Diseño de Riego por Goteo para Cacao en Honda-Tolima

DISEÑO DE UN SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO PARA EL
CULTIVO DE CACAO EN HONDA-TOLIMA
SANTIAGO ALBERTO VANEGAS MADRIÑÁN
CÓD. 313064
JENNY ANDREA CHACÓN
CÓD.: 313507
KEVIN ALEXANDER SANABRIA
CÓD.: 3140
BRAYAN DANIEL MELO
CÓD.: 3140
INFORME PRESENTADO A:
HAROLD TAFUR HERMANN
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE PALMIRA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN
PALMIRA, NOVIEMBRE 2017
CONTENIDO
Pág.
1.
2.
INTRODUCCIÓN.......................................................................... 6
OBJETIVOS…………………………….......................................... 6
2.1 OBJETIVO GENERAL…………………......................................... 6
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS……………....................................... 6
3 MARCO TEÓRICO ....................................................................................... 7
3.1 LA TEMPERATURA……………………......................................... 7
3.2 EL SUELO .................................................................................... 7
3.3 Ph ................................................................................................. 7
3.4 PLANTACIÓN…............................................................................ 7
4 DISEÑO AGRONÓMICO .............................................................................. 8
4.1 DATOS .......................................................................................... 8
4.2 PRUEBA DE INFILTRACIÓN POR MEDIO DEL GOTERO DE
MARIOTTE…................................................................................. 8
4.3 EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO (𝑬𝑻𝑪).......................... 8
4.4 LÁMINA DE AGUA RÁPIDAMENTE APROVECHABLE (𝑳𝑨𝑹𝑨) Y
FRECUENCIA DE RIEGO ((𝒇𝒓) .................................................. 9
4.5 LAMINA BRUTA(𝑳𝒃) .................................................................... 9
4.6 TIEMPO DE POSICIÓN ............................................................... 9
4.7 DIMENSIONES DEL LOTE ........................................................ 10
4.8 PLANO DE LA HACIENDA LUZ DEL SOL ................................ 10
4.9 PERIODO DE RIEGO (𝑷𝒓) ........................................................ 11
5 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA .......................................................... 12
6 SEPARACIÓN DE EMISORES .................................................................. 13
7 SELECCIÓN DEL GOTERO....................................................................... 13
8 SELECCIÓN DE TUBERÍA LATERAL ....................................................... 14
8.1 CALCULO DE LA VARIACIÓN MÁXIMA DE LA PRESIÓN ….. 14
8.2 CÁLCULO DEL FACTOR DE CHRISTIANSEN ........................ 15
8.3 PÉRDIDAS EN LA TUBERÍA LATERAL ................................... 15
9 SELECCIÓN DE LA TUBERÍA DEL MÚLTIPLE O TERCIARIA ............... 17
10 SELECCIÓN DE LA TUBERÍA SECUNDARIA ......................................... 20
11 SELECCIÓN DE LA TUBERÍA PRINCIPAL .............................................. 21
12 SELECCIÓN DE LA MOTO BOMBA ........................................................ 22
12.1
BOMBA SELECCIONADA ............................................. 23
12.2
CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA SELECCIONADA 23
12.3
APLICACIONES DE LA BOMBA SELECCIONADA ....... 23
12.4
POTENCIA NETA ........................................................... 23
12.5
EFICIENCIA DE LA MOTO BOMBA .............................. 24
12.6
POTENCIA BRUTA ........................................................ 24
12.7
POTENCIA BRUTA-BRUTA .......................................... 24
13 COSTOS DEL PROYECTO ..................................................................... 26
14 COSTOS POR HECTÁREA .................................................................... 26
15. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 27
TABLAS
Pág.
