Diseño de un sistema de riego parcelario para el sistema de riego Pastora Alomia, en el Cantón Montufar, parroquia La Paz, Provincia del Carchi

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UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK

FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES

Trabajo de Fin de Carrera previo a la obtención del Título de Ingeniero Ambiental

“Diseño de un sistema de riego parcelario para el sistema de riego Pastora Alomia,

en el Cantón Montufar, parroquia La Paz, Provincia del Carchi.”

Realizado por:

Marco Andrés Mena Zapata

Director del proyecto:

Ing. Alonso Moreta

Como requisito para la obtención del título de:

INGENIERO AMBIENTAL

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DECLARACIÓN JURAMENTADA

Yo, MARCO ANDRES MENA ZAPATA, con cédula de identidad # 1719702639, declaro bajo juramento que el trabajo aquí desarrollado es de mi autoría, que no ha sido previamente presentado para ningún grado a calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración, cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la UNIVERSIDAD IN TERNACIONAL SEK, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

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DECLARATORIA

El presente trabajo de investigación titulado:

“DISENO DE UN SISTEM A DE RIEGO PARCELARIO PAR A EL SISTEM A DE

RIEGO PASTORA ALOMIA, EN EL CANTON MONTUFAR, PARROQUIA LA

PAZ, PROVINCIA DEL CARCHI.””

Realizado por:

M ARCO ANDRES MENA ZAPAT A

Como Requisito para la Obtención del Título de:

INGENIERO AMBIENT AL

Ha sido dirigido por el profesor

ING. ALONSO MORET A

Quien considera que constituye un trabajo original de su autor

Ing. Alonso Moreta

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DECLARATORIA PROFESORES INFORMANTES

Los Profesores Informantes:

KATTY CORAL

LAURA HUACHI

Después de revisar el trabajo presentado

Lo han calificado como apto para su defensa oral ante

el Tribunal Examinador.

Ing. Katty Coral Ing. Laura Huachi

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DEDICATORIA

Con todo mi cariño y mi amor para las personas que hicieron todo lo imposible en la vida para que yo pudiera lograr mis sueños, por motivarme y darme la mano cuando sentía que el camino se terminaba, a ustedes por siempre mi corazón, respeto y admiración

Papá, Mama y Hermanos

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AGRADECIMIENTO

El presente trabajo de proyecto de fin de carrera, me gustaría agradecer primero a Dios por bendecirme para poder llegar a culminarlo, al apoyo incondicional de mi familia que siempre estuvieron y estarán en las buenas y en las malas.

A la UNIVERSIDAD INTERNACIONAL SEK, por darme la oportunidad de estudiar y llegar a ser un profesional con bases de conocimientos técnicos y morales.

A mis queridos profesores, en especial a mi padre que a más de ser un excelente guía de vida, tuve la oportunidad de aprender un poquito de su gran conocimiento en el aula de clases y fue el pilar fundamental para que este proyecto culmine con éxito.

A mi director de tesis, Ing. Alonso Moreta por su esfuerzo y dedicación para poder culminar esta etapa de estudios.

De igual manera agradecer a la decana de la facultad de Ciencias Ambientales Ing. Katty Coral, por su paciencia, sus consejos y sobre todo su amistad.

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Muchas gracias.

ÍNDICE

CAPITULO I. INTRODUCCION... 1

1.1. Antecedentes...3

1.2. Estado actual de la Acequia Pastora Alomia. ...5

1.3. Definición del problema. ...6

1.4. Justificación del Proyecto...8

1.5. Objetivo General ...9

1.6. Objetivo Especifico ...9

CAPITULO II. MARCO TEORICO ... 10

2.1. Agua y Riego, Generalidades. ...10

2.2. Relaciones Suelo-Agua...11

2.3. Potencial Hídrico del suelo...11

2.3.1. Componentes del potencial hídrico del suelo...12

2.3.2. Medidas del potencial Matrico. ...13

2.4. Riego. ...14

2.4.1. Esquema de cálculo para riegos convencionales, cálculo agronómico ...15

2.4.2. Elección del método de riego. ...16

2.4.3. El riego por aspersión. ...17

2.4.3.1. Clasificación de los sistemas de riego por aspersión. ...19

2.4.3.1.2 Sistemas Mecanizados. ...21

2.4.4. Componentes de un sistema de Riego por Aspersión...23

2.4.4.1. Tuberías. ...23

2.4.4.2. Ramales de Riego...23

2.4.4.3. Dispositivos de aspersión o emisores. ...23

2.4.4.4. Equipos de bombeo. ...23

2.4.4.5. Tuberías. ...29

2.4.4.6. Dispositivos de conexión, aspersión o emisores. ...30

2.5. Diseño y manejo de riego ...34

2.5.1. Diseño Agronómico. ...34

2.5.1.1. Necesidades hídricas de los cultivos. ...35

2.5.1.2. Necesidades Netas de riego...37

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2.5.1.4. Cálculo de las necesidades de agua de los cultivos...39

2.5.1.4.1. Método de la cubeta evaporimétrica. ...41

2.5.1.5. Eficiencia de Aplicación (Nt) ...43

2.5.1.6. Coeficiente de cultivo (Kc). ...43

2.5.1.7. Necesidades Totales de Riego ...45

2.5.1.7.1. Dosis de riego e intervalo entre riegos. ...46

2.5.2. Diseño Hidráulico. ...47

2.5.2.1. Cálculo de laterales y porta laterales ...48

2.5.2.2. Cálculo de la Tubería principal y de conducción...53

2.5.2.3. Cálculo de Pérdida de Carga Localizada en Tuberías. ...55

2.5.2.4. Determinación de los requerimientos de impulsión...58

2.5.3. Software EPANET. ...59

2.5.4. Software CROPWAT...60

2.5.5. Software RG2008. ...61

CAPITULO III. METODOLOGIA. ... 62

3.1. Recolección de datos ...65

3.2. Diseño agronómico. ...67

3.3. Diseño Hidráulico. ...69

4.6.2.5. Presión mínima de trabajo ...78

CAPITULO IV. RESULTADOS... 80

4.1. Fase de Recolección de Datos...80

4.1.1. Mapa topográfico del área del sistema de riego Pastora Alomia. ...80

4.1.2. Climatología de la Estación M103 San Gabriel. ...83

4.1.3. Recurso Agua. ...84

4.1.4. Recurso Suelo. ...88

4.1.5. Uso del Suelo. ...92

4.1.5.1. Padrón de Usuarios y Catastro. ...92

4.1.5.2. Patrón de cultivos. ...94

4.1.5.3. Calendario de Riegos...96

4.2. Cálculos para el Diseño Agronómico. ...98

4.2.1. Cálculo Agronómico del cultivo de papa a secano. ...102

4.3. Cálculos y programas de riego de los cultivos tradicionales del Sistema Pastora Alomia con un intervalo de riego cada 10 días. ...107

4.4. Cálculo para el Diseño Hidráulico...113

(9)

4.6. Cálculo de redes principales y secundarias de cada módulo...126

4.7. Resumen de materiales y costos por cada modulo...151

CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMNEDACIONES ... 158

CAPITULO VI. ANEXOS ... 162

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INDICE DE FORMULAS

Fórmula 1. Cálculo de boquillas... 31

Fórmula 2. Necesidades netas del riego... 38

Fórmula 3. Necesidades del cultivo ... 40

Fórmula 4. Cálculo de evaporación mediante método evaporimétrica... 42

Fórmula 5. Eficiencia de Aplicación... 43

Fórmula 6. Necesidades Totales de Riego ... 45

Fórmula 7. Dosis de riego e intervalo entre riegos. ... 46

Fórmula 8. Dosis Total ... 47

Fórmula 9. Reservas disponibles de agua. ... 47

Fórmula 10. Cálculo de laterales de riego ... 48

Fórmula 11. Dimensionamiento de Tuberías Hazen-Williams... 51

Fórmula 12. Pérdida por cada accesorio ... 57

Fórmula 12. Pérdidas totales en tuberías y accesorios ... 58

Formula13. Potencia Grupo-Moto-bomba ... 59

Fórmula 14. Cálculo para la evapotranspiración de los cultivos ... 101

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ÍNDICE DE DIAGRAMAS.

