ANEJO X DISEÑO HIDRÁULICO

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1 ANEJO X DISEÑO HIDRÁULICO

2 a) Diseño y cálculo de las subunidades de riego Los datos del gotero que vamos a utilizar son los siguientes: - Emisor interlinea. - resión nominal: 10 mca - Caudal: 4 l/hora - Exponente de descarga: 0,51 - Coeficiente de variación: 1,18 % = 0,018 A1) Cálculo del número de subunidades de riego: Se calcula para el mes de máxima demanda hídrica, es decir, agosto, con un tiempo de riego calculado (Anejo IX) Tr =,49 h. Horas de riego al día Nº de subunidades de riego = Tr Nº de subunidades de riego = 0 horas,49 horas = 8,03 8 subunidades A) Definición de la geometría de la subunidad: 0,3% 0,% 450 m 50 m 100 m 300 m 00 m 15 m 00 m 100 m 50 m Antonio B. avón Chocano 171

3 Nuestra parcela tiene una extensión de 9,5 ha y la dividimos en ocho subunidades de riego. Existen dos tipos de subunidades; seis con dimensiones rectangulares de 15 x 100 m (parcelas de tipo I) y dos subunidades cuadradas de 100 m de lado (parcelas de tipo II). 0,3 % 0,3 % 0, % 15 m 0, % 100 m 100 m arcela 100 m arcela de tipo I de tipo II Estudio de las parcelas de tipo I: Se diseña abasteciendo laterales y terciarias por su punto medio. Los ramales portagoteros se dispondrán con dirección paralela la menor pendiente de la subunidad; en este caso 0, %. LATERALES: -Longitud de cálculo: 50 m. -Número de laterales: 90 x = 180 laterales. -Nº de emisores por lateral: 50 emis/lateral. TERCIARIA: -Longitud: 6,5 m. -Nº de salidas: 180/ = 90 salidas. Antonio B. avón Chocano 17

4 0, % 0,3 % 15 m m 90 ramales 90 ramales de 50 m de 50 m ramales 45 ramales A3) Variación de presiones en la subunidad: hs = s ± Z l ± Z γ t (+) desnivel descendente. (-) desnivel ascendente. s γ 0,1 x = ha 0, Z l = 50 m 100 0,1 = 10 = 1,95 mca 0,51 = 0,10 m 0, 3 Z t = 6,5 m 100 = 0,188 m hs = 1,95 0,10 0,188 = 1,6 mca Coeficiente de forma Cf = L. lateral L. terciaria = 100m = 0,8 15m Antonio B. avón Chocano 173

5 Reparto óptimo de presiones en la subunidad (alimentamos por el punto medio): R = h l h s 0,776 CF S = 0, 054 0,140 0,776 0,8 R = 0, 054 1,4 0,140 = 0,74 hlat= h s hter = h s R = 1,6 0,74 = 1,19 mca - h l = 1,6 1,19 = 0,4 mca Resumiendo tenemos - 74 % para los laterales. - 6 % para la terciaria. odemos tener una pérdida de carga máxima en el lateral de 1,19 mca; en la terciaria se aprovechará todo lo que sobre. A4) Cálculo de la tubería lateral (EBD,5 atmósferas) Datos de partida: -Longitud del lateral: 50 m -Nº de salidas: 50 salidas (emisores separados 1m) -Caudal nominal de un emisor: 4 l/h -Caudal de un lateral: 4 l/h 50goteros = 00 l/h -Longitud equivalente de los emisores: 11,5 m Long. eq.= número de emisores pérdida por emisor Long. eq.= 50 m 0,3 = 11,5 m Antonio B. avón Chocano 174

