Fundamentos Hidráulicos para Sistemas de Riego Eficientes

Introducción a la Hidráulica en Sistemas de Riego

En la actualidad, los métodos de riego mayoritarios son la aspersión y el riego localizado. En ambos, es fundamental que el agua de riego posea una energía determinada para que circule a presión por las tuberías, garantizando una distribución eficiente y uniforme.

Conceptos Fundamentales de Hidráulica

Caudal

El caudal se define como la cantidad de agua que fluye a través de una conducción o tubería, o que es emitida por un dispositivo (emisor) en un tiempo determinado. Es un parámetro crucial para el diseño y la operación de cualquier sistema de riego.

Unidades de Medida del Caudal

• Litros por segundo (l/s)
• Litros por minuto (l/min)
• Metros cúbicos por hora (m³/h)

Para medir el caudal en un sistema, se utiliza un caudalímetro, un instrumento esencial para el control y la gestión del recurso hídrico.

Presión

La presión es la fuerza que ejerce el agua sobre las paredes internas de la tubería y sobre los diversos componentes que integran el sistema de riego. Una presión adecuada es vital para el correcto funcionamiento del sistema.

Funciones de la Presión del Agua

• Superar diferencias de altura en el terreno.
• Asegurar el funcionamiento correcto de los emisores (aspersores, goteros, etc.).
• Vencer el rozamiento del agua con las paredes de las tuberías y accesorios.

Principales Unidades de Medida de la Presión

• Kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm²)
• Metros columna de agua (m.c.a.)
• Megapascales (MPa)
• Atmósferas (atm)
• Bares (bar)

Es una práctica recomendada adquirir tuberías con una presión nominal (timbraje) superior o igual a la presión estática máxima esperada en el sistema, para garantizar su durabilidad y seguridad.

Determinación de la Presión

La presión en un punto específico puede determinarse de dos maneras principales:

• Mediante el uso de un manómetro, un instrumento de medición directa.
• Consultando a un especialista o proveedor de servicios de abastecimiento de agua.

En general, las redes urbanas de abastecimiento suelen operar con presiones que oscilan entre 2 y 4 kg/cm² (o bares). La presión de trabajo en sistemas de riego puede estimarse comúnmente entre 2 y 3 kg/cm².

Pérdida de Carga

La pérdida de carga se refiere a la disminución de presión que experimenta el agua a medida que circula por la tubería, debido al rozamiento interno y al paso a través de elementos como válvulas, contadores y reguladores.

Fórmula para el Cálculo de la Pérdida de Carga

Pérdida de Carga Total = (Pérdida de Carga por cada 100 m de tubería × Longitud de la Tubería) / 100

Factores que Influyen en la Pérdida de Carga

• Diámetro interior de la tubería: A menor diámetro, mayor pérdida.
• Longitud de la tubería: A mayor longitud, mayor pérdida.
• Caudal: A mayor caudal, mayor pérdida.
• Tipo de material de la tubería (rugosidad).
• Velocidad del agua.
• Presencia de piezas especiales y elementos singulares (codos, tes, reducciones, válvulas, etc.).

Elevación y Bombeo de Agua

Componentes de la Altura Manométrica Total (Ht)

Para el diseño y selección de bombas, es fundamental comprender los diferentes componentes de la altura manométrica:

• Altura Geométrica de Aspiración (Ha): La altura vertical desde el nivel del agua en la fuente hasta el eje de la bomba. No debe ser superior a 7 metros en la mayoría de los casos para evitar la cavitación.
• Altura Geométrica de Impulsión (Hi): La altura vertical desde el eje de la bomba hasta el punto de descarga más alto.
• Altura por Pérdidas de Carga (Hp): La suma de todas las pérdidas de presión por rozamiento y accesorios en las tuberías de aspiración e impulsión.
• Presión de Trabajo de los Emisores (Pt): La presión requerida en el punto más desfavorable (más alejado o más alto) para que los emisores funcionen correctamente.

Fórmula de la Altura Manométrica Total

Ht = Ha + Hi + Hp + Pt

Tipos de Bombas

Las bombas son equipos esenciales para proporcionar la energía necesaria al agua en los sistemas de riego. Se clasifican comúnmente según la orientación de su eje:

• Bombas de Eje Horizontal: Son las más comunes y se utilizan generalmente para elevar el agua desde depósitos o fuentes superficiales.
• Bombas de Eje Vertical: Se emplean habitualmente para bombear agua de pozos, especialmente aquellos que son estrechos y profundos, ya que su diseño permite sumergir el cuerpo de la bomba en el pozo.