Ingemecanica.com-Cálculo de Una Instalación de Riego Por Goteo(1)

7/25/2019 Ingemecanica.com-Clculo de Una Instalacin de Riego Por Goteo(1)

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Clculo de una Instalacin de Riego por Goteo

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- Tutorial N 207 -

ndice de contenidos:

1- Introduccin

1.1- Generalidades

1.2- Ventajas e inconvenientes

2- Componentes del sistema

2.1- Emisores o goteros

2.2- Red de distribucin de tuberas

2.3- Filtros

2.4- Equipo de Fertirrigacin

2.5- Vlvulas

2.6- Equipo de bombeo

3- Datos de partida

3.1- Emplazamiento de la parcela de cultivo

3.2- Estimacin de las necesidades de agua

4- Calculo de la instalacin de riego

4.1- Pozo de suministro y red de distribucin de agua

4.2- Dimensionado de tuberas y derivaciones

4.3- Prdidas de carga en la instalacin

4.4- Dimensionado del grupo de bombeo

Enlaces y Descargas:

A.1- Manual de Ingeniera para Bombas SP de Grundfos

A.2- WebCAPS de Grundfos - Seleccin y Dimensionamiento Online

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Introduccin

1.1- Generalidades

Uno de los sistemas de riego ms extendido y empleado, debido a su eficacia y al ahorro de agua que se consigue, es elsistema de riego localizado por goteo.

En una instalacin de riego por goteo se pueden distinguir, a grandes rasgos, los siguientes componentes:
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- el grupo de bombeo de agua: que comprende, adems de la bomba de agua, la tubera de aspiracin de agua desde lafuente (pozo o depsito) y la tubera de impulsin a la salida de la bomba;

- el cabezal de la instalacin: que comprende un conjunto de aparatos destinados a tratar, medir y filtrar el agua, ademsde los dispositivos de inyeccin de fertilizantes;

- la red de distribucin de tuberas: que la forman por un lado las lneas principales y secundarias de distribucin quesuelen ir enterradas, y por otro lado, los ramales portagoteros que recorren por la superficie del terreno las hileras de

cultivo para la descarga del agua;

- los emisores o goteros: que son los elementos encargados de aplicar el agua a las plantas y que van insertados en losramales portagoteros a cada cierta distancia uno de otro, coincidiendo generalmente con la posicin de la planta.

En este tutorial se realizar, en primer lugar, un estudio por separado de los componentes principales que forman unainstalacin de riego por goteo, y a continuacin se realizar un caso prctico de clculo y diseo de una instalacin parauna parcela de terreno dedicada al cultivo del olivar.

1.2- Ventajas e inconvenientes

Debido a las innumerables ventajas, los sistemas de riego por goteo han alcanzado un gran desarrollo y aplicabilidad.Entre estas ventajas caben destacar las siguientes:

- sistema muy eficiente que permite un gran ahorro de agua, ya quelocaliza el riego justo donde estn las races de la planta, evitandoprdidas en la conduccin

- no necesitan de una supervisin o control constante

- los ciclos de regado se pueden ajustar a las necesidades del sueloy el cultivo

- se puede aplicar tcnicas de fertirrigacin, que permiten la

dosificacin del fertilizante en el momento que se necesita, demanera rpida y barata, sobre el propio flujo de agua.

Entre los inconvenientes ms destacables en los sistemas de riegopor goteo est el riesgo de obstruccin, tanto de los goteros como deotros componentes de la instalacin (filtros, dosificadores deabonos...), lo que obliga a instalar un eficiente sistema de filtrado querequiere de cierto labor de mantenimiento para mantenerlo lo mslimpio posible, con objeto de evitar prdidas de carga en lainstalacin y eficacia del propio sistema de filtrado.


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Los problemas de obstruccin pueden ser causados por la inclusin en el sistema de partculas de distinta naturaleza:

partculas orgnicas, tales como restos vegetales y animales, algas...

partculas minerales, tales como arena, limo, arcilla...

o precipitados qumicos, procedentes de restos de abonos y otros aditivos (herbicidas, insecticidas...).

Adems, las caractersticas del agua pueden agravar los riesgos deobstruccin del sistema de riego, como puedan ser el contenido de

sales disueltas, el pH del agua o la temperatura.

En este sentido, algunas caractersticas del agua como latemperatura son variables, de modo que cuando la temperatura delagua baja aumenta la probabilidad que se produzcan precipitacinde elementos que son solubles.

Mencin destacada merece el empleo de la tcnica de fertirrigacin,de mucha aplicacin en el sistema de riego por goteo. No obstante,la inyeccin de fertilizantes y abonos disueltos en la corriente deagua puede modificar sustancialmente algunas cualidades del aguade riego, aumentando los riesgos que se produzcan obstruccionesen la instalacin debida a precipitados e incrustaciones de restos de

fertilizantes.

A continuacin se realizar un estudio detallado de los principales elementos que constituyen un sistema de riego porgoteo.

2- Componentes del sistema

2.1- Emisores o goteros

Los emisores, tambin llamados goteros, son los dispositivos que insertados en la tubera portagoteros, sern losencargados de verter el agua al suelo en forma de gotas continuadas.

Los goteros ms utilizados son los de tipo botn, que van pinchados

directamente sobre el propio ramal portagoteros, como se ve en la figuraadjunta.

Su funcionamiento se basa en hacer pasar el agua a travs de pequeosorificios o laberintos por el interior del gotero lo que provoca una prdida decarga por friccin del agua, y que hace que la presin del agua a la salidadel gotero sea muy pequea, prcticamente cero.

De esta forma, los goteros son unos dispositivos que necesitan muy pocapresin en el flujo de agua para poder funcionar, manteniendo uncontinuado goteo de agua en el suelo.

Dependiendo de las medidas de paso a travs del gotero, existen distintos tipos de goteros que pueden descargar un

caudal de agua que puede oscilar entre 1 hasta los 10 litros/hora (l/h).

En otro orden de cosas, y dentro de la gran variedad de goteros existentes, estn los denominados goterosautocompensantes.


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Este tipo de goteros son capaces de mantener un caudal relativamente constante de descarga de agua siempre que lapresin del ramal donde va instalado el gotero se encuentre dentro de un determinado rango de presiones que fija elfabricante.

En el caso del gotero de la figura, ste es capaz de entregar un caudal constante de 8 l/h, siempre que el flujo de agua enel ramal portagoteros se encuentre en un rango de presiones de 5 hasta 40 metros de columna de agua (m.c.a.).

Esto es muy til cuando los ramales de tuberas donde van instalados los goteros son muy largos que pueden presentarmucha variacin de presin entre el comienzo y el final de la tubera, o en terrenos accidentados con muchos desniveles.

Pero en general, las presiones de trabajo para los goteros se situarn entre los 10 y 20 m.c.a., que son las presionesnormales de trabajo en las instalaciones de riego de cultivos.

En otro orden de cosas, el rgimen de funcionamiento de un gotero viene establecido por una formulacin del tipo:

q = khx

donde,

q es el caudal de descarga del gotero, en l/h (litros/hora)

k es un coeficiente adimensional que debe ser suministrado por el fabricante del gotero

h es la presin que tiene el agua a la entrada del gotero, expresada en m.c.a. (metros de columna de agua)

x es el exponente de descarga del gotero, que tambin debe ser suministrado su valor por el fabricante.

Este exponente de descarga (x) expresa la sensibilidad de los goteros a las variaciones de presin. Cuando su valor seaproxima a 1significa que el caudal del gotero vara mucho con los cambios de presin. Cuando el valor se aproxima acero significa que el caudal vara muy poco con las variaciones de presin, en cuyo caso el gotero se llamaautocompensante. Interesa, por tanto, que el exponente de descarga sea en todo caso bajo o prximo a cero. Valorestpicos de este exponente son los siguientes:

Emisores de orificio x= 0,5

Emisores de laberinto x= 0,5

Emisores tipo Vortex x= 0,4

Emisores autocompensantes x= 0...0,3

GoterosAutocompensantes


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Catlogo de productos

En la instalacin, objeto de este tutorial, se emplearn goteros autocompensantes como el modelo que se mostraba en lafigura anterior.

Este tipo de gotero puede descargar un caudal de agua de 8 litros/hora aproximadamente, para un rango de presiones de

5 a 40 m.c.a.

Como ya se indic, los goteros autocompensantes son especialmente recomendables en terrenos con grandes desnivelesdonde se producen grandes diferencias de presin, o cuando se emplean ramales de una gran longitud que originanmayores prdidas de presin, lo que hace variar la presin del agua entre el principio y la parte final de la tubera. De estamanera, el gotero autocompensante mantendr el caudal de descarga aunque se produzcan estas variaciones en lapresin.

Como inconveniente tienen que las variaciones extremas de temperatura pueden afectar a la membrana flexible queposeen en su interior para regular su funcionamiento, por lo que al cabo de cierto tiempo pueden perder su propiedadautocompensante.

Los fabricantes, debido a las tolerancias en la fabricacin de los goteros, proporcionan el llamado coeficiente de variacin

(C.V.), que tiene en cuenta el % de desviacin estadstica del caudal real respecto al caudal emitido por el gotero en losensayos estndar. Es decir, la posible variacin entre el caudal real que al final descarga el gotero respecto al nominal queaparece en sus caractersticas tcnicas.