Diagrama 2. Interpretación Grafica del Aforo de la acequia Principal... 85

Diagrama 3. Porcentaje de permanencia del patrón de cultivos del Sistema Pastora ... 95

Diagrama 4. Funcionamiento dinámico del Módulo 1 ... 127

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Valores de eficiencia según el equipo de riego... 17

Tabla 2. Coeficiente de cultivo (Kc) del Patrón de cultivos del Sistema Pastora……….58

Tabla 3. Valores de F para salidas constantes (Hazen Williams) ... 52

Tabla 4. Coeficientes de Hazen Williams. (CHW) ... 53

Tabla 5. Valores aproximados de K (perdidas locales) ... 56

Tabla 6. Estimación de pérdidas de carga en el cabezal ... 77

Tabla 7. Datos Sistematizados de la Estación San Gabriel... 83

Tabla 8. Aforo de la acequia Pastora Alomia ... 84

Tabla 9. Análisis Fisico-Quimico del agua del Sistema Pastora Alomia ... 87

Tabla 10. Resumen del Análisis de Muestras de suelo Parroquia La Paz. ... 89

Tabla 11. Análisis de la densidad aparente del suelo del sistema Pastora Alomia ... 90

Tabla 12. Relación textura y permeabilidad. ... 91

Tabla 14. Patrón de Cultivos del Sistema Pastora Alomia ... 95

Tabla 15. Resumen de Condiciones Retención de Agua en suelo y Consumo... 107

Tabla 16. Detalle con los cálculos realizados ... 113

Tabla 17. Cuadro División Modular del Sistema Pastora Alomia ... 119

Tabla 18. Cálculo de reservorios Modulares... 120

Tabla 19. Calendario de llenado de reservorios Modulares. ... 121

Tabla 20. Selección de Aspersor ... 123

Tabla 21. Resumen del funcionamiento del rociador. ... 126

Tabla 22. Costos de instalación para el módulo 1 ... 151

Tabla 24. Costo de instalación para el módulo 3 ... 152

Tabla 26. Costos de instalación para el módulo 5. ... 153

Tabla 27. Costos de instalación para el módulo 6. ... 154

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ÍNDICE DE MAPAS. Mapa1. Mapa Topográfico del Sistema de Riego Pastora Alomia ... 82

Mapa 2. Módulos de Riego ... 118

Mapa 3. Sistema de Riego correspondiente al módulo 1... 128

Mapa 6 Sistema de Riego correspondiente al módulo 4. ... 134

Mapa 8. Sistema de Riego correspondiente al Módulo 6... 138

Mapa 10. Sistema de Riego correspondiente al módulo 8. ... 142

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ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS.

Fotografía 1. Aforo del caudal instantáneo en el canal Pastora Alomia ... 85

Fotografia2. Ubicación de toma de muestras ... 88

Fotografía 3. Vista Panorámica del sistema Pastora Alomia ... 95

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ÍNDICE DE ANEXOS.

Anexo 1. Mapa Topográfico de la Parroquia La Paz... 162

Anexo2. Datos Meteorológicos de la Estación San Gabriel ... 163

Anexo3: Análisis físico Químico del agua ... 173

Anexo 4. Análisis de suelos ... 174

Anexo 5. Cálculo y programa de riego del cultivo de papa. ... 180

Anexo 6. Cálculo y programa de riego del cultivo de maíz... 183

Anexo 7. Cálculo y programa de riego del cultivo de cebolla. ... 185

Anexo 8. Cálculo y programa de riego del cultivo de alverja ... 186

Anexo 9. Cálculo y programa de riego del cultivo de frejol. ... 190

Anexo 10. Salida da datos Programa RG 2008 Módulo 1... 194

Anexo 11. Salida da datos Programa RG 2008 Módulo 2... 195

Anexo 12. Salida da datos Programa RG 2008 Módulo 3. ... 196

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Resumen.

Uno de los más grandes retos del hombre actual está enfocado en la protección y conservación de los recursos naturales destacándose por su importancia intrínseca para la vida el agua, elemento sometido a cambios drásticos negativos especialmente reflejados en su cantidad y variación, mayoritariamente causados por acciones antrópicas, los cuales tienen su mayor impacto en el sector de la producción de alimentos que se constituye en el mayor usuario de este recurso.Una de las formas más inmediatas para este control y atenuación de los impactos del cambio climático consiste en la implantación para este sector de mecanismos de riego a presión en la parcela con lo cual se pretende otorgar a los cultivos la cantidad adecuada de agua tanto en cantidad como en variación en el tiempo. El presente trabajo se ubica en esta óptica para el sector del riego parcelario añadiendo dos modificaciones: la primera con la implantación de riego por aspersión en reemplazo del riego por surcos y además con la introducción del almacenamiento mediante reservorios modulares constituyéndose entonces en un modelo a replicar en sistemas de riego parecidos manteniendo las similitudes y restricciones obvias.

Palabras clave:

Conservación, Mecanismos, Almacenamiento.

SUMMARY.

One of the biggest challenges of the current man is focused in the protection and conservation of the natural resources being outlined for its intrinsic importance for the life the water, element submitted to drastic negative changes specially reflected in its quantity and variation, for the most part caused by anthropic actions , which have its major impact in the sector of the food production that is constituted in the major user of this resource. O ne of the most immediate forms for this control and attenuation of the impacts of the climate change consists of the implantation for this sector of mechanisms of pressurized irrigation for the agricultural plot with which one tries provide to crops the suitable quantity of water both in quantity and in variation in the time. The present work is located in this optics for the sector of the irrigation plot adding two modifications: the first one with the implantation of sprinkler irrigation in replacement of the irrigation for ruts and in addition with the introduction of the storage by means of modular reservoirs being constituted then in a model to repeat in similar systems of irrigation maintaining the similarities and obvious restrictions. Key words:

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CAPITULO I. INTRODUCCIÓN

El agua es un recurso finito, actualmente en un proceso de disminución acelerada a tal extremo que se ha determinado su descenso drástico de caudales anteriores y como su contribución en la agricultura es esencial e indispensable, de aproximadamente el 80%, es decir, que de cada 100 litros de agua dulce disponible 80 litros se utilizan en riego, su producción, conservación y manejo adecuados pasa a ser una política de supervivencia y por lo tanto de Estado.

Algunos de los problemas planteados por el medio ambiente al hombre campesino contemporáneo, especialmente en la zona andina, son los mismos: el suelo es, por lo general, poco fértil y el agua, escasa. La mayor parte de los cultivos son de secano o de temporada y para hacerlos producir se lo hace aprovechando el agua de la lluvia, y sólo algunos disponen del recurso hídrico de manera constante. Aún en estos casos, su uso es poco eficiente, pues el riego se realiza por gravedad, con eficiencias muy reducidas por problemas de la funcionalidad de la conducción, de las obras de toma anti técnicas y de construcción artesanal agravado este escenario con la deficiente aplicación del agua en la parcela y el bajo grado de organización social de la colectividad, conjunto que ha ocasionado campesinos económicamente restringidos y distanciados de cualquier posibilidad de insertarse ventajosamente en la dinámica del desarrollo.

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urgente y como las demandas de riego se encuentran en las parcelas, se hace necesario considerar la implantación de sistemas tecnificados de distribución y aplicación de agua en las mismas, lo cual puede ser: aspersión, riego localizado de alta frecuencia (RLAF), etc, asociado todo esto a la existencia de reservorios tanto comunitarios como parcelarios, éstos últimos de manera preferencial.

Dentro de la continuidad del desarrollo actual del riego se considera al riego por aspersión como una etapa intermedia, es decir, no posee un destacado nivel de complejidad y su costo relativamente accesible para las economías campesinas lo presenta como una opción valedera y adecuada para las regiones cultivadas, en las cuales estos sistemas demuestran ser particularmente interesantes por su relativo bajo costo y efecto multiplicador asociado al hecho de que constituye un importante paso en el proceso de cambio hacia un nuevo sistema productivo comunitario , con nuevas formas de gestión del agua y del suelo que posibilita su manejo en las épocas menos favorables del año y permite incrementar la productividad y calidad de los productos conforme a las exigencias del mercado y la rotación de las cédulas de los cultivos.

