Revista Científica UDO Agrícola Volumen 2.
Número 1. Año 2002. Páginas: 64-72
Evaluación
del comportamiento hidráulico de varios emisores importados para riego por goteo
Evaluation of the hydraulic performance of several
imported emitters for drip irrigation
Gil, José
Alexander; Khan, Luis y Hernández, Ramiro
Departamento de Ingeniería Agrícola, Escuela de Ingeniería
Agronómica, Universidad de Oriente. Campus
Los Guaritos. Avenida Universidad, Maturín, estado
Monagas. Telefax: 0291-6521192. E-mail: jalexgil@cantv.net
RESUMEN
En el presente trabajo se evaluó el comportamiento
hidráulico de varios emisores importados para riego por goteo. Este experimento
se llevo a cabo en el Laboratorio de Riego y drenaje
del Departamento de ingeniería Agrícola de la universidad de Oriente, donde se
tomaron como objetivos principales los siguientes: i) determinar las
características hidráulicas de los goteros, estimando los parámetros que mejor
expliquen su funcionamiento: relación caudal vs. presión y ii) determinar el
coeficiente de variación por fabricación de los diferentes modelos de emisores.
Los goteros evaluados fueron: Gotero Ultra 2-40; Gotero LB2; Gotero LBC2 y
Gotero Tipaz. Entre los resultados obtenidos se observo una correlación alta para las relaciones caudal vs.
presión. En cuanto al coeficiente por fabricación, los
emisores LB2 y Ultra 2-40, resultaron los mejores con valores de 0,04 y 0,027
respectivamente, lo que los califica según Goldberg
como excelentes.
Palabras
claves: Riego por goteo,
comportamiento hidraulico
ABSTRACT
The present work
was evaluated the hydraulic performance of several import emitters to trickle
irrigation. This experiment carried out in the Laboratory of Irrigation and
drainage of the Department of Agricultural Engineering of the University of
East, where was studied as main objectives the following: i) determine the
hydraulic characteristics of the drippers, estimating the parameters that
better explained their operation: relationship flow vs. pressure and ii)
determine the variation coefficient for production of the different models of
emitters. The valued drippers were: Drip Ultra 2-40; Drip LB2, Drip LBC2 and Drip Tipaz. Among the obtained results was observed a
high correlation for the relationships flow vs. Pressure. As for the
coefficient for production, the drippers LB2 and Ultra 2-40, they were the best
respectively with values of 0.04 and 0.027, what qualifies them according to
Goldberg as excellent.
Key words: Drip irrigation, hydraulic
performance
INTRODUCCIÓN
Los
emisores son las estructuras hidráulicas a través de las cuales, el agua
sale del interior de los sistemas de riego presurizado hacia el ambiente. Su
importancia es fundamental, pero adquiere una relevancia mucho mayor en los
sistemas de riego localizado y conocer acerca de su comportamiento hidráulico
permitiría hacer ajustes necesarios en la operación del sistema de acuerdo a
las necesidades requeridas. La evaluación del comportamiento hidráulico permite
determinar la relación presión-caudal y el coeficiente de variación por
fabricación de los emisores, parámetro influyente en el coeficiente de
uniformidad de los sistemas de riego y en consecuencia en su eficiencia. El caudal que descarga un emisor está
relacionado con la presión hidráulica existente a su entrada por la ecuación:
q = kd x hx
donde: q =
Caudal del emisor
kd = Constante o coeficiente de descarga
característico del emisor, equivalente al caudal a una presión de 1m de columna
de agua.
h = Presión hidráulica
de entrada del agua en el emisor (m.c.a.)
x = exponente de
descarga, caracterizado por el régimen de flujo dentro del emisor (Rodrigo et at., 1997).
Los valores
de kd y x son característicos de cada tipo de emisor.
Con frecuencia los fabricantes sólo informan acerca de un punto de la ecuación
del emisor, pero debe exigírseles que proporcionen la ecuación con los valores
numéricos de kd y x, así como el entorno de trabajo,
o por lo menos la curva caudal – presión. (Pizarro, 1990).
El
coeficiente de variación por fabricación (CVF) es un término estadístico
característico, y depende del diseño del emisor, de los materiales utilizados
en su fabricación y del cuidado y tolerancias admitidas en el proceso de la
misma, su valor varía de 0.02 a 0,20 (Pérez,
1982). Según Keller (1980), el CVF es uno de los
factores que más afecta el funcionamiento de los emisores.
