DISEÑO DE RIEGO LOCALIZADO

 

1. Introducción

El diseño de una instalación de riego localizado es un proceso muy importante ya que de el depende el buen funcionamiento posterior del sistema.

La clave para un buen diseño está en fijar previamente las prestaciones que se le van a exigir a la instalación como caudal, presión, uniformidad esperada, etc. y seguidamente conocer las limitaciones a las que se debe someter al proyecto, tal como tipo de suelo, tipo y necesidades de agua del cultivo o cantidad y calidad del agua a aportar.

 El proceso de diseño se divide normalmente en dos fases, diseño agronómico del riego, con el que se determina la cantidad de agua que ha de transportar la instalación, correspondiente a las necesidades brutas de riego en las épocas de máxima necesidad.

 

 

La otra fase se conoce como diseño hidráulico de la instalación, cuyo fin es determinar las dimensiones, ubicación y funcionamiento y funcionamiento óptimo de las conducciones, componentes y resto de elementos, para satisfacer las exigencias establecidas previamente en el diseño agronómico.

 

2. Diseño agronómico

Es la parte fundamental en todo tipo de proyecto de riego, ya que si se cometen errores en los cálculos del diseño  agronómico repercutirán posteriormente en el diseño hidráulico. Por ejemplo, puede resultar que con el riego se humedezca un volumen de suelo menor que el adecuado si se instalan un número incorrecto de emisores, o bien se puede producir una salinización del suelo por una falta de lavado de sales.

2.1. Necesidades máximas de riego

 Desde el punto de vista de diseño agronómico, lo que realmente interesa conocer son las necesidades de agua en épocas en que cultivo requiere mayor cantidad, y en función de ese valor se determinarán las dimensiones de los componentes de la instalación de riego. Es esencial que esta instalación sea capaz  de suministrar la suficiente cantidad de agua al cultivo cuando sus necesidades sean máximas.

 Las necesidades de agua de los cultivos están determinadas por la evapotranspiración (ET) que engloba las cantidades de agua consumida por dos procesos distintos: la transpiración (que depende del tipo de cultivo y fase de desarrollo); y la evaporación (producidas desde la superficie del suelo y dependiente de las condiciones climáticas de la zona). La evapotranspiración (ET) se expresa en milímetros de altura de agua evapotranspirada en cada día (mm/día).

La evapotranspiración se calcula miltiplicando la evapotranspiración de referencia (Etr) por el coeficiente de cultivo (kc). Los datos de la evapotranspiración de referencia se obtienen con frecuencia usando un tanque evaporímetro clase "A", en el que se pueden medir los descensos de nivel de la superficie del agua. Lo normal es recoger datos en cada zona durante varios años, hasta obtener unos valores medios mensuales. Por su parte, el coeficiente de cultivo (kc) varía en función del tipo de cultivo y de su estado de desarrollo, diferenciándose cuatro valores de kc correspondientes a cada una de las fases: inicial, desarrollo, media y maduración.

Para diseño de sistemas de riego se suele tomar el mayor valor mensual de evapotranspiración de referencia, que al multiplicar por el coeficiente de cultivo se denominará evapotranspiración de diseño (ETd). Representa las necesidades netas, es decir, la cantidad de agua que necesita el cultivo para su desarrollo en periodo de máximas necesidades. Si en la zona a regar existe más de un tipo de cultivo, la instalación deberá diseñarse para satisfacer las cantidades de agua del cultivo que tenga mayores necesidades en épocas punta.

Es importante destacar que las necesidades netas de agua han de incrementarse como consecuencia de las  pérdidas que puedan producirse por filtración profunda o percolación, obteniéndose así las necesidades brutas.

Si consideramos un terreno con elevado contenido de sales, es necesario considerar una cantidad adicional de agua para lavar dichas sales, necesidades de lavado. Para tal caso las necesidades brutas de riego se calcula de la siguiente manera.