Niveles superiores de tecnificación del riego son los conocidos como RLAF (goteo, subirrigacion), para los cuales el avance tecnológico actual presenta una amplia gama de alternativas adecuadas a las exigencias de un riego campesino parcelario, en pequeñas extensiones que garanticen la seguridad alimentaria y la generación de ingresos económicos por comercialización de la producción.

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alimenticia y generación de excedentes; bajo esta visión se debe primordialmente considerar a la distribución del agua en parcela con métodos a presión como una de las medidas más lógicas e inmediatas de atenuación a los impactos del cambio climático.

1.1. Antecedentes.

El estado ecuatoriano, consciente de la importancia del desarrollo del sector agropecuario, en los últimos años ha puesto en marcha diferentes programas gubernamentales para riego en todo el territorio Nacional, para lo cual creó el INSTITUTO NACIONAL DE RIEGO – INAR- como una institución de derecho propio y desconcentrada, el cual tuvo como finalidad elevar la eficiencia del uso del agua en el sector agrícola, mediante la implantación de obras de almacenamiento, conducción, rehabilitación de sistemas de riego, la tecnificación del riego parcelario, etc.

Posteriormente esta institución fue anexada al Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca - MAGAP- como la SUBSECRETARIA DE RIEGO y DRENAJE con actividades de planificación y monitoreo a nivel nacional hasta que finalmente, en cumplimiento a lo dispuesto en la reglamentación pertinente, se encuentra actualmente en proceso de transición a la Secretaria Nacional del Agua- SENAGUA- .

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factores positivos como son la colaboración y participación total de los usuarios ya que son conscientes de que el agua que tienen concesionada no abastece para todo la extensión del Sistema, a la colaboración del INAR sección Norte, con sede en Ibarra, para algunos datos de campo, la existencia de un levantamiento topográfico y catastral de la zona en estudio.

La acequia principal en tierra se construye en el año 1902, gracias a la gestión de la Sra. Pastora Alomia Vda. de Guerrero, poetisa, ganadera, ilustre personaje de la provincia del Carchi, dueña de grandes cantidades de tierra que incluían Sandial, Tesalia, San Joaquín, La Paz, Santa Clara y era poseedora, conforme las costumbres de la época, de una escritura habilitante mediante la cual era beneficiaria en su totalidad del caudal del Rio San Gabriel para consumo de agua y de Riego.

Consciente de la necesidad de los habitantes por no tener “ni una gota de agua” para consumo, mucho menos para riego, dona el 50 % del caudal del Rio San Gabriel a las comunidades Sandial, Tesalia, San Joaquín, La Paz y Santa Clara, mediante una escritura pública celebrada en ciudad de Ibarra ante la Notaria Primera del Cantón Ibarra en el año 1912.

Para la construcción de la acequia se realizaron grandes mingas la cual con una duración de varios años se permite llegar a una longitud de 28 Km hasta que paulatinamente, en la década de 1930 se obtiene la concesión del agua para las 5 comunidades mediante decreto ministerial No 612 con fecha del 19 Septiembre de 1930.

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consistente en que la partición de la concesión del agua se haría equitativamente a las 5 comunidades.

El área de estudio o Sistema de Riego Pastora Alomia, se encuentra ubicado en la Parroquia la Paz, cantón Montufar, en la provincia del Carchi a 2810 m.s.n.m. ; está constituido por 79 usuarios y una extensión de 134.45 ha. La principal actividad de la parroquia La Paz es la agricultura, especialmente en cultivos de ciclo corto como la arveja, cebolla, fréjol, papa. La metodología de riego consiste en que un 95 % de los usuarios riegan por inundación mediante surcos y el 5% restante lo hacen con sistema presurizado de aspersión.

La acequia que alimenta de agua de riego a la Parroquia la Paz constituida por las comunidades de Sandial, Tesalia, San Joaquín y Santa Clara se la conoce como Pastora Alomia, actualmente tiene una longitud de 19km de los cuales 15km están revestidos de hormigón fc 180 kg/ cm2 (contratación efectuada por INAR en el 2008) y faltando 4km por revestir. (INAR REGION NORTE, 2010).

1.2. Estado actual de la Acequia Pastora Alomia.

Los usuarios de la Parroquia La Paz con este canal son beneficiados con 64 l/s provenientes de la vertiente de Paluz –Chutan, concesionados por la Secretaria Nacional del Agua(SENAGUA) con renovación efectuada el día 8 de Enero del 2007 y conforme a la reglamentación de la Ley de Aguas vigente, culmina en el año 2017.

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a fin de evitar taponamientos y deslaves. De igual manera existen 4 sifones construidos estratégicamente conforme a las condiciones topográficas.

La conducción abierta se lo lleva a cabo mediante la acequia principal dividida en 5339,20 m revestidos con hormigón armado y 13438.80 m sin revestir, es decir, acequia en tierra.

Los habitantes de la Parroquia la Paz están organizados para la distribución del agua de riego mediante una directiva; esta directiva representa, distribuye y mantiene activa la acequia Pastora Alomia y está conformada por un presidente, vicepresidente, tesorero, Procurador Sindico y dos vocales, el número de beneficiarios es de 79 miembros los cuales a su vez riegan 134.45 hectáreas.

Según las condiciones actuales y dada la escasez de agua en la época de mayor demanda, el sistema de distribución de agua corresponde al conocido como a la demanda, es decir, el usuario solicita el servicio cuando lo necesita y cuando las condiciones de disponibilidad lo permitan lo cual normalmente presenta muchas dificultades.

1.3. Definición del proble ma.

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La riqueza del suelo está ligada a los nutrientes propios del suelo o a los inducidos por el agricultor, esto depende de las necesidades requeridas por la planta en sus etapas de germinación, desarrollo y producción: (Zapata, R. 2010).

La disponibilidad del agua de riego es de vital importancia para la obtención de la producción en cualquier tipo de cultivo y en el caso actual, esta disponibilidad presenta factores de cambio drástico negativo en cantidad, calidad y variación la cual, cada vez es menor para el sector agrario debido al calentamiento global, deforestación, incremento urbanístico y contaminación:( Ruiz, C. 2010).

Época de Siembra: La época de siembra hace algún tiempo atrás era un factor conocido e itinerante para toda el área rural donde todo agricultor, de cualquier escala, siembra en época de lluvia sin embargo, con factores externos ocasionados fundamentalmente por factores antrópicos como el calentamiento global, deforestación en los páramos, etc., este elemento se convierte en un factor impredecible obligando al agricultor al abandono de tierras por temor a afectar su ya precaria economía.

Con este antecedente, se determina que el principal obstáculo o amenaza para el Sistema Pastora Alomia está centrado en la variable disponibilidad del agua para riego la cual, hidrológicamente, es determinada por tres parámetros: calidad, cantidad y variación siendo los dos últimos los que necesitan ser atendidos de forma prioritaria.

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1.4. Justificación del Proyecto.

Para contribuir a la distribución parcelaria, se hace necesario emprender un proyecto de investigación para identificar el mejor sistema de riego parcelario y de esta forma contribuir a mejorar las condiciones de vida de la comunidad incrementando el uso racional del agua con la propuesta de sistemas de riego con tecnología actual y probada, normalmente presurizados, otorgando solo lo que necesita la planta para evitar la acumulación y arrastre en superficie como ocurre actualmente por los métodos de inundación utilizados lo cual redunda en un ahorro significativo del recurso.

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turno, es decir, cada usuario recibe en forma secuencial su volumen de agua técnicamente determinado generando de esta forma un sistema más organizado, que en las mejores condiciones de funcionamiento no permita usos desviados de la normatividad que con carácter mandatorio será para cada módulo y establecido por la Directiva en asocio estrecho con los usuarios de cada módulo. Estos causales conllevan para que dentro de las similitudes necesarias y lógicas, esta investigación sea un modelo de cambio para la infinidad de acequias que sufren del mismo problema en los diferentes sectores agropecuarios del País.

