Desarrollo de un sistema de riego con escasos recursos hídricos

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(1)Alberto Calleja García. DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. TRABAJO FIN DE GRADO PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE GRADUADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES. FEBRERO 2019 Alberto Calleja García DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE GRADO: Jaime Carpio Huertas.

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(3) AGRADECIMIENTOS Tras concluir este proyecto, finaliza unas de las etapas más importantes de mi vida. Durante estos cuatro intensos años de grado en la ETSII, me he podido formar como ingeniero y persona, rodeándome de grandes profesores y excelentes amigos. Ahora comienza una nueva etapa, y estoy seguro que la podré afrontar con mucha ilusión y dedicación, gracias a valores como la constancia, el sacrificio y la excelencia, que la escuela ha ido inculcándome poco a poco a lo largo de estos años. Quiero dedicar este trabajo a mis padres, pues gracias a su sacrificio me han dado la oportunidad de estudiar en Madrid una gran carrera. Siempre les estaré agradecido por todos los consejos y apoyo que han hecho que no me rindiese cuando todo parecía perdido. También me quiero acordar de mis tres hermanas, pues ellas son las que han estado día a día conmigo, y al igual que mis padres, su apoyo ha sido imprescindible. Una mención especial merecen todos mis amigos del “Piso de Madrid”, si en algo se han caracterizado es por su infinita paciencia y ayuda. Nunca podré devolverles todo lo que he aprendido de ellos y el magnífico ejemplo que me han dado como jóvenes cristianos. También me gustaría dar las gracias a mi tutor Jaime Carpio, por haber aceptado ser mi director de TFG y por toda su dedicación a lo largo de estos meses. Por último, me gustaría hacer una mirada al futuro pues no sé lo que me depara, pero en cualquier caso, este proyecto va dedicado también a todas esas personas y acontecimientos que están por venir..

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(5) RESUMEN EJECUTIVO Estudios previos El proyecto que se presenta a continuación pretende estudiar, diseñar, calcular y optimizar el sistema de riego más apropiado para una explotación agrícola con escasos recursos hídricos y con una independencia plena del uso de electricidad, es decir, el objetivo final es conseguir un sistema de riego deficitario, donde tanto el consumo de energía y agua, como el coste económico del mismo sean especialmente bajos. Se ha considerado una explotación agrícola de árboles pistachos en la comunidad de CastillaLa Mancha, pues en la actualidad se está produciendo un fuerte incremento en el número de estas plantaciones en ausencia de riego. A pesar de que el cultivo del pistacho es una de las alternativas más rentables para la agricultura de secano, hay estudios que se han realizado a lo largo de los años y que demuestran que aunque el pistacho sea una planta productiva con un consumo de agua mínimo, el comportamiento de la misma cambia radicalmente si se riega en las épocas señaladas del año, tales como la floración, el cuajado del fruto y tras la recolección. Esto beneficia el metabolismo del árbol hasta el punto de poder duplicar su producción. Una vez que se tiene claro que implantar un sistema de riego es muy buena opción para mejorar la rentabilidad de la explotación, se plantea el dilema de cuál será la mejor técnica de riego que nos permita cubrir las necesidades hídricas, no demandar electricidad y requerir una baja inversión y coste de maniobra. A partir de aquí, se plantea el primero de los objetivos del proyecto: realizar un estudio previo acerca del cultivo y de los diferentes sistemas de riego. Hoy en día existe una infinidad de formas de riego, todas ellas adaptadas al tipo de cultivo, la disponibilidad de electricidad, los recursos hídricos y la capacidad de financiación. Entre todos ellos, se ha descartado por completo la utilización de pivots y aspersores, pues las presiones que requieren solo se pueden alcanzar mediante grupos de bombeo, los cuales necesitan motores eléctricos o diésel para poder funcionar. También se ha contemplado la posibilidad de implantar riego por inundación, pues no requería de altas presión para poder funcionar, sin embargo se ha rechazado por motivos obvios, ya que el consumo de agua es prohibitivo. Como último sistema a estudiar, quedaba el riego por goteo o localizado, este es el más razonable, pues además de ser el más extendido en explotaciones arbóreas, el control sobre el consumo de agua es absoluto, ya que como su propio nombre indica, el agua solo es vertida en las proximidades de la planta a través de un difusor que garantiza un caudal constante determinado. Sin embargo, este tipo de instalaciones requieren de un depurado previo de agua, en el caso de que venga con sedimentos u otro tipo de impurezas. Todo esto implica la instalación de filtros de área, malla o discos, y por lo tanto encarece la instalación. Por otro lado, intercalar cualquier filtro en la instalación genera importantes pérdidas de carga, que solo pueden ser compensadas por una bomba hidráulica. A pesar de estas últimas desventajas, el riego localizado sigue siendo la mejor opción, y para solventar el problema del filtrado y como consecuencia el bombeo, se va a prescindir de ellos.

(6) instalando un depósito de unos 10000 litros, y que con la altura del nivel de agua se va a generar la presión necesaria para alimentar la red. Una vez que se haya descargado el depósito, se rellenará con una cisterna remolcada por un tractor, que portará agua desde un punto de abastecimiento lejos de la plantación, hasta la misma. Por lo tanto, el método de riego definitivo es un sistema de riego por gravedad. Metodología En este apartado se da paso al cálculo de los caudales emitidos por lo goteros por medio de diferentes programas creados en Matlab. Una vez que se conocen los parámetros de diseño de la instalación, se procede a la simulación del sistema por medio de las ecuaciones de los fluidos. Como primera aproximación, se va a plantear la descarga de un depósito por medio de una tubería recta de diámetro constante y con los difusores de riego equidistantes. Gracias a los conocimientos adquiridos en la asignatura de Mecánica de Fluidos II, se plantea un balance de energía entre el punto más alto de agua y el punto justo a la salida del difusor. Como resultado se obtienen caudales iguales para todos los goteros, independientemente de la ubicación de los mismos, pues al no existir pérdidas por rozamiento, la presión es igual en todos los puntos a una misma altura. El siguiente paso es plantear una simulación que sea más fiel a la realidad y por consiguiente la resolución se complica. Por medio de la ecuación de Euler-Bernoulli y considerando el término de la energía disipada, se plantea un sistema de ecuaciones no lineal compuestos por cada una de los balances de energías de cada gotero, por lo tanto se tendrán tantas ecuaciones como goteros tenga la tubería. Al ser un sistema no lineal, la técnica de resolución es iterativa y se llevará a cabo a través de la función fsolve de Matlab, usando como semilla la solución obtenida en fluidoestática. Finalmente, se comprueban las hipótesis de fluido laminar, y en caso de que no sea así, se estimará el factor de fricción 𝜆 a través de la ecuación de Colebrook-White y se recalcularán los caudales. Tras finalizar la simulación en el modelo de riego simplificado de una sola tubería, se pasa al estudio del sistema de riego real matricial. La metodología seguida en esta parte es similar a la anterior, primero se planteará una solución asumiendo fluidoestática, y a continuación se utilizará como semilla para la resolución del sistema bajo las hipótesis de fluidodinámica. El sistema matricial se compone de un depósito, una tubería principal que recorre la parcela perpendicularmente a las filas de árboles, y unas ramificaciones de la tubería principal y que son las que portan los goteros de cada árbol. Por lo tanto, a la hora de ejecutar el programa se introducen el número de filas y goteros por cada fila, y por medio de unos bucles y expresiones genéricas de balances de energía para cualquier punto de la red, se obtendrán los caudales en cada gotero..

