Universidad de Sucre Departamento de Ingeniería Agrícola Curso1: Ingeniería de Riegos II 02-2020.

Guía de clase: Emisores para riego localizado

El riego localizado se ha definido como la técnica que mediante la aplicación de pequeños caudales, sobre la superficie o

en el interior del suelo, permite disponer agua a baja tensión, en una zona donde se desarrolla el mayor porcentaje de

raíces activas de la planta., ver imagen 1.

Imagen 1. Volumen de suelo bajo riego por goteo, agua a baja tensión. Tomado ref. 1

En: https://www.youtube.com/watch?v=8l_k_qy722U se presenta una simulación de un sistema de riego por goteo

subterráneo en operación.

De los componentes de un sistema de riego localizado, los emisores (goteros, microjet, micro-aspersores), son los

elementos más importantes, porque permiten aplicar el caudal necesario para inducir la forma y dimensiones del

volumen de suelo humedecido, a través de la interacción suelo-caudal.

Las tres características que debe reunir un emisor de un sistema de RL, son: Caudal pequeño, poco sensible a las

variaciones de presión y un orifico suficientemente grande para evitar la obstrucción. Para conseguir caudales pequeños

con mayor regulación, se requieren de orificios de descarga más pequeños, pero cuanto menor sea el orificio mayor es la

sensibilidad a obstrucciones. Estás características son antagónicas y la forma de satisfacerlas relativamente ha

conducido al diseño de diferentes tipos de emisores, ver imágenes 2.a, 2b.

Imágenes 2a, 2b. Laberinto y mecanismos de auto compensación, PC, en goteros

1 Docente: Ing. luis gómez m.

Hidráulica de emisores: la función de todos los goteros es controlar el flujo de agua desde el lado interno y presurizado

de la tubería hasta y descargarla fuera de la tubería a presión atmosférica. El objetivo es lograr que este flujo de salida

sea uniforme para todas las plantas en el campo, independientemente de su ubicación o las condiciones del terreno.

Al seguir el sentido del flujo que circula por el interior de la tubería, vemos una rejilla o filtro por donde entra el agua en

dirección hacia el laberinto: un canal con circunvoluciones cuya finalidad es reducir la presión del agua . Aquí sucede la

pérdida de presión - que dependerá de la geometría de su sección y de su longitud-. Finalmente el agua sale hacia el

exterior en forma de gota a gota por el orificio de salida, pudiendo existir más de un orificio, ver imagen 3.

Imagen 3. Partes de un gotero: Filtro-Laberinto-Camara-Orificio de descarga. Aquatraxx-Toro-Ag Irrigations

En https://www.youtube.com/watch?v=xUn9L4SZQpk y https://www.youtube.com/watch?v=xcjCKBaADdw, pueden

observarse las partes de un emisor tipo gotero y el recorrido del flujo a través del filtro, el laberinto y la cámara de

descarga.

Ecuación del emisor: si consideramos la función de Darcy-Weisbach, para las pérdidas de energía hidráulica de un flujo

en una tubería rectilínea de diámetro constante, es

𝐻𝐿 = 𝑃 − 𝑃𝑒 = 𝑃 = 𝑓𝐿

𝐷

𝑉2

2𝑔=

16𝑓

2𝑔

𝐿

𝐷5

𝑄2

𝜋2 , se deduce que 𝑄 = √2𝑔𝐷5𝜋2

16𝑓𝐿𝑃

1

2 = 𝐶𝑃1

2

En el caso de los goteros, por la geometría del laberinto, se genera un incremento en la turbulencia haciendo que la

función anterior adopte la forma

𝑄 = √2𝑔𝐷5𝜋2

16𝑓𝐿𝑒

𝑃𝑥 = 𝑘𝑃𝑥

donde, 𝑄: es el caudal de descarga del gotero, en lph (litros/hora), 𝑘 es el coeficiente de descarga, 𝑃 es la presión que

tiene el flujo al interior del emisor, expresada en m.c.a, y 𝑥 es el exponente de descarga del emisor. Este exponente de

descarga (𝑥) expresa la sensibilidad2 de los emisores a las variaciones de presión. Cuando su valor se aproxima

a 1 significa que el caudal del gotero varía mucho con los cambios de presión, y si el valor se aproxima a cero, 0,

significa que el caudal varía muy poco con las variaciones de presión, en cuyo caso el emisor es autocompensante.

Interesa, por tanto, que el exponente de descarga sea en todo caso bajo o próximo a cero. Valores típicos de este

exponente en goteros y micro-aspersores son los siguientes: Emisores con micro-tubo, x: 0.56 – 0.81, Emisores de

orificio 𝑥: 0.38 − 0.56, Emisores de laberinto, 𝑥: 0.50, Emisores tipo Vortex 𝑥: 0.40, Emisores autocompensantes,

𝑥: 0.01 − 0.30, y Emisores tipo microjet y micro-aspersores, 𝑥 ≈ 0.50, en las imágenes 3a, y 3b se muestran las

gráficas 𝑄 − 𝑃, para emisores sin y con auto compensación.

