En este post -que se compone de dos partes- pretendo hacer un resumen básico y práctico sobre los aspectos más relevantes a tener en cuenta en el diseño hidráulico de instalaciones de riego por goteo. Todas las cifras, así como los intervalos, son valores de referencia considerados normales. Naturalmente hay excepciones que en esta entrada no se contemplan, entre otras razones, porque dependerán de las características singulares de cada proyecto e instalación.
En esta entrada veremos los valores de caudal recomendados de goteros, según la textura del suelo y el tipo de cultivo; veremos también las presiones de trabajo que deben de considerarse en la fase de diseño así como las velocidades de circulación del agua. En la segunda parte se revisarán las pérdidas de presión, el control de las presiones en las unidades de riego y las máximas longitudes de laterales recomendadas para diferentes casos.
Caudales empleados
La gama de caudales para riego superficial varía generalmente desde 0,5 a 8 litros/hora y gotero. Seleccionaremos el caudal según el volumen de suelo humedecido que deseemos crear. Para hortícolas y herbáceos se suelen emplear caudales que varían desde 1 hasta 4 litros/hora. Para arbóreos, que necesitarán una mayor extensión de volumen de suelo humedecido debido a su mayor volumen radical, suelen emplearse caudales desde 4 a 8 l/h.
En hortícolas es muy común emplear goteros de 2 l/h y en arbóreos suelen utilizarse goteros de 4 l/h.
Para cultivos arbóreos en terrenos arenosos es preferible emplear emisores con un caudal superior a 4 litros/hora. Para cultivos hortícolas en suelos arenosos no se suele sobrepasar 4 l/h. En los suelos arenosos el agua tiende a ir directamente hacia las capas inferiores del suelo. Con un caudal más alto por gotero el agua del gotero tenderá a moverse hacia los lados. Dado que el movimiento del agua en el interior del terreno arenoso va a ser no obstante principalmente vertical, precisaremos instalar un número mayor de goteros por planta o por unidad de superficie. Los tiempos de riego serán menores, para evitar pérdidas por percolación y la frecuencia de riego será mayor, ya que el terreno tendrá una capacidad más limitada para retener agua.
Debemos de tener en cuenta que con el agua de riego se incorporan al cultivo los fertilizantes, por tanto es esencial una distribución uniforme del agua sobre el terreno para el mejor aprovechamiento de los nutrientes por las plantas.
Para terrenos arcillosos, que tienen una mayor capacidad de retención de agua y en los que el movimiento del agua predominantemente es horizontal, será más conveniente emplear un número menor de emisores por planta, y caudales más bajos (igual o inferior a 2 l/h y gotero) debido a la forma más extendida del bulbo húmedo. El intervalo entre riegos aumenta, ya que estos suelos retienen más cantidad de agua, precisando de un tiempo mayor entre riego y riego.
En terrenos con pendiente acentuada se emplearán goteros de caudal bajo, para evitar escorrentía.
En cuanto al riego subterráneo, se pueden recomendar unos caudales máximos para los goteros según la textura de los suelos. Son los siguientes:
1,0 l/h para un suelo arcilloso, 2,5 l/h para un suelo franco y 6,5 l/h para un suelo franco-arenoso. Se recomienda consultar directamente con los fabricantes, que tienen datos de experiencias en campo para diferentes terrenos y cultivos.
Debemos de tener en cuenta que en riego subterráneo el agua también asciende por capilaridad y se forma un bulbo húmedo en todas las direcciones alrededor del gotero cuya forma y extensión dependerá en gran medida de la cantidad de poros pequeños que contenga el suelo.
La textura de un suelo, es decir, la proporción de arenas, limos y arcillas que contenga, afectará a su productividad, a la capacidad para retener agua y a su aireación. La forma de la sección mojada en riego por goteo variará de unos suelos a otros según la proporción de partículas que tenga el suelo.
Hay que comentar que en riego por goteo, y especialmente cuando se instala enterrado, los goteros deben de contar con un mecanismo eficaz antisifón. Uno de los mayores problemas que puede ocurrir tras la parada de la operación de riego es la entrada de partículas al interior del gotero si éste no dispone de un mecanismo que lo evite, circunstancia que puede provocar un mal funcionamiento e incluso la obturación de la salida del agua. He sido testigo de unos cuantos casos de obturación de goteros por este motivo.
En la imagen vemos las piezas que componen el gotero plano compensante AZUD PREMIER PC AS. El emisor consta de un mecanismo antisifón para prevenir la entrada de partículas desde el exterior. Puede observarse entre el laberinto (color crema) y la cámara del gotero (color negro) la membrana encargada de realizar la compensación.
Presión de trabajo
Para cinta de goteo normalmente no se sobrepasará una presión máxima de trabajo de 1 kg/cm2, ya que sus paredes son muy delgadas y podrían dañarse con presiones superiores.
Los goteros compensantes pueden llegar a presiones máximas de trabajo de 4 kg/cm2. Sin embargo, por economía, se debe de diseñar la instalación para que no se sobrepasen presiones de trabajo de unos 2 kg/cm2. ¡Ojo! , estoy hablando de presión de trabajo, es decir, de la presión a la que debe de funcionar el emisor. A partir de esta presión de trabajo que, normalmente será la del emisor más desfavorable en la unidad de riego -el más alejado de la tubería terciaria de alimentación-, hay que incrementarla con todas las perdidas producidas hasta la estación de bombeo.
El gotero compensante dispone de un mecanismo de regulación interno por el que el caudal emitido permanece prácticamente constante ante las variaciones de presión (véase el post “Exponente de descarga de un gotero”). Esta característica resulta muy útil en parcelas en las que los ramales son largos y por tanto se crean una heterogeneidad de presiones dentro de la unidad de riego, lo que hace que, si los goteros no fuesen compensantes, unas plantas recibirían más cantidad de agua que otras a consecuencia de estas diferencias de presión (a mayor presión mayor caudal y viceversa en goteros no compensantes). Es asimismo útil en parcelas con pendiente, por la misma razón de antes, y también es de utilidad cuando se realiza el fertirrigo, ya que la dosis en la distribución de fertilizantes resulta más homogénea.
Referente a las unidades de presión, se recuerda las siguientes equivalencias:
1 atmósfera (atm) = 1 bar = 1 kg/cm2 = 10 metros de columna de agua (mca) = 100 kilopascales (kPa) = 0,1 megapascales (MPa)
En riego por goteo se debe de buscar una presión óptima según el tipo de instalación. Durante la fase de diseño deben de seguirse siempre las recomendaciones de los fabricantes de equipos.
Velocidad de circulación del agua
La velocidad de circulación del agua en tuberías principales y secundarias será como máximo de 2,5-3,0 m/s. Velocidades superiores podrían producir picos importantes de presión en conducciones y en accesorios así como desgaste y abrasión en tuberías y elementos de los dispositivos, sobre todo cuando el agua transporta limos y partículas que no son retenidas por los equipos de filtrado. Además, una velocidad alta eleva el consumo de energía a consecuencia de las pérdidas de presión producidas.
En tuberías laterales o ramales de riego se limita la máxima velocidad a 1,5-2,0 m/s debido a las elevadas pérdidas de presión que se producen en los tubos con menor diámetro a consecuencia de la mayor fricción.
La mínima velocidad de circulación del agua conviene que sea igual o superior a 0,5 m/s para evitar sedimentaciones en el interior de las conducciones.
En el post: “Del caudal, de la presión y de la velocidad del agua” trato estos aspectos y la relación entre ellos.
En la segunda parte se revisarán los restantes aspectos de diseño hidráulico.
