En el caso de riego por aspersión agrícola, la diferencia de caudal admitida en un ramal (y por extensión en un sector de riego) es de un 10% lo que se traduce en una diferencia de presiones del 20% cuando se trate de aspersores estándar que no tengan la capacidad de compensar la presión de trabajo o que cuenten con un mecanismo compensador.
El control de la presión en los diferentes puntos del sector es fundamental para conseguir resultados satisfactorios durante la operación de riego. Si entendemos el comportamiento de la presión y la comprobamos durante el proceso de diseño y manejo obtendremos instalaciones bien dimensionadas e hidráulicamente compensadas.
La pérdida de carga o pérdida de presión máxima admisible en un sector de riego (∆Hs) depende de ∆Ps (máxima diferencia de presión en el sector) y de Z (las diferencias de cota en las tuberías), de tal forma que:
∆Hs = f (∆Ps ± Zt)
La condición de diseño por tanto en un sector de riego, o en un ramal, viene determinada por la siguiente expresión:
∆Ps = (∆Pmáx - ∆Pmín) ≤ 0,2 · PN
Según la expresión anterior, la diferencia de la presiones máxima y la mínima ha de ser igual o menor a la quinta parte de la presión nominal, siempre y cuando los emisores, como hemos comentado, no sean compensantes. En caso de ser aspersores compensantes, o que incluyan un sistema de compensación de presiones, esta restricción no aplica ya que el propio sistema se encargaría de absorber las diferencias de presión.
La presión nominal (PN) de un aspersor es aquélla a la que se obtiene el caudal nominal que se ha utilizado para realizar los cálculos hidráulicos.
La pérdida de presión continua de un tubo plástico destinado a riego por aspersión la calculamos mediante la fórmula de Hazen-Williams como sigue:
Donde J es la pérdida de presión continua del tubo en mca/m.
C es un coeficiente que depende del material de la conducción y del diámetro de la misma. Para tuberías de PVC y PE y hasta 400 mm de diámetro, se toma C=150.
D es el diámetro interior de la tubería en m.
Q es el caudal de entrada en m3/segundo.
Recordemos las equivalencias de presión:
1 atmósfera (ATM) = 1 bar = 1 kg/cm2 = 10 metros de columna de agua (mca) = 100 kiloPascales (kPa) = 0,1 mega Pascales (MPa) = 14,22 psi (pounds per square inch, libras por pulgadas cuadradas)
Una vez hallada J necesitamos conocer la presión de entrada en el ramal de riego. Para ello emplearemos la siguiente expresión:
En la cual:
Po es la presión en el origen del ramal, en mca.
PN es la presión nominal del aspersor, en mca.
Hr es la pérdida de carga real en el ramal, en mca.
Ha es la altura del tubo porta-aspersor, en m.
Z es el desnivel geométrico entre los extremos del ramal en m. Se toma signo positivo (+) cuando el desnivel es ascendente, y negativo (-) cuando el desnivel es descendente.
Veamos un ejemplo.
Se desea conocer la presión de entrada que debe tener un ramal de PE para riego por aspersión de 110 metros de longitud y diámetro interior de 55,4 mm. El ramal lleva incorporados cada 12 metros unos aspersores a una altura de 1,6 metros siendo el caudal nominal del aspersor de 1.200 l/h a 3 bares de presión. El sentido del ramal será ascendente con una pendiente de 1%
Ya sabemos que la restricción en riego por aspersión nos obliga a que en el ramal de riego la diferencia de presiones no sea superior al 20%; por tanto la máxima perdida de presión permitida será de: 0,2 · PN = 0,2 · 30 = 6 mca.
Calculamos a continuación la pérdida de presión en el ramal. El caudal de entrada será Q = q · n, siendo q el caudal de un aspersor y n el número de aspersores en el ramal.
Por tanto Q = 0,33 l/s · 9 = 3 l/s
Aplicando la fórmula de Hazen-Williams, la pérdida de presión en el ramal será:
J = 0,0283 mca/m · 110 m = 3,11 mca
Recordemos que ésta es una pérdida de presión continua. Como cada 12 metros tenemos un aspersor, a lo largo del recorrido del lateral el caudal irá disminuyendo por lo que tendremos que aplicar a esta pérdida de presión un factor de reducción que para este caso es de 0,42 según la expresión de Christiansen.
Por tanto Hr = 3,11 · 0,42 = 1,31 mca.
Ahora entramos en la fórmula de la presión para conocer la presión de entrada del lateral:
Po = 30 + 0,75·1,31 + (1,1 / 2) + 1,6 = 33,1 mca
1,1 m es la diferencia de cota entre los extremos del ramal.
Teniendo en cuenta que al último emisor le llegará una presión de 30 mca la diferencia de presiones en los extremos del ramal será de 33,1-30 = 3,1 < 6 mca. Diseño correcto.