DISEO DE PEQUEOS SISTEMAS DE RIEGO POR ASPERSION PRESURIZADOS POR GRAVEDAD

Documento para el curso de capacitacin en diseo de riego por aspersin dedicado a especialistas IR

Cajamarca, 22 a 26 de Noviembre 1999

PRONAMACHCS

SNV

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Indice:

PARTE I: CONSIDERACIONES GENERALES..........................................................31 Introduccin......................................................................................................3 2 Proceso de diseo.............................................................................................4 3 El sistema de riego con sus componentes......................................................53.1 Captacin (Figura 1-A).................................................................................................5 3.2 Lnea de conduccin (Figura 1-B)................................................................................5 3.3 Tanques de reparticin (Figura 1-C)............................................................................5 3.4 Red de distribucin (Figura 1-D)..................................................................................7 3.5 Sectores de riego (Figura 1-E).....................................................................................7 3.6 Reservorio regulador / cmara de carga (Figura 1-F).................................................7 3.7 Hidrantes (Figura 1-G).................................................................................................7 3.8 Lnea de riego fijo, enterrado (Figura 1-H)..................................................................7 3.9 Lnea de riego mvil (Figura 1-I)..................................................................................7

4 Algunas consideraciones sobre tcnicas de riego presurizado....................84.1 Costos de inversin por hectrea...............................................................................8 4.2 Costo real del agua......................................................................................................9 4.3 Tipos de cultivo.............................................................................................................9 4.4 Presiones Disponibles ...............................................................................................10 4.5 Sntesis.......................................................................................................................10 GOTEO............................................................................................................................10

PARTE II: PASOS DEL DISEO......................................................................111 Estudio de pre-factibilidad..............................................................................111.1 Componente Social....................................................................................................12 1.2 Pre factibilidad Tcnica..............................................................................................12 1.3 Pre factibilidad econmica ........................................................................................12

Levantamiento topogrfico y catastral.............................................................131.4 Introduccin................................................................................................................13 1.5 Escala.........................................................................................................................13 1.6 Elementos del terreno a mapear................................................................................13 1.7 Organizacin del levantamiento.................................................................................13 1.8 Croquis.......................................................................................................................15 1.9 Anotacin de lecturas en la libreta de campo............................................................15 1.10 Conversin de datos de campo para su ingreso en SURFER................................16 1.11 Dibujo........................................................................................................................16 1.12 Clculo de la superficie de las parcelas..................................................................16

2 Demanda de agua............................................................................................172.1 Plan de cultivos por usuario.......................................................................................17 2.2 Definicin del ETP, el Kc y la eficiencia de riego......................................................17 2.3 Eficiencia de riego......................................................................................................18 2.4 Definicin de la demanda de agua de la parcela y del mdulo del sistema.............19

3 Area neta regable.............................................................................................213.1 El caudal de diseo del sistema.................................................................................21 3.2 El rea total regable..................................................................................................22 1

3.3 Por usuario.................................................................................................................22

4 Lmina e intervalo de riego y seleccin de aspersores ...............................234.1 El intervalo y la dotacin de riego..............................................................................23 4.2 La eleccin del aspersor............................................................................................25 4.3 Velocidad bsica de infiltracin (VBI)........................................................................27

5 Seleccin de sectores de riego.......................................................................29 6 Ubicacin de los hidrantes..............................................................................306.1 Diseo de la lnea de riego mvil...............................................................................30 6.2 Ubicaciones de la lnea de riego mvil por el sector de riego...................................31 6.3 Diseo de las lneas de riego fijas (lneas de presin)..............................................32

7 Redes de conduccin, distribucin, y lneas fijas de parcela......................347.1 Introduccin................................................................................................................34 7.2 Lneas de conduccin y de distribucin.....................................................................34 7.3 Obras de arte en las lneas de conduccin y de distribucin ...................................35 7.4 Obras de reparticin...................................................................................................35 7.5 Reservorios/ cmaras de carga.................................................................................39 7.6 Redes presurizadas...................................................................................................41

8 Costos y presupuesto.....................................................................................43 9 Anlisis de costo / beneficio...........................................................................45 Anexo 1: Formato para informe de pre-factibilidad de un proyecto de riego tecnificado Anexo 2: Tablas de caractersticas de aspersores NAAN 427 y NAAN 501 Anexo 3: Estimacin de costos de pequeos reservorios, revestimiento de concreto Anexo 4: Estimacin de costos de pequeos reservorios, revestimiento de geomembrana de polietileno

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PARTE I:

CONSIDERACIONES GENERALES

1

Introduccin

La elaboracin de esta gua surge de la fuerte demanda que en los ltimos aos expresan los campesinos de la Sierra, por sistemas de riego mejorados que los permite aprovechar sus escasos fuentes de agua en forma ms eficiente, y con bajo costo. Entre las diferentes soluciones: mejorar el riego por gravedad; mejoramientos de canales y de las formas de distribucin del agua; y la introduccin de diferentes formas de riego presurizado (micro aspersin, goteo, aspersin), hemos elaborado sobre el riego por aspersin, porque ya ha demostrado ser una tcnica que fcilmente se adapta a las condiciones de Sierra, y los costos pueden ser reducidos a niveles aceptables para la agricultura de baja rentabilidad. La presente gua puede ser utilizado como acompaamiento de proyectistas que elaboran pequeos proyectos de riego por aspersin, sean ellos ingenieros civiles, agrcolas o agrnomos. Como habilidades se suponen presentes, el manejo de instrumentos topogrficos y de los mtodos de levantamientos topogrficos sencillos; uso de computadoras (MSWINDOWS, EXCEL, SURFER) y algunos bases de hidrulica. Con esta gua y la utilizacin de algunos paquetes de software presentados, se pretende promover la elaboracin de proyectos de calidad y con mayor rapidez, lo que permite realizar un nmero mayor de estudios en menor tiempo y con menor costo, y esto por ende puede dar un impulso a la tecnificacin del riego en la Sierra. La gua tiene dos partes: Parte I contiene algunas consideraciones generales sobre el riego por aspersin en la Sierra que pueden ser tomadas en cuenta por los proyectistas, y especifica algunos conceptos utilizados en la gua. Parte II describe paso por paso el procedimiento de diseo.

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Proceso de diseo

Este documento presenta paso por paso las etapas por lo cual pasa el proceso del diseo de un proyecto: 1. La primera etapa es el estudio de la pre-factibilidad. En esta etapa se tiene que determinar si las condiciones fsicas (disponibilidad de agua, condiciones agronmicas) y sociales (acuerdo sobre uso de la fuente de agua, disposicin de tecnificar su riego), indican la viabilidad de un proyecto de riego por aspersin. 2. Levantamiento topogrfico y catastral de la zona de riego y determinacin de las caractersticas del suelo y del padrn de cultivos a regar 3. Clculo de la demanda de agua de los cultivos previstos 4. Clculo del rea neta regable con el agua disponible, y determinacin del rea a regar por cada beneficiario, en base al plano topogrfico/catastral. 5. Clculo de la lmina de riego, del intervalo de riego, de la intensidad de riego, y seleccin de aspersores y su distanciamiento 6. Seleccin de los sectores de riego en funcin de la topografa, distribucin parcelaria y rea a regar por usuario. De all sigue la ubicacin de los reservorios/cmaras de carga para cada sector 7. Ubicacin de los hidrantes para cada sector de riego, en base al equipo de riego mvil seleccionado (manguera con aspersores) y la topografa de cada parcela 8. Diseo de la red de distribucin, de conduccin, obras de arte, y lneas fijas (enterradas) de parcela, en base a un diagrama de caudales y presiones 9. Elaboracin del presupuesto 10. Clculo de la relacin costo beneficio en base al presupuesto global, padrn de cultivos y fichas de rendimiento para cada cultivo seleccionado El proceso de diseo es un proceso cclico, en que se va varias veces de abajo hacia arriba y de arriba hacia abajo entre el nivel parcela y el sistema, y requiere de mucha interaccin entre el tcnico y los (futuros) beneficiarios en cada etapa aqu descrito, antes de llegar a un diseo final satisfactorio para todos los interesados, incluyendo una relacin favorable de los costos por hectrea.

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3

El sistema de riego con sus componentes

Iniciaremos con la aclaracin de algunos trminos: Qu es un sistema de riego?. El sistema tiene tres componentes: La infraestructura, la organizacin para su operacin y mantenimiento, y el sistema de produccin agropecuario bajo riego. Esta gua trata los tres componentes en conjunto para que los proyectos crean sistemas de riego coherentes, es decir, cuyas partes forman un conjunto funcional. Qu entendemos con pequeos sistemas de riego? El proceso de diseo aqu descrito fue hecho teniendo en mente un rango de tamao de sistemas de entre ha a 100 has. Para sistemas menores el proceso es demasiado engorroso: Bastara en realidad tomar una manguera y un aspersor y ya se puede regar un rea muy pequea sin mayor estudio. Por encima de los 100 has consideramos que los mtodos de evaluacin (tcnica y econmica) presentados pueden ser insuficientes. Posiblemente se tendrn que incluir algunas etapas de estudio y de concertacin que no se prevn aqu. La presurizacin por gravedad es el factor clave que nos permite disear para zonas montaosas sistemas de riego presurizados a un costo significativamente ms bajo que en la costa. Utilizamos la altura de las fuentes naturales de agua y tuberas para obtener la presin necesaria para los aspersores. Revisaremos brevemente los componentes de un sistema tpico adaptado a las condiciones de la Sierra (ver Figura 1). 3.1 Captacin (Figura 1-A)

Podemos captar a agua para nuestros sistemas presurizados de manantiales (caudales de 0.2 litros/segundo para arriba), quebradas, o canales de riego. En el ltimo caso se debe asegurar que existe aceptacin por parte del comit de regantes de asignar un caudal continuo al sector de riego a presurizarse, y el proyecto de riego por aspersin debe ubicarse en la parte alta del canal para asegurar un caudal (semi) permanente al sistema. Las captaciones de manantiales o quebradas pueden ser construidas de la misma manera que captaciones de agua potable. Captaciones de canales de riego tienen que ser equipados con un repartidor de agua que asegure que el caudal asignado al sistema de riego es medida. 3.2 Lnea de conduccin (Figura 1-B)

Es el tramo de canal entre una captacin y el primer tanque de reparticin. Segn el caso puede ser ejecutado como canal abierto (de tierra o concreto) o entubado. La ltima opcin es generalmente preferible para evitar que el sistema trae sedimento a los sectores de riego 3.3 Tanques de reparticin (Figura 1-C)

Son obras de arte que distribuyen el caudal de sistema en varios caudales continuos en forma proporcional, de acuerdo a las superficies de las reas a regar de