En este sentido, los goteros se pueden clasificar en dos categoras:

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Categora A. Coeficiente de variacin inferior a 0,05 (CV

Categora B. Coeficiente de variacin comprendido entre 0,05 y 0,1 (5%


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diseo (PN) y su dimetro nominal (DN).

En las tuberas de plstico el dimetro nominal (DN) coincide con el dimetro exterior de la tubera.

No obstante, con frecuencia las tuberas de plstico se designan tambin por su dimetro en pulgadas. En este caso, sinembargo, el dimetro en pulgadas de la tubera equivaldr aproximadamente a su dimetro interior.

La correspondencia entre el dimetro nominal y dimetro en pulgadas para las tuberas de plstico se indica en lasiguiente tabla:

Tabla 1. Equivalencia entre dimetro nominal y dimetro en pulgadas

Dimetro nominal,DN (mm)

12 16 20 25 32 40 50 63 75 90

Dimetro en pulgadas (inch, in) 3/8 1 1 1 2 2 3

- Tuberas de PVC:

Las tuberas de PVC se clasifican segn varios Tipos y dentro de cada tipo, en Grados. Las de Tipo I son las que ofrecenmejor resistencia a la traccin y a los agentes qumicos.

Tubos de PVC para Riego y Uso Agrcola

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Catlogos de productos

Las ms empleadas para sistemas de conduccin y abastecimiento de agua son las tuberas de PVC, Tipo I, Grado I, conlas siguientes caractersticas:

- Gran resistencia a la corrosin y a los agentes qumicos; buena resistencia a la traccin y al golpe de ariete; buencomportamiento frente al envejecimiento, bajo coeficiente de friccin y poco peso.

- No pueden estar expuesta a la radiacin solar porque perjudica a sus propiedades mecnicas.

En general, las tuberas de PVC resisten poco a la radiacin solar y terminan degradndose si no se protegen. Por ello, sise emplean tuberas de PVC, stas debern ser enterradas en el terreno para protegerlas del sol y las inclemenciasatmosfricas.

Las profundidades mnimas recomendadas, segn el dimetro de la tubera son las siguientes:

50 cm para dimetros comprendidos entre 20 y 75 mm

65 cm para dimetros comprendidos entre 75 y 110 mm80 cm para dimetros mayores de 110 mm.

Adems de Tipos y Grados, las tuberas de PVC se dividen en clases, las cuales indican cul es la presin de trabajomxima y la mnima que puede producir la rotura de la tubera:

Tabla 2. Presin de trabajo y Presin de ruptura en tubos de PVC, segn Clase

Clase Presin Mnima de Ruptura Presin Mxima de Trabajo

16 68 kg/cm2 (680 m.c.a) 16 kg/cm2 (160 m.c.a)


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10 51 kg/cm2 (510 m.c.a) 10 kg/cm2 (100 m.c.a)

6 28 kg/cm2 (280 m.c.a) 6 kg/cm2 (60 m.c.a)

4 22 kg/cm2 (220 m.c.a) 4 kg/cm2 (40 m.c.a)

En la siguiente tabla se incluyen las dimensiones y unos precios orientativos de tuberas de PVC para distintas presiones:

Tabla 3. Dimensiones para tuberas de PVC

- Tuberas de PE:

El polietileno (PE) es un material plstico derivado del etileno, que se fabrica como una mezcla de etileno polimerizado,antioxidantes y negro de carbn, que le infiere su caracterstico color negro para protegerlo de la degradacin porradiacin solar.


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La tuberas de polietileno se fabrican mediante extrusin del material.Son ms flexibles y menos frgiles que las de PVC, aunque en generalson ms caras.

Tambin las tuberas de PE tienen menor resistencia a la traccin quelas de PVC, por lo que para un mismo dimetro nominal y presin,deben tener mayor espesor de pared que su homloga de PVC.

Existen comercialmente tres tipos de tubera de PE:

Tuberas de PE de baja densidad (PE32, PEBD LPDE), definido por

una densidad sin pigmentar 0,930 kg/m3. Son las ms flexibles detodas por lo que se utilizan principalmente para los ramalesportagoteros.

Tuberas de PE de media densidad (PE50B, PEMD, MDPE), con

densidad sin pigmentar entre 0,931 y 0,940 kg/m3.

Tuberas de PE de alta densidad (PE50A, PEAD, HDPE), con una

densidad sin pigmentar > 0,940 kg/m3.

La norma UNE que rige este tipo de tubera es la UNE 53367 y UNE53131. En ella hay que distinguir los siguientes conceptos:

Dimetro Nominal (DN): es el dimetro que tericamente coincide con el dimetro exterior del tubo

Presin Nominal (PN): que es la presin mxima de trabajo a 20C. En este sentido, la norma UNE establece presionesnominales de trabajo de 0.4 MPa (4 bars), 0.6 MPa (6 bars) y de 1.0 MPa (10 bars)

Espesor Nominal (e): que es el espesor de la pared del tubo.

>> Catlogo de Tubos de Polietileno de Baja Densidad para Uso Agrcola

Para los ramales portagoteros se emplean tuberas flexibles de polietileno de baja densidad polimerizado que, como se havisto, contienen en su composicin partes de antioxidantes y negro de carbn (que le infiere su caracterstico color negro),con objeto de proteger a la tubera de la radiacin solar y los rigores de la intemperie, dado que estos ramales discurrirnareos sobre la superficie del terreno.

Se suministran enrollados en bobinas, como se ve en la figura adjunta, y suelen llevar marcado sobre la superficie de latubera una referencia que sirve para identificarla con el siguiente formato:

FABRICANTE - PE32 - 16 - 1.2 - 0.6 - 14 - UNE 53131

donde,

FABRICANTE indica el nombre que identifique al fabricante del tubo

PE32 identifica a la clase de material del que est hecho la tubera

16 es el dimetro nominal del tubo que tericamente coincide con el dimetroexterior, en este caso 16 mm.

1.2 es el espesor de pared del tubo, en este caso 1,2 mm.

0.6 es la presin nominal, o presin mxima de trabajo para la que estdiseado el tubo. En este caso 0.6 MPa (6 bares) de presin. Si el tubo est


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Consta de un cuerpo superior cilndrico por donde se sitan los orificios de entrada y salida del filtro, y otro cuerpo inferiorcon forma cnica.

La corriente de agua entra en el filtro tangencialmente, lo que provoca que se genere un vrtice, llamado torbellinoprincipal, que va descendiendo por el cuerpo del filtro.

La fuerza tangencial o fuerza centrfuga ligada al vrtice lanza las partculas contra las paredes del filtro, las cualesquedan retenidas y posteriormente por gravedad van descendiendo hasta un depsito inferior donde se van acumulandolos sedimentos.

El flujo de agua cuando alcanza el vrtice inferior del cuerpo cnico del filtro, genera otro torbellino secundario, esta vez endireccin ascendente, que gira en el mismo sentido que el primario hasta alcanzar el cuerpo cilndrico superior del filtro,por donde sale por el conducto de salida.

Las prdidas de carga que se producen en este tipo de filtros son del orden de 3 a 7 m.c.a. dependiendo del caudal deagua que circule por el filtro.

Por otro lado, como las partculas retenidas se van acumulando en un depsito inferior, no interfiriendo en el flujo, laprdida de carga en este tipo de filtro se mantiene constante, a diferencia de otros tipos donde las prdidas de cargaaumentan conforme crece el volumen de los sedimentos retenidos.

Es recomendable, no obstante, instalar en serie con el hidrocicln un filtro de malla como medida de seguridad, dado quehasta que el hidrocicln no alcanza el rgimen de trabajo puede dejar pasar algunas partculas.

>> Catlogo de Filtros Hidrocicln

- Filtros de arena:

Los filtros de arena consisten en tanques metlicos o de polister que contienen una capa de arena en su interior de unespesor no inferior a los 50 cm.


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El agua entra al filtro por la tubuladura superior que se prolonga por el interior del tanque hasta terminar en un deflectorque hace que el chorro de agua no incida directamente sobre la capa de arena y la remueva.

La salida del agua ya filtrada se realiza por la tubuladura inferior del tanque. Dicha tubera se prolonga por el interior deltanque en unos colectores perforados y protegidos por una especia de malla que evita que el flujo de agua en su salidaarrastre la arena hacia afuera.

El tanque dispone de bocas para carga y descarga de la arena, y de un purgador para eliminar el aire que arrastre el flujo.

El tipo de arena ms utilizada es la arena silcea, que ofrece buena resistencia a la rotura del grano de modo que no exista

riesgo que se desintegre con el uso, adems de ofrecer tambin una aceptable resistencia al ataque de cidos.

Filtros de Arena

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Catlogos de productos

Por otro lado, las prdidas de carga que se producen en este tipo de filtros s depende del grado de limpieza que presenteel material filtrante, en este caso, la capa de arena.

As, mientras que en un filtro con la arena limpia su prdida de carga puede estar del orden de 1 a 2 m.c.a., cuando laarena se colmata de sedimentos el valor de la prdida de carga que sufre el flujo de agua al paso por el fi ltro puede

aumentar hasta los 4 6 m.c.a.