 

2.2. Volumen de suelo humedecido

En riego localizado el agua se aporta sólo a una parte del suelo, por lo que a efectos de diseño se ha de establecer un mínimo volumen de suelo a humedecer, que debería ser suficiente para garantizar a la planta el suministro de agua necesaria para su desarrollo adecuado. 

 

En la práctica del diseño, el concepto de volumen de suelo humedecido se sustituye por el de porcentaje de suelo mojado (P), que se define como la relación expresada en tanto por cien entre el área mojada por los emisores y el área total que se riega.

El valor del porcentaje de suelo mojado más apropiado está en función del tipo de cultivo (frutales, cultivos herbáceos...), clima (húmedo, árido. ...) y del tipo de suelo; así se recomiendan los siguientes valores:

 

a. Cultivos frutales de marco de plantación amplio: 25%-35%, variando desde el valor inferior al superior al aumentar la aridez del clima y cuanto más ligera (arenosa) sea la textura del suelo.

 

b. Cultivos de marco de plantación medio (distancia entre plantas inferior a 2.5 metros): 40% al 60% variando según la misma relación anterior y también teniendo en cuenta los requerimientos en agua propios del cultivo.

 

c. Cultivos de marco de plantación reducido (hortícolas, florales, cultivos herbáceos en general): el porcentaje de suelo mojado que se le asigna a estos cultivos está comprendido entre un 70% y 90%, pudiendo variar como en los casos anteriores.

 

 Considerar porcentajes altos brindan seguridad al diseño, sin embargo elevan el costo de inversión.

2.3. Número y disposición de los emisores

A la hora de determinar el número de emisores y la disposición de los mismos, habrá que considerar aquellos cultivos que tienen un amplio marco de plantación (cultivos arbóreos y perennes), y los que presentan una alta densidad de plantación (cultivos herbáceos):

2.3.1. Cultivos con amplio marco de plantación

 De forma general hay que procurar mojar bien toda la superficie de terreno bajo la copa del árbol situando los emisores debajo de ella, lo que evita en gran medida la evaporación.

También se evitan las pérdidas de agua por filtración profunda instalando un mayor número de emisores, y en consecuencia aumentando el porcentaje de suelo mojado. Un incremento en el número de emisores implica un mayor costo de instalación, pero si se establece un número mínimo de ellos, el incremento producido no debe ser demasiado relevante.

 

 Cuando se disponen los emisores en línea con los cultivos con marco de plantación medio o amplio, hay que procurar que las zonas húmedas se una a una profundidad no superior a la de las raíces.

Para el diseño hidráulico debe realizarse considerando las máximas necesidades, que se producirán cuando el cultivo llegue a sus estado adulto.

 2.4. Frecuencia y tiempo de riego

La frecuencia de agua es el número de veces que se riega en un tiempo determinado, mientras que el intervalo entre riegos es el tiempo transcurrido entre la aplicación de un riego y el siguiente. Al aplicar el agua de una forma irregular, se puede provocar a la planta una situación de falta de agua que, según intensidad, duración y estado de desarrollo, origina una posterior disminución de la producción. Para conseguir una alta eficiencia en riego localizado, se debe aportar el agua siguiendo la norma  de "riegos cortos pero  frecuentes"

 El concepto de "alta frecuencia" abarca una amplia gama de frecuencias de riego que en la práctica pueden oscilar desde varios riegos en un mismo día, hasta intervalos de riego entre 3 y 4 días.

El tiempo entre riegos no va a depender únicamente del cultivo, sino también de la relación existente entre el suelo, la planta, el clima y calidad del agua. Así, por ejemplo, para un cultivo dado se puede afirmar que el riego deberá ser más frecuente:

* Cuanto menos profundo sea el suelo.

* Cuanto menor sea la capacidad del suelo para retener agua (más arenoso).

* Cuanto mayor sea la evapotranspiración (ET).

* Cuanto peor sea la calidad del agua de riego.