6 hlat = F J L < hlat Siendo: So = S/ F = coeficiente de Christiansen n = 50 β = F = 0,367 l = long.lat. + long. equiv. = ,5 = 61,5 m J = pérdida de carga unitaria (expresión de Blasius) Q D Siendo: Q ( el caudal en l/h) D ( Diámetro interior de la tubería en mm) Hacemos un primer tanteo con Dext= 1mm Dint= 10 mm = 0,089 = 8,9 % hlat = F J L = 0,367 0,089 61,5 =,01 mca Como hlat =,01 mca > hlat = 1,19 mca No adoptamos diámetro 1 mm en los ramales laterales. Hacemos un segundo tanteo con Dext= 16 mm Dint= 13,6 mm 00 13,6 = 0,0 = % hlat = F J L = 0,367 0,0 61,5 = 0,45 mca Como hlat = 0,45 mca < hlat = 1,19 mca Adoptamos diámetro 16 mm en los ramales laterales. Antonio B. avón Chocano 175

7 A5) Cálculo de la tubería terciaria (VC 6 atmósferas.) Datos de partida: -Longitud tubería terciaria: 6,5 m -Nº de salidas: 90 salidas -Caudal tubería terciaria = 90 laterales 00 litros/lat. = l/h Como disponemos una línea de goteros por cada dos líneas de cultivo, la separación entre ramales porta goteros será de 1,4 metros ya que la separación entre líneas de plantas es de 0,7metros. hter = F J L < hter hter = 0,4 + 0,74 = 1,16 mca (pérdida de carga no consumida en la tubería lateral y que podemos emplear ahora en la tubería terciaria). Siendo: So = S/ F = coeficiente de Christiansen n = 90 β = F = 0,366 l = long.ter. + long. equiv. = 6,5 + 1,57 = 64 m Leq.= 0,1 q 0, 3 lat N 0, 6 = 0,1 00 0, , 6 = 1,57 m J = pérdida de carga unitaria (expresión de Blasius) Q D Siendo: Q ( el caudal en l/h) D ( Diámetro interior de la tubería en mm) Antonio B. avón Chocano 176

8 Hacemos un primer tanteo con Dext= 63 mm Dint= 59, mm , = 0,05 = 5 % hter = F J L = 0,366 0,05 64 = 1,18 mca Como hter = 1,18 mca > hter = 1,16 mca no admitimos diámetro 63 mm y debemos realizar un nuevo tanteo con un diámetro superior. Hacemos un segundo tanteo con Dext = 75 mm Dint = 70,6 mm ,6 = 0,01 =,1 % hter = F J L = 0,366 0,01 64 = 0,5 mca Como hter = 0,5 mca < hter = 1,16 mca Adoptamos diámetro 75 mm en la tubería terciaria. Resumiendo tenemos: -Laterales con Ø = 16 mm Ø interior = 13,6 mm -Terciaria con Ø = 75 mm Ø interior = 70,6 mm Antonio B. avón Chocano 177

9 A6) Estudio de presiones en la subunidad: 0,3 % 15 m 0, % A D 100 m B R E C F El punto más desfavorable en la subunidad, es el punto A ya que es el punto más alejado y más alto según indican las pendientes. 1º/ Cálculo de la presión en el punto más alto y más lejano ( punto A) x H min CU = ha 1,7 CV 1 e 1 Siendo: ha = presión nominal del gotero = 10 mca = 1 atmósfera CU = Coeficiente de uniformidad = 0,9 = 90 % CV = Coeficiente de variación = 0,018 = 1,8 % X = Exponente de descarga = 0,51 e = 1 ( valor mínimo que debe tener e en la formula) qa = Caudal de un gotero = 4 l/h Antonio B. avón Chocano 178

10 Sustituyendo se obtiene: Hmín = 10 A: 0,9 1,7 0, A γ 1 0,51 = Hmín = 8,51 mca A = 8,51 mca γ = 8,51 mca B B: = A γ γ + Z BA + h BA = 8,51 + 0,% ,45 = 9,06 mca C C: = B + Z BC - h BC = 9,06 + 0,% 50 0,45 = 8,71 mca γ γ R: R γ = B + Z R, B + h R, B = 9,06 + 0,3% 6,5 + 0,5 = 9,74 mca γ E E: = R γ γ D D: = E γ γ + Z R, E - h R, E = 9,45 + 0,3% 6,5 0,5 = 9,13 mca - Z DE - h DE = 9,4-0,% 50 0,45 = 8,87 mca F F: γ = E + Z EF - h EF = 9,4 + 0,% 50 0,45 = 9,07 mca γ º/ resiones máximas y mínimas en la subunidad Hmáx = máx = R γ γ = 9,74 mca Hmín = mín = A γ γ = 8,51 mca Antonio B. avón Chocano 179

