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¿Por qué no al final?

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  • ¿ qué no al final?
  • En unidades de riego con goteros no compensantes (aquéllos cuyo caudal varía según la presión de funcionamiento, aumentando aquél cuando aumenta ésta y viceversa) se debe de tener en cuenta, debido a la citada circunstancia, una distribución cuidadosa de presiones para que no existan variaciones excesivas de caudal entre goteros de la misma unidad. En determinados casos, fijar durante la etapa de diseño la presión de trabajo en el último gotero, puede resultar razonable.

Sobre el blog

Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Autor del libro: Diseño agronómico e hidráulico de riegos agrícolas a presión. Nominado mejor Blog y Post premios iAgua 2018
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Está suficientemente comprobado que en un lateral de riego por goteo el gradiente de presión entre dos goteros consecutivos es mayor en los primeros tramos del lateral que en los últimos tramos. De hecho, la presión media en el lateral se sitúa a una distancia del origen de 0,39 L, siendo L la longitud del lateral. En este tramo inicial se produce el 73% de la pérdida de carga. Normalmente en los cálculos hidráulicos esta presión media se hace coincidir con la presión nominal del gotero. La presión nominal (PN) del gotero es aquélla que proporciona el caudal nominal con el que estamos realizando los cálculos hidráulicos de la unidad de riego.

La curva de presiones en un lateral horizontal se representa en la figura siguiente:


Figura 1

Po es la presión máxima, que se ubica en la entrada del lateral y Pu la presión mínima, situada en el extremo del tubo. Q es el caudal de entrada y hl la pérdida de presión que se produce en el lateral.

Recordemos que las presiones equivalen realmente a alturas de columna de agua. Una de las unidades más empleada para medir la presión hidráulica es el metro de columna de agua. En la práctica 10 metros de columna de agua equivalen a 1 kg/cm2 de presión (100 kPa).

Por lo tanto, en el inicio del lateral tenemos una altura de presión Po y, debido a las pérdidas de presión cuando circula un caudal de agua Q, al último gotero le llegará una presión Pu. Las pérdidas de presión (hl) que se van produciendo por el camino se deben por un lado al rozamiento del agua con la pared interior de la tubería y a las pérdidas generadas debido a la inserción de los goteros. Estas últimas evidentemente variarán según el tipo de gotero que porte la tubería y la geometría de inserción.

Las expresiones matemáticas que relacionan lo comentado serían las siguientes [1]:

Po = Pu + hl

Pu = Po - hl

Po - Pu = hl

La condición de diseño del lateral es:

 

Esta última expresión se desarrolló en el post: Presiones de diseño en unidades de riego por goteo

Dijimos al principio de este artículo que en la distribución de presiones en el lateral la presión media se sitúa a 1/3 del inicio y se hace coincidir con la presión nominal. Lo podemos ver representado en la figura siguiente.


Figura 2

En ese primer tercio del lateral se produce el 73% de las pérdidas de carga, en los dos tercios restantes se producirían por tanto el 27%. Esto ocurre independientemente de la topografía del terreno por el que discurra el lateral. Ya se ha comentado este aspecto en otros post que he escrito. Las pérdidas de carga o de presión debido al rozamiento del agua cuando circula por el interior de tuberías y accesorios son independientes de la topografía por la que discurra la red.

Pues bien, como hemos hecho coincidir la presión nominal con ese punto situado a 1/3 del origen del lateral, las ecuaciones que hemos visto en [1] se transformarían ahora en las siguientes:


Tabla 1

(*) Antes teníamos que la presión en el origen era la suma de la presión en el último emisor más la pérdida de carga del lateral (Po = Pu + hl). Ahora tenemos que la presión en el origen es la suma de Presión Nominal más el 73% de la pérdida de carga producida en el lateral.

Dicho esto, el sentido común de distribución de presiones cuando se diseñan laterales de goteo con goteros no compensantes nos llevaría a fijar la presión nominal en el último emisor del lateral ¿verdad?, pensando que a ese emisor le llagará, cuanto menos, la presión de trabajo. Realmente podría hacerse así, porque, como vamos a ver en el siguiente ejemplo, no existen diferencias significativas en los resultados aplicando ambos criterios.

- Supongamos un lateral de 110 metros de longitud con goteros no compensantes cuyo exponente de descarga x sea de 0,402. La presión de trabajo del gotero es de 10 mca y las pérdidas de presión en toda la longitud del lateral de 2,4 mca.

Veamos primero que se cumpla la condición de diseño.

hl ≤ (0,1/0,402) ·10; 

hl ≤ 2,5

2,4 ≤ 2,5, por tanto se cumple la condición de diseño.

Caso 1

PMEDIA = PN

Si aplicamos las fórmulas de cálculo vistas en la tabla 1 tendríamos lo siguiente:

Po = PN + 0,73hl = 10,0 + 0,73·2,4 = 11,7 mca

Pu = PN – 0,27hl = 10,0 – 0,27·2,4 = 9,3 mca

Po – Pu = 11,7-9,3 = 2,4 mca

Caso 2

Pu = PN

Si aplicamos las fórmulas de cálculo vistas en [1] tendríamos lo siguiente:

Po = Pu + hl = 10,0 + 2,4 = 12,4 mca

Pu = 10,0 mca

Po – Pu = 12,4-10,0 = 2,4 mca

El hecho de fijar la presión de trabajo en el último emisor en el lateral con goteros no compensantes no supone, como hemos comentado, diferencias significativas en la distribución de presiones.

En laterales horizontales incrementaría la presión de entrada en torno a un 5% con respecto a la solución de fijar la presión de trabajo en el punto de presión media, y esto, evidentemente, para los caudales y alturas manométricas utilizados en riegos con goteo, causaría un mínimo impacto económico.

Sin embargo, tanto para laterales ascendentes como para descendentes con un determinado valor de pendiente, sería razonable fijar la presión de trabajo en el último emisor, y así compensar el déficit o exceso de presión en el último tramo del lateral, según el caso.

No es necesario seguir haciendo más ejemplos. Fíjate que en los goteros no compensantes, al situarse el exponente de descarga, generalmente, en valores comprendidos desde x ≈ 0,40 (en el mejor de los casos) a x ≈ 0,55, y fijando una presión de trabajo de 10 mca, las pérdidas máximas de carga en el lateral de riego deberán estar por debajo de los siguientes valores:

hl ≤ (0,1/0,40) ·10; hl ≤ 2,5 mca

hl ≤ (0,1/0,55) ·10; hl ≤ 1,8 mca

Debo de advertir por último que estas pérdidas máximas se deben extender a la unidad de riego y englobarían por tanto las pérdidas producidas en el lateral como las producidas en la tubería terciaria, por lo que a la hora de diseñar debemos de contar con un reparto de pérdidas de carga entre ambas conducciones.

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