(7) Seguidamente, se ha creado un último programa que calcule el tiempo de descarga del depósito para cualquiera que sea el sistema de riego. Se basa en los programas anteriores, y a través de un bucle que simula el paso del tiempo se han ido calculando cada una de los caudales que emite el sistema para cada altura del depósito. Finalmente, se han probado diferentes configuraciones de riego y especificaciones de tuberías, emisores y depósitos, para conseguir el riego más homogéneo y de mayor calidad posible, siempre y cuando no se comprometa en exceso el coste de la instalación. Conclusiones Tras simular dos disposiciones de riego, la disposición matricial y en una sola tubería, se observa que a pesar de ser más sencilla la segunda de ellas, las pérdidas de carga son muy considerables a partir del gotero 40, pues la goma de riego es de pequeño diámetro y de larga longitud. Esto hace que no haya uniformidad en el riego, haciendo que en una parcela de aproximadamente 100 árboles, más de la mitad de ellos no reciban casi agua, y en cambio en las primeras plantas el caudal sea excesivo. Por otro lado, la disposición matricial ofrece resultados mucho más satisfactorios, porque se consigue un riego mucho más homogéneo en todas las plantas, independientemente de que esté más o menos cerca del depósito. Sin embargo, no se puede ocultar que el coste de la instalación es mayor, pues se requiere de más material y de piezas de enlace de tuberías. Respecto al tiempo de descarga del sistema matricial, se encuentra en torno a una hora. Esto abre un abanico de posibilidades, ya que al no ser un tiempo excesivo el agricultor puede incluso enganchar la cisterna del tractor al sistema de riego, prescindiendo así de una depósito fijo en la plantación. Resultados. 1,4. Caudales por goteros. Caudal en l/min. 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2. 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 244 253 262 271 280 289 298. 0. Número de gotero Una tubería diámetro pequeño. Una tubería diámetro grande. Sistema matricial. Gráfica 1 Comparativa resultados. Con este gráfico, que se ha obtenido por medio de los programas anteriormente explicados, se esclarece todo lo expuesto acerca de las bondades del sistema de riego matricial y de una sola tubería..

(8) Las curvas azul y roja corresponden al sistema de una sola tubería, y la curva verde al sistema matricial. A primera vista, los caudales en el sistema matricial están acotados entre 0,8 y 0,6 l/min, lo que le da esa gran característica de homogeneidad en los caudales. Todo lo contrario a lo que nos muestran las gráficas azul especialmente y roja, en la cuales debido a esas altas pérdidas de carga, los caudales caen fuertemente. Esta tendencia no es tan acusada en la gráfica roja, aunque no se acerca a la calidad de la verde, pues a diferencia de la azul se ha aumentado el diámetro de la tubería a más de doble. Tras estos resultados solo caben dos posibilidades, la más sensata de ellas es implementar un sistema matricial, pues ofrece un riego homogéneo a un precio contenido, y la segunda opción, que sería trabajar con una sola tubería de un diámetro tal que las pérdidas se redujesen lo más posible. Esta opción es posible pero no realizable, pues el diámetro de la tubería sería tan grande que el montaje y desmontaje de la misma serían muy laboriosos..

(9) INDICE DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 1.1 Motivación ...................................................................................................................... 1 1.2 Objetivos ........................................................................................................................ 1 CAPÍTULO 1: CONSIDERACIONES INCIALES ..................................................................... 1 1.1 Planteamiento del problema ........................................................................................... 1 1.2 Estrategia ....................................................................................................................... 1 1.3 Definición de sujeto ........................................................................................................ 2 1.4 Estudio de sujeto ............................................................................................................ 3 1.4.1 Consideraciones generales ..................................................................................... 3 1.4.2 Consumo hídrico ..................................................................................................... 5 1.4.3 Mercado y Futuro .................................................................................................... 6 CAPITULO 2: SISTEMAS DE RIEGO ..................................................................................... 7 2.1 Partes constituyentes de un sistema de riego ................................................................ 7 2.1.1 Grupo de bombeo.................................................................................................... 7 2.1.2 Filtrado..................................................................................................................... 8 2.1.3 Red de tuberías ..................................................................................................... 10 2.1.4 Emisores tipo Gotero ............................................................................................. 12 2.1.5 Emisores tipo Aspersor ......................................................................................... 16 2.1.6 Válvulas y llaves de paso ...................................................................................... 16 2.1.7 Elementos de conexión ......................................................................................... 17 2.2 Restricciones impuestas por el sujeto .......................................................................... 18 2.3 Estudio de posibilidades de riego ................................................................................. 18 2.3.1 Riego por gravedad ............................................................................................... 18 2.3.2 Riego por aspersión .............................................................................................. 19 2.3.3 Riego por microaspersión...................................................................................... 23 2.3.4 Riego por goteo ..................................................................................................... 23 2.4 Elección del sistema de riego ....................................................................................... 24 CAPÍTULO 3: CALCULOS EN UNA TUBERIA. FLUIDOESTATICA ................................... 27 3.1 Introducción .................................................................................................................. 27 3.2 Hipótesis ....................................................................................................................... 27 3.3 Planteamiento del problema ......................................................................................... 27 3.4 Ecuaciones utilizadas ................................................................................................... 27 3.5 Balance de energía a la salida del gotero .................................................................... 28 3.6 Balance de energía en una hilera ................................................................................ 29 3.7 Velocidad de salida del depósito .................................................................................. 30.

(10) 3.8 Vaciado de depósito ..................................................................................................... 31 3.9 Estrategia en la resolución ........................................................................................... 32 3.10 Resultados ................................................................................................................. 32 3.11 Conclusiones .............................................................................................................. 34 CAPITULO 4: CALCULOS EN UNA TUBERIA. FLUIDODINAMICA ................................... 35 4.1 Introducción .................................................................................................................. 35 4.2 Hipótesis ....................................................................................................................... 35 4.3 Planteamiento del problema ......................................................................................... 35 4.4 Ecuaciones utilizadas ................................................................................................... 35 4.4 Balance de energía en una hilera ................................................................................ 36 4.5 Simplificar ecuaciones .................................................................................................. 37 4.6 Ecuaciones por tramos ................................................................................................. 38 4.7 Estrategia de resolución ............................................................................................... 39 4.8 Resultados ................................................................................................................... 40 4.9 Comparativas modelo fluidodinámica y fluidoestática .................................................. 42 4.10 Influencia de parámetros en las pérdidas de carga en régimen laminar .................... 44 4.11 Comprobación hipótesis régimen laminar .................................................................. 49 4.12 Estimación del coeficiente de fricción en régimen turbulento..................................... 51 4.13 Cálculo de caudales en régimen turbulento ............................................................... 53 4.14 Resultados caudales régimen turbulento ................................................................... 55 CAPITULO 5: CALCULOS EN UN SISTEMA MXN. FLUIDOESTATICA ............................ 59 5.1 Introducción .................................................................................................................. 59 5.2 Hipótesis ....................................................................................................................... 59 5.3 Planteamiento del problema ......................................................................................... 59 5.4 Ecuaciones utilizadas ................................................................................................... 60 5.5 Estrategia de resolución ............................................................................................... 61 5.6 Resultados ................................................................................................................... 61 5.7 Observación ................................................................................................................. 64 5.8 Conclusiones ................................................................................................................ 64 CAPÍTULO 6: CALCULOS EN UN SISTEMA MXN. FLUIDODINAMICA ............................ 65 6.1 Introducción .................................................................................................................. 65 6.2 Hipótesis ....................................................................................................................... 65 6.3 Planteamiento del problema ......................................................................................... 65 6.4 Ecuaciones Utilizadas .................................................................................................. 66 6.5 Estrategia de resolución ............................................................................................... 68 6.6 Resultados ................................................................................................................... 70.