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Figura 1: Componentes de un sistema tpico de riego presurizado por gravedad

A: captacin B: lnea de conduccinC: tanques de reparticin

D: Red de distribucin

F: Reservorio

E: sector de riego

G: HidranteH:Lnea de riego fijo

I: Lnea de riego mvil

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cada sector servido por estos tanques. Para la reparticin proporcional de caudales se utilizan vertederos (caudales mayores) o orificios (caudales menores) 3.4 Red de distribucin (Figura 1-D)

Son los canales (abiertos o entubados) que distribuyen el caudal de sistema a los diferentes sectores de riego. Podemos utilizar en sistemas entubadas obras adicionales como sifones, vlvulas de limpia de y de desfogue, cmaras de rompe presin, etc. La capacidad de los canales o tuberas disminuye conforme se divide el caudal de sistema por los sectores. 3.5 Sectores de riego (Figura 1-E)

Son las unidades de riego que reciben un caudal continuo para regar. Al interior de los sectores de riego el caudal es rotado para regar toda su superficie en forma intermitente con un intervalo de riego de varios das. El sector de riego puede ser de una o varias parcelas. En el ltimo caso la distribucin del agua entre parcelas es por turnos. El caudal permanente de un sector de riego es recibido en una cmara de carga / reservorio regulador que se encuentra en la parte ms alta del sector y donde se genera la presin para regar. 3.6 Reservorio regulador / cmara de carga (Figura 1-F)

El reservorio regulador / cmara de carga cumple la funcin de regular entre el caudal fijo que recibe el sector de riego de un tanque de reparticin, y el caudal utilizado por los aspersores que se tiene funcionando en el sector. El desequilibrio que puede ocurrir entre los dos es absorbido por el reservorio. Adems cumple la funcin de cmara de carga, donde se genera una presin constante en el sistema de riego presurizado del sector. 3.7 Hidrantes (Figura 1-G)

Los hidrantes son los puntos de conexin de una lnea de riego mvil en las parcelas a regar. Son equipados con una vlvula y un acople rpido para una manguera. Desde un hidrante se pueden servir varias partes de la parcela, si son ubicados en lugares estratgicos. Los hidrantes son conectados entre ellos y con la cmara de carga con tuberas enterradas. 3.8 Lnea de riego fijo, enterrado (Figura 1-H)

La lnea de riego fijo distribuye el agua por todo el sector de riego, entregando el caudal de riego mediante los hidrantes a las lneas de riego mviles en forma presurizada. Consiste de tuberas de PVC enterradas cuyos dimetros con calculados de tal manera que en cada hidrante existe la presin suficiente para los aspersores. En algunos casos se tendrn que instalar cmaras de rompe presin. 3.9 Lnea de riego mvil (Figura 1-I)

La lnea de riego mvil consiste de una manguera con aspersores que es conectado a los hidrantes para regar, en forma rotativa, todo el sector de riego. Si el sector de riego consiste de varias propiedades la lnea de riego mvil es compartida entre los usuarios de este sector.

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4

Algunas consideraciones sobre tcnicas de riego presurizado

En riego presurizado se distingue por lo general entre las tcnicas siguientes: riego por goteo, riego por micro aspersin, y riego por aspersin. La aplicacin de cada uno de las tres est sujeta a criterios distintos, porque cada uno tiene caractersticas tcnicas diferentes, aplicaciones distintas, y costos por hectrea diferentes. Hasta la fecha PRONAMACHCS tiene mayor experiencia con riego por aspersin, un poco de experiencia en micro-aspersin, y para riego por goteo contamos tan slo con informacin referencial de otras instituciones como la INIA. Por lo tanto este documento enfatiza en la tecnologa de riego por aspersin, hasta tener ms experiencia significativa en las otras tecnologas. Sin embargo, se presentar aqu algunas consideraciones para los que ya quieren orientarse hacia goteo y micro-aspersin. Seleccionar una de las tres depende de una gama de factores entre los cuales sealamos como ms importantes: 4.1 Costos de inversin por hectrea Costo real del agua Tipos de cultivo Presiones disponibles Costos de inversin por hectrea

Como sistemas por goteo y por micro aspersin son fijos, estos requieren una cobertura completa del rea a regar. La distancia entre lneas y entre emisores depende mucho del tipo de cultivo y las distancias entre sus plantas. En rboles frutales el distanciamiento entre lneas y entre emisores puede subir hasta 8 o 9 m, mientras que en horticultura puede haber tan slo 0,2 m entre emisores y 0,75m entre lneas. Se deja entender entonces que el tipo de cultivo influye mucho en la inversin por hectrea de estos sistemas, mientras que en sistemas mviles con aspersores la variacin en espaciamientos no influye mucho en los costos del sistema. Como consecuencia de muchos factores, los costos por hectrea de cada tipo de sistema pueden variar considerablemente. Sin embargo, la tendencia de sistemas presurizados es la siguiente ranking de costos por hectrea: Cuadro 1: Ranking de costos por hectrea de sistemas de riego presurizadosTipo de sistema Riego por aspersin Micro aspersin Goteo Ranking de: bajo costo alto costo/ha Bajo mediano Mediano alto Bajo alto (bajo slo en cultivos permanentes de distanciamiento alto)

8

4.2

Costo real del agua

Una indicacin de eficiencias que se logran con los diferentes tipos de riego es: Riego por aspersin: 65%-75%; riego por goteo: 85%-90% (no tenemos datos sobre micro aspersin). Un factor que influye en la seleccin es por lo tanto, el valor productivo por m3 de agua, que depende dos factores: El valor de la produccin agrcola por cada m3 de agua consumido por el cultivo, y la escasez del agua. Estas apreciaciones nos conducen a tener una indicacin inicial para el uso de las tcnicas en la Sierra: goteo en zonas ms clidas donde las fuentes de agua son ms escasas con caudales limitados, y donde las oportunidades de producciones de alto valor sean mejores (diversificacin, mercado); el riego por aspersin tendra mejores condiciones de aplicabilidad en zonas de altura, para el riego de pastos, forrajes y cultivos tradicionales. Micro aspersin sera especialmente apropiado para el riego de viveros, huertos, invernaderos, etc. 4.3 Tipos de cultivo

En general, por ser sistemas fijos o semi-fijos (es decir, fijos durante una campaa agrcola), riego por goteo y micro aspersin son adecuados para cultivos permanentes y semi-permanentes , en lo cual se requiere una aplicacin de agua localizada en la zona radicular de las plantas. Se puede pensar en arboricultura, vias, viveros invernaderos, etc. Tambin hay experiencias en cultivos de papa y hortalizas (INIA) pero por ser fijo por lo menos durante la campaa del cultivo hay que tener toda el rea cubierta con los dispositivos de riego lo que hace que la inversin sea mayor que en sistemas mviles con aspersores. En cultivos muy intensivos y rentables, de hortalizas en zonas clidas por ejemplo, se puede justificar un riego por goteo o micro aspersin. Riego por aspersin es aplicable en la mayora de cultivos anuales, y para zonas de pastos es lo ms recomendable por tener que regar con mayor grado de homogeneidad ya que el pasto no se cultiva en surcos pero cubre toda el rea. Para los cultivos ms susceptibles a hongos tenemos que tener en cuenta las ventajas comparativas que el goteo presenta en comparacin de un riego sobre las hojas. Como una primera orientacin, presentamos en el Cuadro 2 algunas indicaciones sobre tcnicas de riego y su aplicacin en diferentes cultivos. Cuadro 2: Tcnicas de riego ms indicadas para algunos cultivosCULTIVO

Arboles frutales Viveros Pastos Zanahoria Betarraga Cebolla Alfalfa Alverja Papa Repollo Rocoto Vias Invernaderos

GOTEO X X X X X X

MICRO-ASPERSION X X X X X

ASPERSION X X X X X X X X -

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4.4

Presiones Disponibles

Conforme la forma de administrar el agua, los sistemas de riego por goteo pueden funcionar con presiones mnimas, mientras que el riego por aspersin requiere presiones relativamente elevadas. Micro-aspersin ocupa una posicin intermedia. En sistemas por goteo, existen ahora emisores que autoregulan la presin, que se autolimpian etc, y por lo tanto las descargas no cambian en un rango largo de presiones. En micro aspersores y aspersores las descargas varan bastante entre las presiones mnimas y mximas permisibles. La presin mnima con qu trabajan aspersores depende mucho del material de confeccin: ms ligera que sean (plstico), menos presin que se requiere para que funcionan satisfactoriamente. Por eso, en sistemas presurizadas por gravedad se recomienda implementar aspersores de plstico. 4.5 Sntesis

Como resumen, el cuadro siguiente da algunas caractersticas de los 3 tipos de riego presurizado. Cuadro 3: Caractersticas de sistemas de riego presurizadosGOTEO MICRO ASPERSION ASPERSION

Presiones entre 4m y 35m Sistemas fijos

Presiones entre 7m y 30 Distancia entre lneas aspersores 1.5 5 m. Sistemas general). fijos (por y lo

Presiones entre 45m

12m

y

Descarga por emisor entre 0.7 y 4.5 l/h Se presta para zonas ms clidas para poder producir con facilidad diferentes cultivos. Interesante para sistemas muy intensivos de produccin, en zonas ms clidas, aplicando fertilizantes a travs de los emisores . Adecuado invernaderos. Indispensable arboricultura y permanentes. para para cultivos Vida til de cintas : 2 aos

Distancia entre lneas y aspersores: De acuerdo al tipo de aspersor (7-20m). Area mojada por aspersor: entre 50 y 200m2. Descarga por aspersor: entre 0.0625 y 0.9 l/s (225 a 3240 l/h) Sistemas mviles. Se presta para todas las alturas porque se puede implementar pastos en zonas altas como en otros tipos de cultivo en todos los pisos altitudinales. El viento puede considerablemente eficiencia. Costo: S/. 6,000/ha. 2,500 a bajar la S/.

Area mojada por aspersor: .Entre 0.5 y 25 m2 Descargas por aspersor entre: 33 y 333 l/h Se presta para viveros en todos los pisos altitudinales y para cultivos en zonas ms clidas, donde se puede producir con facilidad una variedad de cultivos. Adecuado para invernaderos grandes. Costo S/. 11,000/ha hasta S/. 20,000/ha (viveros forestales).

Costo: S/. 2.500 a S/. 10,500/ha (sistemas INIA).

