I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego y Drenaje

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1 Artículo: COMEII I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015 Reunión Anual de Riego y Drenaje Jiutepec, Morelos, México, 23 y 24 de noviembre ANÁLISIS DEL ENTUBAMIENTO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN EN LOS MÓDULOS DE RIEGO Jorge A. Castillo G. 1 ; María Dolores Olvera Salgado 1 ; Juan Carlos Herrera Ponce 1 1 Instituto Mexicano de Tecnología del Agua, Paseo Cuauhnáhuac 8532, Colonia Progreso, Jiutepec, Morelos, C.P , México Resumen En este trabajo a partir de una serie de anteproyectos de modernización de un Módulo de Riego del Distrito de Riego 010, Culiacán Humaya, se realiza un análisis de sus condiciones, comparando diferentes combinaciones de entubamientos y rehabilitación de canales. Las opciones estudiadas son: la rehabilitación completa de los canales de riego, la rehabilitación de los canales laterales y el entubamiento del resto de la red de distribución, la substitución de la red de distribución de canales por canales entubados, y la substitución de la red por entubamientos con la adición del cierre de algunas redes. Se comparan diferentes combinaciones de entubados y rehabilitación de canales analizando sus ventajas y desventajas desde un punto de vista operativo y económico. Cabe destacar que se parte de la necesidad de la rehabilitación total de la red de distribución del módulo, es decir, no es aplicable al caso de una red en buen estado, por otro lado, un alto porcentaje de las redes de distribución de los módulos de riego del país se encuentran en un estado de requerimiento de rehabilitación casi total. El anteproyecto más económico resultó la rehabilitación de canales laterales y la substitución del resto de la red de tuberías; sin embargo, considerando que no hay diferencia significativa de inversiones, la que tiene más ventaja operativa es la de la substitución total de los canales por tuberías, cerrando circuitos. Palabras claves: canales; tuberías; modernización.

2 Introducción Existe una creciente presión sobre los módulos de riego en todo el país para que se incremente la eficiencia del uso del agua de riego, para esto se requiere de mejoras y cambios en la forma de operación y en la infraestructura del módulo. Para tener un sistema de operación que sea más preciso se requiere de suficiente infraestructura en buen estado. En general la infraestructura de los módulos de riego en el país se encuentra en mal estado en gran parte debido a la conservación diferida provocada por la falta de recursos. En el caso del Módulo de Riego IV-1, del Distrito de Riego 010, Culiacán Humaya, Sinaloa, las tres cuartas partes de la red de canales se encuentran de regular o mal estado, lo que provoca la necesidad práctica de rehabilitar la totalidad de la red de distribución. Considerando esto se plantea la realización de una propuesta de infraestructura que ayude al módulo a incrementar la eficiencia en el uso del agua. El Módulo de Riego en estudio (IV-1) es abastecido por el canal principal Humaya, el cual también abastece otros siete módulos, este canal es administrado por una Sociedad de Responsabilidad Limitada (SRL), los canales que abastecen los terrenos del módulo IV-1, laterales, sublaterales, ramales y subramales derivados son administrados por una Asociación Civil (AC), que es la responsable de cobrar las cuotas, entregar el agua a los usuarios y también el responsable de realizar proyectos de todo tipo enfocados al mejor el manejo de los recursos del módulo en beneficio de los usuarios, por lo que este proyecto se enfoca a red de distribución que maneja la AC, sin tocar el canal principal. El módulo tiene una superficie aproximada de 15,000 hectáreas, ubicadas en un área geográfica con desnivel, lo que facilita la circulación del agua por gravedad en los canales de la red de distribución. Hay aproximadamente 40 m de diferencia entre la elevación más alta y la más baja, este desnivel es energía potencial que puede aprovecharse para la operación de la red de distribución sin la necesidad de utilizar equipos de bombeo, ésta es suficiente para compensar las pérdidas de carga utilizando velocidades de circulación en las tuberías cercanas a los 2 m/s, sin que los diámetros de tubo se incrementen más allá de los mínimos necesarios, haciendo que el costo de la red sea también mínimo. Materiales y métodos Se analizaron cuatro alternativas de modernización de la red de distribución del módulo y se seleccionó la más adecuada desde el punto de vista técnico y económico, considerando ventajas en el servicio y costo. Las alternativas analizadas son las siguientes: rehabilitación de la red de canales; rehabilitación de canales laterales y sustitución de canales sublaterales, ramales y subramales por tubería; tubería en red abierta; y tubería en red cerrada. 2