11 3º/ Caudales máximo y mínimo en la subunidad Qa = K Ha x K = 4 Qa x = 51 Ha 0, 10 = 1,3 Q máx = K Hmáx x = 1,3 9,74 0, 51 = 3,94 l/h Q mín = K Hmín x = 1,3 8,51 0, 51 = 3,68 l/h Condición: q max q min 10 % q a 3,94-3,68 4 = 6,5 % 10 % Luego se cumple la anterior condición. A7) Coeficiente de uniformidad absoluta en la subunidad (CUa): CUa = 1,7 CV 1 e 1 Q min Qa + Qa Q max > 90 % CUa = 1,7 0, , = 0,945 = 94,5 % 1 4 3,94 Como CUa 94 %, el diseño es excelente. Antonio B. avón Chocano 180

12 Estudio de las parcelas de tipo II: Se diseña abasteciendo laterales y terciarias por su punto medio. Los ramales portagoteros se dispondrán con dirección paralela la menor pendiente de la subunidad; en este caso 0, %. LATERALES: -Longitud de cálculo: 50 m -Número de laterales: 7 x = 144 laterales -Nº de emisores por lateral: 50 emis/lateral TERCIARIA: -Longitud: 50 m -Nº de salidas: 144 / = 7salidas 0,3 % 0, % 100 m m 7 ramales 7 ramales de 50 m de 50 m ramales 36 ramales Antonio B. avón Chocano 181

13 A3) Variación de presiones en la subunidad: hs = s ± Z l ± Z γ t (+) desnivel descendente. (-) desnivel ascendente. s γ 0,1 x = ha 0,1 = 10 = 1,95 mca 0,51 0, Z l = 50 m 100 0, 3 Z t = 50 m 100 = 0,10 m = 0,15 m hs = 1,95 0,10 0,15 = 1,7 mca Coeficiente de forma L. lateral Cf = = L. terciaria 100m = 1 100m Reparto óptimo de presiones en la subunidad (alimentamos por el punto medio): R = hl h s 0,776 CF S = 0, 054 0,140 0,776 1 R = 0, 054 1,4 0,140 = 0,76 hlat= h s hter = h s R = 1,7 0,76 = 1,9 mca - h l = 1,7 1,9 = 0,41 mca Resumiendo tenemos - 76% para los laterales. - 4% para la terciaria. odemos tener una pérdida de carga máxima en el lateral de 1,9 mca; en la terciaria se aprovechará todo lo que sobre. Antonio B. avón Chocano 18

14 A4) Cálculo de la tubería lateral (EBD,5 atmósferas) Datos de partida: -Longitud del lateral: 50 m -Nº de salidas: 50 salidas (emisores separados 1m) -Caudal nominal de un emisor: 4 l/h -Caudal de un lateral:4 l/h 50 goteros = 00 l/h -Longitud equivalente: 11,5 m Long. eq.= número de emisores pérdida por emisor Long. eq = 50 m 0,3 = 11,5 m hlat = F J L < hlat Siendo: So = S/ F = coeficiente de Christiansen n = 50 β = F = 0,367 l = long.lat. + long. equiv. = ,5 = 61,5 m J = pérdida de carga unitaria (expresión de Blasius) Q D Siendo: Q ( el caudal en l/h) D ( Diámetro interior de la tubería en mm) Hacemos un primer tanteo con Dext= 1mm Dint= 10 mm = 0,089 = 8,9 % hlat = F J L = 0,367 0,089 61,5 =,01 mca Antonio B. avón Chocano 183