Es por ello, que es necesario realizar una labor de mantenimiento si se utiliza este tipo de fil tro, consistente bsicamenteen realizar un lavado peridico de la arena filtrante.

Esta limpieza se realiza con un contra lavado, es decir, invirtiendo el sentido de circulacin del agua, para lo cual, lastubuladuras de entrada y salida debern disponer de las derivaciones necesarias de modo que pueda llevarse a cabo lacirculacin en direccin contraria del flujo de agua para la l impieza, adems de para poder eliminar el agua suciaprocedente del contra lavado.

- Filtros de malla:

Los filtros de malla constan de una carcasa exterior en cuyo interior se sitan uno o varios cilindros concntricos de malla,que son los elementos filtrantes.


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El entramado de la malla puede ser de nylon, polister, pero preferentemente se utilizan mallas de acero inoxidable.

Al funcionar este tipo de filtros por retencin superficial de las impurezas, stas quedan retenidas entre el entramado de lamalla, por lo que los filtros de malla llegan a su colmado mucho ms rpidamente, que hace que sea necesario realizaruna limpieza peridica de estos filtros.

Por ello, existen filtros de malla con sistema de lavado manual, semiautomtico o automtico. En aquellos filtros quetienen lavado automtico, ste se realiza generalmente con una boquilla que se desplaza por la malla y que succiona lossedimentos depositados en su superficie.

No se recomienda utilizar este tipo de fil tro en aguas muy sucias, o que contenga algas en suspensin.

Como norma general, se suelen emplear los filtros de malla como filtro secundario que se sitan despus de hidrociclones(cuando el agua sea subterrnea) o de filtros de arena (porque el agua contenga gran cantidad de materias orgnicas,como las aguas superficiales extradas de embalses y lagos).

En caso de disponer la instalacin de riego de un sistema de inyeccin de fertilizantes (fertirrigacin), el filtro de malla sedebe situar despus del equipo de dosificacin para impedir que pase fertilizante no disuelto a travs del filtro.

Toda malla filtrante queda caracterizada por el nmero de aperturas por pulgada lineal, que se denomina nmero de mesho nmero de mallas, que va a definir su capacidad de fil trado.

Decir tambin que el grosor de los hilos de una malla, para un mismo nmero de mesh, puede ser distinto, segn sea unamalla de plstico o con los hilos de acero inoxidable.

En este caso, los hilos de una malla de acero inoxidable son ms finos que los de plstico, por lo que el hueco que quedalibre en las mallas de acero son mayores que los orificios de las mallas de plstico.

El rea efectiva de una malla (Ae) se define como el rea neta de su orificio, y se obtiene multiplicando su rea total (A)


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por el porcentaje de hueco (%) de la malla, es decir,

Ae= %porcentaje de hueco A

Como buena prctica se recomienda emplear mallas con tamao de hueco de alrededor 1/7el tamao del orificio de salidadel gotero que se emplee en la instalacin.

En general no es recomendable emplear mallas con un tamao inferior a 200 mesh, dado que podran dar problemas porriesgo de estar obstruyndose continuamente.

En la siguiente tabla se indica la relacin entre el nmero de mesh y el tamao del hueco para mallas de acero inoxidable.

Tabla 6. Relacin entre N. de Mesh y Hueco en Mallas de Acero Inoxidable

N. mesh Tamao de hueco (en micras)

20 850

60 250

80 180

100 150

120 130150 106

170 90

200 75

250 63

En esta otra tabla se indica la correspondencia del entramado de la malla, segn los distintos criterios para designacin demallas existentes.

Tabla 7. Correspondencia entre Mallas

ISO R 565 Norma ASTM E 11-81 Serie Tyler

Separacin entrealambre (A) mm

DesignacinN.


Dimetro dealambre () mm

Porcentajede hueco %

Desig.Mesh


5,6 31/2 5,6 1,680 59,17 31/2 5,6

4 5 4,0 1,370 55,48 5 4,0

2,8 7 2,8 1,100 51,55 7 2,8

2 10 2,0 0,900 47,56 10 2,0

1,4 14 1,4 0,725 43,40 12 1,4

1,0 18 1,0 0,580 40,06 16 1,0

0,710 25 0,710 0,450 37,46 24 0,710

0,500 35 0,500 0,340 35,43 32 0,500

0,355 45 0,355 0,247 34,77 42 0,355


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0,250 60 0,250 0,180 33,80 60 0,250

0,180 80 0,180 0,131 33,50 80 0,180

0,125 120 0,125 0,091 33,49 115 0,125

0,090 170 0,090 0,064 34,15 170 0,090

0,063 230 0,063 0,044 34,67 250 0,063

La prdida de carga que sufre el flujo de agua al paso por un filtro de malla se sita entre 1 a 3 m.c.a. (metros de columnade agua) cuando stos estn limpios. En todo caso, la prdida de carga que presenta cualquier filtro es un dato que debeser suministrado por el fabricante.

Pero si se colman y no se limpian regularmente, la prdida de carga puede llegar hasta los 5 7 m.c.a., de ah laimportancia de realizar una limpieza peridica de la superficie de la malla en estos filtros.

En este sentido, y para evitar la obstruccin de los goteros se adjunta la siguiente tabla donde se indican lascaractersticas de la malla que se recomienda emplear en funcin de las dimensiones del orificio de salida del gotero:

Tabla 8. Malla de acero recomendada segn dimetro del emisor

Dimetro salida del gotero (mm) Caractersticas de la malla

Tamao mximo de hueco (m) N de mesh

1,50 214 65

1,25 178 80

1,00 143 115

0,90 128 115

0,80 114 150

0,70 100 170

0,50 86 200

0,40 71 250

El caudal a tratar por un fil tro de malla depender de la calidad del agua, el rea neta del elemento filtrante y la perdida de

carga admisible.

Para calcular la superficie filtrante (S) necesaria, es decir, el tamao y el nmero de filtros que se deben instalar, se aplica


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la siguiente formulacin:

S > 1,2Qe/Qt

Expresin anterior que proporcionar la superficie mnima filtrante (S) que sera necesaria instalar, y donde los anterioresparmetros que aparecen en la expresin son:

Qe es el caudal de agua que entra por el filtro (que es un dato conocido propio de la instalacin), y

Qt es el caudal mximo que es posible atravesar por el filtro.

Para calcular Qt, se parte de la Tabla 8 anterior, donde a partir del tamao del orificio de los goteros instalados se puede

obtener el tamao de malla (en micras o en mesh) necesario.

Con el tamao de malla y la calidad de agua que se tenga en la instalacin se utiliza la siguiente tabla 9, de donde seobtiene la velocidad real del agua a su paso por la malla.

Tabla 9. Velocidad real recomendada en filtros de malla, segn orificio de malla y calidad de agua

Tamao del orificio de la malla (micras, m) Clase de agua Velocidad real del agua,v (m/s)

300 a 125 Limpia 0,4 - 0,9

300 a 125 Con algas 0,4 - 0,6

125 a 75 Cualquiera 0,4 - 0,6

Por ltimo, con el dato obtenido de la tabla anterior para la velocidad real del agua a su paso por la malla, se emplea latabla 10 siguiente de donde se obtiene el caudal mximo (Qt) que puede circular por el filtro de mallas por unidad de rea

de filtrado:

Tabla 10. Caudal mximo en filtros de malla segn la velocidad del agua

v (m/s) Qt(m3/h) por m2del rea total

0,4 446

0,6 670

0,9 1004

Una vez obtenido los valores de Qty Qede la expresin anterior se obtiene la dimensin total del rea filtrante ( S).

En general, para un filtro de malla fina (50-200 mesh) se recomienda una velocidad de filtracin (velocidad de paso delagua a travs del orificio de malla) de 0,4 a 0,9 m/seg. En aguas superficiales, generalmente muy cargadas de algas, noconviene sobrepasar la velocidad de 0,6 m/seg.

- Filtros de anilla o disco:

Los filtros de disco, tambin llamados de anillas, unen las ventajas de los filtros de arena y de malla.

Estos filtros, como los filtros de arena, poseen un bajo volumen de filtrado, con gran rendimiento en la separacin de


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races de la planta, y una mejor asimilacin debido al elevado contenido de humedad del suelo que permite la disolucindel abono, adems de rapidez de actuacin y economa para la distribucin del abono.

Por otro lado, el equipo de fertirrigacin, adems de para fertilizantes y abonos, puede ser empleado para inyectarherbicidas, funguicidas e insecticidas.

Como inconveniente principal de este mtodo de abonar es el riesgo que existe de taponamiento de la salida de losgoteros, que puede ser causado por una disolucin insuficiente del fertilizante en la corriente de agua, o porque existaincompatibilidad entre distintos fertilizantes utilizados en el mismo sistema o con otros productos que se apliquen(herbicidas, insecticidas...).