3 Para cada alternativa se elaboró un anteproyecto de modernización con el objetivo de definir las cantidades de obra, equipamiento necesario, los montos de inversión, así como, analizar posibles ventajas y desventajas para el esquema de operación. En dos de los cuatro anteproyectos se propone la rehabilitación total o parcial de los canales de la red actual por lo que no se consideró la posibilidad de un cambio en el trazo; y en los otros dos anteproyectos, se propone la construcción de redes de tubería cuyo trazo y configuración podría ser distinto al de la red actual, sin embargo, la opinión de los representantes del módulo y los usuarios es que se sustituyan los canales por tubería siguiendo el mismo trazo de los canales que ya existen, para evitar modificaciones en las parcelas y en la tenencia de la tierra. De otra manera, un nuevo trazo podría retrasar la ejecución del proyecto, por los posibles desacuerdos entre los usuarios que tendrían que ceder los espacios para la construcción de las nuevas estructuras. Considerando lo anterior en los cuatro anteproyectos se propone seguir con el trazo de la actual red de distribución, con ligeras modificaciones únicamente para la red cerrada por ser indispensables. En la figura 1, se muestra una imagen del trazo que sigue la red de distribución en el módulo. Figura 1.- Trazo de la red de distribución del módulo Con respecto a la ubicación de las tomas, al tratarse de una modernización de la red existentes, en general la distribución de las tomas parcelarias se conserva, debido a que la infraestructura dentro de las parcelas como las regaderas y los trazados de surcos y melgas para las puestas de riego, ya se encuentra construida con base en la ubicación de las tomas actuales. 3

4 Para la determinación de la superficie que domina cada toma se hizo una revisión las parcelas dominadas por cada toma. Para el diseño de las redes de tubería se consideró una velocidad de circulación del flujo máxima de 2.5 m/s, y mínima de 0.5 m/s, para evitar erosión, daño de la tubería y para evitar sedimentación de azolves. Para el cálculo de los entubamientos se utilizó el programa EPANET, el cual fue útil especialmente en el cálculo de las redes cerradas, esto se ilustra en la figura 2. Figura 2. Cálculo de la red con EPANET A continuación se describen las alternativas de modernización analizadas. Rehabilitación de canales de riego Esta alternativa propone rehabilitar completamente la red de distribución reponiendo el revestimiento de concreto de los canales en su forma original, así mismo, renovar las estructuras de control y medición que se encuentran destruidas o en mal estado. Para desarrollar esta alternativa se tomó como base la información del inventario de canales de la red y el estudio de diagnóstico de la situación en que se encuentra el módulo IV-1 del D.R. 010 realizado por el IMTA. Para calcular el costo total de la rehabilitación de la red de distribución, primero se obtuvieron los costos unitarios por tipo de canal, debido a que la red tiene canales de diferentes tipos de sección transversal, para cada tipo se obtuvo el costo de rehabilitación por metro lineal de canal, de acuerdo a las condiciones predominantes y el costo del suministro y colocación del concreto para el revestimiento de los canales. 4

5 En la siguiente figura se muestra la proporción en que se encuentra el estado de conservación de la red de canales del módulo. Figura 3.- Estado de conservación de la red de canales del módulo Los precios unitarios varían de acuerdo al tamaño de la sección transversal; los costos van desde 2, pesos para los canales de sección más pequeña hasta 3, para los canales con la sección transversal más grande. Con los costos unitarios calculados y con las longitudes desglosadas para cada uno de los canales que conforman la red de distribución, se calculó el costo de la reposición del revestimiento. En total la propuesta de rehabilitación de la red de canales requiere una inversión total de 389,389,299.9 pesos. El modulo cuenta con una superficie de 15,428 ha regables y todas se beneficiarían con la modernización por lo que el costo unitario de esta alternativa sería de 25,239.1 $/ha. Entubamiento de la red de distribución completa En esta alternativa de modernización consiste en sustituir la red de canales por una red de tubería, conservando la misma forma, es decir, las líneas de tubería seguirían el trazo de los canales y las tomas se ubicarían en el mismo lugar donde se encuentran las tomas granja actuales. Para la construcción de la red de tubería se utilizarían tres tipos de material aprovechando las ventajas propias de cada uno: Tubos de PVC, para diámetros entre 250 y 630 mm, con las siguientes ventajas: precios competitivos, amplia disponibilidad comercial en tubos y accesorios de estos diámetros, facilidad de transporte e instalación, y sencillez en la reparación de fugas por mantenimiento correctivo. 5