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PARTE II:

PASOS DEL DISEO

1

Estudio de pre-factibilidad

La identificacin de un proyecto de riego tecnificado, debera pasar por un inventario de las fuentes de agua a nivel de casero/comunidad, en que se aforan los caudales en estiaje y se determinan los usos actuales y potenciales. Luego se hace un taller comunal de planificacin del uso de agua. En esta fase se puede detectar los intereses de la poblacin en riego tecnificado, y se puede ver si hay fuentes de agua disponibles exclusivamente para riego, o si en caso contrario se presentan posibilidades para sistemas de uso mltiple en que se combinara agua potable con riego tecnificado. Unos puntos de partida para el desarrollo de riego tecnificado son los siguientes: Se busca desarrollar riego tecnificado en un primer instancia a partir de fuentes y manantiales, y no tanto a partir de canales de regado, dado la complejidad relacionado a la introduccin de riego tecnificado en los ltimos1. Se partir del principio de que los beneficiarios contribuyan financieramente a la inversin en riego tecnificado, especficamente los equipos que se instalen en sus propios parcelas, por ser esto un factor clave para la sostenibilidad de las inversiones. De no procederse de esta manera, el momento de desgastarse los equipos de riego aplicados en la chacra probablemente significar el fin de la vida til del proyecto. Para lograr eso se puede buscar formas para facilitar esta contribucin financiera, por ejemplo mediante un programa de crditos.

Antes de tomar la decisin de elaborar un estudio tcnico sobre un proyecto de riego, se tiene que saber en base a un diagnstico en que se recogen informaciones y datos de campo, claves, si el proyecto tiene una alta probabilidad de tener xito, tanto tcnicamente como socioeconmicamente. El proyecto tiene que tener aceptacin social, y sobre los siguientes puntos clave se deben tener acuerdos entre la institucin y la poblacin antes de iniciar la elaboracin del expediente tcnico: Identificacin de posibles beneficiarios Reparticin de agua y de tierras Participacin financiera de los beneficiarios en la inversin del proyecto

De igual manera, se tiene que saber si tcnicamente el proyecto es factible, cuntas hectreas se podran regar con el caudal disponible, y cuales son los cultivos que los agricultores van a poner. Se debe tener una idea sobre los beneficios a generar con el proyecto para determinar la inversin permisible por hectrea. Siempre hay cosas que se determinarn recin con el estudio detallado del proyecto: por ejemplo, la participacin de algunos agricultores cuyos terrenos estn ubicados relativamente lejos dependern de que si el costo por hectrea permite su inclusin.Para una reflexin ms a fondo de este asunto referimos al documento: Riego por aspersin: Potencialidades y limitaciones para el desarrollo del riego en la Sierra1

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El estudio de pre-factibilidad tiene un componente social, tcnico y econmico. Para ms detalles, vase el anexo 1. 1.1 Componente Social

Se tiene que asegurar una aceptacin de la propuesta de riego tecnificado por parte de todos los futuros beneficiarios, tener definido los derechos al uso del agua, quines participan y quines no. Los futuros beneficiarios tienen que estar dispuestos a contribuir financieramente al proyecto (a parte de la mano de obra ), con fondos propios o mediante un crdito. Un aspecto importante de tomar en cuenta es la ubicacin de las parcelas a regar relativo a las viviendas, porque los equipos fijos y mviles de parcela difcilmente se conservarn sin la atencin permanente de los regantes. Es indispensable tomar el tiempo para tener conversaciones amplias con los futuros beneficiarios sobre estos asuntos. 1.2 Pre factibilidad Tcnica

Se evala la disponibilidad de agua, el uso potencial de la fuente, el rea total regable con el agua disponible, el rea regable por usuario, las presiones disponibles, que tan dispersas se encuentran las parcelas a regar, el riesgo de erosin, y el viento. 1.3 Pre factibilidad econmica

Se evala el incremento neto en rea regada con la implementacin del riego tecnificado, y se hace una proyeccin de los tipos de cultivo que se piensa poner para determinar inversiones por hectrea permisibles.

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Levantamiento topogrfico y catastral1.4 Introduccin

El levantamiento topogrfico/catastral de la zona a regar, y de las fuentes de agua, es indispensable para lograr un buen diseo de un sistema de riego presurizado. Para obtener un resultado con mayor rapidez, se puede aplicar el diseo de mapas con uso del paquete de dibujo topogrfico SURFER. Con este programa se puede procesar los datos topogrficos de campo, previa su conversin en coordenadas XYZ, y construir el mapa de curvas de nivel a cada formato deseado. 1.5 Escala

La escala ms adecuada del mapa topogrfico es de 1:1000, pero en algunos casos podemos optar por un mapa a escala 1:2000, caso que la zona de riego fuera mayor a 40 has. 1.6 Elementos del terreno a mapearmanantial El Duende

El diseo del sistema de riego presurizado requiere los siguientes elementos a ser incorporados en el mapa topogrfico (ver ejemplo, Figura 2): Curvas de nivel cada 5 metros Lmites de parcelas Areas a regar y no regables (casas, parcelas de personas no involucradas, reas rocosas, bosques, reas demasiado inclinadas o pantanosas, etc.) Fuente(s) de agua

Cada una de estos elementos tienen que estar claramente indicados con lneas, colores, sombreados, etc. y acompaados con una leyenda. La densidad de puntos a tomar en campo con teodolito depende de la topografa. Con una topografa bastante regular pueden bastar puntos de lmite de terreno (cada 20 a 50 metros de lindero), pero donde la topografa es irregular (lomos y valles dentro de la misma parcela), o donde hay reas en la parcela que no sern regadas, ser necesario medir puntos adicionales. 1.7 Organizacin del levantamiento

Para la organizacin del levantamiento, se acuerda con la comunidad beneficiaria el da del levantamiento, y el nmero de personas y materiales necesarios. Tienen que presentarse el da del levantamiento todos los potenciales regantes, porque tenemos la experiencia que parceleros no quieren manifestar los linderos de las propiedades de sus vecinos (por razones entendibles). Primeramente se determina el orden de las parcelas a levantar y se planifica el trabajo con los presentes. En cada estacin se deja una estaca pintada para uso posterior (por ejemplo cuando algn punto tuviera ser corregido posteriormente.

13

200

150

11 T e filo L e iv a 0 ,1 6 h a 10 P e d ro L e iv a 1 ,6 2 h a 13 T e filo L e iv a 0 ,9 4 h a

100

50

12 A m a n c io M o re n o 0 ,5 7 h a

0

-5 0

08 G ilb e r to V a r g a s 0 ,4 0 h a

21 T e r m f ilo S a la z a r 2 ,2 5

07 G r ic e r io S a la z a r 1 ,4 6 h a 09 R a u l T e llo 2 ,7 2 h a

-1 0 0

-1 5 0

06 J u lio M o r e n o 1 ,2 2 h a

16 F e lic ia n o S a la z a r 3 ,2 2 h a

-2 0 0

-2 5 0

05 M ilc ia d e s R o d r ig u e z 0 ,5 5 h a 17 P a b lo C o ja l 0 ,6 9 20 R a u l T e llo 4 ,8 5 h a

0 4 P o r f i r i o 0 , 5 5 h a

-3 0 0

0 3 F e l i p e R 0 , 5 4 h a

0 3 E u s t a q u 0 , 3 9 h a

Figura 2: Ejemplo de un mapa topogrfico/catastral para un proyecto de riego presurizado

14V a r g o 15 G r ic e r io S a la z a r 2 ,7 5 h a d r i g u i o a s V 14 C o n c e p c i n C o ja l 1 ,5 6 e z a r g a s 18 M ilc ia d e s R o d r ig u e z 2 ,1 8 h a150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

-3 5 0

-4 0 0

-4 5 0

01 T e f ilo L e iv a 1 ,0 4 h a

19 J a c o b o R o d r ig u e z 4 ,0 7

22 S a b in o C o ja l 1 ,1 7 h a

-5 0 0

-5 5 0

-6 0 0

-6 5 0

m a n a n tia l E l D u e n d e

-7 0 0

-7 5 0 -3 0 0

-2 5 0

-2 0 0

-1 5 0

-1 0 0

-5 0

0

50

100

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

En reas grandes (ms de 50 has) puede ser conveniente levantar primeramente un polgono de estaciones, y despus levantar las parcelas. Por lo general, se puede trabajar con dos portamiras a la vez, con el fin de avanzar ms con el trabajo y no dejar esperar demasiado a los ayudantes. El topgrafo y su libretista tienen que prepararse bien para el da de levantamiento, a fin de evitar que se olviden atributos, o que al inicio del levantamiento an tiene que aprender las funciones de un teodolito especfico. Hay que tener la libreta ya prellenada con columnas de datos. Se tiene que escribir en letra clara, y evitar errores de lectura y de transcripcin, porque esto implica costos de volver a tomar puntos, no solamente del topgrafo sino tambin de los beneficiarios. 1.8 Croquis

Es de mucha importancia elaborar durante los levantamientos croquis detallados de todos los detalles levantadas, con nmeros de puntos que coinciden con los de la libreta topogrfica.8520 Figura 3:E 1 E 2 E 5

Ejemplo de un mapa topogrfico/catastral para un proyecto de riego presurizado En levantamientos que comprenden varias estaciones (puntos donde se ubica el teodolito), se debe adems incluir a parte, un diagrama de estaciones en forma de polgonos (Figura 3)

E

6

E

3

E

4 E 7

1.9

Anotacin de lecturas en la libreta de campo

El nombre de la estacin aparece solo en la primera fila de una serie de puntos tomados de la estacin. Debajo del nombre de la estacin apuntamos la altura del eje del teodolito sobre la estaca sobre la cual esta centrada la estacin. Ejemplo:Nombre estacin Observacin Nombre lectura Distancia Angulo horizontal Angulo vertical punto mira inclinada grados minutos segundos grados minutos segundos 1 2 3 4 5 Vi s t a a de l . E-3 2 2 3 2 2 2 21 35 80 10 9 10 1 99 10 99 11 0 12 3 12 0 15 0 35 20 01 30 10 05 30 50 00 30 30 50 75 10 0 94 95 92 10 2 32 55 40 55 33 12 00 00 30 00 50 00

E

8

E-2 Al t u r a te o d = 1,51 m. vi s ta a tr s en E-1

M an an t i al

Cuando se ubica una nueva estacin, las lecturas correspondiente con este punto, desde la estacin anterior, sern marcadas con vista adelante. Desde la nueva estacin, se

15

realiza primeramente una vista atrs hacia la estacin anterior, u otra estacin previamente utilizada, y se pone en cero el ngulo horizontal. 1.10 Conversin de datos de campo para su ingreso en SURFER

Para el ingreso de datos en el programa SURFER es necesario la conversin de coordenadas polares (ngulos y distancias) en coordenadas ortogonales (X, Y, Z). Para este fin se ha diseado un programa de conversin en FOXPRO (PUNTO). El programa genera un archivo en formato WK1 (LOTUS), que es reconocido por SURFER. En la primera columna encontramos las coordenadas X, en la segunda las coordenadas Y, en la tercera las coordenadas Z, y en la cuarta la identificacin de los puntos (nmeros o nombres). 1.11 Dibujo

