Después de meses de trabajo, pruebas, correcciones y modificaciones, ha llegado el momento de presentaros la aplicación que os traigo. En verdad me agrada mucho, pues en definitiva se trata del resultado de aplicar los conocimientos del libro que publiqué en el año 2018 sobre diseño de instalaciones de riego a presión. Aparte de esto, creo que se trata de una herramienta útil y práctica que, utilizada con conocimiento, puede orientar y proporcionar resultados fiables que os ayuden en el diseño hidráulico de instalaciones de riego por goteo.
Sin más preámbulos vamos con la aplicación.
ESHIR (g)
La herramienta EStudio Hidráulico de Instalaciones de Riego por goteo funciona en formato Excel. Se compone de dos hojas: una con las indicaciones generales de uso y otra con el panel de cálculo.
En el panel de cálculo nos encontramos con cuatro secciones que vamos a ver en detalle.
· Croquis de presiones
Informa sobre los puntos de la instalación en los que la aplicación muestra el valor de las presiones de funcionamiento del sistema de riego, desde el cabezal al último gotero.
· Panel de tuberías
Es una sección formada por cuatro columnas que contiene la información de la tubería principal, secundaria, tubería terciaria y ramales portagoteros. Se introducirán valores tales como caudal circulante, diámetro interior del tubo, diferencias de cota, longitudes de tubo, etc., y obtendremos velocidades del agua y las pérdidas de presión producidas. La columna correspondiente al lateral requiere de datos adicionales que luego veremos en el ejemplo de cálculo.
· Panel de presiones
En esta sección accedemos a valores de presión obtenidos en distintos puntos de la red, en mca.
· Panel de avisos
El panel de avisos nos indicará si los datos seleccionados para el cálculo hidráulico de las tuberías son correctos o bien debemos de realizar algún ajuste, modificación o corrección. El color de la celda identifica el tipo de tubería sobre la que avisa.
Se rellenarán las celdas de color blanco.
Para evitar errores y pérdidas accidentales de fórmulas la aplicación está protegida.
Comentar que oculta en la hoja se encuentra todo un extenso y complejo proceso de cálculo.
1. ESHIR (g): diseño del lateral de riego
Una vez realizado el estudio agronómico en las parcelas, en el que se habrá determinado las dimensiones de las unidades de riego, el tipo de gotero, su caudal, la distancia entre emisores, etc., lo primero que tenemos que hacer es situarnos en el panel de cálculo y, en la columna correspondiente al lateral, introducir los valores de la ecuación del gotero. Sin estos datos la aplicación no podrá realizar las operaciones de cálculo posteriores, necesarias para el estudio hidráulico de la instalación.
La ecuación del gotero puede ser conocida o bien la podemos calcular, por lo que se rellenaran las casillas que correspondan. En el caso de que no sea conocida y por tanto tengamos que calcularla, precisaremos de dos valores de presión (en mca) y dos valores de caudal del gotero (en l/h) y la aplicación calculará la K y el exponente de descarga x del gotero. En el caso de que la ecuación sea conocida, introduciremos directamente los valores de K y de x en las casillas correspondientes.
Nota: La aplicación da prioridad a los datos de x y K conocidos sobre los calculados en el caso de que se rellenen todas las celdas.
Debo comentar antes de seguir que el rigor de cálculo no permite introducir para el estudio hidráulico de la instalación un único valor de presión del gotero (presión de trabajo) y un único valor de caudal del gotero (caudal nominal del emisor). Necesitamos conocer la curva caudal/presión del gotero para que la aplicación obtenga con fiabilidad la variación del caudal con respecto a las presiones.
Supongamos ahora que vamos a realizar un diseño de riego con un gotero del que no conocemos la ecuación pero si disponemos de la tabla de presiones y caudales.
Se trata de un gotero real y, como podéis apreciar en la tabla expuesta más abajo, es un gotero no compensante. Hay dos tipos de goteros según el caudal emitido ante las variaciones de presión: los no compensantes y los compensantes. En los primeros varía el caudal cuando varía la presión y los segundos, los compensantes, disponen de un sistema basado en membranas que les hace, para un rango de presiones determinado, emitir prácticamente el mismo caudal. En estos últimos las curvas son planas (cuando sube la presión, se mantiene el caudal), en los no compensantes, como el de este ejemplo, las curvas son ascendentes (cuando sube la presión, sube el caudal).
Bien, en algunos casos nos podemos encontrar los valores en formato tabla (son más exactos), en forma gráfica (tienen menos exactitud) o con ambos. El asunto es obtener 4 valores (dos de caudal y dos de presión) para que la aplicación ESHIR (g) pueda trabajar con la fórmula del gotero.
El catálogo del fabricante nos indica que la presión nominal del gotero es de 10 mca (1 bar) y el caudal de trabajo de 4 l/h.
