GOBIERNO DEL ESTADO
DE TABASCO
LIC. MANUEL ANDRADE DÍAZ
Gobernador Constitucional del EstadoING. JAIME LASTRA ESCUDERO
Secretario de Desarrollo Agropecuario,Forestal y Pesca
M.V.Z. VLADIMIR BUSTAMANTE SASTRÉ
Director GeneralInstituto para el Desarrollo de Sistemas de Producción del Trópico Húmedo de Tabasco
INSTITUTO PARA EL DESARROLLO DE
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DEL TRÓPICO
HÚMEDO DE TABASCO
DIRECTORIO
M.V.Z. VLADIMIR BUSTAMANTE SASTRÉ
Director General
M.C. RAÚL CASTAÑEDA CEJA
Director de Investigación Científica y Desarrollo Tecnológico
ING. BRAULIO ANDRÉS CALDERÓN
Director de Capacitación, Transferencia y Adopción Tecnológica
ING. FABIAN SÁNCHEZ CRUZ
Director de Planeación
SR. ALBERTO MORÁN ZENTELLA
COLEGIO DE POSTGRADUADOS
DIRECTORIO
Dr. Benjamín Figueroa Sandoval
Director General
Dr. Felix V. González Cossío
Secretario General
Dr. Alejandro Jaimes Escobedo
Secretario Administrativo
CAMPUS TABASCO
Dr. David J. Palma López
Director
Dr. Carlos Fredy Ortiz García
Coordinador de Postgrado
Dr. Sergio Salgado García
Coordinador de Investigación y Desarrollo
Dra. Luz del Carmen Lagunes Espinoza
PRESENTACIÓN
La transferencia de tecnología ha sido y seguirá siendo para el Instituto del Trópico Húmedo, una herramienta fundamental para el desarrollo tecnológico del estado. Esta dependencia coordina, promueve, fomenta y apoya con recursos económicos, la transferencia de tecnología a los productores, hijos de productores y mujeres rurales, usando como recurso humano al especialista que generó la tecnología, impartiendo talleres teórico-practico, en las propias comunidades de los productores.
Asimismo, con la actualización tecnológica a los profesionistas y extensionistas del sector, busca eficientar la asistencia técnica al campo que se traduzca en modelos de producción más sustentables y rentables.
De la misma manera, los resultados de la tecnología generada en los centros de investigación llega a los productores a través de labores editoriales como: manuales y libros técnicos, trípticos informativos y agrovideos; así como, con la realización de congresos, foros, reuniones científicas, simposium, conferencias, intercambios tecnológicos y mediante eventos agropecuarios denominados “Día
del productor”.
Considerando lo anterior, el Gobierno del Estado a través del Instituto del Trópico Húmedo y en coordinación con la Dirección General de Escuelas Técnicas Agropecuarias (DGETA) y el Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco, ponen a disposición de los productores y técnicos el presente manual sobre “ Sistemas de
Riego para el Trópico Húmedo ”, material didáctico cuyo contenido
permite dar a conocer los más recientes avances científicos, encaminados a fortalecer tecnológicamente a la actual estructura productiva del estado de Tabasco, y cuyo uso se traduzca en mejores índices de producción y calidad, para lograr una mayor rentabilidad que impacte positivamente en la economía familiar de los que hacen producir la tierra.
M.V.Z. VLADIMIR BUSTAMANTE SASTRÉ DIRECTOR GENERAL
CONTENIDO
Página
•
INTRODUCCIÓN---•
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL RIEGO EN LAAGRICULTURA ---
•
NECESIDADES CLIMÁTICAS DE LOS CULTIVOS ---•
NECESIDADES DE AGUA DE LOS CULTIVOS ---•
METODOS DE RIEGO Y SU DISEÑO HIDRÁULICO ---•
DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO: SELECCIÓN DELMETODO DE RIEGO ---
•
Topografía del terreno ---•
Variabilidad de tipos de suelos ---•
Cantidad y calidad del agua ---•
Clima ---•
Cultivo ---•
Funcionamiento ---•
METODO DE RIEGO POR MELGAS ---•
Ventajas del riego por melgas ---•
Desventajas del riego por melgas ---•
ADAPTACION Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGOPOR MELGAS ---
•
Dirección del trazo de melgas ---•
Pendiente de trazo ---•
Ancho de melgas ---•
Longitud de melgas ---•
Lámina de riego ---•
Gasto o volumen de agua por melga ---•
Tiempo de riego por melga ---•
Tiempo total de riego por superficie ---•
Melgas en contorno o curvas a nivel ---•
Evaluación del sistema de riego por melgas ---•
DISEÑO Y PROYECTO DE RIEGO: METODOS POR MELGAS ---•
METODO DE RIEGO POR SURCOS ---•
ADAPTACION Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR SURCOS ---•
Tiempo de aplicación del riego ---•
Forma y espaciamiento de los surcos ---•
Flujo determinístico no erosivo ---•
Pendiente del terreno ---•
Longitud del surco ---•
Ancho del surco ---•
EVALUACION DEL SISTEMA DE RIEGO POR SURCOS ---•
Diseño y proyecto de riego por el método de surcos ---•
METODO DE RIEGO POR ASPERSIÓN ---•
Ventajas del riego por aspersión ---•
Desventajas del riego por aspersión ---•
ADAPTACION Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO PORASPERSIÓN ---
•
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO PORASPERSIÓN ---
•
DISEÑO DE RIEGO POR ASPERSIÓN ---•
Definición de plano topográfico ---•
Lámina de riego neta ( LRN ) ---•
frecuencia de riego ---•
Determinación de la capacidad del sistema ---•
Longitud de tubería principal ---•
Tamaño y forma del área a regar ---•
Longitud y dirección de tuberías laterales ---•
Diámetro de la tubería principal ---•
Diámetro de la tubería lateral ---•
DISEÑO AGRONÓMICO ---•
Secuencia del cálculo del diseño agronómico ---•
SECUENCIA DEL DISEÑO HIDRÁULICO Y CÁLCULO DE LASUBUNIDAD DE RIEGO ---
•
ESTIMACIÓN DE TOLERANCIA DE CAUDALES ---•
ESTIMACIÓN DE DIÁMETROS DE LA TUBERIA PRINCIPAL YSECUNDARIA ---
•
METODO DE RIEGO POR GOTEO ---•
GENERALIDADES DEL SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO ---•
Ventajas del riego por goteo ---•
Desventajas del riego por goteo ---•
ESQUEMA Y COMPONENTES DE RIEGO LOCALIZADO DE ALTAFRECUENCIA ---
•
SELECCIÓN DE LOS EMISORES ---•
DISEÑO Y PROYECTO DE RIEGO: METODO POR GOTEO ---SISTEMAS DE RIEGO PARA EL TRÓPICO HÚMEDO
INTRODUCCIÓN
El riego para la agricultura se desarrolla en torno al elemento esencial más abundante en la naturaleza, "el agua", se presenta en tres estados definidos: sólido, líquido y gaseoso. Asimismo, forma parte de todo material viviente en diferentes proporciones y actúa como parte constitutiva de rocas y elementos minerales. Fue Lord Cavendisch en 1781, quién preparó artificialmente el agua por combustión del hidrógeno y, posteriormente Lavoisier, demostró que el agua estaba compuesta por dos elementos: hidrógeno y oxígeno.
Continuamente este líquido presenta una serie de cambios de estado; de tal forma, que constituye su propio ciclo conocido como
"Ciclo hidrológico" (Figura 1). Para fines agrícolas, es indispensable
analizar y cuantificar la calidad de agua de riego, ya que es bien conocido que esta sustancia, tal como aparece en la naturaleza, no es pura y contiene pequeñísimas partículas sólidas.
La mayoría de los científicos e investigadores afirman que la Tierra es un planeta acuático; ya que el 71% de su superficie, se encuentra cubierta por agua.