6 Tubos de Polietileno de Alta Densidad, para diámetros de 26 a 52 ( mm), con las ventajas de precios competitivos, gran resistencia a la erosión, durabilidad y resistencia a la intemperie. Tubos de Poliéster Reforzado con Fibra de Vidrio, para diámetros > 1200 mm, disponibles comercialmente en grandes diámetros, mayor hermeticidad que el concreto y menores perdidas por fricción. Figura 4.- Red abierta que sustituye los canales en su totalidad Para conocer el monto de la inversión necesaria para esta alternativa, se calculó la red de tuberías que sustituirían a la red de canales y se elaboró el catálogo de conceptos, la inversión necesaria es de 353,145, pesos lo que equivale a una inversión de 22, pesos/ha. Rehabilitación de laterales con entubamiento del resto de la red del módulo En esta alternativa de modernización es una combinación de las dos anteriores consiste en rehabilitar los canales laterales y sustituir los canales sublaterales, ramales y subramales por tuberías siguiendo el trazo actual de la red de distribución. 6

7 Para la construcción de las líneas de tubería se utilizarán las mismas tuberías descritas en el apartado anterior. El costo de esta alternativa de modernización se describe en el siguiente cuadro Tabla 1. Costos de la alternativa Concepto Costo ($) Rehabilitación de canales Laterales 210,158, Sustitución por tubería de los canales Sublaterales, Ramales y Subramales 133,276, Total 343,435, Para esta alternativa la inversión necesaria son 343,435, pesos, lo que en términos unitarios es una inversión de 22,260.5 pesos/ha. Entubamiento y cierre de circuitos Para configurar la red de distribución cerrada se siguió el mismo procedimiento que en la red abierta se efectuó la simulación de su comportamiento hidráulico con EPANET y se efectuó el procedimiento de ajuste y optimización de diámetros hasta conseguir resultados óptimos en cuanto a desempeño hidráulico y costo. La red resultante se muestra en la figura 5. 7

8 Figura 5.- Red entubada con circuitos cerrados Resumen de costos de alternativas A manera de resumen y con el propósito de comparar las inversiones necesarias para las diferentes alternativas. En la siguiente tabla puede observarse los montos de las inversiones requeridas. Tabla 2.- Costo de las alternativas de modernización del módulo Opción Costo $ Rehabilitación de canales 389,389, Red abierta de tubería 353,145, Red cerrada de tubería 367,957, Rehabilitación de laterales e instalación de tubería en Sublaterales y sus derivaciones 343,435, Como puede observarse la alternativa más costosa es la rehabilitación de canales con millones de pesos y la más barata es la alternativa de rehabilitar los canales laterales y cambiar por tubería los canales Sublaterales, Ramales y Subramales con un costo de 8

9 millones de pesos. La diferencia es de al menos 13%, por lo que es más importante considerar las ventajas y desventajas de cada opción al realizar una elección. La alternativa que se propone es la segunda más cara pero es la que tiene mayores ventajas operativas, su costo es de millones de pesos lo que la ubica millones de pesos por debajo de la alternativa más cara y millones de pesos por arriba de la alternativa más barata, lo que la ubica en un costo intermedio, con fuertes ventajas en la operación incrementando su flexibilidad y con disminución notable de las pérdidas por conducción y operación. Análisis costo - beneficio El análisis económico de la propuesta de modernización, se basa en la comparación de dos escenarios, sin proyecto y con proyecto en los 15 años posteriores a la inversión que serían el periodo de vida útil de la de toda la infraestructura construida sin necesidad de mantenimiento correctivo. El escenario sin proyecto, es una proyección de la tendencia que ha tenido el módulo a partir del ciclo agrícola hasta el ciclo agrícola para los próximos 15 ciclos agrícolas. En futuros ciclos agrícolas se consideran similares las eficiencias de conducción y aplicación del agua a los cultivos, y se mantiene el rendimiento promedio que se obtuvo en los ciclos de referencia; en cuestiones económicas, los costos de producción y el valor de la producción se actualizan por efecto inflacionario a razón de 6.4% anual. El escenario con proyecto, considera el principal beneficio de la modernización, el rescate del volumen de agua que se pierde por conducción, desde los puntos donde el módulo recibe el agua, hasta las parcelas. Con este volumen rescatado se propone el incremento de superficie regada del principal cultivo, y de los tres cultivos que han generado mayor utilidad por unidad de superficie, con la siguiente proporción: 55% del volumen rescatado sería para incrementar la superficie de maíz que es el principal cultivo del módulo, 15% para aumentar la superficie de tomate de exportación, 15% para acrecentar la superficie de chile y 15%para Berenjena; estos tres últimos cultivos son los que generaron mayor utilidad por unidad de superficie según las estadísticas de los ciclos agrícolas del año 2000 hasta el año En el aspecto económico, los costos de producción y el valor de la producción se actualizan por el efecto inflacionario a una tasa del 6.4% anual, de la misma manera que en el escenario anterior. En la siguiente Tabla 3, se muestran los datos resultado de la aplicación del esquema con sin proyecto proyectado del ciclo agrícola hasta el ciclo

