Diseño hidráulico de riego por goteo: ESHIR review
- Miguel Angel Monge
- 12 sept
- 10 Min. de lectura
En septiembre de 2021 presenté ESHIR, una aplicación diseñada para el cálculo y dimensionado hidráulico de instalaciones de riego por goteo.
Durante estos cuatro años, ESHIR se ha consolidado como la herramienta de riego más descargada desde mi página web. A lo largo de este tiempo he recibido numerosas consultas sobre su funcionamiento, así como múltiples felicitaciones de los proyectistas que la utilizan, destacando la utilidad que les aporta en su trabajo.
En este artículo revisaré el funcionamiento de la aplicación, compartiré algunas de las observaciones que me han hecho llegar sus usuarios y aclararé importantes dudas sobre su utilización.
La aplicación ESHIR puede descargarse desde la página shop de mi web.
ESHIR
La herramienta estudio hidráulico de instalaciones de riego por goteo (ESHIR) trabaja en formato Excel. Se compone de dos hojas: una con las instrucciones de uso y otra con el panel de cálculo.
En el panel nos encontramos con cuatro secciones que vamos a ver en detalle.
1. Croquis de presiones
La aplicación informa de las presiones de funcionamiento del sistema de riego en distintos puntos de la red, abarcando desde el cabezal hasta el emisor final.
2. Sección de tuberías
Es una sección formada por cuatro columnas que contiene la información de la tubería principal, secundaria, tubería terciaria y ramales porta goteros. Se introducirán valores tales como caudal circulante, diámetro interior del tubo, diferencias de cota, longitudes de tubo, etc., y obtendremos velocidades del agua y las pérdidas de presión producidas. La columna correspondiente al lateral requiere de datos adicionales que luego veremos en el ejemplo de cálculo.
3. Apartado de presiones
En este apartado accedemos a valores reales de presión obtenidos en distintos puntos de la red, valores medidos en mca.
4. Sector de avisos
El sector de avisos nos indicará si los datos seleccionados para el cálculo hidráulico de las tuberías son correctos o bien debemos de realizar algún ajuste, modificación o corrección. El color de la celda identifica el tipo de tubería sobre la que avisa: azul para la principal, naranja para la secundaria, roja para la terciaria y verde para los ramales porta goteros.
Se rellenarán las celdas de color blanco.
Los números decimales deberán separarse del número entero con comas, no con puntos.
Para evitar errores y pérdidas accidentales de fórmulas la aplicación está protegida.
Diseño del lateral de riego
Una vez realizado el estudio agronómico* en las parcelas, en el que se habrá determinado las dimensiones de las unidades de riego, el tipo de gotero, su caudal, la distancia entre emisores, etc., lo primero que tenemos que hacer es situarnos en el panel de cálculo y, en la columna correspondiente al lateral, introducir los valores de la ecuación del gotero. Sin estos valores la aplicación no podrá realizar las operaciones de cálculo posteriores, necesarias para el estudio hidráulico completo de la instalación.
(*) Véase la aplicación DIALO, diseño agronómico de riego localizado.
La ecuación del gotero puede ser conocida o bien la podremos calcular, por lo que se rellenaran las casillas que correspondan. En el caso de que no sea conocida y por tanto tengamos que calcularla, precisaremos de dos valores de presión (en mca) y dos valores de caudal del gotero (en l/h) y la aplicación calculará el factor K y el exponente de descarga x del gotero. En el caso de que la ecuación sea conocida, introduciremos directamente los valores de K y de x en las casillas correspondientes.
Nota: La aplicación da prioridad a los datos de x y K conocidos sobre los calculados en el caso de que se rellenen todas las celdas.
Es importante aclarar que el rigor del cálculo no permite emplear, para el estudio hidráulico de la instalación, un único valor de presión del gotero (presión de trabajo) ni un único valor de caudal (caudal nominal del emisor). Para que la aplicación pueda estimar con fiabilidad la variación del caudal en función de la presión en todos los escenarios de cálculo, es necesario disponer de la curva caudal-presión del gotero.