La distribución del agua en la Tierra es poco uniforme en las distintas latitudes: el 97% del volumen de agua en la Tierra se halla en los mares y los océanos, y tal líquido no es apto para el consumo humano. El 3% restante se compone de agua dulce, del cual el 2.997% resulta de muy difícil acceso para el consumo, ya que se sitúa en los casquetes polares y en los glaciares. Esto significa que tan sólo el 0.003% del volumen total del agua de nuestro planeta es accesible para el consumo humano y se encuentra en los lagos, humedad del suelo, vapor de agua y en las corrientes fluviales y subterráneas aprovechables (Figura 2).
Figura 2. Distribución del agua en el mundo.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL RIEGO EN LA AGRICULTURA
El riego en los cultivos agrícolas es antiguo; la historia de la humanidad ha demostrado que pueblos que hoy no existen, florecieron y se extinguieron sobre tierras que fueron cultivadas con sistemas de riego e incluso, algunos investigadores han expresado que, "la perpetuidad de los pueblos civilizados depende de muchos factores, entre los cuáles es de capital importancia la existencia de una agricultura de rentabilidad permanente" (Israelsen, 1985); además, el proceso de suministrar un adecuado manejo de agua para los cultivos, permite estimar de un modo práctico las bases
fundamentales de mantener de forma permanente la rentabilidad económica de una agricultura bajo condiciones de riego.
Básicamente el riego es una operación agrícola que sirve para satisfacer las necesidades de agua de las plantas. Para los agricultores, el riego, es un requisito indispensable para lograr buenas cosechas en climas donde las lluvias naturales no son suficientes para satisfacer las necesidades de agua de los cultivos durante todo el año o parte de él. El riego no tiene resultados por sí sólo, sino que puede ser provechosa o afectar desfavorablemente otras labores culturales agrícolas, además, cabe resaltar, que la heterogénea distribución natural de los recursos hídricos en México y específicamente en el trópico húmedo, crea la necesidad de planificar y manejar el agua con eficiencia técnica en los distritos de riego y regiones de temporal en el país.
Si se contempla la historia de las civilizaciones con los ojos del cientificismo, entonces se advierte que la evolución de las razas humanas juegan papeles importantes en la evolución de la agricultura promovida por el hombre. Así tenemos que en los libros griegos de Hermes Trimegisto, se hace una compilación de las enseñanzas de la escuela de los egipcios en donde se enseñaban ciencias y artes de cultivar la tierra con riego. En el libro de los muertos; así como, en las inscripciones de los obeliscos de Tebas y Menfis, confirman la teoría de Manethón y demuestran que los sacerdotes de Amón-Ra profesaban el arte de trabajar la tierra con técnicas de irrigación a orillas del río Ganges.
NECESIDADES CLIMÁTICAS DE LOS CULTIVOS
En los países con mayor desarrollo agrícola se concede mucha importancia al estudio del clima en relación con los procesos de producción agrícola. El grado o intensidad del crecimiento por unidad de tiempo, depende de las condiciones meteorológicas, edad de las plantas, fertilidad del suelo, y cuanto más se aproximen al óptimo de temperatura, luz y humedad, tanto mayor será el grado de crecimiento.
NECESIDADES DE AGUA DE LOS CULTIVOS
En primer lugar, vale la pena distinguir entre las necesidades de agua en la parcela, en la finca, sector de riego o en la zona de riego.
Las diferencias entre ellas se deben a las pérdidas en los sistemas de conducción, evaporación en los depósitos de almacenamiento e incluso al número de horas útiles al día para el riego.
El mecanismo de estimar las necesidades de agua de los cultivos puede hacerse a partir de datos experimentales de la zona o por medio de métodos empíricos que, en general, evalúan la evapotranspiración a partir de registros climáticos y otros factores. Cuando la experiencia local existe, proporciona el mejor estimador de la evapotranspiración, ya que se supone la integración de todos los factores que realmente intervienen en el consumo de agua, integración que ninguna fórmula puede igualar. La mayoría de los métodos empíricos utilizan el concepto de evapotranspiración que involucra dos fenómenos: evaporación, proceso que se ha convenido aplicar a la evaporación directa desde el suelo a la atmósfera; y la
transpiración, que es la evaporación del agua desde los estomas de
las plantas. Hay que distinguir entre la evapotranspiración que realmente se produce en un determinado momento y la máxima que en ese momento produciría un cultivo verde con cobertura total del suelo y con el suelo provisto de buena humedad útil; a esta última se denomina evapotranspiración potencial.
Los detalles de los cálculos para estimar la evapotranspiración potencial se pueden encontrar en diversas publicaciones científicas y no vamos a entrar en detalles de los modelos y métodos que se pueden utilizar para las condiciones del trópico húmedo.
METODOS DE RIEGO Y SU DISEÑO HIDRÁULICO
Para diseñar un sistema de riego en sistemas de producción agrícola, se deben de responder tres incógnitas esenciales: ¿CUANTO, CUANDO Y COMO REGAR?.
El primer término, CUANTO, se refiere a la cantidad necesaria de agua que requiere el cultivo para tener el óptimo rendimiento. Para ello, es necesario realizar algunos cálculos matemáticos que involucran características físicas, químicas y físico-químicas de los suelos o bien estimar de acuerdo a características climatológicas (radiación solar, temperatura, vientos, etc.) del lugar, las necesidades hídricas del cultivo a trabajar en donde se desea implementar el sistema de riego ( Cuadro 1 ).
Para realizar el cálculo de láminas de riego (LR) en base a características físicas del suelo se contemplan las variables de capacidad de campo (CC), punto de marchites permanente (PMP), densidad aparente (Da) y profundidad radicular (Pr); considerando una profundidad de 30 centímetros para los diferentes ordenes de suelos determinados en Tabasco por Palma en 1985, se obtienen valores de lámina de riego con un rango que varía de 3.34 a 6.74 centímetros y se calculan mediante la siguiente fórmula:
(
)
100 Pr * * Da PMP CC LR= −El CUANDO regar define el momento del riego y, para ello, es necesario conocer hasta que punto puede dejarse secar el suelo antes de regar, de manera que no se castigue el cultivo ni se desperdicie agua. En la práctica esta determinación se puede estimar con una o más de las variables siguientes: apariencia general de la planta, características generales del suelo, contenido de humedad del suelo, en apreciaciones basadas en medidas climáticas y funciones de producción.
Cuadro 1. Láminas de riego (LR) para diferentes ordenes de suelos
en el estado de Tabasco. Orden de
suelo Características físicas del suelo de riego Lámina
CC (%) PMP (%) (g/cmDa 3) Pr (cm) (cm) LR Entisol 30.40 14.52 1.62 30 6.74 Inceptisol 26.32 12.14 1.19 30 5.06 Vertisol 24.77 13.46 1.48 30 5.02 Ultisol 22.50 11.00 1.45 30 5.00 Alfisol 22.99 12.90 1.35 30 4.08 Molisol 19.67 10.76 1.25 30 3.34
Como indicadores o medidores directos de la humedad del suelo para la aplicación del riego, existen actualmente procedimientos sencillos y rápidos que miden directamente la humedad del suelo in situ, con ello se evita extraer muestras de suelo, secarlas, pesarlas y estimar la humedad como lo estipula el método gravimétrico. A continuación se describen dos métodos que estiman la humedad del suelo y que pueden adaptarse en aquellas fincas donde se diseñe un sistema de riego.
Método de Bouyoucos. Este método se basa en el empleo de
bloques de yeso que se introducen en el suelo a diferentes profundidades, dentro del bloque se ubican dos terminales unidas a celdillas que provocan la conductividad; del bloque derivan dos alambres que llevan al medidor de resistencia eléctrica cuya medida es en ohms, como es lógico suponer, lo que se mide es la resistencia que ejerce el bloque de yeso al paso de la corriente, relacionando su inversa (conductividad) (1/R), con el contenido de humedad del suelo. Este método define la precisión en el tiempo en que se debe de aplicar la cantidad de agua requerida por los cultivos.