La siguiente tabla muestra la compatibilidad entre los fertilizantes ms utilizados en fertirrigacin:

Tabla 12. Compatibilidad entre fertilizantes

Nitratoamnico

Sulfatoamnico

Solucinnitrogenada

Urea Nitratoclcico

Nitratopotsico

Fosfatomonoamnicoo diamnico

cidofosfrico

Sulfatopotsico

Cloruropotsic

Nitratoamnico

- C X X I X X X C C

Sulfatoamnico

C - C X I C I I C C

Solucinnitrogenada

X X - X X X X X C C

Urea X X X - X X X X C C

Nitrato clcico I I X X - X I I I C

Nitratopotsico

C C C X C - C C C C

Fosfatomonoamnicoo diamnico

X I X X I C - C C C

cidofosfrico

X I X X I C C - C C

Sulfatopotsico

C C C C I C C C - C

Cloruropotsico

C C C C C C C C C -

donde,

C, indica compatible; se pueden mezclar

I, indica incompatible; NO se pueden mezclar

X, se pueden mezclar en el momento de su empleo.

A continuacin, se describirn someramente los dos sistemas de fertirrigacin ms comnmente empleados, los cualesson los siguientes:

- Tanque de abono:

El tanque de abono en fertirrigacin es un depsito de una capacidad de 20 a 200 litros, hermtico y que est conectadoen paralelo a la red de riego.


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Sobre el tanque se realizan dos tubuladuras, una de entrada y otra desalida que se conectan con la red de riego en dos puntos prximos.

Entre los puntos donde se conecta el tanque a la tubera de riego sedeber instalar una vlvula, la cual permitir crear una pequeadiferencia de presin con objeto de hacer pasar una parte del flujo deagua de la tubera de riego por el tanque de abono.

Los tanques debern ir provistos de una llave inferior para su vaciado,e incorporar un purgador en la parte alta para eliminar el aire que se

vaya acumulando.

Es un sistema muy popular, que emplea la propia presin que tiene lainstalacin de riego para el funcionamiento del tanque. Adems elcosto de instalacin de este sistema es barato.

No obstante, con este sistema no se mantiene constante laconcentracin de abono a lo largo de un mismo riego, y adems, cada vez que termine un periodo de riego se debereponer la carga de abono en el tanque antes de empezar con el siguiente.

- Inyector venturi:

Un inyector venturi consiste en un tubo con un estrechamiento que, gracias al efecto venturi, crea una disminucin de

presin de la corriente en ese punto y a la vez un aumento de la velocidad del flujo.

El otro extremo del venturi estar conectado al depsito deabono que debe permanecer siempre a la presinatmosfrica, es decir, en este caso el tanque no debe estarhermticamente cerrado para evitar que se forme el vaco.

La depresin que origina el venturi provoca una succin quepermite extraer el lquido del tanque de abonado eincorporarlo a la red.

El inyector venturi se colocar en paralelo con la tubera deriego que incorporar tambin una vlvula, con objeto de crearuna diferencia de presin que haga que parte del flujo de aguapase por el circuito del inyector venturi.

Por otra parte, en el circuito inyector se instalar otra vlvulapara regular el paso del lquido succionado del depsito y portanto, de la cantidad de abono inyectado a la red.

La concentracin de abono que se obtiene con este sistemaes constante ya que solamente depende de la concentracindel depsito.

No obstante, cuando se realice el abonado empleando este

sistema se deber controlar el proceso, porque una vez vaciado el depsito, si no se cierra la vlvula del venturi, elsistema continuar inyectando aire a la instalacin de riego. Por lo tanto, si se utiliza el venturi habr que cerrar la vlvuladel inyector una vez que se vace el depsito de abono.

2.5- Vlvulas

Como elemento de regulacin y control del flujo de agua, las vlvulas se intercalan en la red de conduccin, cumpliendocon distintas funcionalidad segn el tipo de vlvula que se trate.


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- Vlvula de pie : es el primer elemento de la instalacin. Colocada al comienzo dela lnea de aspiracin de la bomba, abre el paso cuando la bomba comienza aaspirar el agua del fondo del depsito o pozo. Al parar la bomba, la vlvula de pieevita que se descargue la tubera de aspiracin, que causara el descebado de labomba.

- Vlvula de retencin : si por fallo del suministro elctrico o por fallo del motor sedetiene la bomba de una manera brusca o instantnea, se genera unasobrepresin en el flujo de agua que se transmite en forma de onda de choque atravs del fluido dentro de la tubera, denominado Golpe de Ariete, que puedealcanzar varias veces la presin nominal de trabajo.

En caso que esta onda de sobrepresin pueda alcanzar a la bomba de agua podraocasionar graves daos en ella, por lo que en la tubera de impulsin, a la salida dela bomba, se suele colocar una vlvula de retencin para su proteccin contragolpes de ariete.

La vlvula de retencin tiene un funcionamiento automtico, dejando pasar el aguaen un sentido de la tubera y cerrando el paso cuando cesa el flujo, por ejemplocuando se detiene la bomba, evitando el flujo en sentido contrario.

Es recomendable en instalaciones de riego con presiones de trabajo elevadas (de

ms de 20 m.c.a.). La vlvula de pie es en s misma un tipo de vlvula de retencin.

- Vlvula de regulacin o llave de paso : es un tipo de vlvula que permiteestrangular o interrumpir el paso del agua.

- Vlvula de seguridad: tambin llamada vlvula de alivio de presiones. Es undispositivo que permite la salida automtica de un cierto caudal, con el fin de evitarun aumento excesivo de la presin en la red de conducciones.

- Vlvula de descarga o de drenaje : en los extremos de la instalacin se suelencolocar vlvulas de drenaje. Este tipo de vlvula permite desaguar las tuberas unavez que el riego haya finalizado, con el objeto de evitar que en el interior de lainstalacin se desarrollen microorganismos o se produzcan precipitados qumicos.

Tambin se utilizan para descargar el agua por los extremos durante las fases delavado de la instalacin de riego.

Se recomienda que cada seis meses se realice un lavado de las tuberas bombeando agua y dejando abiertas las vlvulasde descarga de los extremos, con objeto de permitir la salida de los sedimentos que se hayan podido acumular en elinterior.

Realizar esta labor es muy importante, dado que con ello se ayuda a evitar que se produzcan atascos en los goteros.

En la siguiente fotografa se puede apreciar a una vlvula de descarga colocada en uno de los extremos de una de lastuberas de distribucin que emerge a la superficie. Consta de un tapn roscado que permite quitarse para abrir el extremode la tubera y permitir su drenaje, durante los periodos de lavado de la instalacin.


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2.6- Equipo de bombeo

Para pozos con aguas profundas resulta ms eficaz el empleo de bombas sumergibles. En este caso ser necesarioconocer el descenso mximo que experimente el nivel de agua del pozo durante el bombeo, para evitar que ste puedadescender por debajo de la entrada a la bomba.

En bombas sumergibles, el riesgo de cavitacin resulta muy bajo. No obstantese recomienda comprobar el NPSH de la bomba en su punto defuncionamiento. El valor de la inmersin mnima, expresado en metros, quedeber tener la bomba ser aproximadamente de: NPSH (m) - 10 (m).

Toda bomba deber trabajar cerca de su mximo rendimiento, el cual sealcanza slo en un estrecho margen de caudal, que ser el criterio que seemplee para la seleccin del tipo de bomba. Esta informacin aparecer en lascurvas de funcionamiento de la bomba que deber ser suministrada por elfabricante en sus catlogos tcnicos.

Por lo tanto, el punto de funcionamiento de la bomba ser aquel cuyo caudalque suministre est lo ms prximo posible a su punto de rendimiento ptimo, obien ligeramente a la derecha de ste.

Mediante la siguiente expresin se puede calcular el consumo energtico (enkWh) de la bomba, en funcin de su rendimiento ( ), del caudal suministrado(Q) y de la altura o presin de descarga ( H):

KWh = (QH)/(367)

donde,

Q es el caudal suministrado por la bomba, en m3/h

H es la altura de impulsin, en m

es el rendimiento de la bomba.


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Otro aspecto que influye en el rendimiento de una bomba de tipo sumergible es su dimetro, es decir, lo ancha que resulteser. En general, cuanto mayor sea el dimetro de una bomba sumergible mejor ser su rendimiento, por lo que en lamayora de las veces, se tender a elegir modelos de bombas que sean lo ms anchas posible.

Sin embargo, la anchura mxima de una bomba quedar limitada por el dimetro del pozo donde se sumerja. En estesentido, el rendimiento de una bomba sumergible estar influenciado de manera importante por el espacio libre que quedaentre la pared del pozo y la carcasa de la bomba.

Esto es as, porque en un pozo estrecho, donde la bomba se encuentra muy justa de espacio, quedando poca distanciaentre las paredes del pozo y la camisa de la bomba, se producirn prdidas de carga importantes por friccin del agua

debido a las turbulencias que ocurren en el hueco pequeo que queda entre la bomba y las paredes del pozo, que harque el rendimiento de la bomba caiga.

BombasSumergibles

--


En general, se recomienda que se instale la bomba lo ms centrada posible en el hueco del pozo para que la bomba

quede rodeada en todo su permetro por agua, y que exista una distancia lateral mnima entre el permetro de la bomba yla pared interior del pozo.

Adems, otro motivo para mantener un espacio de agua suficiente que rodee a la camisa de la bomba es la de aseguraruna refrigeracin eficiente del motor de la bomba que absorba el calor que se va generando.