En función
del coeficiente de variación (CV) por fabricación, los goteros, miniaspersores y difusores se pueden clasificar en (Goldberg, 1974):
Existe en la actualidad, una extensa gama
de goteros fabricados e importados en el país, en respuesta al desarrollo y
expansión del riego por goteo; sin embargo, siguen desarrollándose nuevos tipos
de goteros, con tecnología de vanguardia y con principios de funcionamiento
diferentes entre si a los ya existentes. Estos
goteros son distribuidos en el país por empresas o casas comerciales, las
cuales manejan muy poca información, especialmente acerca de su coeficiente de
variación, probablemente porque algunas fábricas no lo reportan. Por esta razón
es necesaria la evaluación de la calidad y su comportamiento hidráulico. Los
objetivos del presente trabajo fueron: i) evaluar la calidad de fabricación de
diferentes tipos de goteros importados y ii) Determinar las curvas o ecuaciones
que relacionan el caudal con las presiones de operación de los emisores.
MATERIALES Y MÉTODOS
Ubicación:
La experiencia se llevó a cabo en una
toma de agua que se encuentra ubicada dentro del Laboratorio de Riego y Drenaje
del Departamento de Ingeniería Agrícola de
Materiales
Utilizados:
Durante el ensayo se utilizaron los
siguientes materiales:
v 50 goteros embutidos marca LEGO de 2 l/h.
v 60 goteros autocompensantes TIPAZ de 2 l/h.
v 60 goteros autocompensantes marca LEGO LBC Bayonet
de 4 l/h.
v 60 goteros marca LEGO Bayonet Drippers de l/h.
v
v
Filtro de malla
de 80 mesh para ser instalado en tuberías de ¾
pulgadas de diámetro.
v
2 Manómetros tipo
Bourdon de 4,0 bares de capacidad y precisión de
0,02.
v
Regulador de
presión tipo membrana.
v
Balones aforados
de 25, 50 y 100 ml.
v
Cronómetro de
precisión.
En el experimento se utilizó una carga
hidráulica promedio de 2,2 bares, proveniente del acueducto, la cual aseguró la
presión deseada para los diferentes tratamientos del ensayo. De la toma se
derivó una tubería conductora de ½
pulgada de diámetro, la cual terminaba en una válvula de paso, donde se
conectaron las diferentes tuberías sometidas a estudio. Previo a estas
conexiones se instaló un filtro de malla de 80 mesh
de ¾ pulgadas, para reguardar la
integridad física y evitar obstrucciones en los emisores. Antes de la válvula
de paso se conectó un regulador de presión del sistema, para garantizar la
uniformidad de aplicación de agua y un manómetro tipo Bourdon
de 4,0 bares de capacidad y precisión de 0,02; esto con el fin de realizar las
mediciones deseadas para cada una de las presiones requeridas. En los sistemas
de fertirrigación estos medidores deben instalarse
antes y después del tanque fertilizante, para controlar por presión el paso de
nutrimentos que se inyectan a la red, también se instalan después de los
filtros ya que nos indican si la red de distribución está trabajando a la
presión de diseño o si se requieren limpiar los filtros. Se instalan también en
las conexiones de la tubería secundaria a la principal y en algunas líneas
regantes que se esté observando su comportamiento. Los diferentes modelos de
goteros evaluados fueron insertados en mangueras de
Coeficiente
de variación por fabricación:
En el proceso de fabricación de emisores
es imposible obtener productos exactamente iguales, por lo que se puede esperar
alguna variación en el caudal a una presión de referencia, desde una unidad de
emisor a otra; por lo tanto, para que exista una uniformidad de riego
aceptable, la variación en la fabricación debería ser la menor posible. La
calidad de esta variación, viene dada por el coeficiente de variación por
fabricación (CV). En la medida en que las variaciones entre piezas son mayores,
la calidad de fabricación disminuye, el coeficiente de variación por fabricación
viene a ser un indicativo de la calidad de los goteros. Para la determinación
del coeficiente de variación, se realizaron varias mediciones de los caudales
por punto de emisión a una presión de referencia, con una muestra
representativa de emisores que variaba de
donde: q1 = caudal
del emisor
qa = caudal promedio
n = numero de emisores
S = Desviación
típica o normal
El coeficiente de variación por
fabricación (CV), se obtuvo al dividir la desviación típica o normal promedio
de los emisores como sigue:
Curvas
caudal vs. presión:
Para determinar estas curvas se tomaron
muestras representativas de los diferentes tipos de goteros, los cuales fueron
sometidos a diferentes presiones, a fin de obtener los caudales
correspondientes a cada presión. El caudal se determinó a través del método
volumétrico, para ello los goteros fueron colocados en grupos de cinco,
distanciados a
Este procedimiento se llevó a cabo para
cada una de las presiones que se establecieron y que fueron controladas
mediante el regulador de presión. Con los caudales medidos y las presiones utilizadas
se graficaron las curvas caudal vs. presión. La disposición del esquema puede
verse en la figura 1. Mediante un análisis de regresión se obtuvo la ecuación
correspondiente para cada uno de los modelos evaluados. La curva de regresión
geométrica responde a la siguiente expresión:
q = kd
* hx
donde:
q = caudal del emisor en l/h
kd = coeficiente de descarga del emisor que le
caracteriza.