Tabla 1. Datos de Campo .................................................................................. 7
Tabla 2. Datos obtenidos por el Gotero de Mariotte ........................................... 7
Tabla 3. Dimensiones del Lote ......................................................................... 10
Tabla 4. Tiempo de posición ............................................................................ 11
Tabla 5. Diseño hidráulico ................................................................................ 10
Tabla 6. Especificaciones del emisor .................. ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 7. Caudales para aspersor, lateral y múltiple (sistema).......................... 14
Tabla 8. Conexiones del gotero ....................................................................... 15
Tabla 9. Especificaciones de la Tubería Lateral............................................... 16
Tabla 10. Algunas especificaciones ................................................................. 18
Tabla 11. Especificaciones de la Tubería Múltiple ........................................... 19
Tabla 12. Especificaciones de la Tubería Secundaria ..................................... 19
Tabla 13. Especificaciones de la Tubería Principal .......................................... 21
Tabla 14. Pérdidas totales del sistema ............................................................ 21
Tabla 15. Datos para calcular NPSHD ............................................................. 24
Tabla 16. Costos Generales del Proyecto ........................................................ 25
ILUSTRACIONES
Pág.
Ilustración 1. Especificaciones del Lote ........................................................... 10
Ilustración 2. Posiciones realizadas en el primer día de riego ......................... 12
Ilustración 3.Posiciones realizadas en el segundo día de riego ....................... 12
Ilustración 4. Emisor Seleccionado .................................................................. 14
Ilustración 5. Múltiple con los 48 Laterales ...................................................... 18
Ilustración 6. Distribución en campo del sistema de Riego por goteo. ............ 21
Ilustración 7. Bomba seleccionada .................................................................. 23
Ilustración 8. Curva de eficiencia de la bomba seleccionada........................... 24
Ilustración 9. NPSH requerido ......................................................................... 25
INTRODUCCIÓN
El uso racional del agua dentro de los sistemas de riegos es de vital importancia,
especialmente para zonas donde las precipitaciones son limitadas y el acceso al
recurso hídrico es muy bajo, siendo costos muy elevados en la compra del agua,
además de la baja disponibilidad de este, lo que produce que sea necesario el
manejo óptimo de este.
Una alternativa para la implementación de riego más eficiente es el riego
localizado (por goteo), el cual consiste en unos emisores, los cuales pueden ser
micro aspersores o goteros, los cuales tienen bajos caudales pero están
ubicados en cada planta para llevar el agua donde es estrictamente necesario
su uso, esto ayuda a que se desperdicie agua innecesariamente y también a que
el agua sea mejor asimilada en el suelo pasando a tener eficiencias del 30% en
el caso de riego por gravedad a una de 90% para el riego localizado (goteo).
El siguiente proyecto se realizó con el fin de implementar un riego por goteo para
un cultivo de cacao de 4 hectáreas en la Hacienda La Victoria Onda-Tolima.
1. OBJETIVOS
1.1.
OBJETIVO GENERAL
Elaborar un diseño de sistema de riego por goteo para el cultivo de tomate en la
hacienda La Victoria- Onda-Tolima.
1.2.
•
•
•
•
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar los cálculos para un sistema de riego adecuado para el cultivo de tomate,
de acuerdo a los requerimientos hídricos del cultivo y el agua disponible.
Elaborar el diseño para un sistema de riego por goteo dispuesto para un cultivo
de tomate en la zona geográfica de Onda-Tolima.
Seleccionar el aspersor o gotero adecuado, así como la tubería y distintos tipos
de accesorios.
Seleccionar la Motobomba adecuada para cubrir el caudal necesario.
5
2. MARCO TEÓRICO
El cacao (teobroma cacao) Árbol de tamaño mediano (5-8 m) aunque puede
alcanzar alturas de hasta 20 m cuando crece libremente bajo sombra intensa. Su
corona es densa, redondeada y con un diámetro de 7 a 9 m. Tronco recto que
se puede desarrollar en formas muy variadas, según las condiciones
ambientales.
Su fruto se destina principalmente en la elaboración de chocolate, además de su
uso para aromatizar galletas, helados entre otros.
2.1.
