Diseño hidráulico en los sistema de riego.

Después de que el desarrollo de "diseño" del proyecto (equipo de distribución funcional), elegido el aspersor para ser utilizado (catálogos del fabricante) para determinar el número de líneas laterales exigidas, longitud de las líneas principales y laterales y el tipo de material que se va y utilizando el caudal calculado del sistema, es de tamaño del diámetro de las tuberías (líneas principales y laterales), las pérdidas de carga, la velocidad de flujo de líquido, el indicador de altura y, finalmente, los poderes de la bomba y el motor. Dimensionamiento de la línea lateral.

Según Bernard (1995), consideramos los siguientes puntos:

a) el diámetro interno y la longitud de una línea lateral debe ser tal que la diferencia en el flujo entre los rotores primero y el último en la línea no supere el 10% del flujo del aspersor última o 20% de la presión del aspersor;

b) En general se recomienda que una 1 de diámetro o un máximo de 2  de diferentes diámetros;

La relación entre la presión en el comienzo (PIN) en el extremo (P / fim) y presión (Ps) a lo largo de la línea lateral está determinado por las siguientes ecuaciones:

En los que:

hf = caída de presión a lo largo de la línea lateral (m);

Δz = diferencia de nivel a lo largo de la línea lateral (m) y 

Aa = altura de la aspersor, (m)

Ps (presión media) se encuentra aproximadamente entre 40% y 50% de la longitud de la línea lateral, desde su comienzo 

Nivel de presión distribuida en la línea lateral.

En los que:

h - altura de la aspersión

Ps - presado sirve en la regadera, m.c.a. 

hfL - pérdida de presión en la línea lateral, m.c.a.

Po - Presión del aspersor m.c.a.

Pi - presión en el comienzo del lateral m.c.a.

Presión máxima de potencia = h + Ps + 3/4 hfL=Pi

Presión mínima = h -1 / 4 hfL = Pm

a) La pérdida en la tubería con salidas múltiples, que es el caso de la línea lateral es igual a la pérdida de presión determinada como no la salida tubo tener cualquier lado (caída de presión ficticia) multiplicado por un factor F  función que es el número de salidas, a saber:

hf = hf. 'F

En los que:

hf = pérdida de carga en tubería con múltiples salidas (banda), (m);

hf’ = pérdida de carga (m) y

 F = factor de Christiansen o Corrección.

 

b) El factor de corrección (F) de la caída de presión depende del exponente del flujo (m) en la pérdida ecuación de carga, el número de aspersores en la línea lateral (N) y la distancia desde el principio de la línea lateral a la aspersión primera (α)

Las ecuaciones  puede ser utilizado para determinar el valor F a las distancias del primer aspersor hasta el comienzo de la línea lateral de las tuberías de  igual al espaciamiento α = E1 y medio de los aspersores entre espaciamiento α = E/2, respectivamente.

En los que:

m = coeficiente que depende coeficiente que depende del exponente de flujo en la ecuación de caída de presión en uso. (En caso de Hazen-Williams, M = 1,85)

N = número de boquillas (puntos) en la línea lateral.

En la Tabla , son los valores F para m igual a 1,85, en números  diferente de salida.

Tabla  - Valores de F para la caída de presión en el corrección de la tubería con múltiples salidas (m = 1,85 - la ecuación de Hazen-Williams)

Hay varias fórmulas para determinar la pérdida en tuberías, sin embargo, el Hazen-Williams se utiliza con frecuencia.

En los que:

h = pérdida de carga ficticia f (m);

Q = caudal de la línea lateral (m3 s * 1);

C = coeficiente de Hazen-Williams empírica;

D = diámetro interno de la línea lateral (m) y

L = longitud de la línea lateral, (m).

El coeficiente de Hazen Williams varía con el tipo de tubería, con valores de 120, 130 y para el acero de zinc, aluminio y PVC, respectivamente.

La ecuación anterior se puede escribir para calcular el diámetro interior (D) del tubular como sigue:

Didácticamente se puede separar la ampliación de la línea lateral en dos casos diferentes, a saber, la línea del lateral con un 1 de diámetro y la línea lateral a sólo 2 diámetros.