En este sentido, la siguiente formulacin permite obtener el espacio mnimo recomendado entre la pared interior del pozoy la camisa de la bomba:

v = Q354 /(D2- d2)

donde,

v (m/s) es la velocidad del agua en el hueco existente alrededor de la bomba. Para evitar que se produzcan grandesprdidas de carga por friccin se debe limitar a 3 m/s.

Q (m3/h) es el caudal que bombea la bomba en su punto de diseo.

D (mm) es el dimetro interno de las paredes del pozo.

d (mm) es el dimetro exterior de la camisa de la bomba.

- Tubera de impulsin de la bomba:

En otro orden de cosas, la eleccin de la tubera vertical de impulsin de la bomba depender de varios factores, comopuedan ser, la presin de descarga y profundidad de la instalacin, la agresividad del agua, las prdidas de carga porfriccin, etc.


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La figura adjunta ayuda a seleccionar la presin requerida para la tubera de impulsin en funcin de la profundidad de la

instalacin de la bomba y la presin de descarga.

Para la agresividad de la mayora de las aguas subterrneas, el empleo del acero inoxidable para la tubera ascendenteresulta suficiente, o incluso el acero galvanizado o recubierto, una opcin ms barata, puede ser aceptable. Si laagresividad del agua fuera importante se recomienda instalar nodos de zinc reemplazables para proteger el motor y labomba.

Como sustitucin de las tuberas de acero inoxidable, mucho ms caras, se emplean mangueras flexibles para lastuberas verticales de impulsin de las bombas sumergibles, como las mangueras Wellmaster.

stas son mangueras fabricadas con una chaqueta de polister de alta resistencia, tejidas circularmente sin costuras yextrusionada interior y exteriormente, mediante poliuretano elastmero o caucho sinttico.

Debido al diseo de este tipo de manguera, el dimetro se expandir ligeramente cuando sta se encuentre bajo presin ypor lo tanto reducir la prdida de carga por friccin al aumentar su dimetro de paso. Al mismo tiempo, evita laacumulacin de cal en la superficie de la manguera, ya que el cambio constante del dimetro fuerza el desprendimiento dela cal.

- Accionamiento elctrico:

Las bombas sumergibles empleadas para riegos son de accionamiento elctrico. Para ello, ser necesario tender un cabledesde la boca del pozo hasta el cable que conecta con el motor sumergible instalado en la bomba.

En general, los cables de cada se constituyen de cuatro hilos, uno de ellos ser el conductor de tierra o de proteccin,

que irn protegidos mediante una envolvente de aislamiento en etileno propileno (EPR), vlido para aguas limpias depozo.

Aunque, durante el arranque de la bomba se produce un pico de corriente, el tamao del cable no se determina para estaintensidad de arranque, dado que el motor arranca en menos de 1/10 segundos.

Para su dimensionado siempre se usa la intensidad de corriente que circula por el cable a plena carga de la bomba. Estevalor suele venir indicado en la placa de caractersticas de la bomba.

En la siguiente tabla se indican valores tpicos para la intensidad mxima que pueden soportar los cables de cada quealimentan a bombas sumergibles:


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Tabla 13. Valores tpicos de intensidad mx. para cables de cada sumergibles

Seccin del cable (mm2) Intensidad mxima (A)

1,5 18,5

2,5 25

4 34

6 43

10 60

16 80

25 101

35 126

50 153

70 196

95 238

120 276

150 319

185 364

240 430

300 497

Por ltimo, la longitud mxima para los cables sumergibles ser tal que la cada de tensin mxima que se produzca noexcedan del 3%.

Asimismo, bajo ninguna circunstancia esta cada de tensin que se produce al final del cable, deber ser tal que seobtenga una tensin en los terminales de alimentacin del motor inferior a su valor de tensin mnima, que suele ser latensin nominal menos el 10%.

Las siguientes expresiones proporcionan la longitud mxima del cable de cada de tal manera que no se supere una cadade tensin mxima del 3%:

Para bombas monofsicas, la longitud mxima (L) del cable de cada que da alimentacin a la bomba vendr dado por lasiguiente formulacin:

L = (UKSV)/2P

Por otro lado, para bombas trifsicas, la longitud mxima (L) del cable de cada vendr dado por esta otra formulacin:

L = (UKSV)/P

donde,

U es la cada de tensin (en voltios, V) mxima permitida. Para el caso de estar operando con una bomba elctrica a230V, la cada de tensin lmite del 3% equivale a,U= 6,9V.

K es la conductividad del cable ( 56 Cu ; 35 Al).


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S es la seccin del cable que se est empleando para alimentar a la bomba (mm2).

V es la tensin de trabajo de la bomba (en voltios, V), en este caso, V = 230V.

P es la potencia en carga nominal de la bomba (en watios, W).

3- Datos de partida

3.1- Emplazamiento de la parcela de cultivo

Como ya se indic anteriormente, se pretende en este tutorial disear una instalacin de riego por goteo para una parcelade terreno dedicada al cultivo del olivo.

Dicha parcela, donde se pretende montar la instalacin de riego, se encuentra emplazada en el trmino municipal deArahal (Sevilla, Espaa), segn lo definen las siguientes coordenadas DMS (Grados, Minutos, Segundos):

Latitud: 37 14' 33.35" N

Longitud: 5 28' 33.83" O

Elevacin de la cota de terreno de la parcela sobre el nivel del mar: 124 m.

La parcela de terreno, segn se muestra en la fotografa area adjunta (cortesa de Google earth), es de topografaprcticamente plana y de permetro sensiblemente irregular.

La distribucin de las plantas de olivo en el terreno de la parcela se puede tambin apreciar en la anterior foto area de la

misma.

El rea que ocupa la parcela es de 14.014 m2(1,40 Ha. aprox.), y dispone de aproximadamente 250plantas de olivos.

3.2- Estimacin de las necesidades de agua

Como punto de partida, se ha establecido como necesidades hdricas para el cultivo de olivar de unos 100 litros/da demedia de agua por olivo.

Esto supone unas necesidades totales de agua para toda la parcela (250 olivos) de 25.000 litros de agua diario (25

m3/da) concentrados principalmente en los meses de verano (junio, julio, agosto y septiembre), donde las necesidades


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hdricas sern mayores.

4- Calculo de la instalacin de riego

4.1- Pozo de suministro y red de distribucin de agua

La parcela cuenta con un pozo de agua ya ejecutado, entubado y cementado, cuyo nivel fretico se encuentra a unaprofundidad de 8 metros respecto a la cota de rasante del terreno, y cuyo emplazamiento dentro de la parcela se muestraen la fotografa area adjunta.

Para mejorar la funcin de filtrado, y evitar la entrada de arena y cieno en el pozo, el pozo dispone de un empaque de

grava de unos 8 10 cm alrededor del entubado en toda su profundidad.

Con ello se consigue que el agua que penetre en el pozo proveniente de los acuferossubterrneos llegue limpia y libre de restos de arenas y otras partculas que quedarnretenidas en la capa de grava que rodea el encofrado del pozo.

La instalacin de riego constar de una lnea principal de distribucin que recorrer atodo lo largo la parcela en sentido longitudinal y de la cual partirn transversalmente losdistintos ramales portagoteros.

Estos ramales de derivacin o portagoteros sern los encargados de conducir el aguahasta cada planta de olivo, y mediante los emisores que irn clavados en dichos ramalescoincidiendo con la posicin de cada olivo, verter el agua en el terreno.

Por lo tanto, la instalacin de riego partir de la tubera de impulsin de la bomba, la cualenlazar con la lnea principal de distribucin que, mediante una derivacin en "T", sebifurcar en dos que recorrer longitudinalmente y enterrada bajo tierra la parcela deextremo a extremo (segn direccin este-oeste), como ya se ha indicado y se aprecia en la figura anterior.

Esta lnea principal de distribucin ser mediante tubera enterrada de polietileno de baja densidad para uso agrcola conpresin nominal de 10 atmsfera (PN 10) y dimetro nominal de 40 mm (DN 40). Posteriormente, en el apartado siguientese justificar el valor del dimetro elegido para esta tubera en funcin del caudal que circula.

La siguiente tabla resume las caractersticas de la tubera de la lnea principal de distribucin que ser necesaria para la


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instalacin de riego objeto de este tutorial:

Tabla 14. Tubera de la lnea principal en polietileno de baja densidad para uso agrcola

Tipo Presin Dimetro Nominal Dimetro Interior Espesor metros/bobina

PE-32 10 atm 40 mm 29 mm 5,5 mm 100 metros/bobina

Como se ha dicho, la tubera de la lnea pricipal ir enterrada con objeto deproteger el material de las inclemencias atmosfricas y la radiacin solar,adems de evitar interferir con los trabajos de labor del campo (arado, etc.).

Para enterrar dicha tubera, se abrir una zanja en el terreno de anchura al

menos el dimetro de la tubera ms 50 cm. y a una profundidad tal que lageneratriz superior de la conduccin se site a una profundidad mnima noinferior a 70 cm. de la rasante del terreno, profundidad que cumplesobradamente con los requisitos mnimos indicados en el apartado 2.2.

De la lnea principal enterrada partirn los distintos ramales de derivacin oportagoteros.