LA TEMPERATURA
El cacao no soporta temperaturas bajas, siendo su limite medio anual de
temperatura los 21 ºC ya que es difícil cultivar cacao satisfactoriamente con una
temperatura más baja. Las temperaturas extremas muy altas pueden provocar
alteraciones fisiológicas en el árbol por lo que es un cultivo que debe estar bajo
sombra para que los rayos solares no incidan directamente y se incremente la
temperatura.
La temperatura determina la formación de flores. Cuando ésta es menor de 21
ºC la floración es menor que a 25 ºC, donde la floración es normal y abundante.
Esto provoca que en determinadas zonas la producción de mazorcas sea
estacional y durante algunas semanas no haya cosecha, cuando las
temperaturas sean inferiores a 22 ºC.
2.2.
EL SUELO
El cacao requiere suelos muy ricos en materia orgánica, profundos, franco
arcillosos, con buen drenaje y topografía regular. El factor limitante del suelo en
el desarrollo del cacao es la delgada capa húmica. Esta capa se degrada muy
rápidamente cuando la superficie del suelo queda expuesta al sol, al viento y a
la lluvia directa. Por ello es común el empleo de plantas leguminosas auxiliares
que proporcionen la sombra necesaria y sean una fuente constante de
sustancias nitrogenadas para el cultivo.
2.3.
Ph
Cuenta con exigencias de p H que oscilan entre 4,0 y 7,0. Se puede decir que el
cacao es una planta que prospera en una amplia diversidad de tipos de suelo.
6
2.4.
PLANTACIÓN
El marco de plantación se establece en función del porte de la planta, que a su
vez dependerá de la variedad comercial cultivada. El más frecuentemente es de
4 metros entre líneas y 3 metros entre plantas.
3. DISEÑO AGRONÓMICO
3.1.
DATOS
Tipo de suelo
Wcc
Wpmp
Da
Dr
Prof. E. (mm)
Kc
Eficiencia
Eto (mm/d)
Etc (mm/d)
Franco arenoso
0.23
0,11
1,7
2,75
450
1,05
90%
4,7
4,94
Tabla 1. Datos de Campo
3.2.
PRUEBA DE INFILTRACIÓN POR MEDIO DEL GOTERO DE
MARIOTTE
Para iniciar se realiza una prueba con un gotero Mariotte para determinar el área
mojada y mediante esta hallar el radio húmedo así como la velocidad de
infiltración del suelo, una vez que se obtiene el área humedecida se ha
establecido. Los datos obtenidos fueron los siguientes:
Caudal
(Lpm)
Area
(m2)
velocidad
de
infiltración
(mm/hora)
0,035
0,15
14
Tabla 2. Datos obtenidos por el Gotero de Mariotte
3.3.
EVAPOTRANSPIRACIÓN DEL CULTIVO (𝑬𝑻𝑪)
7
Para el evapotranspiración de referencia, se tomaron datos obtenidos de
Cenicaña (para zona plana del Valle del Cauca) y posteriormente, ésta se
multiplica por el Coeficiente del cultivo (obtenido por literatura)
𝑬𝑻𝒄 = 𝐸𝑇0 ∗ 𝐾𝑐
𝑬𝑻𝒄 = 4.7 𝑚𝑚⁄𝑑í𝑎 ∗ 1.05
𝑬𝑻𝒄 = 4.94 𝑚𝑚⁄𝑑í𝑎
3.4. LÁMINA DE AGUA RÁPIDAMENTE APROVECHABLE
DE RIEGO (
Y FRECUENCIA
𝑓𝑟 = 3 𝑑𝑖𝑎𝑠.
𝐿𝐴𝑅𝐴 = 𝑓𝑟 𝑥 𝐸𝑡𝑐
𝐿𝐴𝑅𝐴 = 3 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑥 4.94
𝑓=
𝑚𝑚
= 14.82 𝑚𝑚
𝑑𝑖𝑎
𝐿𝐴𝑅𝐴
(𝑊𝑐𝑐 − 𝑊𝑝𝑚𝑝)𝐷𝑎 ∗ 𝑃𝑟𝑜𝑓𝐸𝑓
14.82 𝑚𝑚
𝑓 = (0.23−0.11)1.7∗450𝑚𝑚 =0.16
3.5.