 3. Diseño hidráulico

Con este tipo de diseño se podrá determinar la dimensión de la red, componentes y funcionamiento de la instalación de riego, de tal manera que se puedan aplicar las necesidades de agua al cultivo en el tiempo que se haya establecido, teniendo en cuenta el diseño agronómico previamente realizado.

La aportación de agua por los emisores deberá ser lo más uniforme posible, es decir, todos los emisores deberán aplicar aproximadamente la misma cantidad de agua, por lo que la uniformidad constituye el punto de partida para el diseño hidráulico de cualquier instalación de riego localizado. Para lograr una buena uniformidad será necesario:

a. Que todos los emisores de la instalación sean de buena calidad, garantizados por el fabricante y que cumplan las normas de calidad.

b. Que la presión del agua en todos los emisores sea lo más parecida posible, para lo que habrá que dimensionar la red corectamente.

Al tratarse de un sistema presurizado, el agua va perdiendo presión debido al rozamiento con la tubería, codos, tees, reducciones, otros accesorios, filtros, etc. La pérdida de presión es conocida como pérdida de carga.

Si la tubería es ascendente se perderá carga y cuando sea descendente ganará carga.

La topografía del terreno influye en la longitud de las tuberías laterales. En aquellos terrenos que presentan una pendiente muy elevada, se aconseja seguir la norma de instalar las tuberías laterales siguiendo aproximadamente las curvas de nivel, y las tuberías terciarias siguiendo las pendientes, disponiendo reguladores de presión en aquellos lugares donde se requieran.

 

 En caso de que la pendiente sea muy acusada o irregular, habrá que recurrir a utilizar goteros autocompensantes, al objeto de mantener constante la presión de trabajo del emisor y el caudal suministrado. Asi, usando emisores autocompensantes e independientemente de la topografía del terreno, se pueden ampliar las longitudes máximas de los laterales de riego.

 Debido a  las pérdidas de carga y a la pendiente del terreno, en cada una de las subunidades de riego se van a producir diferencias de presión entre los distintos emisores de las tuberías laterales. Por lo tanto, la presión de entrada en la subunidad de riego debe ser tal que el emisor que está sometido a menor presión reciba la suficiente para suministrar el caudal adecuado. Para que la presión de entrada en cada subunidad sea similar y no varíe durante el riego, es preciso instalar un regulador de presión al principio de cada tubería terciaria.

A mayor diámetro de tubería se tendrá mayor presión, menor pérdida de carga y baja velocidad mientras que a menor diámetro de tubería se tendrá menor diferencia de presión, menor pérdida de carga y mayor velocidad.

 El caudal del emisor condiciona la longitud de la tubería lateral, de tal forma que cuanto mayor sea el caudal del emisor, menor será la longitud del lateral, por una consecuencia mientra mayor sea la separación de los emisores mayor será la longitud de la tubería lateral.

 Algunos rangos de pérdidas de carga en el cabezal de riego comunes son:

* Hidrociclón: 0.3 - 0.5 bares

* Filtro de arena: < 0.3 bares

* Filtro de malla y anillas: 0.1 - 0.3 bares

 3.1. Programación de riegos. Cálculo del tiempo de riego

Consiste en aportar el agua que se requiere diariamente, por lo que el agricultor sólo tiene que establecer el tiempo de riego necesario para aportar las necesidades brutas de riego.

Para calcular el tiempo de riego, se deben conocer los siguientes datos:

* Necesidades brutas de riego

* Distancia entre los emisores de una tubería lateral

* Distancia entre los laterales de riego

* Caudal de los emisores

 

 Algunos cultivos hortícolas (zanahoria, remolacha de mesa,...) y florales (clavel, rosal,...) se cultiven en las llamadas banquetas o mesillas, separadas unas de otras por un pasillo. En estos casos la separación entre las tuberías laterales no es uniforme, por lo que para calcular el número de emisores por metro cuadrado, es preciso distribuir las laterales en separaciones uniformes contando con la anchura de la mesilla y del pasillo conjuntamente.

 

 Fuente: Fernández, Rafael (2010)

Riego localizado