La línea lateral con un diámetro

 a) nivel de la línea lateral en

• El tipo de riego que se utilizará especifica lo que debe ser el caudal (Q), la presión de trabajo (PS) y espaciamiento (S1  x S2);

• Hacemos la presión media a lo largo de la línea lateral es igual a la PS-pulverización;

• La pérdida por fricción (m /) debe ser igual al 20% de PS;

• Conocer la longitud de la línea lateral (L) y espaciamiento entre aspersores a lo largo de la línea lateral (S.), determina el número de aspersores (Nal) en el lado y el factor de corregido F.

• Se busca un diámetro (ecuación 28) tal que, para el flujo de urna (Ql = Nal x qa ) y una longitud L, hay una pérdida de carga (HF) de 20% de PS

En los que:

hf'= caída de presión máxima admisible si el flujo del inicio de la línea lateral se llevó a cabo por el extremo de la línea (pérdida de carga ficticio).

• La presión en el comienzo de la línea lateral (Pin) es:

b) De la línea lateral en pendiente (cuesta arriba)

• En este caso, la caída de presión permitida será:

En los que:

AZ = diferencia de nivel a lo largo de la línea lateral (m).

• La presión en el comienzo de la línea lateral (Pin), será:

• La presión en el principio de la línea lateral es:

• En pendientes pronunciadas, a menudo hay que reducir el diámetro de la tubería, para minimizar la diferencia de presión a lo largo de la línea lateral.

• La condición es ideal cuando se puede equilibrar la pérdida de carga por fricción con el aumento de la presión debido a la pendiente, es decir, HF = AZ. En este caso, la presión es constante a lo largo de la línea lateral.

• Después de calcular el diámetro interno de la tubería, se debe comprobar si esta tabla de consultoría de diámetro comerciales de los fabricantes. El diseñador debe tener especial atención, ya que el diámetro nominal, generalmente se utiliza en la comercialización puede ser diferente del procedimiento.

• En la mayoría de los casos, el diámetro calculado interior no comercialmente, con un diámetro entre superior (D1) y una inferior (D2).

• En este caso, el diseñador tiene tres opciones:

• Utilizar el diámetro menor, lo que causa un aumento en la diferencia de presión a lo largo de la línea lateral, que es un 23,5% la presión máxima de operación de la regadera;

• Utilizar el negocio diámetro superior, lo que provocará un aumento en el coste del sistema de adquisición, y

• Uso de la línea lateral con el diámetro superior (D) y la parte inferior con el diámetro (D2).

La línea lateral con dos diámetros.

• La mayoría de los proyectos de riego sólo utiliza las líneas laterales, con un diámetro de solamente;

• Desde el punto de vista técnico, que debe ser, en su caso, la escala secundarios líneas con dos diámetros diferentes, por lo que reduce el costo inicial del proyecto, pero el uso no más de dos diámetros diferentes de la línea lateral

La línea lateral con dos diámetros.

• Procedimiento:

1. Determinar la caída de presión permitida, a lo largo de la línea lateral, es decir:

hf = 0,20 P.S. ± AZ

2. Estimación, en un juicio, las longitudes L y L2, que se puede dividir en la banca.

3. Determinar la caída de presión (HF3) para la longitud L2 para el diámetro D2, que contiene el flujo de N2 conduce a los aspersores y Q2.

4. Determinar la caída de presión (HF4) para la longitud L1 + L2 con el diámetro Dv que contiene N1 + N2 flujo que conduce a los aspersores y Q1 + Q2.

5. Determinar la caída de presión (HF5) para la longitud L2 con el diámetro que contiene el Dr. flujo N2 Q2 tasa y boquillas principales.

6. La pérdida de presión en la línea lateral con dos diámetros (hfd) adoptadas y las dos longitudes (L1 y L2) se determina como sigue:

hfd = hf3 + hf4 - hf5  

7. Comparar el valor de la caída de presión en la línea lateral, que se encuentra en (6), el valor permisible determinado en (1).

• Si hfd es menor o mayor que la caída de presión permitida (hf) se reduce a L1 y L2 se incrementa, o viceversa, y los pasos se repite (3) a (7) hasta que es aproximadamente igual hfd el hf.

• La presión en el comienzo de la línea lateral (PIN) con dos diámetros será:

Pin = PS.+ 5/8  hfd ± 0,5 ΔZ + Aa

Esquema de una línea lateral con dos diámetros diferentes.