LAMINA BRUTA
Para riego por goteo se utilizó una eficiencia
𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =
𝐿𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 =
3.6.
del 90%
𝐿𝐴𝑅𝐴
𝐸𝑓.
14.82 𝑚𝑚
= 16.47 𝑚𝑚
0.90
.
TIEMPO DE POSICIÓN
8
𝑇𝑟 =
16.47𝑚𝑚
𝑚𝑚 = 1.18 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
14
ℎ𝑜𝑟𝑎
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝑫𝒆 𝑷𝒐𝒔𝒊𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟏. 𝟏𝟖𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔 + 𝟎. 𝟏𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔 = 𝟏. 𝟑 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔
3.7. SEPARACIÓN DE EMISORES
Se escoge un gotero autocompensado de 2.0 lph (presión de
m.c.a.) con un traslape de 30%
𝑆𝑒 = Rh (2 − 𝑇)
𝑆𝑒 = 0.25 (2 − 0.30)
𝑆𝑒 = 0.49𝑚
trabajo
de
8
𝐿𝑇 = 𝑇 × 𝑅𝐻
𝐿𝑇 = 0.3 × 0.25𝑚
𝐿𝑇 = 0.065 𝑚
Se busca regar con dos anillos, los cuales rieguen una franja alrededor del árbol que
pueda ser ubicada entre los 50 cm en adelante hasta llegar donde permita llegar la
separación de los aspersores y se calcula de la siguiente manera:
Primera línea de aspersores= 50cm+Rh= 50cm+25cm=75 cm
Segunda línea de aspersores=Primera línea+ Se= 75cm+49cm= 118cm
Ahora para calcular el número de emisores en el primer anillo se obtiene que
#𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠𝑅1 =
𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑆𝑒
=
2𝜋(75𝑐𝑚)
49
𝑐𝑚
𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟
= 9 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠
9
Despues para calcular el número de emisores en el segundo anillo se obtiene que
#𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠𝑅2 =
𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜
𝑆𝑒
=
2𝜋(118𝑐𝑚)
49
𝑐𝑚
𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟
= 15 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠
# Total de emisores por arbol= #𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠𝑅1 + #𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠𝑅2 = 9𝑒𝑚. +15𝑒𝑚. =
24 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠
# Total de emisores por lateral= #total de emisores por árbol x # arboles:
24𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠
𝑥 15 𝑎𝑟𝑏𝑜𝑙𝑒𝑠 = 352 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑜𝑟𝑒𝑠
𝑎𝑟𝑏𝑜𝑙
Longitud del lateral (m)
Distancia entre laterales (m)
Longitud del múltiple (m)
Emisores por lateral
N. laterales por módulo
N. de emisores por módulo
N. módulos totales
N. emisores totales
N. laterales totales
46
4
48
352
12
4180
18
66880
204
Tabla 3. Diseño hidráulico.
3.7.
DIMENSIONES DEL LOTE
Para la distribución en campo, se tuvieron en cuenta las siguientes dimensiones del
lote:
Distancia entre laterales (m)
Longitud del lateral (m)
Emisores por lateral
N. laterales por módulo
N. Módulos totales
N. laterales totales
Ancho del módulo (m)
Longitud del módulo (m)
4
46
352
12
18
204
48
46
Tabla 3. Dimensiones del Lote
3.8.
PLANO DE LA HACIENDA LA VICTORIA.
10
Ilustración 1. Especificaciones del Lote
3.9.
PERIODO DE RIEGO
# Total de posiciones
18
# Posiciones simultáneas
1
Horas laborales
8
Tiempo de posición
1.3h
Tabla 4. Tiempo de posición
𝑃𝑟 =
# 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠
(
) ∗ # 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑒𝑎𝑠
𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐷𝑒 𝑃𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛
𝑃𝑟 =
18 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
= 3 𝑑𝑖𝑎𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
8
𝑑𝑖𝑎 ) ∗ 1 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑐𝑖ó𝑛
(
1.3ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
11
El resultado del periodo de riego fue satisfactorio, ya que éste tiene que ser menor o
igual a la frecuencia de riego escogida (4 días).
4. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
•
Primer día de Riego
Ilustración
2. Posiciones realizadas en el primer día de riego
•
Segundo día de Riego
12
Ilustración 3.Posiciones realizadas en el segundo día de riego
7.1.
CALCULO DE LA VARIACIÓN MÁXIMA DE LA PRESIÓN
Se acepta que todas las perdidas de presión en el modulo son del 55% para perdidas
en el lateral y el 45% restante se debe perder en el modulo
𝑑ℎ =
ℎ𝑓𝑚𝑎𝑥 =
0,1 ∗ ℎ
𝑥
0,1 ∗ 8
= 10 𝑚𝑐𝑎
0.08
Es decir la variación de presión en los emisores no debe sobrepasar el valor
0.1h; para nuestro caso no debe sobrepasar de 10 m.c.a, esta variación también
X se interpreta como la variación de presión en el módulo.
En la siguiente tabla se muestran los caudales de aspersor, lateral y del sistema en
las diferentes unidades.
13
l/h
Q del emisor
2
Q del lateral
1290
Q múltiple 23577.4
l/s
gpm
𝒎𝟑⁄𝒔
0.000055 0.0089 0.000000055
0.36
6.549
5.73
𝒎𝟑⁄
𝒉
0.0002
0.00036
1.29
103.806 0.006549
23.57
Tabla 7. Caudales para aspersor, lateral y múltiple (sistema).
7.2.
CÁLCULO DEL FACTOR DE CHRISTIANSEN
Para el cálculo del factor de Christiansen se utiliza la siguiente ecuación:
Donde:
m(constante=1.852
n(# de aspersores por lateral)=645
𝐹=
(1 + 1.852)0.5
1
1
+
+
= 0.35
1.852 + 1 2(645)
6(645)2
El primer emisor tiene la misma distancia de los demás goteros, por ello F=1. Donde:
7.3.
PÉRDIDAS EN LA TUBERÍA LATERAL
Longitud
del 48
lateral (m)
# de Goteros
645
)
)
1290
0.36
) 5.73
14
Para conocer la presión máxima permitida por el lateral, se utiliza la ecuación de
pérdidas máximas permisibles:
ℎ𝑓𝑚𝑎𝑥 =
0,055 ∗ ℎ
0,055 ∗ 8
=
= 5,5𝑚𝑐𝑎
𝑥
0,08
Para calcular el caudal del lateral se hizo de la siguiente manera:
𝑄𝐿 = # 𝑔𝑜𝑡𝑒𝑟𝑜𝑠 ∗ 𝑄𝑔
𝑄𝐿 = 645 ∗2 𝐿⁄ℎ = 1290 𝐿⁄ℎ
Después de tener las máximas perdidas permisibles se procede a buscar las
pérdidas en la tubería, teniendo en cuenta varios factores, entre ellos es la
longitud equivalente por las pérdidas de presión en la inserción de emisores en
los laterales. La cual se halla basándose en la siguiente información:
“Cuando los emisores se conectan sobre el lateral como se presenta en el
esquema de la figura, la longitud equivalente de los emisores puede calcularse
con las expresiones que a continuación se presentan, las cuales dependen solo
del diámetro interno del lateral y del valor “a” (espesor de la conexión del emisor
que penetra en el lateral). Ese valor “a” está estimado como en la siguiente tabla”:
CONEXIÓN
Valores de “a” (mm)
Grande
7,6
Estándar
5,0
Pequeña
3,6
Tabla 8. Conexiones del gotero
Valores de “a” en mm, según el tamaño de la conexión. (Tomado de Da Silva et al)
El valor de “Le” se calcula por medio de la siguiente ecuación ya que tiene una conexión
estándar:
Estándar, Donde D= diámetro interno del lateral en mm.
Luego se busca un diámetro de tubería cuyas pérdidas, incluyendo el factor de
Christiansen no superen 1.375 m.c.a.