2 La sensibilidad del caudal a las variaciones de presión está relacionada con el régimen de flujo en el emisor, siendo los

que trabajan en régimen laminar más sensibles que los que lo hacen en régimen turbulento y éstos últimos más que los autocompensados.

Imágenes 3a, 3b. Curvas de goteros con flujo turbulento, sin y con mecanismo PC

En los goteros PC, la deformación de un diafragma por presión diferencial constante, permite que el caudal de descarga

sea relativamente constante, en un amplio rango de presiones. En: https://www.youtube.com/watch?v=5nh617OWZqg se

muestra el funcionamiento de goteros con mecanismo de compensación de presión.

Se deduce que a efectos de la incidencia de la presión sobre el caudal, el régimen ideal de funcionamiento de un emisor

es el totalmente turbulento, pues para régimen laminar 𝑄 = 𝑘𝑃1 , mientras que para régimen turbulento 𝑄 = 𝑘𝑃0.5.

Esto significa que en el primer caso, una variación del caudal del 10% corresponde a una variación de presión de 10%,

mientras que en el segundo caso, a una variación de presión de caudal de 10% corresponde una variación de presión

del 20%.

Tipo de emisores para riego localizado: Goteros: emisores que aplican el agua gota a gota, con caudales 0.26 lph – 40

lph. Se disponen en interlinea, sobre la línea, integrado, y pueden ser desmontables y/o autocompensado. Imagen 1,

línea de goteo integral, el gotero viene colocado en el interior de la manguera.

Imagen 4. Cinta de riego Aquatraxx, contiene goteros planos incorporados

Micro aspersores: son emisores que asperjan el agua con distancias cercanas a 5.5 m., caudales de 30 - 350 lph., con

presiones de operación entre 10-30 m.c.a. Si la boquilla de descarga es fija se denomina difusor. Imagenes 5a., 5b,

micro-aspersor rotativo y micro aspersor tipo difusor.

Imágenes 5a, 5b microaspersor y microdifusor TurboJet PC

Micro Jet: Emisores que asperjan el agua con caudales entre 27 lph y 160 lph., radio de mojado entre: 1 – 2 m., con

presiones: 10-30 m.c.a. Ejemplos: Micro-Jet, autocompensado de NaanDanJain, y AgriJet de Agrifim.

Imagen 6. Emisor tipo MicroJet, para el riego de arbustos

Nebulizadores: Emisores que descargan un flujo de gotas de agua de diámetro: 55 micrones, con caudales no mayores a

30 lph y presiones 20-40 m.c.a., imagen 7

Imagen 7. Emisores tipo nebulizador, para el riego y control de clima en invernaderos

Selección de Emisores: la selección de los emisores en riego localizado es el proceso de mayor relevancia para que el

sistema de riego sea correctamente diseñado y operado ya que condiciona el sistema de distribución, filtraje y de

potencia. Es indispensable el conocimiento de las características técnico-económicas del emisor como el caudal, presión

de operación, relación caudal-descarga, uniformidad de aplicación del agua, durabilidad, susceptibilidad al taponamiento,

facilidad de reposición y costos.

Segun Karmeli et al. (1985) el emisor seleccionado debe ser el de costo medio, además debe ser de buena calidad y

durable en el tiempo. La tendencia a seleccionar emisores con el menor costo incurre a menudo en un error por la mala

calidad y la poca durabilidad de los goteros. En un sistema de riego por goteo, un porcentaje importante de la inversión

inicial corresponde a las tuberías laterales y los emisores.

Los factores que intervienen en la selección de emisores son técnicos y económicos. Los aspectos técnicos que deben

considerarse son: porcentaje de suelo humedecido, número de emisores por planta, coeficiente de variación por

fabricación, Cv3, y topografía del terreno, los aspectos económicos son el caudal y la presión de operación del emisor;

la presión de operación de los emisores es el factor más importante a considerar en la selección, ya que valores más

bajos de presión de operación conducen a menores valores de costo total operativo. Los emisores autocompesados

presentan valores de costo mayores, para un rango de presión similar.

Las características básicas que debe cumplir un buen gotero son:

1. Caudales bajos (de 2 a 40 1./h.) que no varíen grandemente por pequeñas diferencias en presión. 2. Diámetros de sección de paso de agua relativamente grandes para evitar problemas de obturación. 3. Ser compactos y no demasiado costosos. 4. Elevada uniformidad de fabricación. En muchos casos se deben exigir características especiales; por ejemplo, autocompensantes o mangueras de goteo,

multisalida, etc. En cuanto a caudales pueden aplicarse los siguientes criterios: Los caudales de 2 lph., deben reservarse

para densidades altas de goteros (cultivos hortícolas) o cuando el suelo es muy arcilloso. En cultivos más espaciados es

recomendable usar caudales de 8 lph. ó mayores. Como norma general deben preferirse caudales tanto más altos,

cuanto más arenoso sea el suelo a regar.

La valoración de los siguientes aspectos puede servir de guía cuantitativa y complementaria, para la selección de

emisores.