(11) 6.7 Comprobación régimen laminar en sistema de riego 10x20 ........................................ 73 6.8 Cálculo de caudales en régimen turbulento ................................................................. 75 6.9 Resultados de caudales en régimen turbulento ........................................................... 77 CAPÍTULO 7: TIEMPO DE DESCARGA EN DEPÓSITO ..................................................... 81 7.1 Introducción .................................................................................................................. 81 7.2 Metodología .................................................................................................................. 81 7.3 Resultados ................................................................................................................... 81 7.4 Conclusiones ................................................................................................................ 82 CAPÍTULO 8: CALCULOS EN SUJETO REAL .................................................................... 83 8.2 Consideraciones generales .......................................................................................... 83 8.3 Distribución de la red de riego en la plantación. .......................................................... 83 CAPÍTULO 9: ESTRUCTURA DEL PROGRAMA EN MATLAB .......................................... 87 9.1 Introducción .................................................................................................................. 87 9.2 Programa de un sistema de riego de una única tubería .............................................. 87 9.3 Programa de un sistema de riego con m filas y n goteros ........................................... 88 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 89 IMPACTO DEL TRABAJO .................................................................................................... 91 Impacto Social, Económico y Medioambiental ................................................................... 91 Futuras líneas de investigación .......................................................................................... 92 Presupuesto ....................................................................................................................... 92 CODIGOS UNESCO .............................................................................................................. 93 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 95 PLANIFICACIÓN TEMPORAL Y PRESUPUESTO............................................................ 97 DIAGRAMA GANTT DEL PROYECTO .............................................................................. 97 ANEXO I: CODIGO DE PROGRAMAS MATLAB ................................................................. 99 ANEXO II: INDICE DE ILUSTRACIONES, TABLAS Y GRAFICO ..................................... 117 INDICE DE ILUSTRACIONES ......................................................................................... 117 INDICE DE GRAFICAS .................................................................................................... 118 INDICE DE TABLAS ........................................................................................................ 118.

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(15) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Motivación Mi decisión al querer realizar un trabajo relacionado con la agricultura radica en la estrecha relación que he tenido con la misma a lo largo de mi vida. Durante más de 60 años, la agricultura ha formado parte en la vida de mi familia, por lo que si tuviese que elegir un sector que verdaderamente me fuese familiar, optaría por ella. Uno podría caer en el tentación de pensar en que es un área que incumbe más a otro tipo de ingeniería, y no dejaría de llevar razón, sin embargo cuando uno se sumerge de lleno en el sector, se da cuenta que la parte puramente agronómica es solo una pequeña porción de todo lo que envuelve dicha actividad. Es por ello que me veo con fuerzas, ganas e ilusión para comenzar este proyecto tan variopinto, pues en él se van a tratar temas económicos, agrícolas… y por supuesto la parte central del mismo, diseño y cálculo de un sistema de riego. Es de presumir la finalidad del proyecto, pues no se reduce a realizar una serie de cálculos y diseños para cumplir con unos créditos ante un tribunal, sino que la semilla del mismo surge de una necesidad real y actual. Por ello se tiene que advertir al lector que el documento tiene una gran practicidad, pues ha sido necesaria para poder acercarnos lo más posible a la solución real del problema. No obstante, todo lo que aquí se presenta parte de una base puramente teórica, que posteriormente se procura corroborar a través de ensayos.. 1.2 Objetivos Como se ha comentado anteriormente, en el proyecto se van a desarrollar una serie de etapas con un fin último, el diseño de un sistema de riego para una explotación agrícola con escasos recursos hídricos y precarias condiciones, pues se asume que el acceso a la energía eléctrica es nulo. Más en concreto, el estudio se centra en una explotación agrícola de pistachos, ubicada en la región de la Castilla-La Mancha, donde como se sabe la posibilidad de riego es prácticamente inexistente. Para una mejor compresión, se procede a enumerar cada una de las etapas/objetivos, que tendrán que ser cumplimentadas una tras otra a lo largo del proyecto, para el correcto desarrollo del mismo:      . Planteamiento del problema. Estudios previos acerca de los cultivos y de los diferentes sistemas de riego. Programar las ecuaciones de la fluidoestática y la fluidodinámica en Matlab para el cálculo de caudales en una tubería recta. Programar las ecuaciones de fluido-estática y fluido-dinámica en Matlab para el cálculo de caudales en sistema de riego matricial. Estimar tiempos de descarga del depósito. Modificar y comparar los parámetros de diseño del sistema para optimizar el riego del cultivo.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 1.

(16) 2. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(17) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. CAPÍTULO 1: CONSIDERACIONES INCIALES 1.1 Planteamiento del problema Como se comentó en la motivación personal, el proyecto surge de una necesidad real: La mejora de la rentabilidad de una finca de pistachos de secano. Esto hace que tengamos que pensar el modo de poder mejorar la eficiencia productiva, y como consecuencia económica en dicha actividad.. 1.2 Estrategia En este apartado se explica el razonamiento seguido, que ha hecho que finalmente nos decantemos por el estudio e implantación de un sistema de riego. La mejora de la rentabilidad de la explotación se puede abordar desde dos puntos de vista opuestos. El primero de ellos es llevar a cabo un reducción de costes en la actividad, intentando que las producciones no se vean muy afectadas, sin embargo, esta vía carece de sentido en una explotación como la nuestra, pues de por sí ya es bastante sencilla, y habría muy pocos puntos a los que poder realizar una reducción de costes. Por otro lado el segundo punto de vista, sería intentar aumentar al máximo posible la producción, y es este el camino que se va a tomar, pues se cree que hay mucho más margen de mejora incrementando producciones que reduciendo coste, ya que los pistacheros que se van a tratar se encuentran actualmente al 20% o menos de su capacidad productiva, por lo que incrementar la producción es objetivo realizable. Entendidos en la materia aseguran que la producción de una explotación agrícola se puede fundamentar en tres pilares: la poda, la fertilización y el riego. Si se tienen en cuenta y se optimizan cada uno de ellos, se puede decir que se ha alcanzado el 100% del potencial, que puede ofrecer nuestra actividad y que dependía de nosotros, pues hay otros muchos factores, como el climático, que viene impuesto, no se puede intervenir en ellos. Al tratarse de una explotación de pistachos de secano, la vigorosidad del árbol y la necesidad de fertilizantes no son tan cruciales como lo es el riego. La aplicación de pequeñas cantidades de agua en este tipo de fincas conllevan una respuesta muy favorable por parte del árbol, y ello se apreciará más concretamente en la producciones anuales. Por lo que, siendo el riego el factor más crítico en la producción y al ser un tema relacionado con la ingeniería de fluidos, nos decantamos por focalizar el proyecto en este sentido. Claramente no se va a poder ofrecer un sistema de riego capaz de situar al árbol en un rango de máximo producciones, pues eso implicaría una cantidad de agua y una serie de dispositivos de riego prohibitivos desde el punto de vista del coste. No obstante se tratará de proveer al árbol con la mayor cantidad de la misma ajustándose al coste y a las limitaciones de la finca que se especificarán más adelante. A modo de resumen, se puede resaltar que el proyecto va a centrar en incrementar la producción a través de la instalación de un sistema de riego deficitario, que castigue lo menos posible los gastos.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 1.