Una vez generado la base de datos con coordenadas XYZ, esta es procesado por SURFER para generar el plano con curvas de nivel (escoger [contours] del menu [plot]), y puntos del levantamiento ([post]). Podemos adems utilizar el SURFER como programa de dibujo, para dibujar el plano catastral (parcelas), otros elementos (casas, caminos, quebradas, bosques, etc). Posteriormente se pueden dibujar en el mismo plano los componentes del sistema de riego como son: Lneas de conduccin, obras de arte, reservorios, hidrantes y lneas fijas de parcela. 1.12 Clculo de la superficie de las parcelas

Para los prximos pasos del proceso de diseo necesitaremos las superficies de las parcelas levantadas. Para eso podemos utilizar un planmetro, o cuando no se cuenta con este instrumento podemos planimetrar con papel milimetrado transparante. Se coloca el papel milimetrado encima de la parcela y se cuentan los cuadrculas de centmetro cuadrado que caben dentro de la parcela. Las cuadrculas que caben parcialmente se cuentan como , , o . Luego se suman todas las cuadrculas y se multiplica por el rea representada por un centmetro cuadrado (si la escala es de 1:1000, un centmetro cuadrado representa 100 metros cuadrados). Luego se resumen los resultados de esta operacin en un cuadro. Cuadro 4: Superficies de las parcelasProyecto: Casero: Parcela N Beneficiario Fecha levantamiento: caudal disponible: Area total (ha) Area regable (ha) Lit/seg Area a ser regada (ha)

TOTAL

Se reserva una ltima columna para introducir el resultado de la determinacin de las reas que realmente se podrn regar, en funcin del caudal disponible, los requerimientos hdricos del padrn de cultivos seleccionado y las reas regables de cada usuario.

16

22.1

Demanda de aguaPlan de cultivos por usuario

Aunque en este momento no sabemos exactamente cual es el rea que se puede regar, lo que s sabemos a partir de la ficha de pre-factibilidad es cuantas familias estn interesadas y podrn razonablemente beneficiar del proyecto porque cumplen con los criterios establecidos. Tambin tenemos una idea aproximada del rea total a regar y el rea por familia, datos que van a tener que ser determinados con ms precisin en los captulos siguientes. Ejemplo: El agricultor Juan Alvarez todava no sabe exactamente cuantas ha podr regar con el futuro proyecto de riego por aspersin, pero su idea es de poner en la mitad del terreno (50%) maz, y en la otra mitad (50%) alfalfa. Se tiene que determinar en una primera instancia cules son los cultivos que los agricultores quieren poner con el riego por aspersin, y ms o menos en que proporcin del rea a regar. Tambin se tiene que definir la cdula de los cultivos, es decir los momentos de siembra y de cosecha. Se establecer el cuadro siguiente: Cuadro 5: Plan de cultivos Proyecto: Nombre agricultor: Cultivo Casero: Epoca de cosecha

% del rea a regar poca de siembra

Total: 100% Eso nos dar para el conjunto de los usuarios el plan de cultivos que se piensa poner. 2.2 Definicin del ETP, el Kc y la eficiencia de riego

La evapotranspiracin potencial ETP, un valor que indica la evaporacin de agua a travs de un cultivo referencial, en este caso pasto, est relacionado a la altura en que est ubicado el cultivo, y se exprime en mm/da. Tomando referencia a investigaciones hechos en el valle de Cajamarca, en lo cual se ha determinado un ETP de 3,5 a 4 mm/da a un 2,750 msnm, y notando que con Penman y Hargreaves se calcula para Cajamarca a una altura de 2500 msnm una ETo de aproximadamente 3,5 mm/da, se puede establecer la relacin siguiente entre ETP y altura: sin equivocarse mucho:

17

Cuadro 6: Valores estimados de ETP (condiciones de Cajamarca) en funcin de alturaAltura (msnm) 1500 ETP (mm/da) 4,5

Para zonas intermedias habra que interpolar entre estos valores.

Con los coeficientes de cultivo (Kc) se puede determinar los 2500 3,5 requerimientos en agua que necesita 3500 2,5 un cultivo en cada etapa de su ciclo vegetativo. El Kc es un factor que corrige la evapotranspiracin para un cultivo diferente al pasto, tomando en cuenta caractersticas especficas del cultivo y las etapas de su ciclo vegetativo. Normalmente, para disear un sistema de riego, se toma como referencia la etapa con el requerimiento ms alto para estar seguro que el cultivo no carece de agua. Sin embargo, en la prctica campesina, en situaciones con escasez de agua, se aplica mayormente una sub-irrigacin sistemtica, es decir que los cultivos siempre reciben menos de su requerimiento que necesitan para desarrollarse ptimamente. Lo que busca el agricultor es tener una rea mxima bajo riego, en vez de una produccin optima. Por ello, podemos tomar como referencia el requerimiento promedio de los cultivos sobre su ciclo vegetativo para estimar el consumo de agua en las parcelas. El Cuadro 7 muestra para algunos cultivos el coeficiente de cultivo Kc promedio. Cuadro 7: Valores de coeficiente de cultivo promedio KcCULTIVO Alfalfa Alverja Avena Berenjena Caa de azcar Cebada Cebolla seca Cebolla verde Col Espinaca Frijol seco Kc 0,9 0.89 0.80 0.82 0.95 0.80 0.90 0.74 0.86 0.73 0.87 CULTIVO Frijol verde Lechuga Lenteja Maz dulce Maz grana Papa Pasto Pimiento Rbano Trbol Trigo Zanahoria Kc 0.75 0.70 0.79 0.88 0.83 0.83 1.00 0.83 0.73 1.00 0.80 0.84

Para un plan de cultivo con varios cultivos a la vez se tiene que estimar el consumo total de las parcelas con el porcentaje de cubrimiento que tiene cada cultivo: una parcela con por ejemplo 40% alfalfa y 60 % papa tendr un coeficiente de cultivo total de 0,4 x Kc alfalfa + 0,6 x Kc papa. 2.3 Eficiencia de riego

Para la eficiencia de un sistema de riego por aspersin se considera que las prdidas de agua ocurren mayormente a nivel de la parcela, porque la conduccin entubada desde la fuente minimiza las perdidas a este nivel. Podemos estimar bajo condiciones normales un 70%. Sin embargo, bajo ciertas condiciones la eficiencia puede ser ms baja: En el caso de pequeas parcelas y aspersores con dimetros de humedecimiento grandes, pueden haber bastante prdidas en los bordes: para tener un buen humedecimiento de toda la parcela, es inevitable regar una franja alrededor de la parcela que recibir menos agua que la parcela misma (ver Figura 4). Se puede solucionar eso escogiendo aspersores sectoriales, aspersores con dimetros ms pequeos, o plantar 18

en esta franja otros cultivos que se adapten al riego deficiente y aprovechen el agua al mximo. En zonas con vientos fuertes, puede haber prdidas grandes por que el viento lleva parte del agua pulverizada fuera de las parcelas de riego. Eso ocurre an ms con aspersores que dan una pulverizacin alta del agua (ejemplo: Naan 501), sobre todo si estn funcionando en partes del sistema con presiones altas. Se lo puede remediar buscando un tipo de aspersor que pulveriza menos el agua, o escoger momentos en el da o en la noche con menos viento. Barreras de viento seran una solucin a ms largo plazo.

Al no solucionar los dos puntos arribamencionados, la eficiencia puede bajar a un 50%! Figura 4: Franja exterior con menor intensidad de riego en una parcela de riego por aspersin

2.4

Definicin de la demanda de agua de la parcela y del mdulo del sistema

Con la informacin de los captulos anteriores, se puede determinar ahora la demanda de agua a nivel de la parcela y a nivel del sistema. La demanda de agua de una parcela con determinadas plantas est dada por:Ln = ETP * Kc, donde: Ln = Lmina neta (mm/da) ETP= Evapotranspiracin potencial (mm/da) Kc = Coeficiente de cultivo promedio de las plantas

El mdulo de esta parcela se calcula a travs del razonamiento siguiente: La evaporacin de una lamina de 1 mm de agua por da en 1 hectrea equivale a un volumen de agua de0,001 x 100 x 100 = 10 m3 = 10 000 litros/da. 1 da (24 horas) tiene: 24 x 60 x 60 = 86 400 segundos

Por hectrea, 10 000 litros/ da equivalen a10 000 = 0.116 litros/seg. 86 400

Entonces, la evaporacin de 1 mm/da equivale a un caudal fijo de 0.116 litros/seg/ha. El mdulo de la parcela (mdulo neto Mn) est dado por:Mn = Ln * 10 000 86 400 Mn = Mdulo neto Ln = Lmina neta (litros/segundo/hectrea)

Para determinar el mdulo del sistema Ms (mdulo bruto) se tiene que tomar en consideracin la eficiencia total del sistema del captulo 3.3, y se aplica la frmula siguiente:

19

Ms = Mn * 100 Eff Ms = Mdulo del sistema (bruto) (l/s/ha) Mn = Mdulo de la parcela (neta) (l/s/ha) Eff = Eficiencia total del sistema (%)