H = presión de entrada del agua en el
emisor.
x = exponentes de
descarga que depende del régimen de flujo dentro del emisor.
Cuando kd y x
no vienen dados por el fabricante, pueden ser determinados como se explico anteriormente.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Curvas
Caudal vs. Presión para el gotero LB2:
En el cuadro 1, se muestra la variación
del caudal debido a la presión, observándose valores que van desde un mínimo de
1,10 l/h para una presión de 0,2 bares hasta un máximo de 3,85 l/h para una
presión de 2,2 bares. Esto es indicativo de que la variación del caudal a medida
que la presión aumenta no es tan marcada para este modelo, mostrando una menor
variabilidad a partir de 1,0 bares. Puesto que el caudal aumenta
proporcionalmente con el aumento de la presión, existe una correlación
altamente significativa entre dichas variables, siendo el coeficiente de
correlación para este caso de r = 0,999 es decir el 99,9 por ciento de la
variación del caudal se debe a la influencia de la presión en el modelo. La
curva caudal vs. presión para el
gotero LB2 se muestra en la figura 2, pudiéndose observar que a medida que
aumenta la presión aumenta el caudal, ajustándose a la siguiente ecuación:
El valor del exponente de descarga X = 0,52; para el gotero LB2 nos da una idea
de la sensibilidad de este modelo a las variaciones de presión, pudiéndose ésta
caracterizar como un emisor de régimen turbulento o de nivel de compensación
medio.
|
Cuadro
1. Variación del caudal con la presión para los diferentes tipos de
emisores para riego por goteo. |
||||
|
Presión (bares) |
LB-2 Caudal (l/h) |
LBC Caudal (l/h) |
TIPAZ
Caudal (l/h) |
Tipo
Laberinto E. Caudal (l/h) |
|
0,0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,000 |
|
0,2 |
1,10 |
3,73 |
1,65 |
0,340 |
|
0,4 |
1,60 |
3,79 |
1,89 |
0,704 |
|
0,6 |
1,95 |
4,04 |
2,00 |
0,937 |
|
0,8 |
2,27 |
4,23 |
2,02 |
1,133 |
|
1,0 |
2,56 |
4,37 |
2,02 |
1,313 |
|
1,2 |
2,79 |
4,45 |
2,02 |
1,508 |
|
1,4 |
3,02 |
4,52 |
2,02 |
1,651 |
|
1,6 |
3,25 |
4,59 |
2,04 |
1,778 |
|
1,8 |
3,46 |
4,60 |
2,08 |
1,904 |
|
2,0 |
3,67 |
4,61 |
2,13 |
2,020 |
|
2,2 |
3,85 |
4,62 |
2,18 |
2,130 |
|
2,4 |
----- |
4,64 |
----- |
2,230 |
|
2,6 |
----- |
----- |
----- |
2,330 |
|
2,8 |
----- |
----- |
----- |
2,420 |
Coeficiente
de variación por fabricación para el goteo LB2:
El coeficiente de variación por
fabricación para este modelo, varió desde 0,03 para la presión de 0,2 bares,
hasta 0,05 para la presión de 2,2 bares como lo reporta el cuadro 2. Es de
hacer notar que el promedio general de los valores obtenidos para las once
presiones diferentes, resulto ser 0,04; lo que califica a este gotero según Goldberg como un gotero excelente. En el cuadro 2, también
se nota una tendencia definida de los valores del coeficiente de variación por
fabricación con respecto a las variaciones de presión, es decir, a medida que
las presiones son mayores se incrementan los coeficientes de variación, pero
manteniéndose bastante uniforme alrededor del valor promedio.