1.5. Objetivo General

• Diseñar para el sistema Pastora Alomia, un sistema de riego presurizado

parcelario semi fijo por aspersión que reúna las mejores condiciones técnico-económicas para su instalación y funcionamiento.

1.6. Objetivo Especifico

• Establecer una metodología para el diseño del equipamiento acorde a las

necesidades del Sistema Pastora Alomia.

• Contribuir, con este estudio, a mejorar las condiciones de vida de las familias

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CAPITULO II. MARCO TEÓRICO

2.1. Agua y Riego, Generalidades.

El agua, al igual que la luz y el oxígeno, son las tres fuentes principales para el desarrollo de la vida, cubre aproximadamente el 70 % de la superficie terrestre, entre el 50 y 90 % de la masa de los seres vivos y más del 90 % de la masa citoplasmática de las células.

En la naturaleza se encuentra en tres estados: gaseoso, líquido y solido; del volumen total de agua existente solamente el 3% es agua dulce y está repartida en un 68.7 % en los polos, 0.3 % en los lagos y ríos, 30.1% en los acuíferos y el 0.9 % restante en los glaciares y masas nevadas. (De Nooy, 2002, citado por Ortiz, 2008).

El sector agrícola consume aproximadamente el 70-80% del agua dulce. En función del clima, tipo de suelo y cultivo, las necesidades hídricas requieren de caudales continuos que varían entre 0.5 y 1.0 litros por segundo y por hectárea.

Para producir 1 kg de patatas se requiere 500 litros de agua, para 1 Kg de maíz 1400 litros de agua y para producir 1 kg de soya se requiere de 2000 litros de agua(World Water Forum, 2002. )

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riego por aspersión de 8600 m3 por hectárea, en el riego por micro aspersión 7100 m3 por hectárea y en riego por goteo 6300 m3 por hectárea. (Ortiz, 2008).

Estos requerimientos variados se deben a la metodología de aplicación del agua en parcela al cultivo y están determinados por la eficiencia del equipamiento, destacándose la gran variabilidad entre riego por surcos y el de aspersión, el cual consume aproximadamente el 60 % del primero lo cual constituye un ahorro del agua.

2.2. Relaciones Suelo-Agua.

El suelo proporciona un anclaje mecánico a las plantas y es el medio en que se almacenan el agua y el oxígeno que absorben las raíces; la fracción coloidal interviene en los fenómenos de intercambio de cationes y constituye un deposito de nutrientes. Además, el suelo contiene una población microbiana y pequeños animales como insectos, nematodos, etc., cuya actividad afecta las propiedades físico-químicas del suelo. De todas estas funciones, las que más interesan a efectos del riego son naturalmente las relaciones agua-suelo que describen la retención del agua por el suelo y el movimiento de ese líquido en suelos no saturados , características que servirán de apoyo para una serie de cuestiones agronómicas y de diseño propiamente dicho. (Pizarro, 1996).

2.3. Potencial Hídrico del suelo.

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El agua del suelo está sometida a la acción de una serie de factores que tienden a retenerla o expulsarla. El concepto de de potencial hídrico del suelo o potencial del agua del suelo, surgió como un intento de elaborar una teoría general que englobe a todos estos factores y es hasta 1963, año en que la Sociedad Internacional de la Ciencia del Suelo (SICS), define al potencial hídrico del suelo como ‘ la cantidad de trabajo que es preciso aplicar para transportar reversible e isotérmicamente la unidad de cantidad de agua desde una situación estándar de referencia hasta el punto del suelo considerado’.

La equivalencia entre potencial y presión proporciona una idea muy intuitiva de un concepto tan abstracto en principio como el potencial: el agua del suelo está sometida a una presión que tiene varios componentes; unos que tienden a expulsar el agua del suelo (presión positiva) y otros que tienden a retenerla (presión negativa). La suma algebraica de estos componentes es el potencial total y el agua del suelo tendera a desplazarse desde puntos de alto potencial a puntos de bajo potencial.

2.3.1. Componentes del potencial hídrico del suelo.

El potencial hídrico del suelo tiene cuatro componentes:

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Potencial Osmótico: es una propiedad coligativa de una solución, es decir, es directamente proporcional al número de moléculas del soluto o de sales en la solución del suelo por lo que el concepto de Conductividad Eléctrica del suelo es muy importante cuando se aplican aguas salinas para riego ya que los valores del potencial osmótico se incrementan dificultando la absorción radicular.

Potencial Gravitacional: El potencial Gravitacional es el debido a la altura geométrica del punto considerado respecto al plano de referencia.

Potencial de Presión: Se presenta solo en el caso de suelos saturados y corresponde a la presión ejercida sobre el punto considerado por el agua que satura el suelo. Este componente del potencial hídrico del suelo es fundamental en los cálculos de drenaje subterráneo así como para el riego el fundamental es el potencial mátrico.

(Pizarro, 1996).

2.3.2. Medidas del potencial Mátrico.

La medida del potencial gravitacional y del de presión no son muy dificultosos; el potencial osmótico puede ser evaluado a través de métodos crioscopicos o su relación con la Conductividad Eléctrica; desde el punto de vista del riego el potencial mátrico es el de mayor interés ya que define el aprovechamiento del agua del suelo por las plantas. Se lo efectúa mediante distintos aparatos, ninguno de los cuales lo mide directamente, siendo necesario efectuar algunas correcciones a las lecturas directas; los más utilizados son:

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más seco este el suelo mayor será la presión de retención y es un indicativo para efectuar la aplicación de agua en el terreno.

Bloques de yeso, que miden la suma del potencial mátrico con el osmótico.

Sicrómetros de termopar, menos divulgados e igualmente dan la suma de los potenciales mátrico y osmótico. (Pizarro, 1996).

Todos estos métodos indirectos de medida del potencial mátrico son de uso en campo luego de estar instalado y funcionando el sistema de riego, fundamentalmente contribuyen a definir con más exactitud los intervalos de riego que fueron obtenidos en el diseño agronómico con el uso de fórmulas empíricas basadas en la experiencia con su uso frecuente.

2.4. Riego.

Se denomina Riego a la aplicación artificial de agua en el terreno con el fin de suministrar a las especies vegetales la humedad necesaria para su desarrollo, el agua de riego debe cumplir las siguientes metas:

Proporcionar la humedad necesaria para que los cultivos puedan desarrollarse.

• Asegurar las cosechas contra sequias de corta duración.

• Refrescar la temperatura del suelo y la atmosfera para de esta forma mejorar

las condiciones ambientales para su desarrollo vegetal.

• Disolver sales contenidas en el suelo.

• Reducir la probabilidad de formación de drenajes naturales.

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2.4.1. Esquema de cálculo para riegos convencionales, cálculo agronómico

Fuente: (Pizarro, 1996.)

Calculo de

ETo Elección de Kc

ET c=Kc.ETo

Correcciones por condiciones locales.

ET (en riego

convencional)

Pe(lluvia efectiva),Gw(Apor te capilar), Almacenamiento Agua.

Nn(Necesidades netas de riego) Ea(Eficiencia de

Aplicación), R(Necesidades de lavado)

(32)

2.4.2. Elección del método de riego.

La elección del método de riego más adecuado se realiza en función de los siguientes factores:

Topografía. Depende principalmente de su porcentaje de nivelación, esta nivelación puede en ocasiones dañar al suelo y ser más costoso el equipamiento de riego.

Características del suelo. El riego por superficie necesita de suelo de infiltración media. Es de esta manera como alcanza una eficiencia elevada y no tiene problemas de encharcamiento. Al tener exceso de agua se pueden dar problemas de escorrentía y erosión.

Tipo de Cultivo. Hay cultivos que su desempeño es mejor en algunos sistemas de riego. Así los árboles frutales se desarrollan muy adecuadamente en riego por goteo y los cultivos hortícolas se suelen asociar al riego por surcos o al riego por goteo.

La disponibilidad de agua: Los sistemas que puedan resultar más eficientes en una determinada situación serán los más adecuados cuando la disponibilidad de agua es baja.

(33)

Disponibilidad de mano de obra: En la actualidad, este parámetro es el más crítico en las zonas rurales debido a emigración creciente de personas hacia las zonas urbanas.