(18) CAPÍTULO 1: CONSIDERACIONES INCIALES. 1.3 Definición de sujeto La caracterización del sujeto ha sido necesaria para poder concretar y particularizar los cálculos y el diseño. Esto no quita que los resultados finales puedan ser tenidos en cuenta para otros sujetos parecidos, pues con algunos reajustes de parámetros se podrán reutilizar. El sujeto al cual va referido el plan de optimización mediante la implantación de un sistema de riego, es una finca agrícola de pistacho jóvenes (no más de 5 años) de 1 hectárea de superficie y localizada en una zona de escasez de recursos hídricos. El clima es seco, altas temperatura en verano y escasas precipitaciones anuales, propio de las zonas de secano de Castilla-La Mancha. Además, se van a imponer una serie de limitaciones a la finca, pues va a carecer de corriente eléctrica, lo que impedirá el uso de cualquier dispositivo que se alimente de la misma, como bombas, electroválvulas, etc. Alto grado de aislamiento de cualquier población, siendo necesaria una gran autonomía en el riego y escasas tareas de mantenimiento. También se suma el coste del proyecto, pues al tratarse de una finca de secano la rentabilidad de la actividad no es muy alta y es especialmente sensible al incremento de gastos, pudiendo hacerla ruinosa si se sobrepasan ciertos límites en la instalación del sistema de riego. Como se puede ver, se trata de un proyecto que pretender hallar un sistema de riego sencillo, autónomo, duradero y barato.. Ilustración 1 Explotación de Pistachos. 2. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(19) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Ilustración 2 Explotación de Pistachos. 1.4 Estudio de sujeto En este apartado se va a profundizar en el cultivo del pistacho, más especialmente en las regiones donde se localiza el sujeto, para tener una idea de cuáles son sus necesidades hídricas, tiempos y periodos de producción. [12] 1.4.1 Consideraciones generales El pistachero (Pistacia vera L.) es un árbol caducifolio dioico perteneciente a la familia Anarcardiaceae. Morfológicamente está constituido por un tronco relativamente corto y una corteza rugosa. La copa es bastante densa con numerosas ramificaciones. El sistema radicular suele ser penetrante, en busca de nutrientes y agua, por lo que lo hace bastante idóneo para zonas con escasez de agua. Sin embargo el hecho de tener un sistema radicular más superficial produce como consecuencia una mejora de la producción y vigorosidad en general, y la formación de este sistema radicular superficial se ve especialmente favorecido si se aporta agua, pues las raíces no tendrán que ir a buscarla tan profundamente. En general, la planta tolera bastante bien la sequía y las altas temperaturas, sin embargo no soporta los encharcamientos y los excesos de humedad. Al ser anemófila deben colocarse plantas femeninas (son las productivas) y masculinas, encargadas de fecundar a las otras. Generalmente se le suele encontrar en una proporción de 1 planta masculina por cada 10 femeninas. En relación con el agua, ya se ha comentado que es un cultivo que se adapta muy bien a las zonas de secano, sin embargo hay estudios comparativos que ponen de manifiesto la respuesta tan buena que tienen al regarlos. Encontramos varios periodos críticos en los cuales el aporte de agua repercutiría muy favorablemente en la producción: [15] [16]. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 3.

(20) CAPÍTULO 1: CONSIDERACIONES INCIALES. . Mayo y junio: periodo de floración y fecundación.. Ilustración 3 Pistachero en floración. Ilustración 4 Flor del pistacho. . Julio y agosto: punto más críticos de la campaña, ya que se forma el fruto y un riego extra favorecerá el tamaño y a la cantidad.. Ilustración 5 Formación del fruto del pistacho. 4. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(21) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. . Tras la recolección: así ayudamos al árbol a que se recupere.. Ilustración 6 Recolección con paraguas. Al ser una planta de gran porte, los marcos de las plantaciones son bastante conservadores, pues las distancias entre árboles consecutivos y filas paralelas son más que suficientes, los más comunes son: 5 x 5, 6 x 5 y 7 x 5. Dichas medidas también dependerán del tipo de recolección (mecanizada o convencional) para la que haya sido planteada la explotación. Son muchas las variedades que se están cultivando hoy en día por todo el mundo, sus características depende en gran medida de la zona donde nos encontremos, por lo que los resultados obtenidos no son extrapolables a otros lugares. Algunas de ellas son: Aegina, Larnaka, Mateur y Kerman. Esta última es la que predomina en las escasas explotaciones españolas, ya que a pesar de ser la que menos produce y la que más porcentaje de fruto cerrado (no apto para la venta) tiene, su floración tardía la hace especialmente indica para las zonas del sur y litoral español. Con ello se consiguen salvar muchas cosechas, pues las heladas son muy frecuentes en estas zonas. Además esta variedad es muy sensible a la falta de agua por lo que en las zonas de secano donde no podamos garantizar un riego más o menos homogéneo vamos a perder casi el 90% de la producción, muy superior al 15% que tendríamos con otras variedades, en años donde las lluvias sean escasas (por debajo de 150 mm). 1.4.2 Consumo hídrico Los requerimientos hídricos de una explotación de árboles pistacheros varían desde cero a más de 1000 metros cúbicos por hectárea al año. Como es lógico, dentro de ese rango pero muy por debajo del máximo, es por donde se va a encontrar nuestro sistema de riego. Más en concreto, se tomará el objetivo del “regadío pobre”, con una aportación máxima de 1000 litros por árbol y año. Ayudados de unos estudios comparativos entre una finca de secano pura y otra de regadío deficitario (sería nuestro sujeto) realizados en una explotación en la provincia de Lleida. Los resultados son los siguientes. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 5.

(22) CAPÍTULO 1: CONSIDERACIONES INCIALES. Tabla 1. Producciones de plantaciones de pistachero en Lleida. Variedad "Kerman" con marco de plantación de 6x5 y un 12% de polinizadores "Peters". Regadío de 1000 l/árbol y año. Año. Pluviometría (mm). 1 2 3 4 5 6 7. 218 466 503 232 407 348 352. Producción en Secano (Kg/ha) 983 1176 1980 1320 1510 486 892. Producción en Regadío (Kg/ha) 1786 1388 2050 2911 2730 1465 1603. Cuando las precipitaciones anuales son mayores a los 450 mm, la diferencia de producción entre el secano puro y el regadío deficitario no es superior al 15%, por lo que no tiene sentido realizar la inversión, sin embargo si tenemos unas precipitaciones inferiores a 300 mm, la diferencia entre secano puro y regadío deficitario son muy significativas, pudiendo llegar a ser el doble en el regadío. Este estudio no se puede extrapolar completamente a nuestra situación, pues ni el tipo de suelo ni el clima son exactamente iguales donde se ubica el sujeto. Sin embargo, da una idea de cómo responde al árbol ante pequeñas aportaciones de agua. Más en concreto, donde se ubica el sujeto hay una media de unos 350 mm/año, por lo que está más que justificado el riego, ya que siempre se va a tener una buena respuesta en la producción por parte del cultivo. 1.4.3 Mercado y Futuro Finalmente se va a hacer una pequeña mención al mercado del pistacho. Actualmente el consumo de pistacho como fruto tostado y salado es mucho mayor al utilizado en industria, por lo que se busca un producto de gran calibre, tonalidad rosada y de fácil apertura, no obstante el mercado cambia de un año para otro, cosa que el pistacho no, ya que sus tiempos de producción y vida se pueden medir en décadas. Comparado con las principales potencia productoras de pistacho, como son USA o Irán, la producción de pistacho en España en las zonas de secano no puede pretender imitar al sistema de producción de estos países, pues las condiciones de suelo, clima y disponibilidad de agua son muy favorables en aquellos lugares, y como consecuencia tiende a producir de forma intensiva gran cantidad de kilos. La producción de pistacho en España se debe de centrar en lo que se descuida cuando decides producir de forma intensiva, la calidad. Actualmente los países que más producen están obteniendo un producto de baja calidad, es por eso que España puede centrarse la producción de pistacho de calidad. Además sabiendo que nuestro país es el principal productor ecológico de Europa, se podría incluso plantear la posibilidad de reconvertir nuestras explotaciones pues el precio de venta del producto ecológico es mucho más interesante. [13] [14]. 6. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(23) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. CAPITULO 2: SISTEMAS DE RIEGO 2.1 Partes constituyentes de un sistema de riego A continuación se exponen cuáles son las partes principales que se pueden encontrar en un sistema de riego convencional. [4] [9] [10] [25] 2.1.1 Grupo de bombeo Todo sistema de riego requiere de presión para poder funcionar. El agua tiene que tener energía suficiente para poder desplazarse por la red, venciendo numerosas fuerzas de rozamientos a lo largo de la misma como cambios de sección, codos, diferencia de cotas, rugosidad del medio… Por lo que en mayor o menor medida se necesita dotar al fluido de energía en forma de presión. Generalmente se suele ganar presión gracias a bombas de agua, no obstante en sistemas más sencillos y económicos, si la localización de un depósito de agua es adecuada, se puede llegar a generar presión por diferencia de cotas.. Ilustración 7 Bomba de agua eléctrica. Ilustración 8 Sistema de riego con depósito en altura. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 7.