Tensiómetros. Son instrumentos indicadores de humedad que
trabajan dentro de los límites de la presión atmosférica y se basan en el uso de una membrana porosa o semipermeable que se pone en contacto con las partículas de suelo; de tal modo, que se mide la tensión de succión que ejerce el agua en los espacios intersticiales del suelo. Comúnmente trabajan entre 0.1 a 0.8 atmósferas de succión; un manómetro indicador, ubicado en la parte superior del vástago que se introduce en el terreno, indica la tensión o el estado de humedad en el suelo (Figura 3).
COMO regar es precisar el método de riego más adecuado
según las condiciones de tipo de suelo, topografía, cultivo y otros factores involucrados. Los métodos de riego se clasifican de acuerdo a la forma de aplicación del agua al suelo y según el mecanismo de distribución del agua en el suelo; se pueden esquematizar de la siguiente manera:
Figura 3. Tensiómetro para
determinar contenidos de humedad en el suelo.
1. Métodos superficiales Inundación Melgas Regaderas en contorno Curvas a nivel Cuadros Por líneas Surcos Corrugaciones Cama melonera 2. Métodos aéreos Aspersión Aspersores giratorios Tubos oscilantes Tubos giratorios
3. Métodos subterráneos o subsuperficial Subirrigación Ascenso capilar 4. Métodos mixtos Goteo Instalaciones fijas Instalaciones móviles
DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO: SELECCIÓN DEL MÉTODO DE RIEGO
La selección de un método de riego se basa en la viabilidad técnica y la factibilidad económica. Son muchos los factores que se deben tomar en consideración para seleccionar el método de riego a utilizar en un sistema de producción agrícola, a continuación se mencionan los más importantes:
Topografía del terreno
El riego de superficie requiere pendientes uniformes que no sean demasiado pronunciadas. A menos que se realicen labores de
conformación de suelo lo que es un proceso costoso, las pendientes pronunciadas impedirán probablemente el riego de superficie y harán más conveniente el riego por goteo o aspersión. Para que el riego sea eficiente mediante el método de superficie, las pendientes tendrán que ser uniformes, sin puntos elevados o bajos; para lograr esto, se requiere una nivelación del terreno cuya amplitud dependerá de la topografía natural.
La nivelación del terreno puede llegar a ser un proceso destructivo que dé como resultado la reducción de las profundidades de las capas superiores del suelo, lo cual no contribuye al mejoramiento de la producción de cultivos. A menos que la capa superior del suelo sea profunda y la superficie no demasiado ondulada, no se deberá efectuar la nivelación del terreno. Si las circunstancias son tales que no resulte prudente nivelar el terreno, se deberán utilizar métodos de riego aéreos (aspersión). Además es notable tomar en consideración el hecho de que la nivelación del terreno puede ser una operación costosa y que por consiguiente en algunos casos, quizá sea más económico instalar desde un principio sistema de riego por aspersión.
Variabilidad de tipos de suelos
Los tipos de suelo en una zona fisiográfica, afecta también la elección del método de riego. Los suelos con poca agua disponible se le suministran riegos ligeros y frecuentemente es difícil de aplicar por medio de métodos superficiales. Los suelos con un índice elevado de infiltración (arenosos), tienden a desperdiciar agua debido a que se producen pérdidas por percolación profunda por debajo de la zona de enraizamiento. Además, la variabilidad edáfica provoca dificultades para la programación del riego, sobre todo, si existe en el terreno más de un tipo de suelo.
Cantidad y calidad del agua
La cantidad, calidad y el costo del suministro de agua tendrán también efectos sobre la elección del método de riego. Cuando el flujo de agua disponible es pequeño, el riego de superficie resulta ser con frecuencia antieconómico. La presencia de sedimentos en el agua impide el uso de rociadores aéreos y sistemas de riego por goteo a menos que se utilice un método de filtración. Los sedimentos raramente provocan problemas en sistemas de riego de superficie;
aunque, cuando se encuentran presentes en grandes cantidades se pueden azolvar los canales y, provocar así, problemas de flujo del agua.
Clima
En general los vientos que sobrepasan la velocidad de los 15 Kilómetros por hora, generan problemas con los sistemas de riego aéreo, lo que hace que sean poco adecuados en zonas con este tipo de problema; ya que, las partículas de agua son arrastradas por el aire y el patrón de aplicación del agua se distorsiona, dando como resultado baja eficiencia de aprovechamiento del agua por las plantas. Las altas temperaturas y la humedad relativa baja, reducen la eficiencia del sistema de riego por aspersión y de superficie.
Cultivo
El tipo de cultivo que se programe implementar, tiene poco efecto sobre la elección de un método de riego superficial o de aspersión. Sin embargo, factores como altura de planta en el cultivo puede ocasionar incomodidad en el desplazamiento de estructuras hidráulicas dentro del terreno, por lo que debe de tomarse como consideración secundaria.
Funcionamiento
Uno de los argumentos principales a favor de los tipos de riego por aspersión y goteo es la facilidad en el manejo del agua comparado con los sistemas superficiales; no sólo en lo que se refiere a la programación del riego, sino también en el proceso de distribución del agua.
MÉTODO DE RIEGO POR MELGAS
El método de riego por melgas es un método de riego por inundación controlada. El campo que se va a regar se divide en franjas por medio de bordes paralelos y cada franja se riega en forma independiente de las demás, las fajas entre bordos deben tener una pendiente mínima en el sentido de su pendiente natural del terreno, para que el agua fluya en el sentido de riego o longitud de la melga. El agua se aplica en la parte superior de las fajas por medio de estructuras hidráulicas: sifones, compuertas, cajas reguladoras de
aplicación o bien en forma rústica haciendo aberturas en el bordo de las regaderas.
El gasto derivado a la melga debe ser tal que se distribuya sobre toda la faja, sin rebasar la altura de los bordos, y que el volumen de agua deseado se aplique en un tiempo igual o poco menor que el necesario para que el suelo absorba la cantidad neta requerida. Este método constituye una de las formas más eficientes de aplicar el agua de riego, cuando las condiciones del suelo, cultivo, caudal de agua disponible y topografía lo permite. La eficiencia de riego por melgas comúnmente fluctúa en un rango de 55 a 75%.
La adaptabilidad de este método de riego en función del tipo de suelo, es preferentemente en aquellos suelos de textura fina o arcillosa, conocido comúnmente como suelos pesados. La pendiente de las melgas no debe pasar del 0.5%; sin embargo, si el cultivo cubre completamente el área, se puede aceptar hasta un 2%. La infiltración básica del suelo no debe sobrepasar de 7.0 cm/hora.
El ancho de la melga regularmente se diseña de acuerdo a la maquinaria agrícola que se utiliza para cosechar el producto; de tal forma, que puede ser igual o múltiplo de dicha anchura. La longitud de la melga es variable de acuerdo a las características del campo y ésta puede variar entre 100 y 400 metros. La altura de los bordos de contención pueden ser de 35 centímetros y el tirante hidráulico máximo en la melga, no debe pasar de 15 centímetros.
Ventajas del riego por melgas
¾ La eficiencia de aplicación es buena a excelente, si las melgas se diseñan y construyen apropiadamente, y si se siguen las normas prácticas del manejo de agua.
¾ Los requerimientos de mano de obra son bajos.
¾ Las dimensiones de las melgas se pueden diseñar para una operación eficiente de la maquinaria agrícola que se utilice.
¾ En áreas donde el drenaje superficial es crítico, este sistema puede proporcionar un medio de evacuación rápida de los excesos de agua.
Desventajas del riego por melgas
¾ Necesita eliminar completamente la pendiente transversal.
¾ La topografía debe ser relativamente plana o que los suelos sean suficientemente profundos para permitir una nivelación adecuada. ¾ Que el adiestramiento de los regantes sea considerable o que el
personal entrenado esté disponible.
ADAPTACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR MELGAS
Existen en la actualidad diferentes metodologías para realizar el diseño de melgas; sin embargo, en la práctica la tendencia general ha sido utilizar grandes gastos hidráulicos para reducir el tiempo de avance, ya que se ha demostrado que para cada campo existen características particulares (Método Lewis y Milac), otros se han basado en el conocimiento del gasto máximo y gasto mínimo, seleccionando un caudal unitario para cada campo en particular, el cual integra una serie de factores (infiltración, pendiente, ancho, largo, altura de bordos, erosión).