15 Como hlat =,01 mca > hlat = 1,19 mca No adoptamos diámetro 1 mm en los ramales laterales. Hacemos un segundo tanteo con Dext= 16 mm Dint= 13,6 mm 00 J= 0,473 13,6 = 0,0 = % hlat = F J L = 0,367 0,0 61,5 = 0,45 mca Como hlat = 0,45 mca < hlat = 1,19 mca Adoptamos diámetro 16 mm en los ramales laterales. A5) Cálculo de la tubería terciaria (VC 6 atmósferas.) Datos de partida: -Longitud tubería terciaria: 50 m -Nº de salidas: 7 salidas -Caudal tubería terciaria = 7 laterales 00 l/lat. = l/h Como disponemos una línea de goteros por cada dos líneas de cultivo, la separación entre ramales portagoteros será de 1,4 metros ya que la separación entre líneas de plantas es de 0,7 m. hter = F J L < hter hter = 0,41 + 0,84 = 1,5 mca (érdida de carga no consumida en la tubería lateral y que podemos emplear ahora en la tubería terciaria). Antonio B. avón Chocano 184

16 Siendo: So = S/ F = coeficiente de Christiansen n = 7 β = F = 0,365 l = long.ter. + long. equiv. = ,49 = 51,49 m Leq.= 0,1 q 0, 3 lat N 0, 6 = 0,1 00 0, 3 7 0, 6 = 1,49 m J = pérdida de carga unitaria (expresión de Blasius) Q D Siendo: Q ( el caudal en l/h) D ( Diámetro interior de la tubería en mm) Hacemos un primer tanteo con Dext = 50 mm Dint = 46,4 mm ,4 = 0,108 = 10,8 % hter = F J L = 0,365 0,108 51,49 =,0 mca Como hter =,0 mca > hter = 1,5 mca no admitimos diámetro 50 mm y debemos realizar un nuevo tanteo con un diámetro superior. Hacemos un segundo tanteo con Dext= 63 mm Dint= 59, mm , = 0,034 = 3,4 % hter = F J L = 0,365 0,034 51,49 = 0,64 mca Antonio B. avón Chocano 185

17 Como hter = 0,64 mca < hter = 1,5 mca Adoptamos diámetro 63 mm en la tubería terciaria. Resumiendo tenemos: -Laterales con Ø = 16 mm Ø interior = 13,6 mm -Terciaria con Ø = 63 mm Ø interior = 59, mm A6) Estudio de presiones en la subunidad: 0,3 % 100m 0, % A D 100m R C F El punto más desfavorable en la subunidad, es el punto A ya que es el punto más alejado y más alto según indican las pendientes. 1º/ Cálculo de la presión en el punto más alto y más lejano ( punto A) x H min CU = ha 1,7 CV 1 e 1 Antonio B. avón Chocano 186

18 Siendo: ha = presión nominal del gotero = 10 mca = 1 atm CU = Coeficiente de uniformidad = 0,9 = 90 % CV = Coeficiente de variación = 0,018 = 1,8 % X = Exponente de descarga = 0,51 e = 1 ( valor mínimo que debe tener e en la formula) qa = Caudal de un gotero = 4 l/h Sustituyendo se obtiene: Hmín = 10 0,9 1,7 0, ,51 A = 8,51 mca γ = 8,51 mca A: A γ B B: = γ γa = Hmín = 8,51 mca + Z BA + h BA = 8,51 + 0,% ,45 = 9,06 mca C C: = B + Z BC - h BC = 9,06 + 0,% 50 0,45 = 8,71 mca γ γ R: R γ = B + Z R, B + h R, B = 9,06 + 0,3% ,64 = 9,85 mca γ E E: = R γ γ D D: = E γ γ + Z R, E - h R, E = 9,48 + 0,3% 50 0,64 = 8,99 mca - Z DE - h DE = 9,35-0,% 50 0,45 = 8,80 mca F F: γ = E + Z EF - h EF = 9,35 + 0,% 50 0,45 = 9,00 mca γ Antonio B. avón Chocano 187