|
Cuadro 2. Coeficiente de variación por fabricación a
diferentes presiones, para los diferentes tipos de emisores importados para
riego por goteo. |
||||
|
Presión (bares) |
LB-2 |
LBC |
TIPAZ |
Ultra 2-40 |
|
0,0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,000 |
|
0,2 |
0,03 |
0,18 |
0,08 |
0,078 |
|
0,4 |
0,03 |
0,13 |
0,07 |
0,064 |
|
0,6 |
0,04 |
0,14 |
0,07 |
0,032 |
|
0,8 |
0,04 |
0,13 |
0,07 |
0,030 |
|
1,0 |
0,04 |
0,11 |
0,05 |
0,040 |
|
1,2 |
0,04 |
0,10 |
0,04 |
0,040 |
|
1,4 |
0,05 |
0,11 |
0,03 |
0,020 |
|
1,6 |
0,05 |
0,10 |
0,03 |
0,020 |
|
1,8 |
0,05 |
0,08 |
0,04 |
0,021 |
|
2,0 |
0,05 |
0,08 |
0,04 |
0,021 |
|
2,2 |
0,05 |
0,08 |
0,04 |
0,019 |
|
2,4 |
----- |
0,08 |
----- |
0,017 |
|
2,6 |
----- |
----- |
----- |
0,023 |
|
2,8 |
----- |
----- |
----- |
0,017 |
|
Promedio X |
0,04 |
0,11 |
0,05 |
0,027 |
Curvas
Caudal vs. Presión para el Gotero LBC:
La variación del caudal, por efecto de la
variación de la presión para este modelo, se muestra en el cuadro 1,
observándose valores que van desde 3,73 L/h para una presión de 0,2 bares,
hasta 4,64 L/h para una presión de 2,4 bares. En el mismo cuadro es
evidenciable que el caudal aumenta en una proporción muy baja con el incremento
de la presión, demostrando así, la alta compensación de este gotero. Es de
hacer notar que a partir de 1,6 bares de presión, este modelo funciona como autocompensante. El alto grado de compensación del gotero
LBC, se refleja en el valor del exponente de descarga X = 0,10 proveniente de
la ecuación obtenida:
Q
= 4,31 H0,10
En la figura 3 se muestra la curva caudal
vs. presión para este emisor,
observándose que existe una interacción positiva entre las variables siendo el
coeficiente de correlación r = 0,09565, es decir la variación de presión
influye directamente en un 95,65 por ciento de la variación del caudal.
Coeficiente
de variación por fabricación para el gotero LBC:
Los distintos valores del coeficiente de
variación por fabricación para el gotero LBC para cada una de las presiones
establecidas, se reportan en el cuadro 2; es de hacer notar que dichos valores
descienden desde 0,18 para una presión de 0,2 bares hasta 0,08 para presiones
que van de
Curva Caudal
vs. Presión para el Gotero TIPAZ:
Los caudales obtenidos para las distintas
presiones establecidas en este caso se muestran en el cuadro 1. los valores de
dichos caudales varían desde 1,65 l/h para una presión de 0,2 bares, hasta 2,18
l/h para 2,2 bares de presión. Al igual que el gotero LBC las variaciones del
caudal para el TIPAZ son poco marcadas y de muy baja proporción, esto se debe
al alto poder de compensación que posee, lo cual se puede comprobar claramente
al observar la ecuación del gotero, donde el valor del exponente de descarga X
= 0,09. En el cuadro 1 se observa que desde 0,6 bares hasta 1,6 bares, el
gotero TIPAZ es menos sensible a los cambios de presión, es decir, en dicho rango
posee una compensación más alta; la ecuación obtenida mediante el análisis de
regresión, resultó ser: Q = 2.00 H0,09
En la figura 4, se muestra el desarrollo
de esta ecuación y se nota en este caso que las variables Caudal - Presión,
también están correlacionadas positivamente con un coeficiente de correlación r
= 0,8451; que es un valor altamente significativo, es decir, el 84,51 por
ciento de la variación del caudal se debe a la inclusión de la presión en el
modelo.