Ejemplo: Supongamos un agricultor que quiere hacer una parcela con riego por aspersin con 50% papas, 25% alfalfa y 25% col. Su parcela se encuentra a 3000 msnm. La eficiencia total del sistema se estima a 65%. El ETP en esta parcela ser 3 mm/da (interpolado del Cuadro 6). El coeficiente de cultivo promedio Kc en esta parcela ser (vase Cuadro 7)Kc = 0,5 * 0,83 + 0,25 * 0,9 + 0,25 * 0,86 = 0,86 Ln = ETP * Kc = 3 * 0,86 = 2,6 mm/da Mn = Ln * 10 000 = 2,6 * 10 000 = 0,3 l/s/ha 86 400 86 000 Ms = Dn * 100 = 0,3 * 100 = 0,46 l/s/ha Eff 65

evapotranspiracin de la parcela = Ln = ETP x Kc

1 ha

Ln = 2,6 mm/da = 26 000 lit/da Mn = 26 000 = 0,3 lit/seg 86 400

20

33.1

Area neta regableEl caudal de diseo del sistema

En el caso de la Sierra Peruana, donde el agua es un recurso escaso mayormente disponible en forma de manantiales, pequeas fuentes, o ros y quebradas que llevan agua todo el ao, el rea total que se puede regar a partir de un manantial (o manantiales), quebrada o canal depende del caudal disponible en la poca de estiaje. Es necesario analizar de cada fuente cules son sus otros usos, a parte del riego. Vase la ficha de evaluacin de la pre-factibilidad de un proyecto de riego por aspersin, anexo 1. Hay que tomar referencia al plan de cultivos que se propone por los agricultores, y analizar cmo la cdula de los cultivos se relaciona con la disponibilidad de agua en diferentes momentos. En el mes de mayo / junio, cuando terminan las lluvias y empieza la campaa de riego, los caudales son todava altos. En los meses de agosto / setiembre, los caudales bajan hasta su mnimo, limitando el rea a regar en este momento a un mnimo tambin. Si existen fuertes variaciones entre los caudales disponibles al inicio de la poca de estiaje, meses Junio-Julio, y el final de estiaje, se puede aumentar al caudal de diseo con un 20 a 30%, a fin de aprovechar la mayor disponibilidad hdrica en Mayo-Julio y en poca de lluvias. Pero no debemos sobredimensionar demasiado el sistema, ya que esto implica un importante aumento de inversin. Hay que tener en cuenta tambin que al inicio de la poca de estiaje por lo general la demanda de agua an no es muy fuerte. La decisin sobre el dimensionamiento del sistema en funcin al caudal mnimo de estiaje medido, deber ser tomada en dilogo con los futuros beneficiarios y con juicio, analizando la utilizacin del agua de riego en las diferentes pocas del ao, costos de inversin, etc. En el caso de que se quiera tomar el agua de un canal para un sistema de riego por aspersin, la disponibilidad en agua, a parte de saber el caudal que lleva el canal en mayo/junio y en setiembre, depende de cuntos turnos van a poder ser utilizado para el sistema de riego por aspersin, cuntas horas tiene cada turno y cunto tiempo hay entre dos turnos. Eso requiere un buen anlisis del sistema de reparto del canal. Es conveniente convertir un turno de un canal de riego en un caudal continuo equivalente, para el clculo del rea a regar por aspersin.

Ejemplo: El Caudal del canal es: 15 l/s El turno de riego es: 4 horas cada 9 das El caudal continuo equivalente es: 15 * 4 = 0.278 l/s 9 * 24

21

3.2

El rea total regable El rea regable del sistema est dada por:A= Q Ms (Ha)

A = Area regable (Ha) Q = Caudal (l/s) Ms = Mdulo del sistema (l/s/ha)

Ejemplo: Con el ejemplo del captulo 4, suponiendo que la fuente que se piensa utilizar tiene un caudal de 2,5 l/s en setiembre que es 100% utilizable para riego, el rea a regar sera dado por: Caudal de diseo:Q = 2,5 + 20% = 3 l/s A = 3 0,46 = 6,5 Ha.

3.3

Por usuario

Una vez determinado al rea total que se podr regar con el caudal disponible, se tendrn que fijar las reas netas de cada usuario. Hay tres formas de determinar la distribucin de parcelas entre usuarios: La forma equitativa, en que cada uno tiene una parcela de la misma rea. Eso se aplica cuando cada uno de los usuarios tiene mucho ms terreno de lo que se puede regar. La forma proporcional, de acuerdo al rea total que tiene cada uno: eso se aplica si una reparticin equitativa dejase un nmero considerable de usuarios con ms agua que necesario para regar su terreno. Proporcional con un tope mximo de X Has por beneficiario, si la distribucin proporcional dejara a unas pequeas parcelas con muy poca rea regada.

La propuesta de una parcela comunal se puede considerar, pero es mucho ms complejo en trminos de quin dar el terreno, quienes son responsables para el mantenimiento del equipo, que se har con la cosecha, etc.

22

44.1

Lmina e intervalo de riego y seleccin de aspersoresEl intervalo y la dotacin de riego

Tenemos que saber aqu con qu tipo de suelo contamos, que profundidad tiene, y hasta qu profundidad van las races de las plantas. El agua disponible en el suelo se expresa en porcentaje de volumen del suelo, y vara con el estado de humedecimiento del mismo. Los dos extremos son: Capacidad de campo: el suelo est totalmente mojado, pero no saturado; el agua que no est adherida a las partculas del suelo por fuerzas capilares ha sido drenada. Punto de marchitez permanente: el suelo contiene tan poco agua que las plantas sufren y que el proceso de marchitez es irreversible.

El volumen de agua entre estos dos extremos se llama Agua Rpidamente Aprovechable (ARA), y constituye el agua que tericamente est a la disposicin de las plantas. Este volumen de agua disponible vara considerablemente con el tipo de suelo. El da valores para 3 tipos: suelos arcillosos, limosos y arenosos. Del agua disponible en el suelo, entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente, solamente una parte es fcilmente aprovechable para la planta para evitar que la planta sufra de una escasez de agua: la Fraccin de Agua Rpidamente Aprovechable (FARA, ver Cuadro 8). Cuadro 8:Datos sobre profundidad de races de cultivos en media estacin y la Fraccin de Agua Rpidamente Aprovechable (FARA).

CULTIVO

PROFUNDIDAD RAICES (m)

FARA

Ln>3mm/da Ln< 3mm/da Alverja 0.45-0.60 0.35 0.45 Alfalfa 1.5 0.55 0.7 Caa de azcar 0.45-1.05 0.65 0.85 Cebada 1.25 0.55 0.7 Cebolla 0.3 0.25 0.3 Col 0.60 0.45 0.6 Espinaca 0.60-0.90 0.2 0.25 Frijol 0.45-0.60 0.45 0.6 Lechuga 0.15-0.45 0.3 0.4 Legumbres 0.4 0.2 0.25 Maz 0.6-0.9 0.55 0.7 Papa 0.6-0.9 0.25 0.3 Pasto 0.3-0.75 0.5 0.65 Pimiento 0.75 0.25 0.3 Trigo 0.75-1.05 0.55 0.7 Zanahoria 0.45-0.60 0.35 0.45 Fuente: FAO publicacin 24 / ILRI publicacin 46

23

Cuadro 9: Capacidades de retencin de agua de diferentes tipos de suelo TIPO DE SUELO Agua Rpidamente Aprovecha(ARA) (volumen %) Arcilloso 20% Limoso 14% Arenoso 6% Fuente: FAO publicacin 24 La cantidad de agua que una planta puede extraer del suelo est determinada por la profundidad de sus races en m, el agua rpidamente aprovechable en el suelo (ARA) en decimales, y la fraccin de esta agua (FARA), igualmente en decimales, que depende del cultivo y de la evapotranspiracin en la zona. Esta cantidad es expresada en una lmina de agua, (LARA, Lmina de Agua Rpidamente Aprovechable) generalmente tiene la dimensin de mm. CUIDADO: si el suelo es menos profundo que los valores en el Cuadro 8, se toma como profundidad de races la profundidad del suelo! En frmulaLARA = prof.races(m) * ARA * FARA * 1000 (mm)

El intervalo de riego (IR) depende de la lmina que evapora la planta por da (L n) y la cantidad de agua que puede extraer del suelo (LARA), y est dado por:IR (das) = LARA (mm) Ln (mm/da)

La dotacin neta de riego Dn (en mm) es la lmina de agua que se requiere dar al suelo cuando la planta ha extrado la fraccin de agua rpidamente aprovechable (FARA) de su zona de races. Una dotacin ms grande significa una prdida de agua, por que significa que el nivel de humedad en la zona de races superar la capacidad de campo, y parte del agua percolar por debajo de la zona de races. La dotacin bruta de riego Db (en mm) es mayor que la dotacin neta (Dn) porque parte de la lmina de riego aplicado es perdida como consecuencia de desuniformidad de la lmina aplicada, y otros factores:Db = Dn * 100 Effap Effap = Eficiencia de aplicacin (65-75% para riego por aspersin, 85-90% para riego por goteo)

Para los pequeos sistemas a que se refiere esta gua, y dado el hecho que las conducciones y distribuciones sern generalmente entubadas, se asume que las principales prdidas ocurrirn a nivel de parcela, justamente en la aplicacin del agua a la planta. Por eso se considera que la eficiencia de aplicacin prcticamente equivale a la eficiencia total del sistema. La dotacin bruta Db tiene que ser asegurado por los aspersores que tienen una intensidad de precipitacin P (mm/hora), y eso determina el tiempo de riego, es decir las horas que los aspersores tienen que estar en una sola posicin. En parcelas con diferentes cultivos la solucin ms prctica es de adoptar el intervalo ms corto de los calculados para los diferentes cultivos.

24

Ejemplo: Con el ejemplo del captulo 4, para el caso de la papa la Lmina neta Ln ser dado por:Ln papa = Kc papa * ETP = 0.83 * 3 = 2,5 mm/da (Cuadro 7) Entonces Ln papa < 3mm/da FARA papa = 0,3 (Cuadro 8)

Suponiendo un suelo limoso de 0.75 m de profundidad, la cantidad de agua que la planta de la papa puede extraer del suelo est dado por:LARA papa = prof. Races papa x ARA limoso x FARA papa = 0.5 * 0.14 * 0.3 = 0.021 m. = 21 mm.

El intervalo de riego, usando los datos anteriores, es de:IR = LARA papa = Ln papa 21mm = 8,4 das 2,5 mm/da

Se puede regar preferiblemente cada 8 das. La dotacin neta Dn es de 21 mm., y se tiene que saber la eficiencia de aplicacin del riego para conocer la dotacin bruta Db. Suponiendo una eficiencia de aplicacin 70%, esta ltima ser de 21 / 0,7 = 30 mm. El Tiempo de riego: Depende bsicamente del tipo de aspersor. Si el aspersor seleccionado tuviera una intensidad de precipitacin de 4 mm/hora, el tiempo de riego sera 30 / 4 = 7,5 horas. En este caso se tomaran 8 horas (dos cambios de aspersores por 24 horas).

4.2

La eleccin del aspersor

La eleccin del tipo de aspersor a aplicar en un sistema de riego por aspersin est sujeta a varios factores: Velocidad bsica de infiltracin: la intensidad de precipitacin del aspersor, expresada en mm/hora, no debe superar la velocidad bsica de infiltracin del suelo, para evitar escorrenta. El tamao de las parcelas: en parcelas grandes se puede aplicar aspersores con una dimetro mojado grande, mientras que en parcelas pequeas se deberan aplicar aspersores con dimetros mojados ms pequeos para adecuarse al rea ms pequea, o aplicar aspersores sectoriales. Tipo de cultivos: Si la parcela ser dedicada a hortalizas con rotaciones muy estrechas, ser conveniente un aspersor con un dimetro pequeo (micro aspersores) para poder ajustar el riego a las necesidades de cada parte de la parcela. Presiones de trabajo disponibles: para condiciones de la sierra se quiere aspersores que puedan trabaja trabajar en un rango largo, desde presiones de 1 atm. hasta 4.5 atm.