19 º/ resiones máximas y mínimas en la subunidad Hmáx = Hmín = máx = R γ γ mín = A γ γ = 9,85 mca = 8,51 mca 3º/ Caudales máximo y mínimo en la subunidad Qa = K Ha x K = 4 Qa x = 51 Ha 0, 10 = 1,3 Q max = K Hmax x = 1,3 9,85 0, 51 = 3,96 l/h Q min = K Hmin x = 1,3 8,51 0, 51 = 3,68 l/h Condición: q max q min 10 % q a 3,96-3,68 4 = 7 % Luego se cumple la anterior condición A7) Coeficiente de uniformidad absoluta en la subunidad (CUa): CUa = 1,7 CV 1 e 1 Q min Qa + Qa Q max > 90 % CUa = 1,7 0, , = 0,94 = 94, % 1 4 3,96 Como CUa 94 %, el diseño es excelente. Antonio B. avón Chocano 188

20 b) Diseño y cálculo de la tubería principal 0,3 % 0, % 450 m 50 m M L 100 m K 300m R 00 m N Q 00 m 50 m Nuestra finca tiene una extensión de 9,5 ha y está dividida en ocho subunidades de riego. Existen dos tipos de subunidades distintas; parcelas de tipo I y parcelas de tipo II, con una extensión de 1,5 y 1 ha respectivamente. Hay que tener en cuenta a la hora de dimensionar las tuberías que no existe simultaneidad de riego entre las subunidades; por lo que el diámetro de la tubería que abastezca a subunidades semejantes será idéntico y capaz de soportar las exigencias del tipo de subunidad al que abastezca. ara dimensionar la tubería general tendremos como referencia las siguientes consideraciones: J << 5 % Velocidad entre 1 m/s h = a F J L a = 1,15 F = 1, si hay sólo una salida. Antonio B. avón Chocano 189

21 Tramo KM: Este tramo de tubería general debe ir en un solo diámetro, ya que alimenta subunidades de riego de las parcelas de tipo I; que son las más exigentes. Longitud = = 175 m Caudal = 180 laterales 50 emis/lat 4 l/h por emisor =36000 l/h = 0,01 m 3 /s rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,031 = 3,1 % h = a J F L = 1,15 0, = 6,3 mca 4 Q v = π D 4 0,01 π 0,0846 = = 1,77 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo KM Tramo ML: Este tramo de tubería general debe ir en un solo diámetro, ya que alimenta las dos subunidades de riego de las parcelas de tipo II. Longitud = 11, = 1,5 m Caudal = 144 laterales 50emis/lat 4 l/h por emisor =8800 l/h = 0,008 m 3 /s Antonio B. avón Chocano 190

22 rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,01 =,1 % h = a J F L = 1,15 0,01 1 1,5 = 5,13 mca 4 Q v = π D 4 0,008 π 0,0846 = = 1,4 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo ML Tramo RQ: Este tramo de tubería general debe ir en un solo diámetro, ya que alimenta subunidades de riego de las parcelas de tipo II con idénticos requerimientos. Longitud = = 5 m Caudal = 180 laterales 50 emis/lat 4 l/h por emisor =36000 l/h = 0,01 m 3 /s rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,031 = 3,1 % h = a J F L = 1,15 0, = 8,0 mca 4 Q v = π D 4 0,01 π 0,0846 = = 1,77 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo RQ Antonio B. avón Chocano 191

23 Tramo RN: Longitud = 100 m Caudal = 144 laterales 50 emis/lat 4 l/h por emisor =36000 l/h = 0,01 m 3 /s rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,031 = 3,1 % h = a J F L = 1,15 0, = 3,56 mca 4 Q v = π D 4 0,01 π 0,0846 = = 1,77 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo RN Tramo KR: Longitud = 50 m Caudal = 144 laterales 50 emis/lat 4 l/h por emisor = l/h = 0,01 m 3 /s rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,031 = 3,1 % h = a J F L = 1,15 0, = 1,78 mca 4 Q v = π D 4 0,01 π 0,0846 = = 1,77 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo RN Antonio B. avón Chocano 19

