUc = (1-(1.27 * 0.05 / 5^0.5) ) = 0.97 CUh = 2.13 / 2.3 = 0.93
DISEÑO DE INSTALACIONESCU
TOLERANCIA DE PRESIONESΔH PERMISIBLE
Es la máxima variación de presiones permisible dentro de una subunidad de riego, para que los emisores se encuentren trabajando con una uniformidad del 90%
ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns)
Delta H : máxima variación de presiones permisibleha : presión del gotero con caudal nominal (qa)hns : presión del gotero con caudal mas bajo (qn)
EJEMPLO:q = 0.58 h ^ 0.59 ………se conoce la curva del gotero (catalogo)qa = 2.3 ………se conoce, es el caudal nominal de diseñoqns= 2.13 ……… se calcula con la condicion impuesta del 90% de
CU
Con la ecuacion del gotero , qa y qns se determina ha y hns
2.3 = 0.58*ha^0.59 => ha = 10.31 mt.2.13 = 0.58*hns^0.59 => hns = 9,36 mt
===> ΔH PERMISIBLE = 2.5 * (ha –hns) = 2.5 (10.31-9.36) = 2.37 mt.
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
El diseño de la subunidad de riego contempla dimensionar las longitudes y diámetros de la tubería Porta laterales y laterales de riego así como los caudales de estas tuberías, todo esto manteniendo un régimen de presiones.
inicialmente el diseño se inicia por tanteo, ya que los calculos pueden dar resultados no satisfactorios que obliguen a modificar la distribución en planta o los diámetros de las tuberia
hfLateral + dLateral + hfPortalateral + dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
Hf - LATERAL
Hf - PORTALATERAL
OTRA FORMA
hm - hn < HlHm - Hn < Ht
Regulador de Presión
TuberíaSecundaria
HmHa=hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD hfLateral + dLateral + hfPortalateral dPortalateral < ΔH PERMISIBLE
ΔHl + ΔHt = ΔHPERMISIBLE
hs
DISEÑO DE LA SUBUNIDAD
Laterales y Portalaterales
DETERMINACION
ADT
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT)
Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías mas los desniveles a favor o en contra y las perdidas estimadas en el cabezal
ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2
hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseño
hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta lateral
d/2 = Es el desnivel en el lateral
TuberíaSecundaria
Cabezal Riego
TuberíaPortalateral
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrincipal
Subunidadde riego
laterales Unidadde riego
DETERMINACION DEL ADTADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL
TuberíaPortalateral
Arco deRiego
CABEZAL DE RIEGOUF - Tanque
CABEZAL DE RIEGOUF - Electro bomba
CABEZAL DE RIEGOUF - Venturi
TUBERÍA PRINCIPAL y SECUNDARIA
ARCOS O HIDRANTES DE RIEGO
PORTALATERALES y LATERALES
hfLateral+dLateral+hfPortalatera+dPortalateral < ΔHPERMISIBLE
HmHa = hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DETERMINACION ADT
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
cabezal
De Riego Arco
Portalateral
PortalateralTubería
Secundaria
TuberíaPrincipal
Condición de Subunidad
PERDIDAS EN TUBERIASTubería salidas múltiples y Tubería ciega
a) Hf LATERALES
b) Hf PORTALATERALES
c) Hf SECUNDARIA
d) Hf PRINCIPAL
Perdidas en PRINCIPAL Y SECUNDARIA
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87
EJEMPLO: Caudal de Conducción 6.39 L / s
Long, Conducción 120 mt
C 150
Diámetro interno 84.1 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12) * (( 6.39 /150)^1.8552)*84.1^-4.87
J (m/100m) = 1.47
Hf = 1.47 * 120 /100
Hf = 1.76 mt
Perdidas en PORTALATERAL
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87
2.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas
Hf = J * F * L /100 F : factor de corrección de Christiansen
EL FACTOR
DE CORRECCION
DE CHRISTIANSEN
DATOS: Caudal de Lateral 0.1065 L / sEsp. laterales 1 mt
Long, Porta lateral 60 mtCaudal Porta lateral 6.39 L / sC 150Diámetro interno 69.3 mm
1.- Perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * (( 6.39 / 150)^1.8552)*69.3^-4.87J (m/100m) = 3.74
2.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples
Hf = 3.74 * 0.36 * 60 /100 Hf = 0.80 mt
EJEMPLOPerdidas en PORTALATERAL
Perdidas en LATERAL
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMS
J (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((Q/C)^1.8552)*D^-4.87
Q : Caudal total del lateral en Lit/seg
C: Coeficiente de Hazen y Williams
D: Diámetro de tubería en milímetros
2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se
J`(m/100m) = J * (se+fe) / se
se : separación entre emisores en metros
fe : longitud equivalente en metros
3.- Se castiga por un factor F, que es función de las múltiples salidas
Hf = J` * F * L /100
DATOS: Caudal de gotero 2.3 L/hrEsp. Goteros 0.3 mt
Long, Lateral 50 mtCaudal de lateral 0.1065C 130Diámetro interno 14 mm
1.- perdida de carga HAZEN Y WILLIAMSJ (m/100m) = (1.21*10^12 ) * ((0.1065 / 130)^1.8552)*14^-4.87J (m/100m) = 5.95
2.- Se castiga las perdidas por inserción de goteros con el factor (se+fe)/se J`(m/100m)= 5.95 * (0.3+0.1) / 0.3 J`(m/100m)= 7.94
3.- Se castiga por un factor F , que es función del numero de salidas múltiples
Hf = 7.94 * 0.36 * 50 /100 Hf = 1.43 mt
EJEMPLOPerdidas en LATERAL
DETERMINACION DE LA ALTURA DINAMICA TOTAL (ADT)
Es la energía total necesaria para que funcione el sistema de goteo y se calcula sumando todas las perdidas en los diferentes tramos de tuberías y las perdidas en cabezal
ADT = Hm + HfARCO + HfCONDUCCION + HfCABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2
hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = Es la presión necesaria a la entrada de la subunidadha = Es la presión nominal del gotero de diseño
hm = Es la presión a la entrada del lateral del gotero de diseñoD/2 = Es el desnivel en el porta lateral
d/2 = Es el desnivel en el lateral
Hm - hns < H permisible
De Riego Arco
TuberíaSecundaria
HmHa = hm
Hn
hns
qns
qn
ha
qa
DETERMINACION ADT
Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
ADT=Hm+HfARCO+HfCONDUCCION+HfCABEZAL
cabezal
TuberíaSecundaria
Cabezal deRiego
TuberíaTerciaria
Presión
Control deunidad de riego
TuberíaPrimaria
Subunidadde riego
lateralescon emisores
Unidadde riego
EJEMPLO DE CALCULO DE ADT
50
60
Delta H permisible = 2.37 mt.Perdida Lateral Hf = 1.43 mt Pedida portallateral Hf = 0.80 mtTotal perdida subunidad =2.23 mt
2.23 < 2.37 ……OK
ADT=Hm + Hf ARCOS + Hf CONDUCCION + Hf CABEZAL Hm = hm + 0.73hf PORTALATERAL + D/2hm = ha + 0.73hf LATERAL + d/2
Hm = 11.04+0.73*0.80+0=11.62hm = 10+0.73*1.43+0 =11.04ha = 10D/2 = 0d/2 = 0Perdida en conduccion =3.0ADT=11.62 + 1.5 + 3.0 + 5 = 20 mt
EJERCICIOS
Ejercicio 01
Ejercicio 01
Ejercicio 01
Ejercicio 02
Ejercicio 02
Ejercicio 02
GRACIAS
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