Como el método de flujo unitario se basa en éstos factores, por lo tanto es un método netamente empírico que considera que el caudal es directamente proporcional a su longitud y que la velocidad es proporcional al gasto. Este sistema de riego es adecuado para el riego de cultivos densos que no requieren demasiadas labores culturales mecanizadas y que no sean sembradas en hileras: el arroz, pastos y cultivos de grano pequeño, son ejemplos de cultivos que pueden aprovecharse con estas técnicas de manejo del agua. Para realizar el diseño se requiere definir los siguientes factores: ¾ Dirección del trazo de melgas.
¾ Pendiente de trazo S (%). ¾ Ancho de melgas S (%). ¾ Longitud de melga W (m). ¾ Lámina de riego LR (cm). ¾ Gastos por melga Q (lps).
¾ Tiempo de riego por melga TR (h).
Dirección del trazo de melgas
En el trazo de melgas estas se orientan de acuerdo a la mayor pendiente, para lo cual es necesario realizar levantamientos topográficos; de tal forma, que sea posible elaborar curvas a nivel que nos indiquen la dirección y distribución de la pendiente, esto permitirá realizar el trazo del riego en la forma más adecuada a sus condiciones; sin embargo, generalmente son trazadas en el sentido perpendicular a las curvas de nivel.
Pendiente de trazo
Este factor se determina por diferencias de alturas, conociendo las cotas del punto más alto y más bajo de la melga y dividiendo esta diferencia de alturas entre las distancias de los dos puntos.
100 * cot cot d men may S = − donde: S = Pendiente (%)
Cotmay = Cota mayor (m) Cotmen = Cota menor (m) d = Distancia (m)
Ancho de melgas
El espaciamiento entre bordes que delimitan el ancho de la melga dependen básicamente de la pendiente, del gasto disponible y principalmente del ancho de los implementos agrícolas, en el caso de la pendiente entre bordos se procura dar un 0.2% como máximo, pero de preferencia igual a cero. Para definir el ancho de melga se multiplica el ancho del implemento por dos ó tres veces su anchura que corresponderá al número de veces que el implemento pasará por la melga. AI NPM W = * donde: W = Ancho de melga (m)
AI = Anchura de implemento (m)
Longitud de melgas
Está determinada básicamente por las dimensiones del terreno, en otros casos por el tipo de suelo, infiltración básica, pendiente y lámina de agua; cuando se presenta esta situación es necesario haber determinado un gasto melga, ancho, tipo de suelo y pendiente por lo que la longitud se estima:
W Q L= *100 donde:
L = Longitud de melga (m) Q = Gasto por melga (lps) W = Ancho de melga (m)
Lámina de riego
El conocimiento de la cantidad de agua por aplicar depende de las características físicas del suelo tales como capacidad de campo, punto de marchites permanente, densidad aparente, profundidad radicular; así como, la eficiencia de aplicación del agua en el riego:
(
)
100 Pr * * Da PMP CC LR= − donde: LR = Lámina de riego (cm) CC = Capacidad de campo (%)PMP = Punto de marchites permanente (%) Da = Densidad aparente (g/cm3)
Pr = Profundidad radicular (cm)
Gasto o volumen de agua por melga
El gasto total a aplicar a una determinada superficie de melga (área = W*L), se obtiene aplicando la ecuación que involucra el gasto unitario:
100 * *L W q Q= u donde:
Q = Gasto requerido por melga (lps)
qu = Gasto unitario requerido según pendiente (S) e infiltración
básica (lps/100 m2)
L = Longitud de la melga (m) W = Ancho de la melga (m)
El gasto unitario requerido se calcula de acuerdo a valores que se han encontrado experimentalmente para muchos tipos de suelos y para diversos grados de pendiente.
Tiempo de riego por melga
El tiempo que se necesita para regar una melga depende de la lámina de agua y del gasto por unidad de ancho de melga, este se calcula por: u q LR TR * 6 . 3 = donde: TR = Tiempo de riego (h) LR = Lámina de riego (cm) qu = Gasto unitario (lps/100m2)
Tiempo total de riego por superficie
Para conocer el tiempo que se tarda en regar una superficie con características específicas definidas, se conoce a partir de:
LW Sup TR TTR=416.67* *
donde:
TTR = Tiempo total de riego (días) TR = Tiempo de riego por melgas (h) Sup = Superficie (ha)
W = Ancho de la melga (m)
Melgas en contorno o curvas a nivel
Este método es una modificación del sistema de riego por melgas rectas, el cual sin modificar la topografía natural del terreno es posible trazar bordos que siguen las curvas a nivel (misma cota), delimitando franjas o áreas del terreno de ancho variable, formando de esta manera la melga en contorno. Las melgas en algunos casos es posible cortarlas mediante regaderas con la finalidad de homogenizar las áreas a regar.
Evaluación del sistema de riego por melgas
Las pruebas de riego son conducidas en el campo con el objetivo de observar los diferentes fenómenos que se presentan al aplicar el gasto en melgas, éstas son indispensables para evaluar el diseño del método de riego mediante la combinación de análisis de fórmulas empíricas y teóricas que nos indican si el diseño es eficiente en cuanto a su distribución uniforme de la humedad y mejor aprovechamiento de los recursos hidráulicos.
DISEÑO Y PROYECTO DE RIEGO: METODO POR MELGAS Datos y cálculo para el diseño agronómico e hidráulico:
Cultivo: Arroz
Superficie del terreno: Con plano topográfico, se tienen 9.36 ha
(360 m * 260 m).
Pendiente de las melgas: De acuerdo al plano topográfico
(altimetría) se obtuvo: 0.065%.
Lámina de riego (LR): 5.79 cm
Infiltración básica (IB): 1.283 cm/h Eficiencia de riego (EF): 70%
Anchura de melgas (W): 3 veces el ancho de la cortadora o trilladora
(
)
m W W T W 98 . 10 ) 66 . 3 3 3 = = = Ancho trilladora T =3.66mLongitud máxima de melga (L): En base a datos de pendiente e
infiltración se estima que la longitud máxima es de 800 metros, por lo que la dimensión de 260 metros que es la dirección de la pendiente es tomada como valor de L.
Lámina de riego neta (LRN)
cm LRN LRN EF LR LRN 27 . 8 100 * 70 79 . 5 = = =
Gasto unitario (qu): Con datos de infiltración básica y lámina de
riego neta se estimó que qu = 1.4 lps/100 m2.
gasto por melga (Q):
lps Q m m Q L W q Q u 96 . 39 100 260 * 98 . 10 * 4 . 1 100 * * = = =
Tiempo de riego por melga (TR)
h TR TR q LRN TR u 64 . 1 4 . 1 * 6 . 3 27 . 8 * 6 . 3 = = =
Superficie de la melga (área melga) 2 2860 lg 260 * 11 lg * lg m a Areame m m a Areame L W a Areame = = =
Volumen de agua requerida por melga (Vol melga)
3 2 522 . 236 lg 0827 . 0 * 2860 lg * lg lg m a Volme m m a Volme LRN a Areame a Volme = = =
MÉTODO DE RIEGO POR SURCOS
Este método es uno de los más utilizados en el mundo. Los surcos son canales pequeños en los que el agua se infiltra en dirección vertical y lateral, al mismo tiempo, que se mueve en el sentido de la pendiente. La superficie del suelo no se moja totalmente. La duración del tiempo que el agua debe correr entre ellos depende de la cantidad de agua que se necesita para saturar la zona ocupada por las raíces, de la velocidad de infiltración en el suelo y la rapidez con que el agua se desplace lateralmente en el suelo.
En la mayor parte de los suelos, el gasto inicial y la velocidad de flujo deberá ser mucho mayor que el correspondiente a la velocidad de infiltración para lograr un avance homogéneo y rápido (Figura 5). En consecuencia, cuando el agua llega al extremo de los surcos debe ajustarse el volumen de agua para evitar desbordamientos de agua y erosión en los lomos de los surcos. Los surcos usualmente se construyen en el sentido de la pendiente cuando ésta no es demasiada, para evitar desbordamientos laterales. Algunas de las limitantes para el uso de riego por surcos son:
¾ Requiere mayor cantidad de mano de obra que otros sistemas de riego.