Existe una gama larga de modelos de aspersores, adaptados a diferentes condiciones del terreno, exigencias del clima, caractersticas del sistema, etc. Sin embargo, no todos los tipos se adaptan igualmente a las condiciones especficas de un riego presurizado por gravedad, que es el tipo sistema que se adecua especialmente a la agricultura campesina de la Sierra (por su bajo costo: no se emplean estaciones de bombeo). Los siguientes criterios pueden servir para hacer una seleccin entre los modelos presentes en el mercado:

25

Material de confeccin: existen aspersores de bronce (de varias calidades) y de plstico (igualmente de varias calidades). Por lo general, a pesar de que el bronce es ms duradero, las marcas conocidas (VYR, Naan, Rainbird, Nelson, etc.) tienen aspersores de plstico de alta calidad. Aspersores de bronce requieren por lo general una presin mnima de 2 a 2,5 Bar (20 a 25 metros de carga de agua), lo que limita su aplicacin para sistemas presurizadas por gravedad. Aspersores de plstico son ms ligeros y pueden funcionar (aunque deficitariamente) con 10m de carga de agua. Las conexiones de aspersores varan de a 1 , y los aspersores pueden tener 1 o 2 boquillas. Aspersores con 2 boquillas tienen generalmente conexiones o 1 y emiten caudales mayores por lo cual necesitan presiones relativamente altas. Pueden tener impactos fuertes, que lleva el riesgo de la destruccin de la estructura del suelo en terrenos con pendientes fuertes. Para nuestros sistemas escogeremos preferiblemente aspersores de con una boquilla. Hay aspersores que son sectoriales y aspersores que funcionan a crculo completo. Aspersores sectoriales tienen la ventaja de acomodarse con mayor facilidad en parcelas pequeas. Micro aspersores y aspersores tipo KARPAY, obtienen su movimiento rotativo de la misma reaccin del chorro de agua, contrario a los aspersores de tipo martillo que obtienen su rotacin de un contrapeso y resorte que impulsa la cabeza giratoria. El impulso necesario para lograr la rotacin disminuye la velocidad del agua y el radio mojado, con la consecuencia de que este tipo de aspersores tienen un dimetro ms pequeo y una intensidad de precipitacin mayor. Las desventajas son que se tiene que cambiar los aspersores ms frecuentemente (cada 2 a 4 horas), y existe un mayor peligro de erosin por exceso de intensidad de precipitacin. Ventaja es que este tipo de aspersores pueden dar una uniformidad aceptable con presiones ms bajas (hasta mnimo 6 metros de carga de agua).

En resumen, para las condiciones de la sierra en dnde se quiere regar permanentemente con pequeos caudales, aprovechando al mximo de los desniveles en el terreno, eso nos lleva a tener preferencia para pequeos aspersores de plstico de tipo martillo, con 1 boquilla, y si posible sectoriales, porque: Tienen precipitaciones relativamente bajas Su costo es relativamente bajo Se aprovecha de presiones a partir de 10m Son aptos para pequeas reas

En el mercado, se encuentran entre otros los modelos siguientes: NAAN 5OI, NAAN 427, NAAN 435, VYR 802, y muchos otros. Para la eleccin del aspersor podemos utilizar el software proporcionado por el fabricante NAAN (NAANCAT). Con este podemos obtener rpidamente una idea de las caractersticas de diferentes tipos de aspersores que hay en el mercado. En situaciones donde los desniveles del terreno a regar con la fuente de agua son insuficientes para aplicar aspersores de tipo martillo, podemos optar por micro aspersores o aspersores tipo KARPAY. Para este curso trabajamos con aspersores de plstico de la fbrica NAAN, porque NAAN tiene la ventaja de ofrecer un software para el diseo de redes de riego presurizado. A continuacin se presentan dos modelos cuyas tablas de caractersticas se presentan en anexo 2.

26

NAAN 501, espaciamiento recomendado hasta 8.5 m (con una altura de 0.8 metros sobre el suelo). Ventajas: Precipitacin relativamente baja: entre 1,6 y 7,3 mm/ hora. Caudal bajo y dimetro mojado reducido: se adapta a pequeas reas (huertos) y a caudales pequeos Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.) Desventajas: Pulveriza mucho el chorro de agua, lo que efecta prdidas grandes en reas con mucho viento. Comparado con aspersores de mayor dimetro, el costo por metro cuadrado irrigado es mayor NAAN 427, espaciamiento recomendado hasta 15 m. Ventajas: La precipitacin est entre 4 y 8,2 mm/hora, que puede servir para dotaciones ms grandes de agua en menos tiempo, siempre y cuando la velocidad de infiltracin del suelo lo permita. Dimetro mojado ms grande, para reas ms extendido, y el costo por metro cuadrado irrigado es ms bajo Sectorial, facilita el riego en pequeas parcelas, y puede evitar el choque del chorro contra la ladera en caso de pendientes fuertes. Trabaja con presiones bajas (1 atm = 10 m.) Desventajas: 4.3 Puede tener un dimetro mojado grande para parcelas pequeas, por ejemplo huertos. Velocidad bsica de infiltracin (VBI)

La mejor manera de determinar la velocidad bsica de infiltracin VBI es mediante mediciones en situ, utilizando por ejemplo un cilindro infiltrmetro o el mtodo del surco infiltrmetro. Para ms informacin, vase Necesidades hdricas de los cultivos, Soto Hoyos 1997. Algunos datos indicativos y referenciales sobre la taza de infiltracin de diferentes tipos de suelos presenta el cuadro siguiente: Cuadro 10: Velocidades de infiltracin tpicas Textura del suelo Arena Franca Limosa Franco arcilloso Arcillo Velocidad bsica de Infiltracin (mm/hora) 50 25 12,5 8 2,5

Una manera sencilla para hacer una estimacin de la intensidad de precipitacin de un tipo de aspersor, es a travs de los clculos siguientes:

27

Se determina, a travs del anexo 2 o a travs del programa NAANCAT, el caudal que corresponde con determinada presin y determinada boquilla, expresado en m3/h. De acuerdo al espaciamiento entre los aspersores, se puede considerar que el rea de influencia directa de cada aspersor, incluyendo todos los efectos de traslape, corresponde a la distancia de espaciamiento elevado al cuadrado Si el caudal del aspersor es Q (m3/h) y la distancia de espaciamiento entre 2 aspersores es D (m), la precipitacin del aspersor serP = Q * 1000 D (P en mm/h)

Para una eleccin de un tipo de aspersor el criterio es entonces queVBI P Ejemplo: En el ejemplo del capitulo 4, el suelo es de tipo limoso. Un aspersor NAAN 427, trabajando a una presin de 15m (1.5 bar), con una boquilla de 4 mm (negra) tendr un caudal Q de 0.72 m3/h (o sea 0.2 l/s). Con un espaciamiento entre aspersores D de 12 m, la precipitacin ser P = 0.85 * 1000 = 5 mm/h 144 VBI > P 12.5 > 5 O.K.

El tiempo de riego del ejemplo del capitulo 7 con este aspersor bajo estas condiciones esta dado por:Dotacion bruta = 30 mm P 5 mm/h 6 horas

Entonces, el agricultor cambia la posicin de los aspersores cada 6 horas, y para una determinada posicin pasarn 8 das entre 2 riegos de 6 horas.

28

5

Seleccin de sectores de riego

Si el rea de riego es mayor de 3 a 4 hectreas y el nmero de regantes mayor de uno, ser conveniente dividir la zona de riego en sectores, cada uno regando independientemente con un caudal continuo. Los sectores pueden consistir de una parcela o varias, dependiendo de las reas a regar de las parcelas. La seleccin de sectores de riego es un proceso principalmente de intuicin del dibujante. Se toman en cuenta factores como costo, topografa, barreras en el terreno como quebradas, caminos, etc, lazos de solidaridad entre agricultores, y otros. trataremos cada una de estas consideraciones a continuacin: Topografa: En la seleccin de sectores se tomar en cuenta la topografa del terreno. Se seleccionan reas compactas que pueden ser abarcadas fcilmente desde un solo punto (cmara de carga). A veces es importante tomar en cuenta las disponibilidad de terrenos apropiados para la construccin de reservorios. Para las partes ms altas estos tienen que estar en elevaciones que permiten abarcar la mayor parte de los terrenos con suficiente presin. Tambin se evaluar la forma en que se puede distribuir al agua al interior de los sectores. Nmero de parcelas: El nmero de parcelas del sector es de preferencia uno, porque esto significar que el equipo de riego mvil con que se riego el sector pertenece a un solo regante, con todas las ventajas que esto implica. Sin embargo, cuando las reas de riego de cada parcela son muy pequeas, no quedar otra alternativa que juntarlas para tener caudales de riego manejables y para evitar gastos excesivas en reservorios, lneas de parcela, tanques de reparticin, mano de obra para cambiar aspersores, etc. Solidaridad entre regantes: Es obvio que cuando se juntan varias parcelas en un sector, lo mejor es seleccionar parcelas cuyos propietarios tienen confianza entre ellos. Esto porque las lneas fijas y el equipo mvil de riego tendr que ser adquirido y administrado en forma compartida. Adems, el riego de diferentes parcelas en un sector se realiza mediante turnos, y esto requiere de una coordinacin fluida entre los usuarios. En la prctica esto significa muchas veces que se juntarn en un sector las diferentes parcelas de una sola herencia, o parcelas de vecinos que tienen buenas relaciones de confianza. Tamao del sector: Una indicacin para el tamao mnimo de un sector es de 0,5 has, con un caudal continuo de alrededor de 0,2 lit/seg, que es el caudal de un aspersor pequeo. Si las parcelas son mayores de 0,5 a 1 ha, por lo general se puede asignar a cada parcela un caudal fijo de riego.

Una vez que se tienen definido los lmites de los sectores de riego y la ubicacin de las cmaras de carga de cada uno, se puede delimitar las reas netas a regar, tomando para ellos todas las partes regables que se encuentren por debajo de los 12 metros de la altura del reservorio (las partes no regables podemos marcar con una sombrilla). Luego nos queda sumar las superficies neta regables de cada parcela en los sectores, obteniendo as las superficies regables de cada sector. Estas a su vez van a determinar los caudales de riego de cada sector, el nmero de aspersores, los dimetros de tubera, etc.