(24) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. 2.1.2 Filtrado Fundamental cuando la red general no nos puede garantizar unos mínimos de calidad en la limpieza del agua, lo más común es instalar un sistema de filtrado basto antes del grupo de bombeo (para proteger la bomba de posibles residuos voluminosos) y después del mismo, un filtrado mucho más fino, que depende del diámetro de las tuberías de la red y del tamaño de la boquillas de salida. Los tres tipos de filtro más comunes que nos encontramos en el mercado son: Filtros de arena: Es un sistema de filtrado muy eficaz que es utilizado tanto en la agricultura como en piscinas y jardines. Se compone de un depósito metálico donde se almacena arenas de sílex, vidrio activo filtrante o Hidroantracita, un deflector de entrada para el agua sucia y un colector de salida para agua limpia o filtrada. El mecanismo de filtrado es muy sencillo, pues el agua sucia se inyecta por la parte superior del depósito, y por gravedad y presión atraviesa todo el cúmulo de material filtrante. A su paso se van reteniendo todas la impurezas que el agua traía, y finalmente esta agua es recogida en la parte inferior por un colector para enviarla limpia a la red de riego. El mantenimiento de este tipo de filtros es sencillo y está relativamente automatizado, pues solamente invirtiendo el flujo y abriendo las válvulas al exterior se evacúa la suciedad.. Ilustración 9 Filtro de arena agrícola. Ilustración 10 Interior de un filtro de arena. 8. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(25) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Filtros de discos: Estos equipos se adaptan a instalaciones donde la presión es un factor limitante, admitiendo bajas presiones y caudales tanto en el filtrado como en el contra lavado. Su funcionamiento se basa en centrifugar helicoidalmente el agua sucia, alejando así las partículas de los discos. El proceso de lavado, al igual que pasaba en los filtros de arena, se hace invirtiendo el flujo de agua. Esto empuja a las partículas hacia al exterior y se evacúan a través del colector de contra lavado. Se componen principalmente de una carcasa y unos discos que se apilan en el interior, y por donde circula el agua.. Ilustración 11 Filtro de discos. Filtros de malla: Es uno de los sistemas de filtrado más extendidos en la actualidad debido a su amplia gama que se adapta a todas nuestras necesidades, de ahí que se puedan encontrar tanto en la agricultura como en el mundo de la jardinería. El sistema de filtrado es muy sencillo. El agua entra por la tubería, y de forma intercalada se encuentra el filtro, obligando a pasar el agua a través de él. Lo único que le diferencia de los sistema de filtrado anteriores es el modo de limpieza, pues se hace manualmente. Para ello hay cortar la red o el sector donde se encuentre el filtro y a continuación desmontar la carcasa y extraer la malla, se limpia y se vuelve a introducir en el interior de la carcasa.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 9.

(26) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. Ilustración 12 Filtro de malla de 2''. Ilustración 13 Filtro de malla 8’’. Independientemente de lo optimizado que sea el filtro, todo ellos generan una pérdida de carga, por lo que en aquellos sistemas donde la presión esté muy limitada se tendrá que prescindir de ellos. 2.1.3 Red de tuberías Se distribuyen de forma subterránea o superficialmente a lo largo de la parcela a regar. Su disposición y el número de ramificaciones son cruciales para disminuir al máximo la presión perdida. Generalmente, se parte de una tubería principal de mayor diámetro, la cual capta el caudal de agua del punto de abastecimiento, ya sea una bomba o depósito en altura. Esta tubería suele recorrer toda la parcela a lo ancho o largo, y de ella se van ramificando perpendicularmente las tuberías secundarias. Estas últimas son la que abastecen de agua al cultivo, pues tienen practicado unos orificios donde se encuentran los difusores, encargados de expulsar el agua al exterior.. 10. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(27) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. El material de las tuberías primarias es variado, pero actualmente hay un claro predominio del PVC, el cual ofrece alta resistencia a la corrosión, ligereza y rigidez. En cambio, las tuberías secundarias, también llamadas gomas de riego, son de un material mucho más flexible, el Polietileno (PE) el cual permite dibujar las imperfecciones del terreno sin problema. A diferencia de las tuberías primarias que se suelen enterrar, las gomas de riego casi siempre se encuentran en la superficie, pues si estuviesen bajo tierra muy probablemente se obstruirían los emisores con las partículas de tierra. Debido a esta continua exposición a la radiación proveniente del sol, estas tuberías son de color negro porque llevan un aditivo, negro de humo, para protegerlas de los rayos ultravioletas. También nos podemos encontrar en sistema por inundación unas tuberías de PE de mayor diámetro y flexibilidad, de hecho solo alcanzan su diámetro nominal cuando por ellas circula agua. En este tipo de tuberías el agua circula con poca presión, y los orificios que tienen practicados permiten la inundación de surcos. Por el contrario, en riego por aspersión la tuberías suelen ser de aluminio, seccionadas en sectores de fácil acople y desacople. [8] [17]. Ilustración 14 Tubería principal de PVC. Ilustración 15 Tubería de PVC en zanja. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 11.

(28) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. Ilustración 16 Riego por goteo. Ilustración 17 Tubería de aluminio de riego por aspersión y riego por inundación. 2.1.4 Emisores tipo Gotero Se encuentran al final de todo el sistema de la red, y el agua ha de pasar a través de ellos por medio de un laberinto que evita el taponamiento y hace que agua salga al exterior con muy poca presión, lo que permite que el riego sea localizado. Podemos encontrarlos de muchas formas, caudales y presiones de funcionamiento, y dependiendo de las necesidades hídricas, el tipo de cultivo, la presión de la red, la calidad del agua, etc. Usaremos uno u otro. El diseño más extendido entre los goteros es el de botón, se suelen componer de dos o más piezas que se separan fácilmente si se obstruyen, estos se insertan en la red mediante un “sacabocados”, lo que nos permite colocarlos a nuestro gusto. Otros diseños menos extendidos son los de interlineas y los integrados. Estos primeros se componen de una sola pieza que se inserta como un empalme, uniendo así dos tramos distintos de goma. De nuevo, con este tipo de emisor se nos permite elegir el distanciamiento entre ellos. Por el contrario los sistemas integrados no se tienen que montar, pues ya viene insertados en la goma de riego de fábrica. Al no existir uniones, hace que el sistema de riego. 12. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(29) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. sea más consistente y menos susceptible de averías. Por el contrario no nos permite hacer un diseño de riego a la carta, pues el tipo de emisores y la distancia entre los mismos vienen impuesto de fábrica. [11] [26]. Ilustración 18 Emisores de botón. Ilustración 19 Acoples de emisores de interlíneas. Ilustración 20 Emisores integrados en goma de riego. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 13.