¾ Requiere una regulación controlada del gasto que lleva cada surco, para evitar rompimientos y no tener desperdicios de agua. El método de riego por surcos no es adecuado para aplicar láminas de riego ligeras o menores a 5 cm.
¾ Si los surcos se rompen es necesario repararlos, aunque se tenga que maltratar el cultivo que se encuentra sembrado.
Figura 4. Sistema de riego por surcos, utilizando sifones para el abastecimiento del agua del canal al surco.
ADAPTACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR SURCOS
Este tipo de manejo de agua suele adaptarse a cualquier tipo de suelo, excepto a suelos arenosos cuya infiltración es rápida y la distribución del agua lateral muy deficiente. No es recomendable en aquellos suelos con altas concentraciones salinas, suelos que se agrietan produciendo peligro de erosión vertical y horizontal. El riego por surcos puede ser diseñado en terrenos con pendientes menores al 1%; sin embargo, si la precipitación pluvial no es intensa, es aceptable utilizar este tipo de riego cuando se tenga hasta un 2%, si la precipitación es de intensidades y cantidades considerables como para provocar problemas de erosión se debe aceptar como máximo un 0.5%.
Para condiciones climáticas naturales del estado de Tabasco, no se deben diseñar sistemas de riego por surcos, cuando se tengan pendientes mayores de 1%. La infiltración permitida para uso en este tipo de riego es de lenta a moderada. Las dimensiones del surco,
específicamente la anchura es variable, normalmente se fija de acuerdo al tipo de cultivo, maquinaria agrícola que se utilizará en las labores culturales y del manejo del cultivo, según la zona o región donde se implementará el sistema de riego. Sin embargo, la longitud de un surco depende de la capacidad de infiltración del suelo, del gasto máximo permisible que debe circular en el surco y este a su vez depende de la pendiente y el grado de erodabilidad del suelo.
Las pérdidas por infiltración profunda (una función del índice no erosivo, pendiente del terreno y la profundidad de aplicación de la lámina de agua), influyen en la longitud del surco que vaya a utilizarse en un determinado suelo. Esas pérdidas provocan la lixiviación de nutrientes de la zona de las raíces y en algunos suelos arcillosos pueden hacer que se agraven los problemas de drenaje interno; las longitudes de los surcos se deben estimar a partir de pruebas en campo.
Tiempo de aplicación del riego
El tiempo que se debe aplicar la lámina de riego, es el tiempo que se necesita para que la lámina de riego neta se infiltre, más el tiempo necesario para que el gasto de riego alcance el extremo final del surco que se está regando.
Para calcular el tiempo de riego se utiliza la fórmula: VIP
LRN T =1.25 donde:
T = Tiempo de riego (horas)
LRN = Lámina de riego neta (cm)
VIP = Velocidad de infiltración promedio (cm/hora)
La velocidad de infiltración promedio se estima con el valor de infiltración básica (lps/100 metros) dividida entre el valor del espaciamiento entre surcos, es decir:
nto Espaciamie
IB VIP= 360
El valor del espaciamiento debe estar expresado en centímetros, la constante 360 es un factor que convierte el resultado final a cm/hora. La lámina de riego neta (LRN) está en función de la eficiencia del sistema de riego por lo que calcula como:
EF LR LRN = donde:
LR = Lámina de riego en función de CC, PMP, Da y Pr (cm). EF = Eficiencia de riego de acuerdo al sistema.
La EF depende principalmente de la pendiente de los surcos y del tipo de suelo, en el Cuadro 2 se presentan valores de pendientes máximas permisibles.
Para diseñar un sistema de riego por surcos es necesario conocer los siguientes conceptos y variables, los cuales son:
Forma y espaciamiento de los surcos
La altura del borde junto con la pendiente del terreno determinan la capacidad de conducción de agua que tiene el surco. Los bordes demasiado bajos se desbordarán y puede transformarse el riego por surcos en inundaciones parciales o totales en el terreno; por otro lado, los bordes demasiado altos, requerirán de un mayor volumen de agua para regar adecuadamente la zona de crecimiento de raíces.
Los suelos arenosos tienden a tener un patrón de humedecimiento vertical, mientras que, los arcillosos presentan patrones semicirculares. La forma de los surcos depende en gran parte de la pendiente del terreno y la estabilidad del suelo; cuanto mayor sea la pendiente tanto más ancho tendrá que ser el surco para incrementar el área de humedecimiento del surco, cuanto más pronunciada sea la pendiente menor deberá ser la velocidad y menor el tirante hidráulico para el flujo en acción.
Flujo determinístico no erosivo
En los suelos más permeables, para permitir que el humedecimiento del extremo del surco comience tan pronto como sea posible, se
deberá utilizar el flujo máximo "no erosivo" dentro de la capacidad del surco. El investigador Criddle determinó que este valor es función principalmente de la pendiente del surco.
Para delimitar el gasto no erosivo que debe circular en el surco se utiliza la fórmula:
S Q= 0.631 donde:
Q = Gasto no erosivo por surco (lps) S = Pendiente del surco (%)
En surcos con pendientes planas, los gastos pueden ser limitados por la capacidad de flujo del surco. Experiencias han demostrado que los surcos sembrados con hortalizas pueden tener capacidades de 1.3 a 1.6 litros por segundo, los surcos de tamaño medio sembrados con cereales como maíz y sorgo tienen capacidad de circulación de 1.9 a 2.5 litros por segundo y surcos grandes como los utilizados en plátano y caña de azúcar suele circular hasta 3.2 litros por segundo.
Pendiente del terreno
Para evitar la nivelación del terreno y cualquier restricción respecto a las profundidades de enraizamiento, las pendientes de los surcos se pueden adaptar a la topografía natural. Para las pendientes permitidas de los surcos deben considerarse el tipo de suelo; ya que, se pueden presentar problemas de erosión durante el momento de riego o bien durante los períodos de precipitaciones pluviales. En el Cuadro 2 se presentan valores de pendientes máximas de surcos según el tipo de suelo.
Cuadro 2. Valores de pendientes máximas permisibles en función del tipo de suelo.
Tipo de suelo Pendiente máxima permisible (%)
Arena 0.25
Franco arenoso 0.40
Franco arcillo arenoso 0.50
Longitud del surco
Las pérdidas por infiltración profunda está en función de la pendiente, lámina de riego y tipo de suelo, influyen en la determinación de la longitud máxima permisible de los surcos. Experimentalmente se han encontrado valores de longitudes máximas en función de la variabilidad de factores que influyen en la infiltración, en el Cuadro 3 se dan algunos valores de longitudes máximas permisibles de surcos para varios tipos de suelos con diferentes pendientes.
Ancho del surco
La distancia adecuada entre bordes de los surcos, deben basarse de manera sustancial en el espaciamiento óptimo de los cultivos, de esta manera obtener un humedecimiento lateral adecuado.
EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO POR SURCOS Al igual que en el caso del método de riego por melgas, los ajustes de este sistema van a estar en función de las condiciones climáticas y edáficas del lugar.
DISEÑO Y PROYECTO DE RIEGO POR EL METODO DE SURCOS Datos y procedimiento para el diseño agronómico e hidráulico:
Cultivo: Sorgo
Textura del suelo: arcillo-limosos (fina) Lámina de riego (LR): 10.1 cm
Eficiencia de riego (EF): 70%
Topografía: plano topográfico (altimetría) Cálculo de la pendiente del surco: 0.48% Separación entre surcos: 0.92 m
*100 EF LR LRN = *100 70 . 0 1 . 10 = LRN LRN =14.42cm
Cuadro 3. Longitud máxima de los surcos en función del tipo de suelo, pendiente y gasto hidráulico.