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Figura 5: Lnea de riego mvil

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Figura 6: ubicacin de las lneas de riego, adecundose a las curvas de nivel

66.1

Ubicacin de los hidrantesDiseo de la lnea de riego mvil

Una vez que se tiene definidos los sectores de riego y la ubicacin de las cmaras de carga, se puede proceder a la ubicacin de los hidrantes. Pero primeramente tenemos que disear la lnea de riego mvil que va a regar el sector. El caudal de riego del sector es dado por:

30

Qsector = Asector x Mr

El nmero de aspersores es dado por:Naspersores = Qsector / Qaspersor

Para el caudal del aspersor tomaremos el caudal dada por la tabla de caracterstica del aspersor seleccionado, y para la presin promedia que se espera obtener en las lneas de riego (1,8 o 2,0 Bar generalmente). El resultado de Qsector / Qaspersor redondeamos hacia arriba (por ejemplo: 4,3 aspersores redondeamos a 5). Una vez determinado el nmero se aspersores del sector se debe definir el distanciamiento entre aspersores. Para eso se tiene que respetar el criterio de:Dist. entre aspersores 0,8 x Dimetro rea mojado

Para determinar el dimetro mojado consultamos la tabla de caracterstica del aspersor. Si nuestra intencin es, elevar el aspersor con un elevador de X metros (para regar encima de cultivos altos), el dimetro indicado en tablas se aumentar entre 4 * X y 6 * X. El distanciamiento mximo entre aspersores se escoge evaluando el sector a regar. En el plano topogrfico se determina la longitud mxima que debe tener la lnea de riego para que todas las parcelas del sector puedan ser cubiertas por la lnea de riego en sentido paralelo a las curvas de nivel. Si el ancho del sector, medido paralelo a las curvas de nivel, es mayor que:Naspersores * 0,8 * Dimetro rea mojada,

Entonces se tendr que optar por ubicar una o varias filas de hidrantes en medio de las parcelas (la parcela de regar extendiendo la lnea de riego mvil hacia ambos lados de los hidrantes). Una vez determinado la mayor distancia entre hidrante y lmite del sector de riego, medido en forma paralela a las curvas de nivel, se divide esta distancia entre el nmero de aspersores para definir el distanciamiento. Ahora podemos calcular el dimetro de la manguera portador de los aspersores, con ayuda del programa NAANCAT. Se lo encuentra en el Internet, buscando www.naan.co.il. En este se escoge el aspersor y la boquilla. En la pantalla clculo hidrulico se escoge el distanciamiento determinado, y la distancia mxima de la lnea de riego. Luego se escoge una presin de cabecera de la lnea de riego (se coloca el valor mnimo esperado) y un tipo de tubera. Si la curva de presiones se mantiene dentro de los lmites permitidos (1 Bar normalmente), el dimetro escogido es suficiente. 6.2 Ubicaciones de la lnea de riego mvil por el sector de riego

En el plano topogrfico se disea la lnea de riego determinado, y se trata de ubicarlo de la manera ms conveniente por todo el sector a regar. Para eso se tienen que marcar primeramente las reas no regables por falta de presin hidrosttica, relativa a la altura de la cmara de carga/reservorio proyectado para el sector, o por otras razones. Las ubicaciones de las lneas de riego se proyectan luego sobre el rea a regar, pensando en el requisito de que la lnea de riego no debe tenderse mucho en sentido hacia abajo o hacia arriba de la pendiente, porque esto produce desuniformidad de precipitacin entre aspersores (es decir, la lnea de riego sigue el sentido de las curvas de nivel, ver Figura 6). Figura 7: Rotacin de la lnea de riego mvil por el sector

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Ejemplo: Distanciamiento recomendado = 12 x 12 = 144 m2. Ancho de la mitad 7 de la parcela medido paralelo a las curvas de nivel = 60 m. Nmero de aspersores = 4. Distancia entre aspersores = 60 / 4 = 15 m. Distancia entre lneas 8 = 144 / 15 = 9,6 m. Podemos redondear a 10 metros.9 1 0 1 1 1 2

En la distancia entre las lneas de riego tenemos que tener en cuenta el distanciamiento recomendado (por ejemplo 12 x 12 m = 144 m2), y el distanciamiento entre aspersores obtenidos arriba por la divisin del ancho de la parcela a regar por el nmero de aspersores. Dividimos el distanciamiento recomendado al cuadrado por el distanciamiento entre aspersores para obtener el distanciamiento entre lneas. Cuando se determinaron de esta manera las posiciones que la lnea de riego mvil tendr para cobertura de todo el sector, se escogen los puntos de entrega, los hidrantes, tomando en cuenta lo siguiente: Los hidrantes son componentes relativamente caras en la red de parcela, por lo tanto su nmero tiene que limitarse. Como regla se puede tomar para la distancia entre hidrantes 3 veces la distancia entre lneas (ver Figura 7). Para determinar la longitud de la manguera de la lnea de riego mvil, utilizamos la siguiente frmula:LM = (Naspersores ) * Daspersores + Dlneas LM = Longitud de la manguera de la lnea mvil Naspersores = nmero de aspersores de una lnea Daspersores = Distanciamiento entre aspersores en la lnea de riego Dhidrantes = Distanciamiento entre lneas

6.3

Diseo de las lneas de riego fijas (lneas de presin)

Ejemplo: Distancia entre aspersores = 15 m. Nmero de aspersores = 4. Distancia entre lneas = 10 metros. Longitud de la lnea mvil es 3 * 15 + 10 = 62,5 m Para el diseo de las lneas de riego fijas, basta conectar los hidrantes del sector con el reservorio / cmara de carga por la va ms corta. Por lo general esto significa conectar

32

los hidrantes con lneas rectas. Donde los puntos a conectar forma tringulos con lados equidistantes puede ser conveniente conectarlos en forma de polgonos de Thiessen (ver Figura 8). Figura 8: Conexin de hidrantes con polgonos de Thiessen Hidrante 2 120o

120o 120o

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Hidrante 2 120o Hidrante 2 120o 120o

Hidrante 2

33

77.1

Redes de conduccin, distribucin, y lneas fijas de parcelaIntroduccin

Una vez determinado los planes de cultivos, los requerimientos en agua, el rea total regable, la reparticin del rea total entre los usuarios, el caudal de diseo, y la distribucin de los sectores de riego y de los hidrantes, se puede proceder al diseo de la infraestructura desde la fuente hasta los hidrantes. Figura 9: Esquema de la distribucin de agua, conduccin, distribucin proporcionar, lnea fija y lnea mvil El concepto bsico del planteamiento hidrulico de los pequeos sistemas de riego desarrollado en este curso, consiste en: Una reparticin del flujo de agua desde la captacin o de la fuente, a travs de una red de conduccin y distribucin, en forma proporcional hasta los sectores, en caudales continuos que alimentan pequeos reservorios / cmaras de carga. Esta parte del sistema tiene que ser diseado de tal manera que en las obras de reparticin haya presin atmosfrica para poder asegurar una reparticin proporcional correcta. Significa que esta parte del sistema consiste de canales abiertos y/o tubera con presin atmosfrica, con en algunas partes si necesario tramos presurizados para atravesar pendientes fuertes o quebradas (con sifones) que luego desembocan en una obra repartidora o en un reservorio/cmara de carga. A partir de los reservorios/cmaras de carga el flujo continuo que corresponde a cada sector entra en una red de tubera presurizada, que tiene como salida uno o varios hidrantes. En esta red no se puede lograr reparticiones del agua en forma proporcional entre los hidrantes, y por lo tanto la distribucin es en forma de turno o rotacin (ver Figura 9). 7.2 Lneas de conduccin y de distribucin

De acuerdo al caudal que tiene que pasar por la tubera, se puede considerar 2 opciones: conduccin con tubos llenos, y conduccin con tubos con tirante hasta 75% del dimetro del tubo. Con tubos llenos, se aplicar la siguiente formula para tubos de PVC o con rugosidad igual a PVC, basada en Hazen Williams, :D = (0.349 * Q * S -0.5701) 0.369 Con: Q = caudal en l/s S = pendiente del tubo en m/m D = dimetro del tubo en pulgadas

El resultado D de este calculo tiene que ser redondeado hacia arriba para obtener valores de dimetros existentes. Tambin se puede hacer los clculos utilizando la hoja de clculo en Excel perdida de carga.xls.

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Para calcular los tirantes de agua en tubos parcialmente llenos, se puede utilizar el programa HCANALES. 7.3 Obras de arte en las lneas de conduccin y de distribucin

A continuacin van a ser presentados algunos tipos de obras que podemos necesitar en las lneas de conduccin y de distribucin. Captacin o bocatoma Sedimentador Obras de reparticin Cmara rompe-presin Cajas de vlvulas de purga y de desfogue Reservorio/cmara de carga

Se asume que los diseos de pequeas captaciones, bocatomas, sedimentadores, cmaras rompe-presin y vlvulas de purga y de desfogue son suficientemente conocidos, y nos limitamos a dar ms detalles sobre las obras de reparticin, las reservorios/cmaras de carga. 7.4 Obras de reparticin

El objetivo de una obra de reparticin en el contexto de riego por aspersin es: asegurar una reparticin proporcional del flujo de agua de acuerdo a una proporcin preestablecida: 50% - 50%, 60% - 40%, 1/3 2/3, independientemente de la variacin del caudal que pasa por la obra. Eso para asegurar que las diferentes secciones del sistema siempre reciban la misma proporcin del caudal total. Se han desarrollado experiencias con 2 tipos de obras de reparticin: Los vertederos triangulares de cresta aguda, en que el ngulo de la apertura tiene una relacin directa con el caudal que pasa por el vertedero (ver Figura 10). Los orificios circulares, en que el numero de orificios con dimetro determinado determina la reparticin de agua entre 2 o ms partes (ver Figura 13) Ejemplo: un caudal de 2 l/s puede pasar por 10 orificios de 0.2 l/s cada uno, y 6 de estos orificios separan el agua para un ramal mientras que 4 llevan el resto del flujo a otro ramal, asegurando de esta manera una reparticin 60% - 40%. La eleccin del tipo de obra repartidora tiene mucho que ver con el nivel de conflictos y/o confianza de los (futuros) usuarios: en muchos casos es muy importante visualizar bien la reparticin de agua. En estos casos podra ser ms conveniente escoger una obra con orificios en ves de una con vertedores: la reparticin determinada por nmeros de orificios es ms fcil de entender que una reparticin determinada por ngulos de vertedores.