•
Para la velocidad en la tubería se utilizó la siguiente ecuación:
15
•
Para las pérdidas por fricción en una tubería, se puede aplicar el modelo de HazenWilliams
Donde:
hf = pérdidas por fricción en m;
Q = caudal de la tubería en lps;
C = coeficiente o factor de fricción
de H-W (120 para polietileno de
baja densidad:
(PEBD y 150 para PVC)
D =diámetro interno de la tubería en mm.
•
Para el hallar el gradiente de pérdida unitaria para un lateral con emisores se hace
con la ecuación (J’):
Donde:
𝐽′ = Gradiente de pérdida unitaria de carga unitaria para un lateral con emisores 𝑚⁄𝑚
en sistemas RLAF.
𝐽 = Gradiente de pérdidas por fricción en la tubería lateral de sistemas RLAF.
𝑆𝑒 = Separación de emisores en el lateral (m).
•
Finalmente las pérdidas calculadas por H-W se multiplican por el Factor de
Cristiansen en cuestión
TUBERÍA LATERAL POLIETILENO
Diámetro
nominal
(mm)
16
18
20
Diámetro
interior
(mm)
14
15.5
17.4
Velocidad (m/s) Le
0.8864 0.1360
0.7231 0.1124
0.5738 0.0905
hf (mca) J
6.7341
4.1005
2.3341
J'
Hf
0.1120 0.1509 9.0561
0.0682 0.0878 5.2698
0.0388 0.0478 2.8705
Hf x F(real)
3.2049
1.8650
1.0159
Tabla 9. Especificaciones de la Tubería Lateral.
Para este caso el diámetro nominal que cumple este requerimiento es el de 20 mm.
16
8. SELECCIÓN DE LA TUBERÍA DEL MÚLTIPLE O TERCIARIA
El múltiple es una tubería que se comporta de forma similar a un lateral, desde el
punto de vista hidráulico, porque también tiene salidas múltiples, que son los
laterales.
Ilustración 5. Múltiple con los 48 Laterales
.
Si se mantiene el criterio de que en el lateral se pierde el 55% de las pérdidas
por fricción del módulo y el restante 45% se pierde en el múltiple, se puede
establecer que las máximas pérdidas permisibles del múltiple sean la diferencia
entre las pérdidas máximas del módulo y las del lateral:
Donde:
.
.
.
Para el diseño de las tuberías del múltiple se tuvieron en cuenta los datos que se
presentan a continuación:
Caudal Múltiple
Caudal Lateral
23577.4
491.2
17
Numero laterales múltiple
Longitud múltiple (m)
Longitud Equivalente (m)
Longitud total múltiple
dh (mca)
48
72
1.76
73.76
2.5
Exponente del emisor
0.4
h
Máximas perdidas
permisibles (mca)
Máximas perdidas
permisibles (psi)
10
1.5
2.3
Tabla 10. Algunas especificaciones
El caudal del múltiple está dado por:
Y la longitud del múltiple se da:
Para el cálculo de la longitud equivalente (Le) por la conexión de los laterales al
múltiple se utilizará el modelo propuesto por Montalvo (2001), adaptado de
Howell y Barinas (1978):
Donde:
Asumiendo diámetros comerciales de Polietileno Acuaflex PAVCO (RDE 26) se
proceden a calcular las pérdidas por Hazen-Williams, a lo que resulta un valor
de 1.8464 mca que resultarían ser un poco mayores a 1.5 mca. Pero la
velocidad cumple lo cual se sigue escogiendo el diámetro de 90 mm.