Estos ramales, aunque conectarn enterrados con la lnea principal, posteriormente se sacarn a la superficie del terrenopara que discurran areos por entre las plantas de olivo para hacerles llegar el agua.

Los ramales portagoteros que se elegirn para esta instalacin sern tuberas flexibles de polietileno de baja densidad conlas siguientes caractersticas, que suelen figurar inscritas sobre la superficie del tubo de la siguiente manera:

FABRICANTE - PE32 - 16 - 1.2 - 0.6 - 14 - UNE 53131

donde la anterior nomenclatura significar lo siguiente:


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FABRICANTE indicar el nombre del fabricante del tubo

PE32 esta inscripcin indica que se trata de tuberas flexibles de polietileno (PE) de baja densidad

16 con este nmero se indica que se ha elegido portagoteros con dimetro nominal (DN) de 16 mm

1.2 con espesor de pared del tubo de 1,2 mm

0.6 se elegirn portagoteros con una presin nominal de 0,6 MPa (6 bares) de presin.

14 este nmero indicar el ao de fabricacin del tubo (2.014)

UNE 53131 es la norma de referencia empleada para la nomenclatura que identifica al tubo. En cada pas regir lanormativa correspondiente.

Por ltimo, y enclavados sobre el ramal portagoteros, y tratando que coincidan con la posicin de cada olivo, sedispondrn los emisores o goteros por donde se realizar la descarga de agua al olivo.

Para satisfacer las necesidades de riego del olivo expuesta en el apartado 3.2 anterior, bastar con colocar un gotero porolivo, como el que se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 15. Caractersticas del gotero autocompensante seleccionado

Caudal de descarga Rango de presin de autocompensacin

8 l/h 5 - 40 m.c.a.

4.2- Dimensionado de tuberas y derivaciones

La eleccin del dimetro de las distintas tuberas que conforman la instalacin de riego deber realizarse con el objetivo delimitar en lo posible las prdidas de carga originadas por el rozamiento del flujo de agua con las paredes interiores de latubera, a la vez que se garantiza que llegue el caudal previsto a todos los emisores que conforman la instalacin.

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Como criterio de buena prctica se recomienda que para tuberas de naturaleza termoplsticas, lavelocidad que alcance el flujo de agua por el interior de la tubera se encuentre en el rango de 0,5a 3,5m/s.

Velocidades superiores a los 3,5 m/sdarn lugar a problemas de arrastres, ruidos y fenmenosabrasivos en las paredes interiores que afectaran a la durabilidad de la tubera, mientras que velocidades inferiores a los0,5 m/spodran ocasionar problemas de sedimentacin de partculas y residuos debida a la escasa velocidad demovimiento del agua.

La expresin que relaciona la velocidad del agua ( v) por el interior de la tubera con el caudal ( Q) es la siguiente:

Q = vA

donde,

Q es el caudal volumtrico o flujo de agua que circula por la tubera;

v es la velocidad del agua en el interior de la tubera;


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A es el rea de la seccin interna de la tubera ( D2/4), siendo Del dimetro interior de la tubera.

Despejando el valor (v) de la expresin anterior, la velocidad del agua que discurre por el interior de una tubera podr serexpresada en funcin del caudal (Q) y del dimetro interior (D) de la tubera, como:

v = Q/A = (4Q)/(D 2)

Como ya se ha indicado en el apartado anterior, la instalacin se compondr de una lnea principal de distribucinenterrada que recorrer la parcela a lo largo (en direccin este-oeste), de la cual partirn transversalmente los distintosramales portagoteros que discurrirn sobre la superficie del terreno, y sobre los cuales se anclarn los emisores que

descargarn el agua sobre cada planta de olivo.

Para los ramales portagoteros es habitual en las instalaciones de riegopor goteo, emplear las tpicas y ya mencionadas tuberas flexibles depolietileno de baja densidad (en esta caso, DN16 mm) fabricadas encolor negro caracterstico.

En cada planta de olivo se colocar para su riego 1 gotero del tipoautocompensante con un caudal de descarga de agua de 8 l/h.

Segn se muestran en las fotografas areas de la parcela, cada

ramal transversal portagoteros dar riego a unas 10 plantas de olivo,como trmino medio, lo que supone un caudal de flujo por ramal de 80

l/h (2,210-5m3/s).

Como resumen de caractersticas, en la siguiente tabla se indican los valores de diseo para los ramales transversalesportagoteros que se han instalado:

Tabla 16. Ramales portagoteros en tubos flexibles de polietileno de baja densidad

Dimetro nominal(mm)

Dimetro interior(mm.)

Espesor de pared(mm.)

Velocidad del flujo de agua(m/s)

16 13,6 1,2 0,15

Por otro lado, para el diseo de la tubera principal enterrada y el clculo de su dimetro, se partir del mximo caudal quese espera que circule por su interior, debido a las necesidades de la instalacin:

N. olivos a regar: 250 olivos

Caudal de riego por olivo: 8 l/h

Caudal total necesario: 2000 l/h (5,610-4m3/s)

Empleando la expresin anterior indicada en este apartado que proporciona el valor de la velocidad del agua en funcindel caudal y la seccin de la tubera, se obtiene el siguiente resultado para una tubera propuesta de polietileno con DN40mm:

Tabla 17. Tubera de la lnea principal enterrada en polietileno de baja densidad

Tramo Caudal Dimetro exterior (DN)

Espesor depared

Dimetrointerior

Velocidad delflujo


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LneaPrincipal

2000l/h

40 mm 5,5 mm 29 mm 0,84 m/s

4.3- Prdidas de carga en la instalacin

Una vez definido el diseo de cmo hacer la distribucin de la instalacin de riego, se realizar una estimacin de lasprdidas de carga, tambin llamado prdida de presin, con objeto de poder dimensionar correctamente el equipo debombeo.

Para ello, en primer lugar se deber identificar el recorrido donde se produzca la mayor prdida de carga de toda lainstalacin, dado que este valor va a condicionar las prestaciones que debe ofrecer el grupo de bombeo para podergarantizar el caudal previsto de agua en cada emisario.

Segn se aprecia en la fotografa area de la parcela ya indicada en el apartado 4.1 anterior, el recorrido formado por lostramos indicados con las letras OBCconstituye el recorrido donde el flujo de agua sufrir la mayor prdida de carga de lainstalacin.

Una vez identificado el recorrido ms desfavorable, a continuacin se proceder al clculo de la prdida de carga que seproduce en dichos tramos de la instalacin.

El clculo de la prdida de carga se realizar distinguiendo tres tipos, donde cada uno se determinar con unprocedimiento de clculo distinto:

- A) Prdida de carga producida en los tramos rectos de tubera;

- B) Prdida de carga producidas en puntos y elementos localizados de la red;

- C) Prdida de carga producida en los emisarios o goteros.

La prdida de carga total de la instalacin (pTOTAL) ser la suma de todas ellas: A) + B) + C).

A) Prdida de carga producida en los tramos rectos de la tubera:


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Para el clculo de la prdida de carga que se produce en un tramo recto de tubera ( p) de una longitud considerada "L",se emplear la formulacin de Darcy-Weisbach, que se expresa de la siguiente manera:

donde,

p es el valor de la prdida de carga expresada en metros de columna de agua (m.c.a.) que seproduce en un tramo recto de tubera de longitud L.

L es la longitud del tramo considerado de tubera ( m)

D es el dimetro interior de la tubera ( m)

v es la velocidad del agua en el interior de la tubera ( m/s)

g es la acelaracin de la gravedad ( 9,81 m/s2)

f es el es el factor de friccin de Darcy-Weisbach.

La anterior expresin, tambin puede ser expresada en funcin del caudal ( Q) de agua que circula por la tubera en esetramo, quedando de la siguiente forma:

p = f 8 L Q2

2 g D5

De la anterior expresin todos los parmetros son conocidos, la longitud de la tubera ( L), su dimetro (D), el caudal deagua que circula (Q), salvo el factor de friccin ( f).

Por lo tanto, slo faltara conocer cul es el valor del factor de friccin ( f) en cada tramo recto de tubera para poder aplicarla expresin anterior y calcular la prdida de carga que se origina en ese tramo.

El factor de friccin (f), es un parmetro adimensional que depende del nmero de Reynolds ( Re) del fluido (en este caso,del agua) y de la rugosidad relativa de la tubera (r)

f= f (Re, r)

Es decir, que para calcular el factor de friccin (f) en un determinado tramo recto de tubera, previamente se deberncalcular los valores del nmero de Reynolds (Re) para el agua en ese tramo y de la rugosidad relativa ( r) que tiene la

tubera en ese tramo.

El nmero de Reynolds viene expresado por la siguiente formulacin:

Re= v D

siendo,

la densidad del fluido, en este caso del agua (kg/m3)

v es la velocidad del agua en el interior de la tubera ( m/s)


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D es el dimetro interior de la tubera (m)

es viscosidad dinmica del agua (kg/ms)

No obstante, el nmero de Reynolds (Re) tambin puede ser expresado en funcin de la viscosidad cinemtica del fluido( = / ) como,

Re= v D

siendo,

v la velocidad del agua en el interior de la tubera ( m/s)

D el dimetro interior de la tubera (m)

es la viscosidad cinemtica del agua (m2/s)

En la siguiente tabla, se muestran los valores de la densidad, viscosidad absoluta y viscosidad cinemtica para el agua adistintas temperaturas.