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Figura 10: Tanque repartidor con vertederos triangulares0 .1 0 r e j i l l a p r o t e c t o r a 1 .0 0 0 .1 0 0 . 1 0 1 . 0 0 1 . 0 0 0 . 1 0

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Vertedero triangular Para repartir el flujo de agua proporcionalmente en 2, 3 o ms partes, se construye una caja en concreto con una seccin donde entra el caudal a repartir. Esta seccin esta separada de las secciones de salida mediante una placa metlica de 2 o 3 mm que tiene para cada seccin de salida una apertura triangular. Variando el ngulo entre 2 vertedores, se llega a una diferencia entre los caudales que pasan por cada vertedero con una proporcin constante. El Cuadro 11 muestra 3 ngulos de vertederos y la relacin entre los caudales que pasan por cada vertedero. Cuadro 11: Angulos especficos para vertederos triangulares Angulo del vertedero 90 53 8 35 46 Proporcin del caudal Q Q *Q 1/3*Q

Ejemplo: si colocamos en una caja repartidora un vertedero de 90 y un de 35 46, dividiremos un caudal de entrada de 1 l/s en 2 caudales: 0.75 l/s y 0.25 l/s. En el caso de remplazar el vertedero de 35 46 por uno de 53 8, la divisin del mismo caudal sera: 0.66 l/s y 0.33 l/s.

La formula para determinar la relacin entre el caudal Q y el ngulo del vertedero es la siguiente:

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Q = Ce 8 2g tan (h1 + Kh) 2.5 15 2 Con: Q = caudal en m3/s = ngulo del vertedero en grados g = 9.81 m/s h1 = altura del nivel del agua, aguas arriba del vertedero, medido a partir del punto del ngulo (m) Ce = coeficiente en funcin de , vase Figura 12 Kh = coeficiente en funcin de , vase Figura 11 (la lectura es en mm, se convierte en m para introducir en la formula).

Figura 11: Valor de Kh, funcin de Fuente: Bos M.G.,1976 Figura 12: Coeficiente de descarga Ce, funcion de

ngulo del vertedero en grados ngulo del vertedero en grados Ce

Fuente: Bos M.G., 1976 Manteniendo constante la altura h1, se puede variar el ngulo y iterativamente calcular los caudales parra llegar a proporciones de caudal entre dos vertedores, diferentes de los presentados en el cuadro 8. Condiciones a respetar: Sabiendo los caudales mximos que tienen que repartirse y la proporcin, se determina el h1max. La caja repartidora tiene que ser diseado de tal manera que la distancia P entre el fondo de la caja y el punto de los vertedores respeta la condicin:P 2.5 * h 1max.

La anchura de la caja tiene que ser suficiente para que sea igual a la suma de los anchos de flujo B mnimos de cada vertedor. Para cada uno, B tiene que respetar la condicin:B 5 * h 1max.

Para una caja con 2 vertedores, Bcaja ser entonces:Bcaja 2 * 5 * h 1max

En general, con un numero X de vertedores:Bcaja X * 5 * h 1max

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El nivel del agua, aguas abajo de los vertedores, no tiene que superar 0.05 m por debajo del punto de los vertedores, para garantizar una cada libre del agua a travs de los vertedores

Es de suma importancia para el buen funcionamiento de esta obra la fabricacin correcta de los vertedores, que se hace preferiblemente en un taller especializado (en Cajamarca: Herrandina, ESMEPRE). Luego, su instalacin debe de hacerse con la mxima precisin para que los vertedores estn en una posicin perfectamente horizontal. Repartidor con orificios Cuando nos interesa incorporar cierta flexibilidad en las proporciones, se puede optar por el repartidor con orificios perforados en tubos de PVC verticales como demuestra la Figura 13. Los orificios son perforados en tubo de PVC de 6 o 8, si los caudales de salida son menores de 3 lit/seg. Para repartir caudales mayores es preferible optar por repartidores del tipo vertedero. El pedazo de tubo perforado no debe pegarse en su unin/reduccin que se est anclado en el fondo del tanque, para que pueda ser removida. A parte de ser una solucin relativamente flexible, el costo es bajo porque las dimensiones de los tanques son reducidas. Figura 13: Tanque repartidor con orificios en tubos verticales

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La descarga de un orificio sumergido que descarga libremente en el aire es:Q = Cd * * * d2 * (2g * h) Cd = coeficiente de descarga (ver tabla siguiente) d = dimetro del orificio g = 9,8 h = carga hidrulica

Cuadro 12 presenta los valores de la coeficiente de descarga C d en funcin del dimetro de orificios con salida libre en el aire.

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Cuadro 12: Valores de Cd como funcin de d, orificios con salida libredimetro orificio (metros) 0.02 0.025 0.035 0.045 0.05 0.065 >0 .075 Cd (coeficiente de descarga) 0.61 0.62 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60

Orificios de (12 mm), sumergidos con 0,1 metros de agua tiene una descarga de aproximadamente 0,1 lit/seg. Entonces, si los aspersores a usar tuvieran un caudal aproximado de 0,1 lit/seg, podramos establecer la reparticin proporcional del agua mediante un orificio de este tamao por cada aspersor que en el sistema de riego estuviera operando bajo el repartidor. Cuando por algn motivo, la reparticin tiene que ser cambiada posteriormente, los mismos usuarios podrn realizar los cambios con la ayuda de un mecnico que puede perforar los orificios. Orificios que estn de ms pueden ser tapados temporal- o permanentemente. Para asegurar la proporcionalidad, es necesario que las alturas de los orificios respecto a la altura del agua en el tanque sean perfectamente iguales. Esto significa que todos los orificios deben estar a la misma altura, o se puede perforar en dos o ms filas si esto se hace proporcionalmente (es decir, cuando la proporcin tiene que ser 1/3 2/3, se debe asegurar que hay dos orificios a cada altura, en un lado, por un orificio a la misma altura al otro lado). Ejemplo: en un tubo de 6 se pueden perforar 20 orificios con un dimetro de 12 mm a una sola altura. Sumergidos con 0,1 metros de agua, por los 20 orificios pasarn cerca de 2 lit/seg. 7.5 Reservorios/ cmaras de carga El tipo de obra descrito en este capitulo tiene 2 funciones: cmara de carga para generar la presin para la red presurizada obra de regulacin para permitir el buen funcionamiento del sistema con caudales variables. En algunos casos tiene una tercera funcin: rompe-presin para evitar presiones demasiado altas en la red presurizada.

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Figura 14: Reservorio / cmara de carga de 8 m3, concreto reforzado con malla galvanizada La regulacin es necesaria por el hecho que el sistema de riego esta diseado con

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un caudal mximo pero que debe de poder funcionar con caudales ms pequeos sin que la red presurizada aspire aire: el reservorio permite almacenar el agua entrando durante cierto tiempo, para que despus se pueda regar con toda la capacidad del sistema. Ms que todo esta obra asegura la flexibilidad del sistema cuando los caudales disminuyen, y deja a los agricultores de escoger las opciones que ellos prefieren para regar: pueden regar con toda la capacidad que tienen, es decir con todos los aspersores y boquillas con qu tambin regan en la poca de mximos caudales. En este caso los tiempos de riego sern ms cortos, y van a tener que esperar con ms frecuencia que se llene de nuevo el reservorio. pueden sacar unos aspersores, poner boquillas ms pequeos, o poner otro tipo de aspersor que gasta menos, para adecuar el riego al caudal disminuyente, maximizando as los tiempos de riego y minimizando las veces que tienen que esperar que se llene el reservorio.

En todo caso, dado que es prcticamente imposible ajustar en cada momento el caudal con qu se riega exactamente al caudal entrando, la necesidad de estos reservorios se justifica para no desperdiciar agua o estar regando con dificultad. El volumen de un reservorio depende de los factores siguientes: La diferencia entre el caudal mximo y mnimo con qu funciona el sistema

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El tiempo de riego que se considera conveniente para los agricultores, entre dos llenadas del reservorio. Eso se puede determinar conversando con ellos, y generalmente es conveniente hacerlo encajar en unidades de 6, 8 o 12 horas.

Ejemplo: El sistema de riego por aspersin de San Jos, Shirac, ha sido diseado tomando en consideracin un caudal mnimo de 0.3 l/s (aforado en setiembre) y un caudal mximo de 0.5 l/s (estimado para el mes de junio). La capacidad del sistema esta entonces para poder funcionar con 0.5 l/s. El reservorio/ cmara de carga se diseo de la siguiente manera: se determin que los agricultores tienen que poder regar un mnimo de 8 horas en el tiempo de caudales mnimos (0.3 l/s), con toda la capacidad del sistema, es decir con un caudal de 0.5 l/s. el volumen de la diferencia entre 0.3 l/s y 0.5 l/s durante 8 horas tiene que ser entonces almacenado en un reservorio:V reservorio = (0.5 0.3) * 8 * 3600 = 5760 litros = 5.76 m3

se consider construir un reservorio de 6 m3, que se llenara en 6000/ 0.3/ 3600 = 5,5 horas.

La construccin de los reservorios puede hacerse en concreto armado, o mampostera con revestimiento de geomembrana de PVC o de polietileno. Preferiblemente se les da una forma trapezoidal para mayor estabilidad y una construccin menos costoso en el caso de concreto. Para revestimientos con geomembrana esta forma es indispensable. Este ultimo tipo de revestimiento esta todava en estado de experimentacin pero parece ser una alternativa interesante por su costo bajo. Los anexos 3 y 4 muestran un anlisis de costos de 2 tipos de revestimiento: concreto armado y manta de polietileno de 0.1 mm. 7.6 Redes presurizadas

Una vez que se conoce el caudal que tiene que pasar por una red presurizada, a partir de su reservorio/cmara de carga, se puede jugar con la topografa del terreno y varios dimetros de tubera para llegar a las presiones optimas al nivel de cada hidrante, a travs de las prdidas de carga dentro de la tubera. Se utiliza la hoja de calculo Excel prdida de carga.xls para determinar las presiones en los diferentes puntos de la red presurizada, las cantidades de tubos de diferentes dimetros necesarios, y el costo por tramo y total. Se trata de evitar diferencias grandes de presin entre los hidrantes conectados a una red presurizada con fines de poder trabajar lo ms que posible con el mismo equipo mvil con la misma presin en cada hidrante. Figura 15 presenta en croquis los elementos y accesorios necesarios para una red presurizada, un hidrante, y un equipo mvil de aspersin.

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Figura 15: Esquema de red presurizada, hidrante, equipo mvil de aspersin

42

8

Costos y presupuesto

Para calcular los costos de un sistema de riego presurizado hemos definido los rubros siguientes, con referencia a los componentes del sistema: Captacin Conduccin (que incluye los tanques de reparticin y las redes de distribucin) Reservorios reguladores/ cmaras de carga Redes presurizadas (que incluye lneas de riego fijas y enterradas, hidrantes, y lneas de riego mviles) Mano de obra calificada (maestros, residentes de obra) Mano de obra no-calificada Elaboracin de proyecto y supervisin (Ingo que disea y supervise el sistema, topgrafo, etc.) Capacitacin En principio,