10 Tabla 3.- Flujo de efectivo Ciclo Agrícola Año Utilidad sin proyecto utilidad con proyecto Diferencia INVERSIÓN Análisis y discusión de resultados Con los datos da la tabla anterior se calculan la TIR, al Valor Actual Neto y la Relación Benéfico Costo. Tabla 4.- Indicadores económicos del proyecto Concepto Valor Tasa interna de retorno (TIR) 26.5% Valor Actual Neto (VAN) 1, millones de pesos Relación Beneficio Costo 3.11 (RBC) Los indicadores económicos demuestran que el proyecto es rentable, la inversión se recupera entre el cuarto y quinto año y tanto la TIR como la RBC tienen valores más que aceptables. Esto indica que es mejor entubar los canales que rehabilitarlos con la reconstrucción de sus losas ya que el entubado además de tener pérdidas en la conducción y el manejo del agua mucho menores, permite de manera más natural el establecimiento de sistemas de riego más eficientes como goteo y microaspersión que permiten el establecimiento de cultivos más rentables. 10

11 El manejo de los sistemas de riego presurizados en redes de distribución de canales es factible, pero su operación de forma correcta se dificulta ya que una de las razones por la que estos sistemas son productivos es que realizan pequeños riegos de forma frecuente, que, siendo abastecidos por los actuales canales abiertos permiten desperdicio de agua que se iría a los drenes. Aquí cabe aclarar que para cambiar la forma de operar los canales del esquema actual hacia aguas abajo a hacia aguas arriba, para facilitar su operación, se requiere rediseño y reconstrucción. Conclusiones Es de mencionarse que el entubamiento tiene costos relativamente altos; sin embargo, estos costos han bajado con el uso de materiales más económicos como son el PVC, el polietileno de alta densidad (PEAD) y el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) en sus diferentes modalidades. El uso de estos materiales hace que para cierto límite de tamaño de tuberías, sea incluso más económico que la construcción o reconstrucción de canales, además de las ventajas de los entubados como el agua rescatada, bajo mantenimiento y mejora en la operación. Buena parte de la red de distribución de los módulos de riego del país se encuentra en malas condiciones, por lo que el entubamiento es una alternativa con ventajas operativas y que facilita el cambio de sistemas de riego por gravedad a sistemas presurizados; esto permite incrementar tanto calidad como cantidad de los productos agrícolas de alto valor como lo son muchas hortalizas. El entubamiento es una alternativa cada vez más usada por sus ventajas; sin embargo requiere de un análisis económico en cada caso, ya que en muchos casos los canales siguen siendo los más apropiados. Referencias Bibliográficas Castillo, G., Jorge A. (2013). Plan de acciones para el uso sustentable del agua de riego y el incremento de la productividad del módulo. Informe de proyecto, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Jiutepec, Morelos, México. Novelo, M., Soto, E. y Osuna, L. (2011). Criterios Técnicos en la Evaluación de Proyectos, Fideicomisos Instituidos en Relación con la Agricultura (FIRA), FIRA Boletín de educación financiera, Banco de México, agosto de 2011, Morelia, Michoacán, México. De León, B., Ángeles, J.M. (2007), Manual para diseño de zonas de riego pequeñas, Instituto Mexicano de Tecnología del Agua (IMTA), Jiutepec, Morelos, México. Cuadra, J., y Ángeles, J.M. (2002). Manual para la elaboración y revisión de proyectos ejecutivos se sistemas de riego parcelario, Comisión Nacional del Agua, México Distrito Federal, México. 11