Pues vamos con ello. Elegimos de la tabla, como se aprecia en la imagen de superior, dos valores de presión -que no sean continuos- y sus correspondientes valores de caudal e introducimos los datos en la aplicación (la presión en metros de columna de agua).
En las celdas de color rosa aparecen la x y la K del gotero, por lo que la curva caudal-presión de ese gotero tendría por fórmula: q = 1,28 · h^0,498
Si nos vamos un poquito más abajo en la pantalla de ESHIR (g) veremos dos campos que debemos de rellenar seguidamente. Uno es la presión nominal del gotero y el otro el porcentaje de pérdidas de presión que asignaremos al lateral.
Para el ejemplo que estamos viendo, la presión nominal es de 10 mca.
Respecto al porcentaje de pérdidas recomiendo que revisen la lámina nº 7 del post X Láminas imprescindibles sobre hidráulica de riego por goteo. Para este ejemplo elegimos 70%.
Seguimos introduciendo valores en la columna ramales portagoteros hasta completarla:
· Seleccionamos si se trata de un gotero compensante o no. En este caso, no, (valor 2)
· Diámetro de tubería lateral: 25 mm (23 milímetros* de diámetro interior según catálogo)
· Longitud equivalente por la inserción del gotero: 0,03 metros (luego hablamos de ello)
· Presión mínima de funcionamiento del gotero: 7 mca (dato facilitado por el fabricante)
· Distancia entre goteros: 0,83 metros
· Diferencia de cota entre el inicio del lateral y el extremo: 1 metro (ascendente)
· Longitud del ramal: 105 metros*
(*) Se elige un diámetro de lateral más grande o más pequeño según la longitud máxima del ramal que se desee, teniendo en cuenta la influencia que ejerce el número total de goteros en el ramal (caudal de entrada en definitiva) así como la pendiente. Se trata de realizar tentativas que cumplan con los criterios de diseño.
Para estos datos vemos que la presión de entrada en el lateral sería de 10,8 metros.
Si vamos más abajo en la tabla, el panel nos avisa que el diseño probado es correcto.
¿Qué es la longitud equivalente?
Es la longitud del lateral en metros cuya pérdida de carga equivale a la producida por la conexión del gotero. Este valor varía según el tipo de emisor y la geometría de la inserción del gotero en la tubería.
Para los que dispongáis de mi libro, en el Anejo G “Pérdidas de carga singulares” se explica cómo calcular la pérdida de presión debido a la conexión del gotero según el tipo de gotero empleado.
No obstante, y a falta de datos, pueden considerase las siguientes longitudes equivalentes (K):
Eventualidades
Voy a comentar una serie de casos que pueden suceder y que nos ayudarán a comprender mejor cómo funciona la aplicación ESHIR (g).
· Si en vez de utilizar un gotero integrado con una K=0,03 hubiésemos utilizado un gotero interlínea (con K=0,23) manteniendo el resto de valores, no sería válida esta opción debido a que para estas condiciones no se cumpliría con la ecuación de diseño. Sobre la ecuación de diseño podéis leer el post: Prontuario de diseño hidráulico de goteo.
· Una longitud de lateral de 115 metros en vez de 105 metros invalidaría el diseño pues incrementamos por encima del máximo permitido las pérdidas de presión en el ramal.
· Sin embargo, si se asignan unas pérdidas de carga de 75% al lateral el resultado del diseño sería válido, ya que incrementamos la máxima pérdida de carga que puede tolerar el lateral.
· Podemos conocer la máxima longitud que alcanzaría el lateral para las condiciones de diseño. Lo sabremos si asignamos un porcentaje de pérdidas del 100%. Esto sólo es a título informativo, no es útil en la práctica cuando se diseñan bloques de riego, como explico en el post: Máxima longitud de laterales en goteo.
· Si optamos por una tubería de 16 mm de diámetro (13 mm de diámetro interior según catálogo) veremos que la longitud máxima que podríamos alcanzar con el lateral sería de 40 metros, en lugar de 105 metros alcanzados con la tubería de 25 mm.
Como ya sabéis, el panel informativo nos avisará si el diseño es o no es válido desde el punto de vista hidráulico. Tendremos siempre la opción de cambiar diferentes parámetros para conseguir un diseño válido.
Con la aplicación ESHIR (g) podemos ensayar y verificar opciones que nos proporcionen los valores de diseño que más nos convengan según la planificación previa de los bloques de riego. La aplicación está pensada para permitir que interactuemos con ella de una forma intuitiva, sencilla y práctica.
En el supuesto de terrenos con una gran pendiente recurriríamos a goteros compensantes. Supongamos un bloque de riego que tiene una pendiente descendente de 3 metros. El resto de datos permanecen iguales.
Para estas condiciones el diseño no sería válido.
Recurrimos entonces a goteros compensantes para esta zona. Supongamos que disponemos de un modelo de gotero cuya ecuación sea: q = 3,14 · h^0,062
Introducimos valores en la aplicación y vemos que evidentemente es válido el diseño.