Para simplificar y racionalizar el diseño de la línea lateral con dos diámetros, Denículi et al (1992) presenta las siguientes ecuaciones:

En los que:

L = longitud total de la línea lateral (m);

L1 = la porción de la línea lateral correspondiente a la mayor diámetro -D1 (m), L2 = la porción de la línea lateral correspondiente al diámetro más pequeño -D2 (m) 

D = diámetro interno de la línea lateral (m);

D1 = Interno D1 diámetro mayor comercial (m);

D2 = diámetro interior menor que comercial (m);

m = coeficiente que depende del exponente de la corriente en la caída de presión ecuación en uso (Hazen-Williams, H = 1,85); 

n = 4,87.

Diseño de líneas principales y secundarias

• De acuerdo con Bernard (1995) la función más importante de la línea principal y el secundario es llevar a cabo la cantidad de agua y la presión necesaria para funcionamiento al margen, en cualquier posición.

• Para escalar las líneas primarias y secundarias se tiene que analizar el proyecto de riego completo, para determinar la presión máxima requerida y el flujo, y la variación de flujo a lo largo de la línea principal.

• La presión distribuida a lo largo de la línea principal no es la suma de las presiones de las líneas laterales diferentes, pero la distribución de flujo es aditiva. La figura 13 ilustra la presión y el flujo sobre distribuido de una línea principal, con tres líneas laterales.

• Las líneas laterales, siempre que sea posible, trabajando en rotación alrededor de la línea principal, para reducir al mínimo la mano de obra y el costo de la tubería 

• Existen tres criterios comúnmente utilizados para el dimensionamiento de las líneas principales y secundarias, es decir, de escala basadas en el análisis económico, dimensionamiento basa en la pérdida de presión predeterminada entre la primera y última posición de la línea lateral, y la clasificación basada en la velocidad medianamente permitida a lo largo de la línea.

• En el caso de instalares complejos, idealmente a cabo un estudio del diámetro de más económico (análisis económico), es decir, un tamaño de diámetro tal que la suma del coste de compra más los costos de operación y mantenimiento del sistema se implementa mínimo.

• La práctica ha demostrado, sin embargo, que una caída de presión máxima en la presión de la línea principal de 15% de la línea de entrada de aspersores ha sido satisfactoria en la mayoría de las veces, o planes de tierras casi planas.

• En terreno montañoso, con la línea principal disposición hacia la pendiente, parece más conveniente establecer, como criterio para determinar el tamaño, la velocidad máxima de 2,5 m s-1 en la línea principal, utilizando en estos casos línea con un registro de calibre, o una válvula de control de presión en el manejo del equipo.

Dado lo anterior, se adoptarán en este documento el criterio de la velocidad media para el diseño de las líneas principales y secundarias, debido a su practicidad.

Diagrama que muestra la presión de distribución y el flujo sobre una línea principal, con tres líneas laterales.

Escala de la función de la velocidad media

Este criterio se basa en la determinación de los diámetros de las diferentes porciones de la línea principal y secundaria, de modo que la velocidad media en cada sección se encuentra entre 1,0 y 2,5 m s-1. Urna como velocidad establecida, determina el diámetro de la principal línea secundaria y utilizando la ecuación de continuidad:

En los que:

D = diámetro interior de la tubería, (m);

Q = caudal está llevando a cabo, (m3 s-1), 

 V = velocidad media del flujo (m s-1).

* La línea de la represión tiene un tamaño similar a la línea principal, por lo que debe tener el mismo diámetro que el primer tramo de la línea principal. La línea de succión debe diámetro comercial inmediatamente por encima de la línea de bombeo.

La elección de motor-bomba

* La selección de la bomba se hace con el caudal de base a ser reprimida en la (Q) y la instalación de carga total (Hman). La altura total es la suma de la altura de aspiración geométrica (hs) de represión (hr), con la presión en el principio de la línea lateral (Pin) y la caída de presión continua (hf) y seguimiento (ha) en la línea principal y succión.

Hman = hs + ha + hf + h + Pin

* En la práctica, algunos diseñadores a adoptar brecha de urna de 5% a 10% de la suma de las alturas,  hs + hr + hf + Pin, de una forma simplificada de la pérdida de carga localizada (ha).

• Con estos datos (Q, Hman) se debe consultar la llamada selección de gráfico (catálogos de los fabricantes) que definen, dentro de la línea de producción de cada fábrica, el tipo de bomba puede cumplir con estos requisitos de funcionamiento; tratando de seleccionar la bomba en un punto de la curva de rendimiento máximo.