Tipo de suelo Profundidad de aplicación (mm)* Longitudes de surcos (metros) Pendiente (%) 0.25 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 Descarga (litros/min) 180 90 45 30 22 15 Grueso 100 50 150 210 120 70 60 50 25 150 110 90 70 60 150 260 180 120 120 90 70 Mediano 50 250 170 130 100 90 70 100 375 240 180 140 120 100 150 420 290 220 170 150 120 Fino 100 50 300 450 220 170 130 120 90 310 250 190 160 130 150 530 380 280 250 200 160
* Incluyendo el agua de lixiviación
Longitud máxima de los surcos: (LMS)
Con datos de pendiente (0.48%), lámina de riego neta (14.42 cm) y textura del suelo (fina), se estima que la LMS es de 240 m.
Gasto por surco no erosivo (GSNE)
S GSNE=0.631 GSNE=1.314lps
Tiempo de riego (TR): h hora cm cm IB LRN TR 12.01 / 2 . 1 42 . 14 = = =
Volumen de agua necesaria para regar un surco (Vol. Surco):
[
]
[
]
litros VolSur m VolSur m m m VolSur LRN ancho longitud VolSur LRN Area VolSur 8 . 26532 5328 . 26 1442 . 0 * 92 . 0 * 200 * * * 3 = = = = =La longitud (200 m) es la del terreno natural para el cual se está diseñando el sistema de riego.
MÉTODO DE RIEGO POR ASPERSIÓN
La aspersión es un sistema de riego que distribuye el agua en forma de lluvia sobre el terreno. El agua no se transporta como en el riego rodado, a cielo abierto o canales, sino en tuberías hasta la parcela.
El agua va en conducción cerrada, a presión, hasta el aspersor y desde éste, por el aire cae en forma de lluvia sobre la parcela, infiltrándose sin desplazarse sobre el suelo. Para poder ser distribuida de forma eficiente es necesario que alcance una cierta presión, denominada presión de trabajo del aspersor. Los materiales de un sistema de riego por aspersión está constituido principalmente por tuberías, aspersores, accesorios y sistema de bombeo.
Ventajas del riego por aspersión
¾ Permite el riego de terrenos muy ondulados, sin necesidad de tener el suelo nivelado, como en el caso del riego por gravedad. ¾ Permite el riego de terrenos que no es posible nivelar por sus
características de conductividad hidráulica.
¾ La eficiencia de este sistema es mayor que la del riego por gravedad, lo que evidentemente permite un ahorro de agua.
¾ Permite una disminución de la mano de obra necesaria en el momento del riego, en comparación con los sistemas tradicionales.
¾ Evita la construcción de canales y acequias sobre el terreno, tanto de los definitivos como los provisionales, lo que permite que no existan obstáculos para la mecanización, ni disminución de área cultivada.
Desventajas del riego por aspersión
¾ Elevados costos de instalación al inicio del proyecto.
¾ Mayores costos del funcionamiento del sistema, ya que necesita una presión de trabajo a la salida del aspersor.
¾ Necesidad de una adecuada calidad de agua utilizada, para evitar deterioro de los equipos.
ADAPTACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR ASPERSIÓN
Las instalaciones de riego por aspersión comprenden las siguientes partes:
Una fuente de abastecimiento de agua, que puede ser una toma conectada sobre una red de distribución a presión: un depósito, río, canal o pozo profundo, donde el agua pueda ser succionada por un sistema de bombeo (Figura 5).
Una red de tuberías principales, cuyo objetivo consiste en llevar agua hasta las parcelas mediante conexiones secundarias. Distribución de tuberías secundarias o hasta terciarias, diseñadas sobre las parcelas. Sobre ellas van instalados los aspersores, que son los aparatos a través de los cuales se distribuye el agua.
Las instalaciones de bombeo pueden ser fijas o móviles. Están movidas por motores eléctricos, térmicos o por la toma de fuerza de un tractor. Se debe tener cuidado en la elección de la bomba, calcular adecuadamente la altura de elevación de la misma y su punto de funcionamiento para tener el máximo rendimiento. Es
conveniente que los elementos que integran el bombeo se encuentre protegidos de factores atmosféricos para una mayor durabilidad y un funcionamiento óptimo de los mismos.
Figura 5. Fuente de abastecimiento de agua para sistemas de riego: por goteo y aspersión.
La red de tuberías suelen ser generalmente fijas, aunque en pequeñas instalaciones pueden ser móviles. Las tuberías fijas generalmente van enterradas, actualmente se utilizan tuberías de plástico, principalmente PVC, debido a la facilidad de instalación.
Los aspersores normalmente utilizados son de dos tipos: flujo fijo y flujo rotativo; los primeros son poco utilizados y tienen un alcance relativamente pequeño, generalmente menor de 12 metros; los segundos son normalmente empleados en agricultura y se dividen en dos grandes grupos: aspersores de giro rápido y de giro lento. Los del primer grupo sólo se utilizan en jardinería, invernaderos o bien en pequeñas parcelas; los del segundo grupo son los más empleados en sistemas de producción agrícola (Figura 6).
En cuanto a la presión de trabajo, los aspersores se clasifican en tres grupos:
Baja presión. Estos pueden alcanzar hasta un máximo de 2
kg/cm2, su caudal y radio mojado son pequeños y se usan
principalmente en jardinería, invernaderos y huertos familiares.
Media presión. Estos están comprendidos entre 2 y 4 kg/cm2.
Son los más comúnmente empleados en sistemas de producción agrícola, ya que alcanzan áreas de mojados suficientemente amplios.
Alta presión. Este grupo comprende a los de mayores de 4
kg/cm2. Generalmente se les suele llamar cañones. Su diámetro de
mojado puede alcanzar dimensiones de 60 a 80 metros.
Figura 6. Riego por aspersión para pastizales, zona de los ríos, en el estado de Tabasco.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSIÓN
Los sistemas de riego por aspersión se dividen en tres categorías: ♦ Sistema Permanente
♦ Sistemas Semi-Permanentes ♦ Sistemas Portátiles
Sistemas Permanentes: Son aquellos en donde todas las
tuberías son fijas (conducción principal y laterales) y, por lo general, se encuentran enterradas usándose principalmente en huertas, parques, campos deportivos, jardines, praderas, etc.
Sistemas Semi-Permanentes: Son aquellos que presentan una
parte del sistema de tuberías fijas (conducción principal) y enterrado; y otra parte de las tuberías son móviles (laterales).
Sistemas Portátiles: Son aquellos en los cuales todas las
tuberías del sistema de riego se movilizan. Presentan versatilidad ya que pueden ser transportables para realizar el riego en áreas diferentes.
DISEÑO DE RIEGO POR ASPERSIÓN
El procedimiento para el diseño en un sistema de riego por aspersión puede ser dividido en dos partes principales: el diseño preliminar; que consiste en establecer una serie de situaciones para definir el diseño y, por último, el diseño final que consiste en realizar ajustes a las condiciones establecidas en el diseño preliminar, tales como redondear el número de laterales, corregir la descarga del aspersor, ajustar la presión de operación a diámetros de tuberías, etc., en forma integral el diseño consiste en resolver las siguientes incógnitas:
Definición del plano topográfico
Es necesario contar con esta información para ubicar la fuente de abastecimiento, pendientes y cantidad de material a utilizar.
Lámina de riego neta (LRN)
Esta se determina en base a las características del suelo y profundidad radicular. Ea f HA LRN = * donde:
LRN = Lámina de riego neta a aplicar (cm) HA = Humedad aprovechable (cm)
f = Factor o porcentaje de abatimiento de humedad permisible Ea = Eficiencia de la aplicación expresada como una fracción total
Frecuencia de riego
El equipo debe proyectarse en función de la evapotranspiración máxima del cultivo y la lámina de riego:
Et LRN FR= donde:
FR = Frecuencia de riego (días) LRN = Lámina de riego neta (mm)
Et = Evapotranspiración de diseño (mm/día)
Determinación de la capacidad del sistema
El conocimiento de la cantidad a utilizar es fundamental para diseñar un sistema de riego por aspersión, depende principalmente del área a regar y el cual puede ser obtenido de una fuente de abastecimiento que puede ser un cauce natural, lagunas o pozo profundo; este gasto se estima:
Nh FR LRN A Q * * * 778 . 27 = donde:
A = Área del campo a regar (ha) LRN = Lámina de riego neta (cm) FR = Frecuencia de riego (días)
Nh = Número de horas por día que opera el sistema
Longitud de tubería principal
Muchos son los factores que determinan la colocación más adecuada de las tuberías, ya que cada área presenta gran variedad de formas y dimensiones, por lo que cada proyecto es diferente; sin embargo, es necesario conocer la ubicación de la fuente de abastecimiento de agua, ya que en la mayoría de los casos la ubicación determina la longitud de tuberías.