(30) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. El flujo que atraviesa el emisor se verá afectado dependiendo del recorrido que hago en su interior, pero en todos ellos se busca reducir la presión del fluido a la salida del emisor. Para ello, la forma del recorrido interior se caracteriza por ser muy laberíntica, lo que le imprime una fuerte componente turbulenta al fluido, y esto incrementa sustancialmente las pérdidas de presión. Donde más se aprecia esta caída de presión es en los goteros helicoidales y de laberinto. En los primeros circula alrededor del cilindro, por lo que sigue una trayectoria helicoidal, para alejar el régimen hidráulico de la condición laminar. Y en los segundos, que son menos sensibles a la temperatura, presión y taponamiento, el fluido pasa por un recorrido serpenteante que de nuevo generan grandes pérdidas de carga. En otros goteros el fluido puede seguir trayectorias circulares, gracias a que la entrada del mismo se produce de forma tangencial a la pared circular de la cámara. Esto se da en los goteros tipo vortex. Cabe mencionar un nuevo tipo de gotero no muy extendido, los de ranura tipo hoja. Esto se caracterizan por tener practicado en la goma de PE una apertura alargada por donde sale el agua. Son menos sensible a los taponamientos y se están incluyen en la nueva generación de cintas de riego. Otro tipo de goteros muy utilizados, sobre todo en aquellas zonas donde la orografía es complicada, son los autocompensantes. Su apariencia exterior es muy similar a los goteros de botón, pero en su interior llevan una silicona que se deforma en función de la presión que llega, y por lo tanto obtura más o menos la salida, manteniendo constante el caudal emitido. Estos emisores son totalmente imprescindibles en zonas con pendientes, pues en caso de colocar goteros no compensantes, los caudales de los emisores a lo largo de la red de riego serían muy diferentes, y harían todavía más compleja la labor de riego. Finalmente encontramos los goteros autolimpiantes, menos frecuentes debidos debido a su mayor coste. En cualquier caso, por medio de una sobrepresión a la entrada puede evacuar todas las impurezas que se hayan podido acumular en el emisor.. Ilustración 21 Gotero autocompensante y tipo ojal. 14. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(31) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. El riego mediante emisores es muy preciso, sin embargo también es bastante delicado, especialmente cuando se trata de taponamientos. Estos se pueden dar en el filtro, porque esté sucio, en la red de tuberías y gomas, y en los goteros. La limpieza de filtros se realiza cada cierto tiempo como operación de mantenimiento, haya o no suciedad en el mismo. En los filtro de arena simplemente se invertirá el flujo, y el los de anilla o de malla, se tendrá que sacar y limpiarlo a mano. Sin embargo, cuando nos referimos a las gomas de riego y goteros, la limpieza se realiza solo cuando la red verdaderamente está atascada. Los depósitos de cal y de material particulado hacen que las pérdidas de carga se disparen y finalmente colapsen la red. Para solucionar la formación de costras de calcio se realizan ataques químicos, que las disuelven y expulsan al exterior. Para introducir el atacante químico es necesaria un sistema tipo venturi, el cual nos permite insertar en la red la cantidad de ácido que nos convenga. En cambio, para eliminar los depósito de arena, arcillas, etc. Se abren los finales de las gomas y se deja circular agua hasta que se vuelve clara. [6]. Ilustración 22 Gotero con depósitos de cal y filtro de malla sucio. Ilustración 23 Sedimentos acumulados en goma de riego. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 15.

(32) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. Ilustración 24 Sistema Venturi cerrado y abierto. 2.1.5 Emisores tipo Aspersor Los aspersores son sistemas de riego muy comunes en la agricultura de tipo extensiva. Permiten generar una lluvia artificial sobre el cultivo y tienen una amplia zona de mojado. El difusor es algo más complicado que los emisores tipo goteros, pues por medio de mecanismos y resortes se esparce el agua por toda la parcela. Pueden ir colocados en tuberías verticales que se alzan del suelo unos 2 metros, o en sistemas de riego por pivot.. Ilustración 25 Aspersor en pivot y en tubería vertical. 2.1.6 Válvulas y llaves de paso Para controlar el paso de agua es necesario la utilización de válvula o llaves de paso. En el mercado nos encontramos válvulas tan sencillas como una llave de mano de goma de riego, hasta electro válvulas tipo Gal. Las llaves de paso manuales tienen diferentes tamaños y materiales, dependiendo del fluido, caudal y presión que vayan a manejar.. 16. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(33) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Las más extendidas en la agricultura son las llaves de paso de compuerta con accionamiento manual, y las electroválvula tipo Gal. Esta últimas se componen de un sofisticado sistema de membrana, que tapona el paso de agua por la válvula si la cámara de presión se llena del agua de entrada mediante una derivación. Para su apertura simplemente se libera el agua a presión que se encuentra en la cámara. La amplia gama y alta robustez han hecho de estas válvulas unas de las más usadas en medianas y grandes explotaciones agrícolas. Además, su fácil automatización por medio de un solenoide, las hacen todavía más idóneas en las explotaciones más recientes, donde mediante un cuadro eléctrico podemos mandar impulsos eléctricos a través de cables, que conectados a los solenoides de la válvulas abren o cierran la misma según proceda.. Ilustración 26 Llave de paso de PE ½’ y llave de paso PE 2”’. Ilustración 27 Válvula Gal y solenoide para válvula tipo Gal. 2.1.7 Elementos de conexión Para poder conectar todas las tuberías principales con las ramificaciones secundarías será necesario el uso de elementos auxiliares. Esto serán del mismo material que las tuberías que se vayan a conectar. Entre ellos se encuentran los codos, empalmes, ensanches, tapones, manguitos etc.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 17.