Supongamos ahora que vamos a realizar un diseño de riego con un gotero del que no conocemos la ecuación pero si disponemos de la tabla de presiones y caudales.
Se trata de un gotero real y, como podéis apreciar en la tabla expuesta más abajo, es un gotero no compensante. Hay dos tipos de goteros según el caudal emitido ante las variaciones de presión: los no compensantes y los compensantes. En los primeros varía el caudal cuando varía la presión y los segundos, los compensantes, disponen de un sistema basado en membranas que les hace, para un rango de presiones determinado, emitir prácticamente el mismo caudal. En estos últimos las curvas son planas (cuando sube la presión, se mantiene el caudal), en los no compensantes, como el de este ejemplo, las curvas son ascendentes (cuando aumenta la presión, aumenta el caudal).
Bien, en algunos casos nos podemos encontrar los valores en formato tabla (son más exactos), en forma gráfica (tienen menos exactitud) o con ambos. El asunto es obtener 4 valores (dos de caudal y dos de presión) para que la aplicación ESHIR pueda trabajar con la fórmula del gotero.
El catálogo del fabricante nos indica que la presión nominal del gotero es de 10 mca (1 bar) y el caudal de trabajo de 4 l/h.
Pues vamos con ello. Elegimos de la tabla, como se aprecia en la imagen anterior, dos valores de presión -que no sean consecutivos- y sus correspondientes valores de caudal e introducimos los datos en la aplicación (la presión en metros de columna de agua y el caudal en litros/hora).
En las celdas de color rosa aparecen la x y la K del gotero, por lo que la curva caudal-presión de ese gotero tendría la siguiente expresión: q = 1,28 · h 0,498
Si nos vamos un poquito más abajo en la pantalla de cálculo de ESHIR, veremos dos campos que debemos de rellenar a continuación. Uno es la presión nominal del gotero y el otro el porcentaje de pérdidas de presión que asignaremos al lateral.
Para el ejemplo que estamos viendo, la presión nominal es de 10 mca.
Respecto al porcentaje de pérdidas recomiendo que revisen la lámina nº 7 del post X Láminas imprescindibles sobre hidráulica de riego por goteo. Para este ejemplo elegimos 70%.
Seguimos introduciendo valores en la columna ramales porta goteros hasta completarla:
· Seleccionamos si se trata de un gotero compensante o no. En este caso, no, (valor 2)
· Diámetro de tubería lateral: 25 mm (23 milímetros* de diámetro interior según catálogo)
· Longitud equivalente por la inserción del gotero: 0,03 metros (luego hablamos de ello)
· Presión mínima de funcionamiento del gotero: 7 mca (dato facilitado por el fabricante)
· Distancia entre goteros: 0,83 metros
· Diferencia de cota entre el inicio del lateral y el extremo: 1 metro (ascendente)
· Longitud del ramal: 105 metros*
(*) Se elige un diámetro de lateral más grande o pequeño según la longitud máxima del ramal que se desee, teniendo en cuenta la influencia que ejerce el número total de goteros en el ramal (caudal de entrada en definitiva) así como la pendiente. Se trata de realizar tentativas que cumplan con los criterios de diseño.
Para estos datos vemos que la presión de entrada en el lateral sería de 10,8 metros.
Si vamos más abajo en la tabla, el panel nos avisa que el diseño probado es correcto.
¿Qué es la longitud equivalente?
Es la longitud del lateral, en metros, cuya pérdida de carga equivale a la producida por la conexión de los goteros. Este valor varía según el tipo de emisor y la geometría de la inserción del gotero en la tubería.
Para los que dispongáis de mi primer libro, en el Anejo G “Pérdidas de carga singulares” se explica cómo calcular la pérdida de presión debido a la conexión del gotero según el tipo de emisor empleado.
No obstante, y a falta de datos, pueden considerase las siguientes longitudes equivalentes (K):
Algunas situaciones que podrían darse
A continuación, presentaré distintas situaciones que pueden surgir durante los cálculos de laterales y que facilitarán la comprensión del funcionamiento de la aplicación ESHIR.