Costo de Instalación: Este es un factor importante, aunque en este momento los costes de implantación de nuevos sistemas de riego por superficie, aspersión y goteo pueden ser muy similares. (González, 2007)

Tabla 1. Valores de eficiencia según el equipo de riego.

Tipo de riego Eficiencia

Riego por superficie 60%-65%

Riego por aspersión canon 70%-75%

Riego por aspersión pivot 80%-85%

Riego localizado de alta frecuencia 90%-95% Riego localizado subterráneo 95%-100%

Fuente:(Tarjuelo, 1992)

2.4.3. El riego por aspersión.

El Riego por aspersión es una modalidad de riego mediante la cual el agua llega a las plantas en forma de lluvia localizada más o menos intensa y uniforme sobre la parcela con el objetivo que infiltre en el mismo punto donde cae. Para ello es necesaria una red de distribución que permita que el agua de riego llegue con presión suficiente a los elementos encargados de aplicar el agua.

(34)

bastante condicionada a las condiciones climáticas que se produzcan, en particular al viento y la aridez del clima ya que, dependiendo de la presión suministrada a los rociadores, las gotas generadas pueden ser muy pequeñas y las mismas podrían desaparecer antes de tocar el suelo debido a la evaporación, sin embargo, cuando son muy gruesas pueden dañar al cultivo y al suelo.

Ventajas del riego por aspersión:

• La distribución del agua en el terreno es bastante uniforme.

• Puede ser utilizado en suelos con grandes velocidades de infiltración.

• Uso adecuado en terrenos con grandes pendientes.

• Alta eficiencia de aplicación (lo cual lo hace adecuado en regiones con

limitaciones de agua).

• Se puede operar en horas de la noche.

• Los sistemas pueden ser instalados con mayor rapidez.

• Permite aplicar dosis de riego pequeñas y con gran frecuencia.

• Permite la automatización y mecanización del sistema de riego.

• No interfiere labores de mecanización agrícola (tuberías portátiles).

• Se puede aplicar el fertilizante junto con el agua de riego (fertirrigacion)

mediante el sistema Venturi.

• Permite regar casi todos los cultivos, salvo algunos muy delicados a los que el

tamaño de la gota puede causar daño o requieran altas dosis como el caso del arroz.

• No erosiona el terreno ni destruye la estructura del suelo.

(35)

Inconvenientes del riego por aspersión:

• Requiere de alto consumo de energía comparado con el resto de los métodos

de riego, salvo si se presuriza por gravedad.

• Mayor costo de instalación comparado con el riego por gravedad debido a la

existencia o no de presión en las tuberías ocasionado por el desnivel, cuando este no existe es necesario utilizar grupos de bombeo.

• Mayores costos de funcionamiento con respecto a la aplicación en parcela

cuando existen vientos con velocidades superiores a los 2,5 km/h, para lo cual es recomendable reducir la altura del tubo portaspersor.

2.4.3.1. Clasificación de los sistemas de riego por aspe rsión.

Los sistemas de riego por aspersión se pueden clasificar en dos grupos:

2.4.3.1.1. Sistemas estacionarios: Son sistemas que permanecen en la misma posición mientras dura el riego y pueden ser:

Sistemas móviles.

Es un sistema de riego por aspersión englobado dentro de la clasificación de estacionario. En este caso, todos los elementos de la instalación son móviles, incluso puede serlo el grupo de bombeo. Los ramales de riego suelen ser de aluminio o de PVC y se instalan sobre la superficie del terreno. Cuando acaba el riego de una postura, los ramales con los aspersores se trasladan a la siguiente posición, requiriendo por ello una gran cantidad de mano de obra para el riego.

(36)

accionado desde toma de fuerza del tractor) que envía el agua a una tubería en la que están colocados los aspersores. A veces, se acoplan a la tubería unas mangueras al final de las cuales se encuentran los aspersores sobre patines. De esta forma, los aspersores pueden ocupar diversas posiciones de riego antes de que sea necesario mover la tubería. Este sistema suele utilizarse en parcelas pequeñas o para aplicar riegos complementarios.

Sistemas semifijos.

En este sistema son fijos el grupo de bombeo y la red de tuberías principales, que normalmente se encuentra enterrada. Esta tubería principal suele ser de PVC o fibrocemento, de ella derivan los hidrantes en donde se conectan los ramales de distribución (fijos o móviles), a los que se conectan los ramales de riego, que son móviles. Estos ramales móviles deber ser fácilmente transportables por lo que suelen ser de materiales ligeros y que soporten bien el estar a la intemperie (aluminio, polietileno). A los ramales se acoplan los aspersores bien directamente, bien a través de unas mangueras.

Sistemas fijos.

(37)

Los sistemas fijos aéreos constan de una red de tuberías principales enterradas y unos ramales de riego que se encuentran sobre el terreno. Estos ramales pueden ser trasladados a otras parcelas o a otra zona de la misma en función de la rotación de cultivos existente en la explotación.

Los sistemas fijos enterrados se denominan comúnmente cobertura total enterrada y tienen toda la red de riego bajo la superficie del terreno. En este caso, el diseño del marco de riego más adecuado tiene mucha importancia, ya que no podrá ser modificado fácilmente.

2.4.3.1.2. Sistemas Mecanizados.

Son sistemas que se desplazan mientras aplican el agua de riego y pueden ser:

Cañones de riego.

El cañón motorizado de riego consta de un aspersor de gran alcance y caudal (cañón) montado sobre un carro o patín y conectado al suministro de agua mediante una manguera. Este sistema de riego utiliza aspersores rotativos de gran tamaño, que funcionan con una elevada presión y forman gotas bastante grandes. Son adecuados para dar riegos de apoyo a cultivos con bajas necesidades de riego y es bastante utilizado para praderas de zonas semi- húmedas.

Lateral de avance frontal.

(38)

embargo, la forma de suministrar agua al equipo y el mecanismo de alineamiento presentan diferencias respecto al equipo pivote. El suministro de agua se realiza directamente desde un canal o mediante una manguera flexible que es arrastrada por el mismo equipo. En el segundo caso, se necesitan hidrantes cada 200 ó 300 m, llevando la máquina una manguera de 115 ó 165 m. La pérdida de carga en la manguera hace que necesite más energía en estos montajes que en los de toma directa de un canal.

Pivote

El Pivote forma parte de los sistemas de riego por aspersión mecanizados. Es un ramal de riego con un extremo fijo, por el que recibe el agua y la energía eléctrica, y otro móvil que describe un círculo girando alrededor del primero. El equipo de riego se basa en el movimiento de una tubería portaemisores que se apoya en unas torres automotrices. Estas torres están dotadas de un motor eléctrico y dos ruedas neumáticas. La tubería, que normalmente es de acero galvanizado, sirve junto con barras o cables, de elemento resistente para vencer la distancia entre torres. La distancia entre torres va desde 35 a 75 m, aunque lo más normal son las torres de 38 m (tramo corto) y 55 m (tramo largo). La longitud total del equipo varía de 60 a 800 m.

(39)

funcionamiento al pasar sobre una de estas zonas (esquinas del campo) que de otra forma quedarían sin regar. (González, 2007).

2.4.4. Componentes de un sistema de Riego por Aspersión.

Un sistema de riego por aspersión está compuesto por:

• Tube rías. Una red de tuberías principales que llevan el agua hasta los

hidrantes, que son las tomas de agua en la parcela.

• Ramales de Riego. Son los encargados de conducir el agua hasta los emisores

instalados en la parcela que se pretende regar.

• Dispositivos de aspersión o emisores. Son los elementos encargados de

aplicar el agua en forma de lluvia. Estos dispositivos pueden ser tuberías perforadas, difusores fijos, toberas, boquillas o aspersores, entre otros.

• Equipos de bombeo. Las máquinas para el suministro de los líquidos se les

denominan bombas, se definen como las máquinas destinadas para desplazar el líquido y aumentar su energía.

(40)

Es conveniente que los elementos del bombeo se encuentren protegidos de los factores atmosféricos, para una mayor duración y un funcionamiento óptimo de los mismos.

El bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse de un punto a otro. No es, como frecuentemente se piensa, la adición de

presión ya que la energía es capacidad para hacer trabajo y adicionándola a un fluido se obliga al fluido hacer trabajo, normalmente fluyendo por una tubería o elevándose a un nivel más alto.(ARANGO TOBÓN,1999)

• Definición equipo Moto-Bomba. Una bomba es un aparato mecánico cuya

única función es adicionar energía a un fluido para que pueda realizar un trabajo.

• Tipos de Bomba. Existen diferentes tipos de bombas de las cuales las

principales usadas en los campos agrícolas son las de émbolo o pistón y las centrífugas.

Las bombas movidas con la fuerza humana y animal todavía son usadas en algunas regiones del mundo donde el sistema de riego está asociado con explotaciones agrícolas de subsistencia.

A medida que fue desarrollándose la bomba centrífuga ella fue apartando del uso a la bomba de émbolo, ya que ella da solamente un caudal fijo a una altura variable.

(41)

Desde entonces distintas fábricas tomaron estas ideas y hoy por hoy ya se puede encontrar en el comercio una serie de variedad enorme en características hidráulicas y mecánicas.

Las bombas pueden clasificarse en variadísimas formas dependiendo de:

• Su aplicación

o Tipo de fluidos que mueven o Tipo de elemento motriz, etc.

Las bombas movidas por mecanismos pueden ser clasificadas como bombas de desplazamiento positivo y bombas de desplazamiento variable. Las bombas de desplazamiento positivo (bombas de pistón, bombas de diafragma, bombas de engranajes, bombas de tornillo, etc.) son raramente empleadas para riego.

Las bombas de desplazamiento variable incluyen a las bombas centrífugas, flujo mixto, turbinas, bombas de hélice y al ariete hidráulico; las cuatro primeras son utilizadas extensivamente para regar los cultivos.

Cada tipo de bomba tiene sus ventajas de acuerdo con las condiciones de operación, tales como: altura de succión, altura total de bombeo, descarga, eficiencia de operación y costos. Los sistemas de bombeo (combinaciones de bomba y motor) necesitan ser diseñados de acuerdo con las condiciones de operación y requerimientos de agua. Un sistema de bombeo que funciona adecuadamente bajo un conjunto de condiciones, tal vez no funciona bien bajo otras condiciones.

(42)

De acuerdo con los principios de operación, las bombas se pueden clasificar en:

Bombas de desplazamiento positivo. Consisten de una o más cámaras que se llenan y vacían cíclicamente desplazando "Paquetes" de flujo a Intervalos regulares.

Bombas rotodinámicas. Son aquellas en las cuales hay cambio de momento angular convirtiendo la energía de un impulsor rotativo en aumento de velocidad y presión del fluido; en estas se tienen:

Bomba de hélice o axial. En la que el fluido se mueve en la dirección del eje. Sus características más importantes son: Alto flujo y eficiencia, baja cabeza hidráulica.

Bomba centrífuga o radial. En la que el fluido se mueve perpendicularmente al eje. Sus características más importantes son: alta cabeza, flujo y eficiencia moderada.

Bombas de flujo mixto. En la que el fluido se mueve con componentes axiales y radiales; su comportamiento se halla entre la axial y la radial. (Arango, 1999)

Bombas Centrifugas

Las bombas centrífugas son recomendadas para bombear desde ríos, lagos, canales y pozos. Las bombas centrífugas, como su nombre lo indica, emplean fuerza centrífuga para elevar el agua hacia lugares más altos. Ellas también permiten la operación de los emisores en los sistemas de riego por presión.

(43)

• Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha.

• Un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estopero y

chumaceras.

La bomba centrífuga da un flujo sostenido a presiones uniformes sin variaciones de presión. Provee la flexibilidad máxima posible, desarrollando una presión específica máxima de descarga en cualquier condición de operación con caudal controlado ya sea por variación de velocidad o estrangulación.

Principios de Funcionamiento.

En forma simple se puede explicar el funcionamiento de la bomba centrífuga en la siguiente forma:

Si se da vuelta a un balde lleno de agua con la ayuda de un cordel, el agua no saldrá del balde. La fuerza centrífuga presionará el agua hacia su fondo. Si se le hace un agujero en la parte del fondo se vera de que saldrá un chorro de agua, si se mueve este balde a mayor velocidad, este chorro alcanzara una distancia mayor, ya que la fuerza centrífuga ha aumentado.

Las bombas centrífugas son elementos que proporcionan al líquido una energía basada en el principio de la fuerza centrífuga.

Ventajas.

• Acción continúa sin puntos muertos, ni cambios de velocidad en el agua

(44)

• Ocupan poco espacio, por lo que pueden ser montadas en bastidores provistos

de ruedas para su mejor transporte o instaladas en el interior de pequeñas casetas.

• Cuando se trata de bombas importantes, su costo puede llegar a ser de un tercio

del presupuesto de una instalación equivalente de bomba de émbolo.

• Su conservación es mucho más económica.

• Como carece de válvulas las averías e interrupciones son muy poco frecuentes.

• Las fundaciones son sencillas, porque no se producen choques ni movimientos

violentos.

• Son acoplables directamente a los motores.

• Pueden elevar líquidos turbios o sucios, con fangos o impurezas diversas, e

incluso arena.

Selección de las bombas y de las unidades de potencia.

La clave para hacer la selección correcta de la bomba radica en el conocimiento del sistema en que trabajará la bomba. El ingeniero que especifica una bomba puede hacer una selección errónea por no haber investigado los requisitos totales del sistema ni determinar cuál debe ser el rendimiento de la bomba.

La selección de las bombas y de las unidades de potencia depende de:

• Cantidad de agua que debe ser bombeada o sea del caudal requerido.

• Eficiencia de operación (Incluyendo las eficiencias de los componentes

individuales como lo son impulsores, engranajes, etc.)

• La carga de bombeo (altura de bombeo y requerimiento de presión)

• La carga dinámica total (CDT)

(45)

• Energía disponible (eléctrica, gasolina, diesel, etc.)

• Costos y beneficios de la inversión

• El tamaño de la finca, tipo de sistema de riego, y disponibilidad de mano de

obra.

• Condiciones de operación. (Arango, 1999).

2.4.4.1. Tuberías.

Las tuberías maestras o principales generalmente son fijas, aunque en ciertas ocasiones pueden ser móviles. Dichas tuberías por lo general van enterradas y se construyen de diferentes materiales como pueden ser fibrocemento, hierro y otros. En la actualidad se están empleando tuberías de PVC con diámetros menores, lo que facilita su montaje.

• Tubería principal: Es la encargada de llevar el agua desde la estación de

bombeo hasta la entrada del campo. Los diámetros suelen ser entre 6 y 12 pulgadas.

• Tuberías secundarias: Son las encargadas de conducir el agua hasta la entrada

en la parcela, generalmente son de aluminio o plásticas con diámetros entre 6 y 8 pulgadas.

• Tubería lateral o alas móviles: Es la línea porta aspersores y está constituida

por elementos ligeros, aluminio y material plástico principalmente. Son de dos tipos: Tuberías rígidas y tuberías flexibles o mangueras.

(46)

accesorios se caracterizan por su sencillez, ligereza, facilidad de manejo y resistencia a los golpes y a la corrosión.

Dada la gran difusión de las tuberías de PVC (Policloruro de vinilo) en el sector agrícola para conducción a presión del agua, la industria nacional presenta tuberías PRFV( Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio) en diámetros superiores a 400 mm la cual reúne características más solidas en duración y resistencia además del bajo peso que facilita el traslado e instalación.(Plásticos RIVAL S.A).

2.4.4.2. Dispositivos de conexión, aspe rsión o e misores.

Entre estos elementos se tienen:

• Hidrantes.

Una válvula hidrante es un sistema de válvula integrada diseñado para asegurar la apertura y cierre del suministro de agua a una conducción, normalmente terciaria o portaaspersores, desde una red de distribución presurizada que se localiza generalmente bajo tierra. Los hidrantes para riego de aluminio o plástico con brida se atornillan sobre la Te de hierro o PVC que aflora en el suelo. Se utilizan como toma de agua para las mangueras de alimentación en sistemas lineales y enrolladores, o para alimentar los sectores de riego por cobertura superficial.