24 Tramo K: Longitud = 1,5 m Caudal = 144 laterales 50 emis/lat 4 l/h por emisor = l/h = 0,01 m 3 /s rimer tanteo: Ø 90 mm Ø interior = 84,6 mm Q D ,6 = 0,031 = 3,1 % h = a J F L = 1,15 0, ,5 = 0,45 mca 4 Q v = π D 4 0,01 π 0,0846 = = 1,77 m/s Siendo Q = caudal en m 3 /s y D = diámetro interior en mm Adoptamos Ø = 90 mm Ø interior = 84,6 mm en el tramo K Toda la red de tubería principal tendrá el mismo diámetro, Ø = 90 mm. c) Cálculo de la presión necesaria a la salida del sondeo salida sondeo = regulador presión + camino más crítico + cabezal riego - regulador presión = 9,45 mca (en parcelas de tipo I) - regulador presión = 9,48 mca (en parcelas de tipo II) - camino más crítico = 0,41 mca Camino L = 1 (camino más crítico) 1 = R (de parcelas de tipo II) + hl + ZL 0, 3 1 = 9,48 + (0,53 + 6,3 + 5,13) + ( = 9, ,89 0,96 1 = 0,41 mca Antonio B. avón Chocano 193 0, , ,5)

25 Camino N = = R (de parcelas de tipo I) + hn + ZN 0, 3 = 9,45 + (0,53 + 1,78 + 3,56) + (- 100 = 9,45 + 5,87 0,345 = 14,97 mca 0, ) Camino Q = 3 3 = R (de parcelas de tipo I) + hq + ZQ 0, 3 3 = 9,45 + (0,53 + 8,0 +1,78) + ( = 9, ,33 0,7 3 = 19,06 mca 0, , , ) - cabezal riego = 9 mca érdidas de carga en el filtro de arena érdidas de carga en el filtro de mallas érdidas de carga en puntos singulares 5 mca mca mca Total = 9 mca salida sondeo = 9,48 + 0, = 38,89 mca Antonio B. avón Chocano 194

26 d) Cálculo de la potencia del motor (N) Vamos a disponer una bomba sumergida capaz de elevar el agua y proporcionar la presión necesaria en la instalación. N = Q H = η ,36 = 14,35 c.v. 15 c.v. 0, Caudal (Q) = 36 m 3 /s - Altura manométrica (Hm) = 75,36 mca Hm = salida sondeo + Hprofundidad bomba + htubería impulsión - salida sondeo = 38,89 mca - Hprofundidad bomba = 35 mca -Nivel dinámico = 30 m -Bomba sumergida 35 m (en previsión de que pueda descender el nivel dinámico) -htubería impulsión = 1,47 mca htubería impulsión = a J L a = 1,0 J = 3,5% (según el prontuario de hidráulica) L = 35 m V = 1,58 m/s (según el prontuario de hidráulica) φ recomendado = 90 mm - Rendimiento (η ) = 80 % Antonio B. avón Chocano 195

27 e) Cálculo de los elementos del cabezal Filtro de arena: Q = 36 m 3 /h 36 Superficie filtrante = = 0,6 m 60 mm). Siendo 60 el caudal filtrante medio para granulometría media, normal en goteo ( φ 1 Superficie filtrante = 0,6 m a repartir entre dos filtros de arena: 0,6 = 0,3 m cada uno. 4 0,3 D = = 0,6 m de diámetro cada uno, que habría que mayorar hasta el diámetro π comercial superior φ = 0,7 m Filtro de mallas: Q = 36 m 3 /h Qdiseño = 1, 36 = 43, m 3 /h 150 mesh. ara un φ de paso del gotero de 1mm el orificio de malla será el correspondiente a 0, ,m / h Superficie filtrante = 3 446m / h m = 0,048 m 0,05 m cada uno. = 0,096 m a repartir entre dos filtros de mallas: Antonio B. avón Chocano 196