1. Sistema de cultivo: Hortícolas: mangueras integrales de goteo, árboles: goteros sobre la línea ó micro aspersores.

2. Sensibilidad a la variación de 𝑄: exponente 𝑥 el menor posible.

3. Comercialización: distribuidores en Colombia

4. Mantenimiento: preferiblemente desmontable.

5. Costo: el menor por metro lineal

6. Instalación: preferiblemente integrado en la manguera.

7. Potencia unitaria del emisor,𝑃𝑜𝑡 = 9.8𝑄𝑃: menor requerimiento de potencia hidráulica.

8. Sensibilidad al taponamiento: menor requerimiento de filtrado, menor No. Mesh.

9. Durabilidad sobre manguera: mayor espesor de la manguera, (manguera integral ó cintas de riego).

10. Coeficiente de variación por fabricación, 03 < 𝐶𝑣 < 0.05

11. Mecanismo anti-drenante: membrana anti sifón.

La buena elección de un gotero debe conseguir que sus ventajas sean muy superiores a sus desventajas y que

analizando la inversión inicial, los costos de mantenimiento y amortización se llegue a la instalación que más favorezca el

horizonte financiero del proyecto.

3 Cv: coeficiente de variación por fabricación, toma valores entre 0.03 – 0.05, en emisores que cumplen Normas ISO

Ejemplo: seleccione el emisor adecuado para un vivero de palma aceitera, con una superficie de 10 hás., en el que las

plantas se encuentran sembradas en bolsas, dispuestas formando un triángulo equilátero de 75 cm. de lado, ver figura 4,

y la fuente de agua es el canal secundario de riego CS-2, del distrito de riego María La Baja, en el departamento de

Bolívar.

Imagen 8. Plantas de palma aceitera en vivero

ANALISIS DE ALTERNATIVAS: seleccionamos con base en experiencias reportadas, los aspectos sugueridos y la

información técnica contenida en los catálogos comerciales.

1. Modelo A: Toro Ag-Irrigations: Gotero tipo botón, modelo Turbo SC-Plus, DPJ04-A Q:3.79 lph., P: 25 psi.

2. Modelo B:Toro Ag. Manguera D-16 mm., con goteros integrados Blueline PC, Q: 4 lph., H: 25.2 psi., Se: 30 pulg.

3.. Modelo C: NaanDanJain, gotero tipo botón, J-Turbo KeyPlus, Q: 4 lph., P: 14.7 psi. = 10 m.c.a., Se: 0.75 m., sobre

manguera PR D-16 mm.

Recomendaciones: Modelo C para laterales cortos, Modelo A para laterales largos. La implementación puede ser como

se muestra en la imagen 2. Si se adiciona a cada gotero un conector de 2-salidas, manguera PR D-4mm y una estaca de

laberinto, un emisor aplicará 2 lph/planta, por lo que se tendría una línea lateral por dos hileras de plantas. Ver figuras

2a, y 2b.

Imagen 9a. Disposición de emisores sobre la manguera PR - D-16 mm.

Imagen 9b. Extensión de emisor con manguera D-4mm y estaca de laberinto, Q:2 lph.

Actividades para el estudiante: 1.Determine el coeficiente 𝑘 y el exponente 𝑥 del gotero presentado en el siguiente link:

http://naandanjain.com/products/tal-drip/?lang=es Sugerencia: 𝑥 =ln (

𝑄1

𝑄2)

ln (𝑃1

𝑃2) y 𝑘 =

𝑄1

𝑃1𝑥. Los valores de 𝑄 y 𝑃 se toman de

la hoja técnica dada por el fabricante. 2. En la región de Sabanas del dpto. de Sucre se desarrollará un sistema agrícola, utilizando agua proveniente de un embalse de uso agrícola, en el cual se cultivará inicialmente maiz y después ají pimentón. Selecione el emisor más adecuado para riego por goteo. Sugerencia: Compare productos de Netafim y NaanDanJain, link’s: http://naandanjain.com/products_cat/es_drip/?lang=es https://www.netafim.com.mx/products-and-solutions/product-offering/drip-irrigation-products/ Referencias bibliográficas consultadas 1. Drip Irrigations Netafim: https://www.youtube.com/watch?v=JxiBVQBHgPU 2. Aceites Manuelita S.A. Eduardo Castillo. Drip irrigation experiences in oil palm nurseries in the Eastern Plains of Colombia. Vol. 31 No. Especial, Tomo I, 2010. Revista Palmas. 3. Riego por goteo Teoría y Práctica. José A. Medina San Juan. Edición 4ta, 2000. Ediciones Mundi-Prensa. 4. Catálogo de productos para Micro-Irrigación Toro Ag-Irrigatións 2016. 5. Catálogo de productos NaanDanJain-2018 6. http://es.naandanjain.com/uploads/catalogerfiles/000Spanish/Crop%20Applications/NDJ_OilPlam_booklet_span_100314F_72.pdf 7. https://www.youtube.com/watch?v=FWRl-g5g06Y 8. https://www.youtube.com/watch?v=NxV6pM_utBs 9. Curso: http://ecoursesonline.iasri.res.in/mod/page/view.php?id=196