· Si en vez de utilizar un gotero integrado con una K=0,03 hubiésemos utilizado un gotero interlínea (con K=0,23) manteniendo el resto de los valores, no sería válida esta opción debido a que, para estas nuevas condiciones, no se cumpliría con la ecuación de diseño. Es decir, se incrementan las pérdidas de presión debidas a la conexión de los laterales hasta un punto en el que el diseño se invalida. Sobre la ecuación de diseño podéis profundizar con el post: Prontuario de diseño hidráulico de goteo.
· Una longitud de lateral de 115 metros en vez de 105 metros invalidaría el diseño pues incrementamos por encima del máximo permitido las pérdidas de presión en el ramal.
· Sin embargo, si se asigna al lateral una pérdida de carga del 75%, el resultado del diseño sí sería válido, ya que se incrementa la pérdida máxima que el lateral puede tolerar. Esto resulta especialmente útil porque, en la unidad de riego, deben considerarse tanto las pérdidas originadas en el propio lateral como las producidas en la tubería terciaria. Ajustar estos porcentajes permite lograr un diseño más preciso y equilibrado en la unidad.
· Podemos conocer la máxima longitud que alcanzaría el lateral para las condiciones de diseño. Lo sabremos si asignamos un porcentaje de pérdidas del 100%. Esto sólo es a título informativo, no es útil en la práctica cuando se diseñan bloques de riego, como explico en el post: Máxima longitud de laterales en goteo.
· Si optamos por una tubería de 16 mm de diámetro (13 mm de diámetro interior según catálogo) veremos que la longitud máxima que podríamos alcanzar con el lateral sería de 40 metros, en lugar de 105 metros alcanzados con la tubería de 25 mm.
Como ya sabéis, el la sección de avisos nos indicará si el diseño es o no es válido desde el punto de vista hidráulico. Tendremos siempre la opción de cambiar diferentes parámetros para conseguir un diseño válido.
Con la aplicación ESHIR podemos ensayar y verificar opciones que nos proporcionen los valores de diseño que más nos convengan según la planificación previa de los bloques de riego. La aplicación está pensada para permitir que interactuemos con ella de una forma intuitiva, sencilla y práctica.
En el supuesto de terrenos con una elevada diferencia de cota, recurriríamos a goteros compensantes. Supongamos que, para el ejemplo que estamos estudiando, la pendiente fuese de 3 metros y descendente.
Para estas condiciones el diseño no sería válido.
Recurrimos entonces a goteros compensantes en este caso. Supongamos que disponemos de un modelo de gotero cuya ecuación sea: q = 3,14 · h 0,062
Introducimos valores en la aplicación y vemos que evidentemente es válido el diseño.
Nota: en caso de diseñar con goteros compensantes, recuerda seleccionar el valor 1 en la casilla correspondiente, la del fondo azul.
Diseño de la tubería terciaria
Seguimos introduciendo valores, ahora para la tubería terciaria, como se visualiza en la imagen siguiente.
La pérdida de presión por la unión de los laterales a la tubería terciaria se suele estimar en un 10 o 15% de las pérdidas de la tubería. No obstante en el desplegable puedes elegir 10, 12, 15 ò 20% de pérdidas.
En cuanto al valor del caudal de entrada, tengamos en cuenta que cada lateral, para el ejemplo que estamos analizando, demanda un caudal de:
4 l/h · 126 goteros = 0,14 l/s (el número de goteros resulta de dividir la longitud del lateral -105 metros- entre la separación entre goteros -0,83 m-)
Como la longitud de la terciaria es de 80 metros y la separación entre laterales es de 4 metros tendremos 20 laterales por cada terciaria. El caudal de entrada en la terciaria será: 20 · 0,14 = 2,8 l/s.
Un diámetro de tubería inferior a 63 mm (45 mm de diámetro interior en vez de 58 mm) invalidaría el resultado debido a las altas pérdidas de carga generadas. Llegaría en consecuencia una presión menor de la mínima necesaria en la zona final de la terciaria, y así se advierte en el panel de avisos.