Densidad Viscosidadabsoluta

Viscosidadcinemtica

Temperatura

C kg/m3 kg/ms m2/s

0 999,9 1,79210-3 1,79210-6

5 1000,0 1,51910-3 1,51910-6

10 999,7 1,30810-3 1,30810-6

20 998,2 1,00510-3 1,00710-6

40 992,2 0,65610-3 0,66110-6

60 983.2 0,46910-3 0,47710-6

80 971,8 0,35710-3 0,36710-6

100 958,4 0,28410-3 0,29610-6

Tabla 18. Valores de la viscosidad y densidad del agua

Para el clculo de una instalacin de riego, interesa la viscosidad cinemtica del agua a 20 C, que es 1,007 x 10-6m2/s

Por otro lado, la rugosidad relativa de la tubera ( r) viene dada en funcin de la rugosidad absoluta ( ) del material del

que est fabricada la tubera y de su dimetro interior (D) de acuerdo a la siguiente expresin:


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r=

D

En la siguiente tabla se muestran los valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:

RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES

Material (mm) Material (mm)

Plstico (PE, PVC) 0,0015 Fundicin asfaltada 0,06-0,18

Polister reforzado con fibra de vidrio 0,01 Fundicin 0,12-0,60

Tubos estirados de acero 0,0024 Acero comercial y soldado 0,03-0,09

Tubos de latn o cobre 0,0015 Hierro forjado 0,03-0,09

Fundicin revestida de cemento 0,0024 Hierro galvanizado 0,06-0,24

Fundicin con revestimiento bituminoso 0,0024 Madera 0,18-0,90Fundicin centrifugada 0,003 Hormign 0,3-3,0

Tabla 19. Rugosidades absolutas de materiales

En este caso, se utilizarn tuberas de polietileno para toda la instalacin, siendo la rugosidad absoluta de este tipo detuberas de = 0,0015 mm, segn la tabla anterior.

Volviendo al concepto de nmero de Reynolds (Re), ste representa la relacin entre las fuerzas de inercia y las fuerzasviscosas que posee el flujo de agua en la tubera.

Cuando las fuerzas predominantes son las viscosas (ocurre para Recon valores bajos), el fluido discurre de forma laminarpor la tubera y la importancia de la rugosidad de la tubera en la prdida de carga es menor que las debida al propiocomportamiento viscoso del fluido. Por otro lado, en rgimen turbulento (Re grande), las fuerzas de inercia predominansobre las viscosas y la influencia de la rugosidad se hace ms patente.

Para el caso del agua, los valores de transicin entre rgimen laminar y turbulento se encuentra con el nmero deReynolds en la franja de 2000 a 4000. Es decir, en funcin del valor del nmero de Reynolds se tiene el siguientecomportamiento del flujo de agua por el interior de la tubera:

Re< 2000: Rgimen laminar.

2000 < Re< 4000: Zona crtica o de transicin.

Re> 4000: Rgimen turbulento.

Conocer si el flujo que circula por una tubera se encuentra en el rgimen laminar o turbulento es importante porque marcala manera de calcular el factor de friccin ( f).

En efecto, el factor de friccin ( f) para valores del nmero de Reynolds por debajo del lmite turbulento ( Re < 2000), esdecir, en rgimen laminar, se puede calcular aplicando la frmula de Poiseuille:

f = 64


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Re

expresin que resulta sencilla de aplicar para calcular el factor de fr iccin ( f) conocido el Reynolds (Re).

Para la otra situacin, es decir, que nos encontremos en rgimen turbulento ( Re > 4000), el clculo para conocer el factorde friccin (f) ya nos es tan inmediato, y depende tanto del nmero de Reynolds como de la rugosidad relativa de la

tubera. En este caso existen diversas formulaciones que pueden ser utilizadas para el clculo del factor de friccin:

>> Ecuacin de Colebrook-White

Y otras como la ecuacin de Barr, la ecuacin de Miller o la ecuacin de Haaland.

No obstante, afortunadamente adems de estas expresiones existen representaciones grficas y bacos empricos quenos permiten calcular cmodamente el factor de friccin (f). Uno de ellos es el Diagrama de Moodyque es larepresentacin grfica en escala doblemente logartmica del factor de friccin (f) en funcin del nmero de Reynolds ( Re)y de la rugosidad relativa de la tubera (/D), segn se representa en la siguiente figura:

Diagrama de Moody

A continuacin se va a aplicar lo anterior, para calcular la prdida de carga que se produce en el tramo ms desfavorableconsiderado de la instalacin de riego.

Como ya se indic en el inicio de este apartado, el recorrido ms desfavorable, donde las prdidas de carga sernmayores, ser el formado por los tramos indicados por las letras OBC.

A su vez, en este recorrido se distinguen dos tramos diferentes con tuberas de distinto dimetro, a saber:

Tramo OB, correspondiente al tramo de la lnea principal en tubera enterrada de polietileno con DN40


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Tramo BC, ramal areo portagoteros de tubera de polietileno con DN16

Se calcula, a continuacin, las prdidas de carga originadas en cada tramo por separado:

- Tramo OB(Lnea principal de distribucin enterrada):

Material tubera: polietileno de baja densidad para uso agrcola PE-32(ver apartado 4.1)

Dimetro nominal, DN= 40 mm(ver apartado 4.1)

Dimetro interior, Di= 29 mm(ver apartado 4.1)

Longitud del tramo, L= 120 m(ver apartado 4.1)

Velocidad del agua en el tramo, v= 0,84 m/s(calculado en el apartado 4.2)

Rugosidad absoluta de la tubera, = 0,015 mm(segn tabla 18)

Rugosidad relativa (r= /Di): 0,00052

Clculo del nmero de Reynolds ( Re) en el tramo:

Re= v D

siendo,

v la velocidad del agua en el interior de la tubera en el tramo OB: 0,84 m/s;

D es el dimetro interior de la tubera: 0,029 m;

es la viscosidad cinemtica del agua a 20 C: 1,007 x 10-6m2/s.

Se obtiene un Reynolds de valor, Re = 24191.

A partir del nmero de Reynolds obtenido (Re = 24191) y de la rugosidad relativa de la tubera en este tramo ( r=

0,00052), se entra con dichos valores en el diagrama de Moody, obtenindose un coeficiente de friccin de, f=0,027.

Calculado el coeficiente de friccin ( f=0,027) para este tramo, y aplicando la formulacin de Darcy-Weisbach indicada alprincipio de este apartado, se obtiene la prdida de carga que se produce en el tramo OB de la tubera principal dedistribucin:

donde,

L es la longitud del tramo considerado de tubera: 120 m;


v es la velocidad del agua en el interior de la tubera: 0,84 m/s;


f es el es el factor de friccin calculado: 0,027.

Sustituyendo resulta una prdida de carga en el tramo OBde:


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pOB= 4,02 m

- Tramo BC(ramales portagoteros):

Material tubera: polietileno de baja densidad para uso agrcola PE-32(ver apartado 4.1)

Dimetro nominal, DN= 16 mm(ver apartado 4.1)

Dimetro interior, Di= 13,6 mm(ver apartado 4.1)

Longitud del tramo, L= 55 m(ver apartado 4.1)

Velocidad del agua en el tramo, v= 0,15 m/s(calculado en el apartado 4.2)

Rugosidad absoluta de la tubera, = 0,015 mm(segn tabla 18)

Rugosidad relativa (r= /Di): 0,0011

Clculo del nmero de Reynolds ( Re) en el tramo:

Re= v D

siendo,

v la velocidad del agua en el interior de la tubera en el tramo BC: 0,15 m/s;


es la viscosidad cinemtica del agua a 20 C: 1,007 x 10-6m2/s.

Se obtiene un Reynolds de valor, Re = 2026.

En este caso, como el nmero de Reynolds obtenido es tan bajo, el flujo en este tramo constituido por los ramalesportagoteros se encuentra prcticamente en el rgimen laminar, por lo que la rugosidad de la tubera influye poco en sucoeficiente de friccin (f), y ste se puede calcular, segn se indic anteriormente, aplicando la frmula de Poiseuille:

f = 64

Re

Resultando un factor de friccin ( f) en este tramo de f= 0,032

Calculado el coeficiente de friccin ( f=0,032) para este tramo, y aplicando la formulacin de Darcy-Weisbach indicada alprincipio de este apartado, se obtiene la prdida de carga que se produce en el tramo BC correspondiente a los ramalesportagoteros:

donde,

L es la longitud del tramo considerado de tubera portagoteros: 55 m;



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v es la velocidad del agua en el interior de la tubera portagoteros: 0,15 m/s;


f es el es el factor de friccin calculado: 0,032.

Sustituyendo resulta una prdida de carga en el tramo BCde:

pBC= 0,15 m

En consecuencia, y sumando las prdidas obtenidas en ambos tramos, se obtiene la prdida de carga producida en lostramos rectos de tubera, segn la distancia ms desfavorable:

pOBC= pOB+ pBC= 4,02 m + 0,15 m = 4,17 m

B) Prdida de carga producida en puntos localizados de la red de riego:

En el apartado A) anterior, se ha mostrado el proceso para calcular la prdida de carga producida en los tramos rectos detuberas, pero en la instalacin hay otros elementos, como vlvulas, filtros, derivaciones, codos, cambios de direccin, etc.,que tambin contribuyen generando prdidas de carga en la instalacin.