Una vez concluida la época de riego, los hidrantes son los únicos elementos que sobresalen del terreno, presentando un obstáculo para sus labores y siendo fácilmente deteriorados, aunque generalmente van protegidos.

(47)

Hidráulicamente, los aspersores son considerados como BOQUILLAS o tubos adicionales que están constituidos por piezas tubulares adaptadas a los orificios y se emplean para dirigir el chorro líquido. Su estudio se efectúa en analogía con los orificios de pared gruesa.

Las boquillas se pueden clasificar en:

• Cilíndricos.

• Cónicos.

El caudal en boquillas obedece a la ecuación general aplicada a orificios pequeños:

Fórmula 1. Calculo de boquillas

Q = Cd ∗ A ∗ �2gh

Fuente: (Acevedo,1998)

En la práctica, las boquillas son construidas para varias finalidades: contra incendios, operaciones de limpieza, aplicaciones agrícolas como aspersión, tratamientos de agua, maquinas hidráulicas, etc. (Acevedo Netto, 1976.)

Tipos de aspersores.

En general, los diferentes tipos de aspersores pueden agruparse atendiendo a distintos aspectos:

(48)

• Aspersores de impacto: Son los más utilizados en agricultura. El giro se

consigue mediante el impulso del chorro del agua sobre un brazo oscilante que se desplaza y vuelve a su posición inicial gracias a un muelle recuperador.

Cuando el brazo vuelve a su posición original, golpea el cuerpo del aspersor provocando un ligero giro del mismo. La velocidad de giro es relativamente pequeña,

por lo que se les considera aspersores de giro lento.

Los aspersores de impacto pueden disponer de una o varias boquillas, una de las cuales, denominada boquilla motriz, producen el chorro que impacta sobre el brazo móvil.

El material utilizado en su construcción es latón o bronce, aunque también se fabrican de plástico de alta resistencia al desgaste por rozamiento.

• Aspersores de turbina o engranaje: Su giro es continuo empleando la presión

del agua a su paso por un mecanismo de engranajes que va unido al cuerpo del aspersor.

En general son aspersores de gran tamaño que trabajan con altas presiones y suministran caudales elevados. Su uso está bastante limitado en agricultura, estando más difundidos en jardinería.

• Aspersores rotativos o de reacción:

Poseen una o varias boquillas orientadas de forma que la reacción al cambio de dirección del movimiento del agua produce la rotación del aspersor. Su uso es muy frecuente en jardinería, horticultura, viveros, etc. pero no son utilizados en agricultura extensiva.

(49)

• Aspersores circulares: Son aquellos que mojan una superficie de terreno de

forma circular. Son de este tipo los que se colocan en el interior de la parcela a regar.

• Aspersores sectoriales: Son aquellos que tienen la opción de girar sólo en un

sector circular en lugar de realizar el círculo completo. Están indicados especialmente en los bordes de las parcelas donde es preciso regar esquinas y laterales. Están dotados de un tope que se gradúa dependiendo de la zona a regar, el cual provoca el retorno del aspersor y su giro en sentido contrario. Actualmente existen en el mercado aspersores sectoriales con un ángulo de trabajo ya preestablecido (90º, 180º, 270º, etc.) y otros en los que el giro se regula de 0º a 360º

Según la presión de trabajo se clasifican en:

• De baja presión: Los más usuales son los de impacto, que suelen trabajar a

presiones menores de 2.5 kg/cm2. Por lo general tienen una sola boquilla de un diámetro de salida inferior a 4 milímetros, y generan un caudal inferior a 1.000 litros/hora. Este tipo de aspersores son muy utilizados en jardinería para no ser vistos mientras no riegan.

Suelen utilizarse en jardinería y para riegos de hortalizas, siendo también eficaces para riego de frutales donde se usan aspersores con un reducido ángulo de salida para no mojar la copa de los árboles. Son muy adecuados para marcos de riego rectangulares o en cuadrado con una separación de 12 metros; para marcos triangulares la separación más utilizada es de 15 metros.

• De media presión: Son aspersores que trabajan a una presión comprendida

(50)

comprendido entre 4 y 7 milímetros, pudiendo suministrar caudales entre 1.000 y 6.000 litros/hora. Suelen utilizarse en marcos desde 12x12 metros a 24x24 metros, lo que indica que el alcance del aspersor puede variar de 12 a 24 metros.

• De alta presión: Son aspersores cuya presión de funcionamiento es superior a

los 4 kg/cm2. Suelen ser de gran tamaño, más conocidos como “cañones”, y pueden tener una, dos o tres boquillas. El caudal del aspersor puede variar entre 6.000 y 40.000 litros/hora, aunque los grandes cañones pueden llegar a los 200.000 litros/hora (200 metros cúbicos/hora). (Junta Regantes Andalucía, 2010.)

2.5. Diseño y manejo de riego

El diseño de un sistema de riego se divide en dos partes bien diferenciadas que son: el diseño agronómico y el diseño hidráulico. Con el primero se aborda la adecuación del sistema a todos aquellos aspectos relacionados con los condicionantes del medio (suelo, cultivos, clima, etc.) y con el segundo se realiza el dimensionamiento más económico de la red de tuberías con el objetivos de conseguir un reparto uniforme del agua de riego. (Fuentes, 2003)

2.5.1. Diseño Agronómico.

(51)

agronómico pueden ser graves. Es recomendable realizar variantes y evaluarlas en el diseño hidráulico para lograr la que más se adecue a las condiciones naturales, nuestras necesidades y posibilidades económicas. (Manual RILO, 2010)

El diseño agronómico tiene por finalidad garantizar que la instalación sea capaz de suministrar la cantidad suficiente de agua, con un control efectivo de las sales y una buena eficiencia en la aplicación del agua. Se desarrolla en dos fases:

• Cálculo de las necesidades de agua.

• Determinación de los parámetros de riego. (Fuentes,2003)

2.5.1.1. Necesidades hídricas de los cultivos.

La evapotranspiración es la cantidad de agua que necesita un cultivo para su crecimiento óptimo. Esta palabra, ―evapotranspiración‖ representa la suma del agua necesaria para cubrir la evaporación que se produce desde la superficie del suelo y la transpiración que realizan las plantas desde sus partes verdes (sobre todo desde las hojas).

(52)

A partir de datos meteorológicos se calcula la Evapotranspiración de referencia que se corresponde con la evapotranspiración de un cultivo de pradera. Técnicamente, la evapotranspiración de referencia es la tasa de evapotranspiración de una superficie extensa de gramíneas verdes de 8 a 15 cm de altura, uniforme, en crecimiento activo, sombreando totalmente el suelo y bien provista de agua.

Entre los métodos de cálculo de la evaporación se cuentan:

• El tanque evaporimétrico de clase A.

Los métodos que utilizan sólo datos de temperatura, como "Thornthwaite" y "Blaney-Criddle".

• Métodos que tienen en cuenta la temperatura, insolación, humedad del aire y el

viento como "Penman Monteith".

El concepto de evapotranspiración de referencia (ETo) más reciente aceptado internacionalmente ha sido expresado por Allen et al (1998) como la “tasa de evapotranspiración de un pasto hipotético de referencia, bien abastecido de agua, con altura de 0.12 m y una resistencia de superficie de cultivo fija de 70s. m-1 y un albedo de 0,23”.

La evapotranspiración de cada cultivo se puede calcular multiplicando la evapotranspiración de referencia por el coeficiente de cultivo. Estos coeficientes de cultivo también han sido desarrollados por la FAO, y dependen de las características del cultivo, de periodo vegetativo, del clima de la fecha de siembra, de la duración del riego y de la frecuencia de lluvias.

(53)

capacidad del retención del suelo y de la profundidad de las raíces, se la conceptúa como el agua que queda disponible para el cultivo tras una lluvia, ya que parte del agua se pierde en percolación profunda, escorrentía y evaporación. La precipitación efectiva depende de la frecuencia e intensidad de lluvia, de las características topográficas del terreno, del contenido de humedad previa del suelo y de las prácticas culturales.