Nota: en caso de diseñar con gotero compensante, recuerda seleccionar el valor 1 en la casilla correspondiente, la del fondo azul.
2. ESHIR (g): diseño de la tubería terciaria
Seguimos introduciendo valores para las tuberías terciarias:
La pérdida de presión por la unión de los laterales a la tubería terciaria se suele estimar en un 10 o 15% de las pérdidas de la tubería. No obstante en el desplegable puedes elegir 10, 12, 15 ò 20% de pérdidas.
En cuanto al valor del caudal de entrada tengamos en cuenta que cada lateral, para el ejemplo que estamos analizando, demanda un caudal de:
4 l/h · 126 goteros = 0,14 l/s (el número de goteros resulta de dividir la longitud del lateral -105 metros- entre la separación entre goteros -0,83 m-)
Como la longitud de la terciaria es de 80 metros y la separación entre laterales es de 4 metros tendremos 20 laterales por cada terciaria. El caudal de entrada en la terciaria será: 20 · 0,14 = 2,8 l/s.
Un diámetro de tubería inferior a 63 mm (45 mm en vez de 58 mm de diámetro interior) invalidaría el resultado debido a las altas pérdidas de carga generadas. Llegaría en consecuencia una presión menor de la mínima necesaria en la zona final de la terciaria, y así se advierte en el panel de avisos.
3. ESHIR (g): diseño de las tuberías secundaria y principal
La introducción de datos para el resto de tuberías se realiza de igual manera.
Debemos de tener cuidado con las unidades que empleamos: las longitudes de tubería serán en metros, los diámetros de tubo son interiores y en milímetros, los caudales circulantes en litros/segundo, las diferencias de cota en metros y las presiones en metros, con los decimales separados por comas, no por puntos.
Para el ejemplo que estamos viendo en este artículo tenemos los siguientes valores de tuberías principal y secundaria:
En este ejemplo hemos supuesto que la tubería secundaria abastece a 4 unidades de riego que riegan a la vez (4 · 2,8 = 11,2 l/s) y la tubería principal suministra a dos tuberías secundarias (2 · 11,2 = 22,4 l/s), es decir, que se riegan en cada turno 8 unidades de riego simultáneamente.
Las pérdidas de presión en piezas y accesorios se suelen estimar. Estas pérdidas se estiman en la práctica en un 10 o 15% de las pérdidas de la conducción. La aplicación permite seleccionar el valor 0, 10, 12, 15 y 20% de pérdidas (el valor 0 se emplearía para tramos rectos en los que no existen por lo tanto accesorios ni piezas).
Suponiendo una pérdida de presión en el cabezal de riego de 12 mca, dato que introducimos en la casilla correspondiente, el cuadro de presiones quedaría finalmente como sigue:
Es decir, la bomba tendría que elevar un caudal de 22 l/s –el que circula por la tubería principal- a una presión de 35 mca.
Supongamos ahora que por la tubería principal circulase un caudal de 30 l/s y mantenemos el mismo diámetro de tubería: 125 mm (diámetro interior 119 mm)
Para este supuesto la velocidad del agua sería de 2,7 m/s y la presión de la bomba ascendería a 39,5 mca. El hecho de que la pantalla de avisos nos advierta que la velocidad sea excesiva no significa que el diámetro seleccionado no valga, ya que el límite de la velocidad máxima fijada en ESHIR (g) es de 2,5 m/s. Será tu criterio el que deba decidir en valores próximos al límite si sigues adelante o bien modificas algún parámetro: “que una máquina no decida por ti”.
El panel de avisos para la tubería principal y secundaria informa sólo de situaciones consideradas desfavorables o no convenientes referidas a velocidades del agua y a presiones del sistema.
Comentar que si no existiera tubería secundaria no debéis de preocuparos en absoluto, simplemente saltáis de la terciaria a la principal sin incluir ningún valor para la tubería secundaria. El proceso de cálculo no se vería afectado.
Y ya por último indicar que la aplicación te permite también realizar cálculos y comprobaciones por tramos de tubería. Para muestra, puedes comparar el resultado del pantallazo siguiente con los datos obtenidos para la tubería secundaria del ejemplo visto en este post.
La anterior imagen pertenece a la tabla de cálculo pérdidas de presión en tuberías.
Bien, querido lector, lectora, esto es todo lo que tenía que contar. Si has llegado hasta aquí verdaderamente te interesa la hidráulica del riego, lo cual me alegra mucho. Con la aplicación ESHIR (g) sólo deseo facilitar tu trabajo. Por tu parte, debes de mantener siempre al día y actualizados tus conocimientos, ya que esta aplicación no calcula por ti, calcula contigo.
La hoja de cálculo ha tenido un proceso laborioso de creación en el que he invertido tiempo y recursos por lo que la descarga tendrá un coste mínimo. ¡Muchas gracias por anticipado por vuestra colaboración y por hacer un uso ético de la herramienta!
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