(34) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. Ilustración 28 Empalme en T y codo de PCV. Ilustración 29 Empalme con cambio de diámetro y empalme simple. 2.2 Restricciones impuestas por el sujeto Gracias a los apartados anteriores nos hacemos una idea de qué necesidades hídricas va a tener nuestra explotación, además también se sabe cuáles son la limitaciones, que debidas a las peculiaridades de la finca, no van permitir la utilización de algunos elementos como bombas y electroválvulas. Se pueden enumerar tres grande barreras: 1. Ausencia de red eléctrica. 2. Ausencia de red de distribución de agua corriente. 3. Coste lo más bajo posible. Como se puede observar parece prácticamente imposible instalar un sistema de riego convencional en esas condiciones, pues se eliminan la principal fuente de energía para dar presión a nuestro sistema, la electricidad.. 2.3 Estudio de posibilidades de riego En este apartado se hace un recorrido por los sistemas de riego más utilizados en la actualidad. De entre todos ellos se elegirá aquel que se adecue y cubra mejor las necesidades del sujeto. 2.3.1 Riego por gravedad Este sistema de riego se sirve única y exclusivamente de la altura de un depósito de agua para ganar presión. Dependiendo de la altura, el volumen del depósito, del diámetro de las tuberías, etc. Podremos regar de forma eficiente mayor o menor superficie.. 18. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(35) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Estos sistemas son muy autónomos y precarios, pues no necesitan ni de electricidad ni de complejos sistemas de bombeo para su funcionamiento. Sin embargo, están muy limitados en presión y se debe prestar especial atención a las pérdidas de carga en la instalación. Tan sensible son, que en muchas ocasiones es imposible poder utilizar un sistema de filtrado debido a las altas pérdidas de carga que estos suponen. En la actualidad estos sistemas se pueden encontrar en zonas subdesarrolladas y muy rurales, donde el riego de agua es imprescindible o implica una considerable mejora en el comportamiento del cultivo.. Ilustración 30 Torre de agua y depósito de 1000 litros para riego. 2.3.2 Riego por aspersión Dentro de una gran variedad de sistema de riego, se puede encontrar el riego por aspersión, el cual se basa en inyectar agua a presión a través de un dispositivo llamado aspersor y crea una lluvia localiza sobre el cultivo. Este sistema es ampliamente utilizado en zonas donde no hay escasez de recursos hídricos y el cultivo es de tipo extensivo, como puede ser el trigo, maíz, algodón, cebollas… y hortícolas. En todos ellos, el porcentaje de superficie que está cubierto por el cultivo es cercano al 100%, por lo que prácticamente toda el al agua es captada por el cultivo. Suele ser una alternativa al riego por goteo en zonas dónde la orografía es compleja, ya que la diferencia de cotas en una misma parcela hace que las presiones y con ello de caudales en el riego por goteo, sean difíciles de homogeneizar en todas las partes de la misma, por lo que siempre y cuando no se tenga una limitación en el consumo de agua y se disponga de los recursos económicos suficientes, el riego por aspersión será una buena opción. Además del fin anteriormente descrito, este sistema también es empleado en algunas explotaciones para reducir el daño de heladas o para la aplicación de fitohormonas.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 19.

(36) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. Podemos distinguir entre varios tipos de sistemas de riego por aspersión: Sistemas convencionales fijos: Son los más sencillos y primitivos, en ellos hay una red de tuberías PE (polietileno) o PVC (policloruro de vinilo) subterráneas o superficiales de distribución de agua, quedando una serie de bocas de salida posicionadas periódicamente a lo largo de la tubería. A cada boca de salida se le acopla un vástago vertical con un aspersor en la parte superior, quedando a una altura de unos 2,5 metros respecto al nivel del suelo, esta altura dependerá del tamaño del cultivo pues no es lo mismo un cultivo de trigo, que no se alza más de 70 cm del suelo, que uno de maíz, el cual puede sobrepasar los 2,5 m de altura perfectamente.. Ilustración 31 Riego por aspersión de maíz y de trigo. Sistemas convencionales móviles: Son prácticamente iguales que los anteriores, solo que no cubren toda la parcela y tienen que desplazarse por toda ella. El más utilizados en España en el sistema de tuberías de aluminio de rápido pontaje y desmontaje que nos permite y moviendo la red de riego por toda la parcela de forma manual. También es de destacar la utilización de alas de riego y cañones de agua, los cuales se componen de un módulo de riego compacto que se puede mover a mano o con la ayuda de un tractor (dependiendo del tamaño) y de nuevo ir regando todas las partes la parcela.. Ilustración 32 Riego de un sector de parcela con aspersores. 20. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(37) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Ilustración 33 Riego con cañón de agua. Sistemas automecanizados: De todos los sistemas de riego por aspersión, los sistemas automecanizados son los más voluminosos, pues requieren de una estructura para portar las tuberías de acero galvanizado de forma aérea. Se componen de una torre central, que es donde se conecta al sistema con la red de distribución de aguas y donde se aglutinan todos los cuadros eléctricos y de control del sistema. A partir de este punto central se extiende una estructura compuesta por módulos, cada módulo puede medir aproximadamente unos 60 metros longitud y está acotado por dos torres que sostienen la estructura. A lo largo de la misma se extiende una tubería con aspersores que se reparte de forma homogénea a lo largo del módulo, todo esto pende a una altura de más de 3.5 metros. Cada torre está compuesta por una estructura metálica triangular, que apoya sobre dos ruedas motrices de tracción eléctrica. La propulsión se lleva a cabo con un motor por cada torre, que transmite la potencia a cada rueda a través de un eje y un convertidor de par por cada rueda. Dentro de este sistema existen dos disposiciones, en pivot, en la cual nuestro sistema gira entorno a un punto en concreto, donde se sitúa la torre central, la cual permanece inmóvil. Esta configuración requiere la construcción de una bancada de hormigón para la torre central, pues es la que tendrá que garantizar la estabilidad y uniformidad de rodada de las demás torres pivotantes. Solo será apta para parcelas circulares y aun así tendremos un porcentaje mayor de superficie no mojada respecto a la segunda disposición. En la segunda configuración (menos común en España) se dispone de una estructura en la que las torres avanzan en paralelo, este pequeño detalle tiene consecuencias bastante radicales en la obra civil de la instalación, pues en el modelo anterior tanto la alimentación eléctrica al pivot como la conexión de agua con la tubería central, están localizadas siempre el mismo sitio, ya que la torre central no se desplaza, sin embargo, en la segunda disposición se tiene que desplazar la torre, por lo que hace necesario la construcción de un canal paralelo al movimiento del pivot o la utilización de tuberías semirrígidas que permitan ser desplazadas junto al pivot. Hay diferentes tipos de emisores de agua. Los más grandes se localizan en el ala final de la estructura, donde se busca una mayor banda de mojado, sin embargo, en las zonas intermedias se localizan aspersores medianos e incluso difusores, dependiendo del cultivo, del tamaño de gota que queramos y de las presiones que dispongamos. Es destacable la. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 21.

(38) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. importancia de la presión en estas técnicas, pues cuanto más largo sea el trazado de tuberías, mayor serán las pérdidas de carga en las mismas, por lo que disponer de agua a gran presión en la boca de entrada es determinante para que uno se decante por estos sistemas. A diferencia de las dos opciones anteriores, el control de litros de agua que caen por unidad de superficie en el cultivo, no es una incógnita, ya que ajustando la presión y la velocidad de avance de los módulos, se puede especificar la cantidad de agua que se está entregando al cultivo (interesará especialmente en la aplicación de fertilizantes disueltos en el agua de riego). Finalmente, para la alimentación eléctrica del pivot se puede trazar un tendido eléctrico aéreo o subterráneo. Sin embargo, la utilización de un grupo generador diésel como fuente de energía eléctrica simplifica la construcción del sistema de riego y proporciona una autonomía muy alta. [4]. Ilustración 34 Riego por aspersores bajos Pivot. Ilustración 35 Cañón final en Pivot. 22. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(39) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. Ilustración 36 Pivot con captación de tubería y canal laterall. 2.3.3 Riego por microaspersión La microaspersión es una técnica que permite suministrar gotas muy finas de agua al cultivo. Poseen un deflector giratorio, denominado rotor o bailarina, que proporcionan un mayor radio de acción. Estos sistemas están pensado para riegos muy controlados y sobre plantaciones delicadas, como flores, hortalizas… Por lo que las dimensiones de las tuberías usadas son mucho más pequeñas que en los sistemas anteriores, al igual que la presiones y los caudales. La instalación consta de las mismas partes anteriormente descritas, pero eso sí, adaptadas a las necesidades hídricas del cultivo. Su montaje y puesta en servicio es totalmente manual, pues la utilización de difusores y de tuberías de PE de no más de 35 mm, hacen muy ágil su ensamblado. Como se ha dicho antes, este sistema de riego está pensado para bajos volúmenes en cultivos hortícolas, fruticultura, flores, invernaderos, viveros, protección contra heladas y riego de jardines. [7]. Ilustración 37 Microaspersión en cultivo de flores y en invernadero. 2.3.4 Riego por goteo El riego por goteo es el más óptimo por excelencia. Al ser un riego localizado, permite realizar un aporte de agua y de abonos gota a gota sobre el cultivo. Los emisores (goteros en nuestro caso) están limitados en el caudal de agua que pueden ofrecer, que es mucho menor que en los sistemas anteriores, por lo que se tienen intervalos de riego mucho más amplios, esto. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 23.