Tamaño y forma del área a regar
Si la parcela es de forma irregular, debe buscarse la manera de uniformizar la mayor parte del área para ser regada por los laterales.
Longitud y dirección de tuberías laterales
Es común que en las tuberías laterales se tengan pérdidas de carga hidráulica teniendo como límite el 20%; en cuanto a la dirección, existe influencia significativa del viento, es recomendable colocarse formando un ángulo recto con los vientos dominantes en la zona; la tubería principal deberá situarse en dirección de la pendiente principal del terreno y limitarse aproximadamente a un 10% de la pérdida de carga de operación.
Diámetro de la tubería principal
El agua en su paso a través de las tuberías se ve afectada por la resistencia debido al rozamiento con el conducto, cuya magnitud depende de factores: aspereza de la superficie interna de la tubería, velocidad del agua, longitud de la tubería, etc., por lo cual, el diámetro es función directa del gasto hidráulico a circular y la velocidad de flujo. Para determinar las pérdidas de carga en las tuberías se pueden utilizar cualquiera de los modelos propuestos por: Scobey, Hazen-Williams, Manning, Blasius o Darcy-Weisbach. Esta última es la más utilizada y se expresa como:
g v d f J 2 * 1 2 = donde:
J = Pérdida de carga por fricción (m) d = Diámetro (m)
v = Velocidad de flujo (m/seg) g = Gravedad (9.81 m/seg2)
f = Factor de coeficiente de rozamiento, es adimensional y realmente varía en función del régimen hidráulico.
La elección del diámetro de la tubería está basada en la ley de la continuidad: V A Q= * donde:
Q = Gasto (m3/seg)
A = Área de la tubería (m2)
V = Velocidad de flujo (m/seg)
Diámetro de la tubería lateral
La tubería lateral presenta varias salidas separadas uniformemente; por lo tanto, el caudal va disminuyendo paulatinamente a lo largo del lateral, razón por la cual la velocidad del agua va disminuyendo. La determinación de las pérdidas de carga por fricción y el diámetro se realizan semejante al procedimiento de la elección de tuberías principales.
DISEÑO AGRONÓMICO
El diseño agronómico es el componente fundamental en todo proyecto de riego por aspersión y los riegos localizados de alta frecuencia (RLAF) no son la excepción. Es la parte en la que los errores tienen consecuencia más graves; de nada sirven unos afinados cálculos hidráulicos en la instalación de riego o una perfecta elección de los automatismo, si se parte de un diseño agronómico equivocado cuya consecuencia es por ejemplo, la salinización de los suelos por falta de lavado o la insuficiencia en el volumen del suelo humedecido, por instalar un número equivocado de emisores.
Por otra parte, como ocurre también en los demás métodos de riego, el diseño agronómico es la parte del proyecto que más dificultades presenta, tanto de tipo conceptual como de dificultad de cuantificar mediante fórmulas, coeficientes, tablas, etc., una serie de cuestiones en las que interviene la biología. Por todo ello, es una fase del trabajo donde hay que extremar el sentido común y la observación de la realidad.
El diseño agronómico es parte del proyecto en cuanto decide una serie de elementos de las instalación, tales como número de emisiones, disposición de los mismos, etc., además proporciona unos datos básicos para el posterior diseño hidráulico, como caudal por emisor y planta, duración del riego, etc.
1. Cálculo de las necesidades de agua.
2. Determinación de la dosis, frecuencia y tiempo de riego, número de emisores por planta y caudal del emisor.
Secuencia del cálculo del diseño agronómico
1. La evapotranspiración potencial o Uso Consuntivo (ETo) que puede ser calculado por el método propuesto por Thornthwaite, en el cual se considera a la temperatura media mensual, índice de calor mensual por efecto de la incidencia de las horas de iluminación solar de acuerdo a la latitud del lugar (para este caso se trabajó con la ubicación de un rancho en la región de los ríos, específicamente en Emiliano Zapata, Tabasco); las estadísticas climatológicas mensuales indican que el mes de mayo es cuando existe el mayor índice de evapotranspiración potencial mensual (179.22 mm) lo que equivale a tener un promedio de 5.97 mm/día (Cuadro 4).
2. Factor de corrección por efecto de localización (Kc). Este factor correctivo es un función de la calidad agronómica en que se encuentre el pasto (por efecto de malezas).
Para este caso: Kc = 0.70
3. Por lo que el Uso Consuntivo se corrige como: ETc = ETo * Kc
= 5.97 mm * 0.70 = 4.179 mm
4. El factor correctivo de ETc debido al efecto de localización del riego, por el método de la fracción del área del terreno sombreado por el cultivo es:
A = 0.95
Este factor se introduce en el modelo de Aljibury et al., para estimar el coeficiente de localización (KL).
KL = 1.34 A
= 1.34 (0.95) = 1.27
Por lo tanto:
ETKL = ETc * KL
= 4.179 mm * 1.27 = 5.30 mm
Cuadro 4. Evapotranspiración potencial mensual o Uso Consuntivo para el cultivo de pasto, estimado por el método Thornthwaite.
Mes Temperatura media mensual
(°C)
Índice de calor Uso Consuntivo (mm) Enero 23.0 9.61 90.38 Febrero 23.6 10.08 91.63 Marzo 26.3 12.22 136.14 Abril 28.5 13.95 159.46 Mayo 29.6 14.82 179.22 Junio 28.8 14.19 169.63 Julio 28.2 13.72 168.88 Agosto 28.1 13.64 163.49 Septiembre 27.9 13.48 149.89 Octubre 26.8 12.61 137.05 Noviembre 25.0 11.19 110.12 Diciembre 23.6 10.08 95.71
5. Por efecto de localidad, según el criterio del investigador Hernández
Abreu, el ETKL se corrige por el factor de regionalización (zona
costera húmeda) local, KM = 1.2
Por lo tanto:
ETKM = ETKL * KM
= 5.30 mm * 1.2
= 6.36 mm
6. La variabilidad por advección en el lugar y por efecto topográfico (FADV = 0.9) afecta a la ETKM, por lo que al corregir:
ETRL = ETKM * FADV
= 6.36 mm * 0.9 = 5.72 mm
7. Este último cálculo es la evapotranspiración potencial o Uso Consuntivo corregido por los diversos factores que intervienen en el proceso evapotranspirativo de un cultivo, según su localización geográfica y condiciones de manejo; por lo que se le denomina
NECESIDADES NETAS DE AGUA (Nn) por el cultivo de pastos:
Nn = ETRL
Nn = 5.72 mm.
8. LAS NECESIDADES TOTALES DE AGUA (NT) que un cultivo requiere, involucra tres factores que deben tomarse en cuenta: • Pérdida de agua por percolación.
• Necesidades de lavado por efecto de salinidad. • Falta de uniformidad del riego.
Por lo que el modelo matemático más preciso para calcular NT es:
(
K)
CU Nn NT − = 1 * donde :CU = Coeficiente de uniformidad en que el agua es aplicado al suelo
por la estructura hidráulica elegida, para este caso (CU = 90%= 0.9).
K = Coeficiente que involucra a las pérdidas por percolación o la
lámina de agua para lavado de sales. Para este caso: K = (1 – Ea ). Donde: Ea es la eficiencia de aplicación del agua y es igual al 95% = 0.95. Por lo que: K = (1-0.95) K = 0.05 Entonces:
(
K)
CU Nn NT − = 1 *(
1 0.05)
* 90 . 0 72 . 5 − = mm NT(
mm
)
mm
NT
6
.