Coeficiente
de variación por fabricación para el Gotero TIPAZ:
Como se puede observar en el cuadro 2, se
nota una tendencia a descender en los valores obtenidos de coeficiente de
variación por fabricación para este modelo. Los valores en este caso están
comprendidos entre 0,08 para una presión de 0,2 bares y 0,03 para las presiones
de 1,4 y 1,6 bares. El valor del promedio general de este coeficiente para las
diferentes presiones fue de 0,05 lo que indica, que la variación por
manufactura de este gotero, puede considerarse menor que la del gotero LBC,
pero aun así el gotero TIPAZ debe calificarse como “medio” según la clasificación
de Goldberg.
Curva caudal
vs. presión para el gotero ULTRA 2-4 tipo laberinto Marca LEGO embutido:
La variación del caudal con la presión de
este emisor se reporta en el cuadro 1, encontrándose valores que van desde 0,34
l/h para 0,2 bares de presión, hasta 2,42 l/h para la presión de 2,8 bares. En
la figura 5, se muestra la curva caudal vs.
presión para este emisor, la cual se ajusta a la ecuación Q = 1,26 H0,73 ;
con un exponente de descarga de 0,73, lo que indica que es muy sensible a los
cambios de presión, además es el emisor menos compensado de los cuatros modelos
evaluados en este ensayo. Este gotero para que emita su caudal nominal de 2
l/h, necesita de una presión de 2 bares, lo que indica que es un emisor muy
poco exigente en presión de trabajo. Por otra parte se encontró una interacción
positiva entre los parámetros mencionados, con un coeficiente de correlación de
0,986, lo que muestra, que el 98,6 por ciento de la variación en el caudal se
debe a la inclusión de la presión en el modelo.
Coeficiente
de variación por fabricación para el gotero ULTRA 2-40 tipo laberinto marca
LEGO embutido:
El coeficiente de variación por
fabricación para este gotero varió desde 0,078 para 0,2 bares de presión, hasta
0,017 para la presión de 2,8 bares, nótese en el cuadro 2, que los valores
tienden a descender con el incremento de la presión. El promedio general de
variación por manufactura, para las diferentes presiones fue de 0,027; lo que
indica que este emisor es calificado como excelente, dentro de la clasificación
de Goldberg.
CONCLUSIONES
1.
Mediante el coeficiente
de variación por fabricación, se pudo determinar que los mejores emisores
resultaron ser: El LB2 y el ULTRA 2-40 con valores de 0,04 y 0,027
respectivamente, lo que los califica según Goldberg
como excelentes.
2.
De acuerdo al
valor del exponente descarga, el emisor con mayor poder de compensación resulto
el modelo TIPAZ con un valor de X = 0,09 y el menos compensado el ULTRA 2-40
con valor X = 0,71.
3.
Los emisores con
mayor sensibilidad a los cambios de presión resultaron ser: El LB2 y el ULTRA
2-40 en ese mismo orden, es decir, casi la totalidad de la variación se debe a
la inclusión de la presión en el modelo.
4.
Los diferentes
coeficientes por fabricación resultantes para las distintas presiones
establecidas es indicativo que el cambio de presión es también, una importante
fuente de variación.
LITERATURA CITADA
Braud, J. B. and Soom, A. M. 1981. Trickle irrigation lateral design on
sloping fields. Transactions of the ASAE 24 (4): 943-946.
Bredell, L. Y. and Barnard, S. 1975. Microirrigation of sub-tropical fruits crops. The Citrus
and Sub-Tropical Fruit Journal. Research Institute, Nels
Fruit. Republic of South Africa.
Goldberg, D .1974. Conceptos modernos de riego. Centro Regional de Ayuda
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Keller, J. 1980.Tricle irrigation. S.C.A. National Engineering Handbook.
Section 15. Irrigation. Chapter 7 August.
Pérez, F. 1982. Manual
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Facultad de Agronomía. Maracay – Venezuela. 354 pp.
Pizarro, F. 1990. Riegos localizados de alta frecuencia. 2da
edición. Editorial Mundi-Prensa. Madrid-España. 471
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Rodrigo L.; Hernández, J; Pérez, A. y González, J. 1997. Riego localizado.
2da edición. Editorial Mundi – Prensa.
Madrid – España. 405 pp.
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por Prof. Jesús Rafael Méndez Natera
TABLA DE
CONTENIDO DE LA REVISTA CIENTÍFICA UDO AGRÍCOLA