El dato de la necesidad bruta del riego se obtiene de la división de la necesidad neta por la eficiencia de la aplicación. La eficiencia tiene en cuenta la uniformidad de distribución y el exceso de agua de riego a aportar para lavar las sales (las necesidades de lavado dependen de la calidad del agua de riego y del cultivo), las perdidas por escorrentía, percolación y evaporación, la eficiencia de aplicación depende más del manejo que del sistema de riego. (Fuentes, 2003)

2.5.1.2. Necesidades Netas de riego.

Son conocidas como las cantidades de agua que realmente deben ser aplicadas al cultivo a fin de que cumpla su ciclo vegetativo y para su determinación se requieren conocer los siguientes parámetros:

Las necesidades de agua del cultivo ET (cultivo).

• Aportaciones de la precipitación efectiva. Pe.

• Aporte capilar desde una capa freática próxima a las raíces.W

(54)

Fórmula 2. Necesidades netas del riego.

Nn = ET(cultivo) − Pe − aporte capilar − variacion del almacenamiento

(Fuentes, 2003)

Esto se puede interpretar de tal manera que el agua de precipitación que cae sobre la superficie de una terreno, una parte infiltra y se incorpora a la zona radical, otra parte percola en profundidad fuera del alcance de las raíces, otra parte se pierde por escorrentía superficial y otra parte queda interceptada por la vegetación, desde donde se evapora posteriormente. Se llama precipitación efectiva a la proporción de agua retenida en la capa radical con relación a la cantidad de lluvia caída. Su magnitud depende:

• De las características del terreno; condiciones físicas, grado de humedad,

pendiente, cobertura de cultivo etc.

• De las características de la precipitación: altura de agua caída, intensidad,

duración y frecuencia.

• La distribución del agua de lluvia ha sido siempre un tema muy complejo sin

embargo, algunos autores la han configurado a fin de que constituya un elemento importante especialmente para regadíos y cálculos para drenaje. (Borja Martí, 1978).

(55)

2.5.1.3. La evapotranspiración.

También conocido como uso consuntivo de agua, es la cantidad de agua transpirada por el cultivo y evaporada desde la superficie del suelo donde se asienta el cultivo, existen diferentes formas de evapotranspiración:

• Evapotranspiración máxima. Es la cantidad de agua consumida, durante un

determinado periodo de tiempo, en un suelo cubierto de vegetación homogénea, densa, en plena actividad vegetativa y con un buen suministro de agua.

• Evapotranspiración real. Es la cantidad de agua realmente consumida por un

determinado cultivo en el periodo de tiempo considerado ya que el rendimiento del cultivo es máximo cuando la transpiración es máxima, y esto ocurre cuando le cultivo se desarrolla en las mejores condiciones posibles, ocurre entonces que la evaporación real con evaporación máxima coincide. (Fuentes. 2003)

2.5.1.4. Calculo de las necesidades de agua de los cultivos.

(56)

evapotranspiración durante el período que se considere. Este método es costoso y difícil, por lo que sólo se realiza en trabajos de investigación.

Otros métodos empíricos evalúan la evapotranspiración a partir de datos climáticos y de otra clase. Entre ellos destacan los cuatro métodos estudiados por Doorembos y Pruitt en la publicación de FAO ―Las necesidades de agua de los

cultivos‖, métodos de Blaney-CriddIe, de la radiación, de Penman y de la cubeta

evaporimétrica.

Cualquiera que sea el método escogido se valora antes la evapotranspiración de un cultivo de referencia relacionándose ambos mediante un coeficiente obtenido experimentalmente:

Fórmula 3. Necesidades del cultivo

ET(Cultivo) = ETo ∗ Kc

(Fuentes, 2003)

Donde:

ET (Cultivo) = Evaporación de un cultivo determinado, expresado en mm/dia

ETo = Evaporación del cultivo de referencia, expresado en mm por día.

(57)

• ETo se define como la tasa de evapotranspiración de un cultivo extenso y

uniforme de gramíneas, de 8 a 15 cm de altura, en crecimiento activo, que sombrea totalmente el suelo y no está escaso de agua.

• ET (cultivo) es la evapotranspiración de un cultivo determinado en un suelo

fértil, sin enfermedades y con suficiente cantidad de agua para dar una plena producción.

El cálculo de ETo se hace en la misma zona de riego (método de la cubeta evapo- rimétrica) o mediante fórmulas que relacionan ciertos datos climáticos (métodos de Blaney-CriddIe, de la radiación y de Penman).

Los métodos de Blaney-CriddIe, de la radiación y de Penman se utilizan, generalmente, como métodos de predicción, mientras que el método de la cubeta evaporimétrica mide la evaporación real ocurrida en dicha cubeta (que se relaciona con la evapotranspiración real), aunque también se puede utilizar como método de predicción.

2.5.1.4.1. Método de la cubeta evaporimétrica.

(58)

relacionar la evaporación del agua de la cubeta con la evapotranspiración del cultivo de referencia (ETO), mediante la siguiente fórmula:

Fórmula 4. Calculo de evaporación mediante método evaporimétrica.

Ep=Kp.ETo

Fuente: (Fleming, P y otros 1990).

ETo = Evapotranspiración del cultivo de referencia, expresada en mm por día.

Kp = Coeficiente de la cubeta, que depende del tipo de cubeta, del clima y del medio que circunda a la cubeta.

Ep=Evaporación de la cubeta, expresada en mm por día. Representa el valor medio diario del período considerado.

La cubeta más utilizada es la de clase A, que es de hierro galvanizado, de forma circular, con un diámetro de 121 cm y una profundidad de 25,5 cm. Se coloca sobre una plataforma de madera a 15 cm de altura sobre el suelo.

La cubeta evaporimétrica se instala en un medio abierto, en un sitio donde no haya a su alrededor cultivos que tengan más de 1 m de altura en un radio de 50 m. A su alrededor habrá suelo desnudo o hierba verde segada frecuentemente.

(59)

hora mediante un tornillo micrométrico situado en un depósito. La lectura ha de hacerse de forma meticulosa, para evitar errores.

El coeficiente Kp varía con el clima de la región, el tipo de cubeta y la colocación de la misma (situada sobre una cubierta verde o sobre barbecho). (Fleming, P y otros (1990).

Esta metodología es utilizada también por la Comisión Nacional de Riego (CNR) y el Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) del Perú en sus diferentes proyectos en la serranía peruana y así se obtiene la cantidad de agua evaporada y mediante el coeficiente especifico se la transforma a evapotranspiración lo que permite se aplique al cultivo solamente esta cantidad determinada en mm/día.

2.5.1.5. Eficiencia de Aplicación (Nt)

La eficiencia de aplicación es la relación entre el agua que se necesita y la que realmente se ha de aportar a consecuencia de las pérdidas que hay en el sistema elegido. (TARJUELO. 2010)

Fórmula 5. Eficiencia de Aplicación.

Nt = Nn/Ea

Fuente: (Tarjuelo, 2002)

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El coeficiente de cultivo describe las variaciones de la cantidad de agua que las plantas extraen del suelo a medida que van desarrollandose, desde la siembra hasta la recolección. Normalmente se diferencian 4 etapas o fases de cultivo:

• Inicial: Desde la siembra hasta un 10% de la cobertura del suelo

aproximadamente.

• Desarrollo: Desde el 10% de cobertura y durante el crecimiento activo de la

planta.

• Media: Entre floración y fructificación, correspondiente en la mayoría de los

casos al 70-80% de cobertura máxima de cada cultivo.

• Maduración: Desde madurez hasta recolección.

Para el sistema Pastora Alomia, el Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) ha desarrollado experimentalmente coeficientes Kc de los cultivos existentes en la zona:

Tabla 2. Coeficiente de cultivo (Kc) del Patrón de cultivos del Sistema Pastora .

Alomia.

Fuente: (INIAP, 2010) altura de

cultivo

Inicial Media Final m

Cebolla 0.7 1 1 0.4

maíz 1 1.15 1.1 2.1

Frejol 0.5 1.05 0.9 2

Alverja 0.5 1.1 1 0.5

Papa 0.45 1.15 1.1 0.6