(40) CAPITULO 2. SISTEMAS DE RIEGO. restringe la perdida de agua por evaporación, pues el suelo no se ve saturado en ningún momento ante tan bajos caudales. Estos sistemas constan principalmente de un grupo de bombeo, filtrado, red de tuberías principales y secundarias, y finalmente los emisores o goteros. La disposición de los goteros sobre la gomas de riego PE es variada, pero se suelen posicionar de forma que se consiga una superficie húmeda alrededor del árbol. Por este control tan exhaustivo sobre el agua empleada, este sistema está especialmente indicado en zonas con escasos recursos hídricos y donde no hay una ocupación del 100% del cultivo sobre la parcela. Se puede encontrar en cultivos frutales, cítricos, vid y hortícolas. Una de las piezas clave del riego por goteo es el gotero. Este dispositivo consiste en una pieza de plástico, en la que en su interior se encuentra un pequeño circuito de cavidades por donde circulará en fluido. Actualmente hay disponible en el mercado un sinfín de modelos, que difieren en los caudales, constantes k, presiones de trabajo etc. [3]. Ilustración 38 Riego por goteo en naranjos y en vid. 2.4 Elección del sistema de riego Tras haberse estudiado cuáles son los diferentes sistemas de riego que actualmente se utilizan, y sabiendo que el sujeto en un explotación agrícola de pistachos jóvenes, con una superficie inferior a las 5 hectáreas, y sin acceso a electricidad y a una tubería de distribución de agua. Se concluye que la opción más razonable que puede cumplir con las expectativas de riego, sin que su instalación suponga un alto coste, y que puede prescindir de electricidad, es el riego por gravedad. Como se ha dicho anteriormente, mediante el riego por gravedad podemos abastecer de agua a una pequeña explotación por medio de un depósito en altura, elevado respecto del suelo y con un volumen suficiente como para garantizar un caudal mínimo. Este tipo de sistemas no requieren de electricidad, pues la presión en la instalación se consigue por medio de la altura del nivel de agua en el depósito. Por lo tanto, no es necesario un grupo de bombeo eléctrico. Sin embargo, el hecho de conseguir la presión únicamente por medio de la altura, hace que los niveles de la misma sean relativamente bajos, por lo que la. 24. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(41) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. instalación se vuelve especialmente sensible a las pérdidas de presión. Por consiguiente, además de la bomba de presión, también se va a prescindir de filtros de agua, ya que imprimen una pérdida de carga adicional al sistema. Por otro lado, al no tener una red de abastecimiento de aguas, el llenado del depósito se haría de forma manual. Como primera opción, se ha pensado en la utilización de un remolque cisterna, tirado por un tractor. Entonces cuando el depósito necesite reponerse, se llenará el remolque cisterna en el punto más cercano a la explotación donde haya agua a presión, y seguidamente se irá al depósito en altura de la finca y usando la toma de fuerza del tractor como bomba, se rellenará el depósito con el agua que se encuentre en la cisterna. Una vez solucionado lo anterior, se pasa al diseño de las tuberías principales y secundarias. Es de vital importancia optimizar bien las distancias entre goteros, el diámetro de las tuberías y gomas de riego, la longitud de las mismas, etc. Por ello en los capítulos siguientes, se va a proceder a plantear las ecuaciones de los fluidos bajo diferentes hipótesis e intentar encontrar cuáles son los valores de los parámetros de diseño más óptimos.. Ilustración 39 Depósito de 12000 litros y tractor con remolque cisterna. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 25.

(42) 26. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

(43) DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RIEGO CON ESCASOS RECURSOS HÍDRICOS. CAPÍTULO 3: CALCULOS EN UNA TUBERIA. FLUIDOESTATICA 3.1 Introducción En este capítulo se va a obtener la primera aproximación de la solución. Se parte de un modelo simple, que se compone de un depósito elevado del suelo y conectado a una sola hilera de goma de riego. Todos los cálculos se harán bajo la hipótesis de fluido estática, es decir, fluido en reposo a lo largo de la tubería, por lo que no existen pérdidas de carga.. 3.2 Hipótesis     . Proceso cuasi estacionario. La variación de la velocidad del fluido es cero. Fluido estática: Circuito de riego cerrado con velocidad de fluido nula. Movimiento ideal: Efectos viscosos despreciables. Fuerzas másicas derivan de energía potencial. Líquido perfecto: Densidad constante.. 3.3 Planteamiento del problema. Ilustración 40 Esquema depósito con una tubería de riego. 3.4 Ecuaciones utilizadas Se plantea la ecuación de Euler-Bernoulli:. 𝜕𝑣 𝜕 𝑣 2 1 𝜕𝑦 + ( + 𝑈) + =0 𝜕𝑡 𝜕𝑙 2 𝜌 𝜕𝑥 Como se ha comentado anteriormente, se considera que la variación de la velocidad del fluido es cero. Por lo tanto, el primer término de la ecuación se anula.. ALBERTO CALLEJA GARCIA. 27.

(44) CAPITULO 3. CALCULOS EN UNA TUBERIA. FLUIDOESTATICA. 𝜕𝑣 𝜕 𝑝 𝑣 2 + ( + + 𝑈) = 0 𝜕𝑡 𝜕𝑡 𝜌 2 Finalmente el balance de energía entre dos punto dentro de una misma línea de corriente es:. 𝑣1 2 𝑣2 2 𝑝1 + 𝜌 + 𝜌𝑈1 = 𝑝2 + 𝜌 + 𝜌𝑈2 2 2. 3.5 Balance de energía a la salida del gotero Una vez que se tienen las ecuaciones por las cuales se rige nuestro sistema, se procede a realizar un balance de energía entre dos punto del gotero, uno en el interior y otro en el exterior de la tubería. Dicho gotero se ha modelizado como un orificio circular de poco milímetros.. Ilustración 41 Esquema salida de agua por agujero en tubería. Se plantea la ecuación fundamental.. 𝑝1 + 𝜌. 𝑣1 2 𝑣2 2 + 𝜌𝑈1 = 𝑝2 + 𝜌 + 𝜌𝑈2 2 2. Se particulariza en nuestro caso.. 𝑣𝐴 2 𝑣𝐵 2 𝑝𝐴 + 𝜌 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 = 𝑝𝐵 + 𝜌 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 2 2 Al suponer reposo del fluido dentro de la tubería y encontrarse el gotero a cota cero.. 𝑣𝐴 2 𝑣𝐵 2 𝑝𝐴 + 𝜌 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 = 𝑝𝐵 + 𝜌 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 2 2 Finalmente despejando la velocidad en A y suponiendo la presión en este punto igual a la atmosférica, se obtiene la velocidad de salida del gotero.. 2(𝑝𝐵 − 𝑝𝑎𝑡𝑚 ) 𝑣𝐴 = √ 𝜌. 28. ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES (UPM).

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