18
TUBERÍA MÚLTIPLE POLIETILENO ACUAFLEX RDE 26 (87 PSI)
Diámetro nominal Diámetro interior (mm) Velocidad (m/s) Hf (mca)
(mm)
75
69.2
1.7414
4.4764
90
83
1.2105
1.8464
110
101.6
0.8078
0.6897
Tabla 11. Especificaciones de la Tubería Múltiple
El primer criterio que se tuvo en cuenta fue el que cumpliera con la velocidad,
que ésta no sobrepasara de los 2 − 2.5 𝑚⁄𝑠, la velocidad se verifica para el
modulo más crítico de 516.8 m la cual da 1.2105 𝑚⁄𝑠, y el segundo criterio
implementado es que las pérdidas máximas por fricción no superen los 10 psi o
6.8 mca y para este caso solo llega 1.8464 mca.
Para hallar esta velocidad se usó la siguiente ecuación:
9. SELECCIÓN DE LA TUBERÍA SECUNDARIA
Se realiza un procedimiento similar al anterior pero para la selección de la tubería
secundaria se asumen diámetros comerciales de Polietileno Acuaflex PAVCO
(RDE 26) se proceden a calcular las pérdidas por Hazen-Williams teniendo en
cuenta la longitud de ésta, desde el punto más crítico hasta su conexión con la
tubería principal (259m).
Los resultados fueron los siguientes:
TUBERÍA SECUNDARIA POLIETILENO ACUAFLEX RDE 26 (87 PSI)
Diámetro nominal
Diámetro interior (mm)
Velocidad (m/s)
Hf (mca)
(mm)
75
69.2
1.7414
15.7193
90
83
1.2105
6.4840
110
101.6
0.8078
2.4220
Tabla 12. Especificaciones de la Tubería Secundaria
La selección del diámetro escogido se basó tanto en que la velocidad, que ésta
no sobrepasara de los 2 − 2.5 𝑚⁄𝑠, como también en que las pérdidas por fricción
no sobrepasen los 6.8 mca.
10. SELECCIÓN DE LA TUBERÍA PRINCIPAL
19
La tubería principal se compone de la longitud desde la conexión de la bomba hasta la
última conexión que se tenga de la tubería secundaria.
Ilustración 6. Distribución en campo del sistema de Riego por goteo.
Para el gradiente de pérdidas (𝐻𝑓) se obtuvo mediante el catálogo de Durman
de acuerdo al RDE trabajado, las perdidas por longitud (ℎ𝑓) se calcularon por la
siguiente ecuación:
Longitud de la tubería principal: 248m.
La velocidad igualmente se verificó con el caudal que manejará el múltiple (o
sistema) y el área transversal de la tubería (obtenida por el diámetro interior de
ésta).
Los resultados fueron los siguientes:
TUBERÍA PRINCIPAL PVC DURMAN RDE 51 (80 PSI)
Diámetro nominal Diámetro interior (mm) Velocidad (m/s)
(mm)
3
85.4
1.1434
4
109.65
0.6936
6
161.68
0.3190
Hf (mca)
3.5746
1.0582
0.1597
20
Tabla 13. Especificaciones de la Tubería Principal.
La selección del diámetro escogido se basó tanto en que la velocidad, que ésta
no sobrepasara de los 2 − 2.5 𝑚⁄𝑠, como también en que las pérdidas por fricción
no sobrepasen los 6.8 mca.
11. SELECCIÓN DE LA MOTO BOMBA
Para la selección de la motobomba se suman las pérdidas de todos los
implementos que son utilizados en el diseño por goteo como se muestra en la
siguiente tabla:
Hidrociclon (mca)
3
filtro de malla(mca)
4
Venturi(mca)
3
filtro de anillos(mca)
4
manómetros(mca)
1
Hemisor (mca)
10
Hflat (mca)
0.4063
Hf multiple(mca)
0.6897
Hf secundaria (mca) 6.4840
Hf principal (mca)
3.5746
Hs (mca)
3
Tabla 14. Pérdidas totales del sistema
Una vez obtenida la sumatoria de las pérdidas expuestas anteriormente, se tiene
la carga dinámica total procede a multiplicarlas por el 10% que sería la
equivalencia a los accesorios en el sistema.