Para evaluar las prdidas locales que se originan en estos elementos que se encuentran intercalados en la instalacin(codos, derivaciones en T, bifurcaciones, reducciones...) se puede emplear la siguiente formulacin de tipo emprica:

p = K v2

2 g

o bien,

p = K 8 Q2

2 g D4

donde el coeficiente adimensional k(coeficiente de prdida) sirve para medir la cada de presin que se produce en cadaelemento de la instalacin.

El valor de este coeficiente se obtiene experimentalmente y lo suele suministrar cada fabricante de los distintos elementos.

A falta de ms informacin de un determinado fabricante, se pueden emplear los siguientes valores orientativos para el

coeficiente kde la siguiente tabla:

Vlvulas (abiertas) Coeficiente de prdida, K

De bola K = 0,1

Compuerta K = 0,1 - 0,3

Anti-retorno K = 1,0

De asiento estndar. Asiento de fundicin K = 4,0 - 10,0

De asiento estndar. Asiento de forja (pequea) K = 5,0 - 13,0


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De asiento a 45. Asiento de fundicin K = 1,0 - 3,0

De asiento en ngulo. Asiento de fundicin K = 2,0 - 5,0

De asiento en ngulo. Asiento de forja (pequea) K = 1,5 - 3,0

Mariposa K = 0,2 - 1,5

Diafragma K = 2,0 - 3,5

De macho o tapn. Rectangular K = 0,3 - 0,5

De macho o tapn. Circular K = 0,2 - 0,3

Otros elementos Coeficiente de prdida, K

Codos a 90 K = 0,2

Filtros K = 3,0

Derivacin K = 0,7

Tabla 20. Coeficientes de prdida de carga, K

Para el caso que las vlvulas se encuentren parcialmente abiertas, el valor de los coeficientes de prdida de cargarespecto al valor del coeficiente en apertura total, se puede tomar de esta otra tabla:

Cociente K(parcialmete abierta)/K(abierta)

Situacin Compuerta Esfera Mariposa

Abierta 1,0 1,0 1,0

Cerrada 25% 3,0 - 5,0 1,5 - 2,0 2,0 - 15,0

50% 12 - 22 2,0 - 3,0 8 - 60

75% 70 - 120 6,0 - 8,0 45 - 340

Tabla 21. Coeficientes de prdida de carga en vlvulas parcialmente abiertas

La forma de proceder para realizar el clculo de este tipo de prdidas de carga sera la siguiente:

1- Se identifican los tramos que constituyen el recorrido del agua donde se va a producir la mayor prdida de carga, es

decir, el tramo ms desfavorable.

2- Se contabiliza los elementos singulares intercalados en al instalacin en ese tramo (vlvulas, filtros, codos,derivaciones...) y se le asigna el coeficiente de prdida (k) correspondiente, segn las tablas anteriores.

3- Empleando la formulacin emprica anterior para cada elemento, se obtendr la prdida de carga con la que contribuyeese elemento en cuestin.

4- Finalmente, se suman todas las prdidas de los diferentes elementos para obtener la prdida de carga total debida alos distintos elementos de la red.

Como se ha identificado el recorrido OBC como los tramos de la instalacin donde se producir la mayor prdida decarga, se realiza el clculo de las prdidas de carga de los elementos instalados en estos tramos. En la siguiente tabla se


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indican los valores obtenidos:

Tabla 22. Prdidas de carga localizadas

Tramo Caudal,Q (l/h)

Dimetrointerior,D (mm)

Tipo de elemento Unidades Coeficiente de prdidadel elemento, k

Prdida de carga,plocal(m)

OB 2.000 29 Vlvula antirretorno 1 1,0 0,04

Vlvula de bola 2 0,1 0,01

Codos a 90 6 0,2 0,04

Derivaciones de ramalesportagoteros

20 2,0 1,44

BC 80 13,6 Insercin de los goteros 10 3,0 0,03

Total (m) 1,56

En la anterior tabla se han contabilizado las prdidas de carga que se producen en elementos singulares tales comovlvulas, codos o cambios de direccin en la tubera. Tambin se han tenido en cuenta las originadas por las derivacionesde los ramales portagoteros de la tubera principal, as como las interferencias con el flujo debida a la insercin de losgoteros en el ramal.

Sin embargo, y por ser elementos singulares que aportan gran prdida de carga, los filtros deben ser consultados en susfichas de caractersticas tcnicas para conocer su valor.

En este caso, se intercalar a la salida de la bomba los siguientes elementos de filtrado con su correspondiente valor de

prdida de carga:

Tabla 23. Filtros instalados en el sistema de riego

Tipo de filtro Prdida de carga (m.c.a.)

Filtro hidrocicln 3,5 metros

Filtro de malla 1,5 metros

Por lo tanto, sumando las prdidas de carga producida en los dos filtros instalados a las obtenidas en la Tabla 22 anteriorcorrespondiente a vlvulas y ramificaciones, se obtiene una prdida de carga localizada debida a los elementosintercalados en la instalacin de:

plocal= 1,56 + 3,5 + 1,5 = 6,56 metros.

C) Prdida de carga producida en los emisarios o goteros:

La conexin del gotero a la tubera portagoteros produce una prdida de carga que en general se puede expresar en formade longitud equivalente de la tubera donde se inserta el gotero.


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--


Para obtener el valor de la altura geomtrica ( Hg), ste coincidir con la profundidad a la que se encuentra el nivel delagua en el pozo (a 8 metros de profundidad, segn se indic en el apartado 4.1). A este valor habr que sumarle lavariacin de nivel que experimente el nivel fretico a medida que el bombeo de agua se desarrolla, o bien, por lavariaciones debida a la estacionalidad (en verano al ser la poca seca el nivel fretico de los acuferos baja).

Con estas consideraciones, se establece que el nivel del agua en el pozo variar de 8 a 12 metros de profundidad,debindose instalar una sonda de nivel que desconecte automticamente el bombeo de agua cuando el nivel en el pozobaje por debajo de los 12 metros de profundidad.

En este sentido, la altura geomtrica (Hg) que deber vencer la bomba ser, para el caso ms desfavorable, de 12metros.

El otro trmino que proporciona la altura manomtrica de la bomba son las prdidas de carga que se producen en lainstalacin. Este valor se calcul en el apartado 4.3 anterior resultando ser,p= 10,96 m.

Sumando ambos conceptos se obtendr la altura manomtrica total o presin que debe dar la bomba:

H = Hg + p = 12 + 10,96 = 22,96 metros.

En resumen, los criterios para realizar la seleccin de la bomba sern:

Tabla 25. Criterios de diseo de la bomba

Caudal (m3/h) Presin (metros)

2,5 22,96

Para la seleccin de la bomba, cada fabricante dispone generalmente de tablas y herramientas informticas de seleccinrpida que permite obtener el modelo de bomba que mejor se adapta a nuestros requerimientos de entre toda la gama deproductos.

En este caso, se ha optado por seleccionar el equipo de bombeo del fabricante Grundfos, cuya aplicacin WebCAPSresulta ser una herramienta online para la seleccin y dimensionado de grupos de bombeo.

>> WebCAPS de Grundfos - (Herramienta Online para Seleccin y Dimensionamiento de Productos)

Haciendo uso de la aplicacin WebCAPS de Grundfos, con los datos de entrada de la tabla 25 anterior, resulta el siguientemodelo de bomba:

Modelo de bomba: SP 3A-6 50 Hz de GRUNDFOS

Tipo: Bomba sumergible multicelular para suministro de agua subterrnea, provista de motor trifsico, tipoencapsulado con proteccin contra arena, cojinetes lubricados por el lquido y diafragma compensadorade presin.

Caudal dediseo:

3,31 m3/h

Presin: 23 m

Materiales

Bomba: Acero inoxidable, AISI 304


41/41

Impulsor: Acero inoxidable, AISI 304

Motor: Acero inoxidable, AISI 304

Datos elctricos

Potencianominal:

0,599 kW

Frecuencia dealimentacin:

50 Hz

Tensinnominal:

3 x 380-400-415 V

Tipo dearranque:

Directo

Corrientenominal:

1,30-1,40-1,50 A

Cos phi -Factor depotencia:

0,70-0,64-0,60

Velocidadnominal degiro:

2850-2860-2870 r.p.m.

Grado deproteccin(IEC 34-5):

IP68

Clase deaislamiento(IEC 85):

B

Otros datos

Vlvula: Bomba con vlvula de retencin integrada

Etapas: 6

Dimetro delmotor:

4 inches

Pesoneto/bruto:

8,6 kg / 9,9 kg

Para ms informacin, ver las curvas de funcionamiento y de rendimiento, y de otros datos tcnicos de la bombaseleccionada, se adjunta acceso al documento impreso en formato .pdf:

Datos Tcnicos de la Bomba de Agua Seleccionada
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/objetos/figutut207/doc1tut207.pdf

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