Cuando se diseña con dos laterales por hilera de cultivo, al dimensionar la tubería terciaria, el valor que debe introducirse en el campo “separación entre laterales” corresponde a la distancia entre hileras de cultivo, no a la distancia entre los dos laterales de la misma hilera.
Por ejemplo, supongamos una finca de olivos con una separación de 6 metros entre filas. Tras el estudio agronómico, se decide instalar dos ramales o laterales porta goteros por cada fila de árboles. Al calcular la tubería terciaria, en la celda que solicita la separación entre laterales, se debe introducir el valor de 6 metros.
Diseño de las tuberías secundaria y principal
La introducción de datos para el resto de tuberías se realiza de igual manera.
Debemos de tener cuidado con las unidades que empleamos: las longitudes de tubería serán en metros, los diámetros de tubo son interiores y en milímetros, los caudales circulantes en litros/segundo, las diferencias de cota en metros y las presiones en metros, con los decimales separados por comas, no por puntos.
Para el ejemplo que estamos viendo en este artículo tenemos los siguientes valores de tuberías principal y secundaria:
En este ejemplo hemos supuesto que la tubería secundaria abastece a 4 unidades de riego que riegan a la vez (4 · 2,8 = 11,2 l/s) y la tubería principal suministra a dos tuberías secundarias (2 · 11,2 = 22,4 l/s), es decir, que se riegan en cada turno 8 unidades de riego simultáneamente.
Las pérdidas de presión en piezas y accesorios se suelen estimar. Estas pérdidas se estiman en la práctica en un 10 o 15% de las pérdidas de la conducción. La aplicación permite seleccionar el valor 0, 10, 12, 15 y 20% de pérdidas (el valor 0 se emplearía para tramos rectos en los que no existen por lo tanto accesorios ni piezas).
Suponiendo una pérdida de presión en el cabezal de riego de 12 mca, dato que introducimos en la casilla correspondiente, el cuadro de presiones quedaría finalmente como sigue:
Es decir, la bomba tendría que elevar un caudal de 22 l/s –el que circula por la tubería principal- a una presión de 35 mca.
Supongamos ahora que por la tubería principal circulase un caudal de 30 l/s y mantenemos el mismo diámetro de tubería: 125 mm (diámetro interior 119 mm)
Para este supuesto la velocidad del agua sería de 2,7 m/s y la presión de la bomba ascendería a 39,5 mca. El hecho de que la pantalla de avisos nos advierta que la velocidad sea excesiva no significa que el diámetro seleccionado no valga, ya que el límite de la velocidad máxima fijada en ESHIR es de 2,5 m/s. Será tu criterio el que deba decidir en valores próximos al límite si sigues adelante con el diseño o bien modificas algún parámetro: “que una máquina no decida por ti”.
El apartado de avisos para la tubería principal y secundaria informa sólo de situaciones consideradas desfavorables o no convenientes referidas a velocidades del agua y a presiones del sistema.
Comentar que si no existiera tubería secundaria no debéis de preocuparos en absoluto, simplemente saltáis de la terciaria a la principal sin incluir ningún valor para la tubería secundaria. El proceso de cálculo no se vería afectado.
Indicar que la aplicación te permite también realizar cálculos y comprobaciones por tramos de tubería. Para muestra, puedes comparar el resultado del pantallazo siguiente con los datos obtenidos para la tubería secundaria del ejemplo visto en este post.
La anterior imagen pertenece a la tabla de cálculo pérdidas de presión en tuberías, que puedes descargar.
En mi segundo libro, “Diseño hidráulico y mantenimiento de instalaciones de riego por goteo, casos prácticos resueltos y comentados” se revisan varios ejemplos con la aplicación ESHIR.
Si estás interesado(a) en utilizar mis herramientas de diseño de riego, cuentas con opciones según el tipo de proyecto que quieras desarrollar, ya sea agronómico o hidráulico.
Para que su adquisición sea más sencilla, he agrupado las herramientas en packs. A continuación, te presento todas las diseñadas para riego por goteo.