1,1
Hf acces (mca)
A continuación se presenta una tabla con las diferentes unidades de la carga dinámica
total obtenida:
CDT (mca) 43.07
CDT (psi)
CDT (ft)
63.31
141.26
11.1. BOMBA SELECCIONADA
En base al caudal requerido y la CDT, se escogió la siguiente Motobomba:
21
Ilustración 7. Bomba seleccionada
11.2. CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA SELECCIONADA
− Construida en hierro, bomba tipo caracol de alta presión.
− Rotor cerrado de caudal o presión en hierro, más durable.
− Carcasa roscada ubicable en 4 posiciones
− Obturación por sello mecánico
− Motor monofásico “capacitor start”, tipo americano, de alto par de arranque.
− Para trabajo continuo
11.3. APLICACIONES DE LA BOMBA SELECCIONADA
− Elevación de agua en edificios, tanque bajo - tanque alto
− Equipos de presurización de redes
− Transferencia de líquidos
− Sistemas de enfriamiento y recirculación de agua
− Limpieza y lavado a presión − Riego por
aspersión o goteo.
− Fuentes de agua
11.4. POTENCIA NETA
3.419 𝐶𝑉 = 3.367 𝐻𝑃
11.5 EFICIENCIA DE LA MOTO BOMBA
Para el cálculo de la eficiencia se hizo ubicando en la gráfica siguiente el caudal
del sistema
equivalen a
y la carga dinámica
. Lo que nos da una eficiencia del 70%.
lo que
22
Ilustración 8. Curva de eficiencia de la bomba seleccionada
11.5. POTENCIA BRUTA
La potencia bruta se calcula mediante la ecuación:
4
.
11.6. POTENCIA BRUTA-BRUTA
Por ser una motobomba (con motor incluido) se debe tener en cuenta que el catálogo
expone la eficiencia total que tiene la máquina, sin embargo en el manual, se expone la
eficiencia que tiene dicho motor incorporado. Por ello, se procede a calcular la Potencia
Bruta-Bruta
23
Cuando se escoge la bomba se debe tener en cuenta el
El cálculo de NPSHD se realizó teniendo en cuenta los siguientes datos de la tabla
presentada y reemplazándolos en la ecuación:
Gradiente de pérdidas
(RDE 51) de 3”
Presión atmosférica
Presión de Vapor a
28°C
Altura de succión
escogida
0.0115 m
9.799 mca
0.385 mca
3m
Tabla 15. Datos para calcular NPSHD
Con el caudal de sistema 103.8 galones
por minuto se gráfica y se obtiene un
Ilustración 9. NPSH requerido
Se cumple la anterior condición nombrada
12. COSTOS DEL PROYECTO
COSTOS
Cantidad Precio unidad Precio Total
Total de goteros
132623
$120
$15,914,777
Tubería lateral (20mm) Rollo x 150m
51937
$250
$12,984,250
Tubería del múltiple (90mm) Rollo x 100m
1326
$280
$371,280
24
Tubería Sec. Polietileno (90mm) x 150m
607
$280
$169,960
Tubería Ppal (3") PVC x 6m
251
$9,515
$2,388,265
Uniones polietileno 20mm
864
$885
$764,640
Terminales polietileno 20mm
864
$600
$518,400
Uniones polietileno 90mm
18
$98,000
$1,764,000
Tapones polietileno 90mm
39
$60,800
$2,371,200
tapones PVC 3"
1
$83,000
$83,000
ventosas
22
$55,000
$1,210,000
válvula de doble compuerta
1
$570,000
$570,000
válvula de check
1
$645,300
$645,300
válvula de pie
1
$301,300
$301,300
Válvulas
18
$142,000
$2,556,000
Filtro de malla
1
$1,259,000
$1,259,000
filtro de anillos
1
$497,400
$497,400
hidrociclon
1
$406,800
$406,800
Venturi
1
$264,000
$264,000
Manómetros
2
$40,000
$80,000
Motobomba
1
$2,124,000
$2,124,000
Tabla 16. Costos Generales del Proyecto
13. COSTOS POR HECTÁREA
BIBLIOGRAFÍA
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NACIONAL DE COLOMBIA Sede Palmira.
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