69
95
.
0
*
90
.
0
72
.
5
=
=
9. El caudal necesario por hectárea (CNH) se estima: CNH = NT * 10 000 m2
= 0.00669 m * 10,000 m2
= 66.9 m3
10. Cálculo de la dosis, frecuencia y tiempo de riego, número de emisores y caudal del emisor.
•
Porcentaje de superficie mojada (P): Se estima que con eltipo de aspersor elegido (en este caso por cañón modelo RB. F-3002), se humedecerá un 95% del área a regar.
•
Área mojada por el emisor (Ar)Ar = π r2 = 3.1416 * (43.5 m)2 = 3.1416 * 1892.25 m2 = 5944.7 m2
= 0.5944.7 hectárea
donde : r = radio del perímetro mojado según el emisor elegido.
•
Separación entre emisores (Se)La separación entre emisores debe tener en cuenta el diseño agronómico, y se elige un porcentaje de la humedad a solapar (a), intersección de humedad entre cañones, para este caso se utiliza 20%.
) 100 2 ( a r Se = −
)
100
20
2
(
5
.
43
−
=
m
Se
Se
=
43
.
5
m
(
2
−
0
.
2
)
m
Se
=
78
.
3
SECUENCIA DEL DISEÑO HIDRÁULICO Y CÁLCULO DE LA SUBUNIDAD DE RIEGO
En el diseño de un sistema de riego por aspersión y localizado de alta frecuencia, los cálculos hidráulicos se realizan después del diseño agronómico, y se consideran características propias del material que se utiliza en el sistema de riego, como son: características del emisor elegido, tipo de tubería, válvulas, codos, llaves de paso y además la topografía de la finca, etc.
En primer lugar se calcula la TOLERANCIA DE CAUDALES, para corregir una uniformidad de riego ya definida en el riego agronómico en términos de CU (coeficiente de uniformidad), la relación entre el caudal del emisor que emite menos agua (qns) y el
caudal medio de todos los emisores (qa), no debe ser inferior a un
cierto valor, y se calcula en función de CU, del número de emisores por planta y del coeficiente de variación del emisor a utilizar. Calculada la tolerancia de caudales y conocida la ecuación del emisor (relación q-h), se calcula la TOLERANCIA DE PRESIONES; estos cálculos se realizan para toda la instalación de riego, iniciando con independencia entre subunidades de riego.
Para el diseño de una subunidad de riego, hay que combinar lo que es únicamente el cálculo hidráulico (determinación de caudales, diámetros, presiones laterales y terciarios) con la distribución en planta de la red de riego. Cualquiera que sea el procedimiento de dibujo de la red de riego, los cálculos hidráulicos consisten en primer lugar en determinar los caudales en laterales y terciarios y a continuación, teniendo en cuenta la tolerancia de presiones, calcular para las mismas tuberías los DIAMETROS Y EL REGIMEN DE PRESIONES; ésta es la fase más complicada del cálculo hidráulico y con ella acaba el diseño de la subunidad.
El resto del diseño (líneas secundarias, primarias y cabezal de riego) es similar al de cualquier red tradicional de riego por tuberías con algunas particularidades en el caso del cabezal de riego.
Los métodos propuestos para el cálculo hidráulico se basan fundamentalmente en los diferentes estudios y publicaciones de Keller y Rodrigo.
ESTIMACIÓN DE TOLERANCIA DE CAUDALES
El modelo matemático que relaciona el coeficiente de uniformidad (CU) del riego con los caudales medio (qa) y caudales mínimos (qns) en
una subunidad es:
a ns
q
q
e
CV
CU
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
=
1
1
.
27
*
donde:CV = Coeficiente de variación de fabricación del aspersor. e = Número de emisores o aspersores que suministran agua.
En esta fase del diseño ya se conoce CU que se eligió en el diseño agronómico, el valor de CV se elige según las normas ISO (0.05 para emisores categoría A, y 0.10 para categoría B, e y qa se
estiman en diseño agronómico, por lo que qns, se estima:
e
CV
q
CU
q
a ns1
.
27
*
1
*
−
=
ESTIMACIÓN DE DIÁMETROS DE LA TUBERIA PRINCIPAL Y SECUNDARIA
Para la determinación del diámetro de la tubería principal se estimó utilizando la ecuación de flujo hidráulico de continuidad:
AV
Q
=
donde:
Q= Volumen de agua a transportar (m3/s)
A= Área del ducto (m2)
V
Q
A
=
2 304
.
0
/
5
.
1
/
060
.
0
m
S
m
S
m
A
=
=
Para calcular el diámetro del tubo que transportará 90 lps a una velocidad máxima de 1.5 m/s, se estima a partir del área conocida: 2
r
A
=
π
despejando el radio:cm
m
m
A
r
0
.
11
11
1416
.
3
04
.
0
2=
=
=
=
π
Lo que equivale tener un diámetro de 22 cm. En el mercado se encuentra tubos de PVC con diámetros de 8 pulgadas y características definidas de soporte de presión (100 PSI), esto equivale a:
8" * 0.0254 m = 0.20 m de diámetro = 20 cm de diámetro
Esto satisface las necesidades requeridas para el traslado del volumen de agua (60lps), por lo que se necesita tubería de 8 pulgadas de diámetro como distribuidor principal. De la misma manera, se calcula el diámetro de la tubería secundaria que alimentará a las subunidades de riego.
MÉTODO DE RIEGO POR GOTEO
Existen prácticas y técnicas agrícolas desarrolladas por el hombre con el objeto de obtener mayores rendimientos en sus cultivos, dentro de las técnicas se encuentran el sistema de riego por goteo que además de eficientar el uso del agua, se pueden aplicar en él los fertilizantes y agroquímicos que se requieran durante el ciclo vegetativo. Estas técnicas integrales de fertirrigación se están
llevando a cabo en cultivos como hortalizas, frutales, cultivos básicos y ornamentales.
El riego por goteo se utilizó en Israel desde 1962, y en forma comercial desde 1964, y con él se ha logrado incorporar los desiertos a la economía agrícola a pesar de contar con suelos muy adversos y aguas de riego con altos contenidos de sales.
Cuando la idea del riego por goteo se realizó surgieron problemas serios tanto a nivel agrícola como técnico. Se creía entonces que únicamente podría emplearse agua pura y limpia para el riego por goteo, a la vez que existía el concepto de que, debido a la configuración limitada de la superficie humedecida que cubriría un volumen de la raíz relativamente pequeño, pudiese crear problemas de alimentación y debilitar la fuerza sostenedora de los árboles. Existía también incertidumbre relacionada con la tasa de infiltración y el comportamiento del agua al ser aplicada en pequeñas cantidades en diversas tierras. Se predecía que la cantidad de los frutos y su contenido de azúcar serían inferiores al cambiarles el régimen de agua.
El riego por goteo es un sistema de riego por medio del cual se aplica agua filtrada y productos químicos al suelo a través de red de tubos y otros dispositivos especializados llamados emisores. El agua es llevada desde la fuente de abastecimiento hasta cada planta del cultivo, eliminando totalmente pérdidas por conducción y minimizando las pérdidas por evaporación y percolación profunda.
Con este sistema se pretende generar en la zona radicular un ambiente de características físicas, químicas y biológicas que conduzcan a mayor rendimiento, mejor calidad del producto agrícola y que incremente la rentabilidad del sistema de producción. Esta técnica, no solamente está siendo usado en las zonas áridas, sino también en zonas húmedas, por necesidades de un suplemento de agua durante los períodos secos como sucedió en Tabasco en 1998.
Pizarro en 1990, establece que la mayor importancia en el riego localizado, es el aumento en la producción y es debido a la frecuencia de los riegos; ya que se supone que al mantenerse constante la humedad en el suelo, la absorción de agua por las raíces exige un esfuerzo menor a la planta y la producción se desarrolla en mejores condiciones, aumentando los rendimientos.
