Difusores y Aspersores

Ingeniería del Riego Componentes: Aspersores

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1) Aspersores y difusores Dentro de los sistemas de riego a presión, la aspersión fue el primero que se aplicó al riego de parques, jardines, zonas verdes e instalaciones deportivas, debido a la facilidad de adaptación de los equipos y dispositivos disponibles en su momento. La aspersión y difusión se incluyen en los denominados sistemas de media presión. Estos se caracterizan fundamentalmente por la utilización de caudales medios, zonas mojadas de superficie variable y requerimientos de presión medios, superiores a 250 kPa (2,5 kg/cm2).

Fotografía 1: Aspersores de turbina de impacto en calle de un campo de golf,

La aspersión se caracteriza porque los dispositivos de riego arrojan el agua con una cierta energía que en su salida a la atmósfera se transforma en cinética. El dispositivo de riego dispone de un mecanismo que rompe el chorro, reduciendo en mayor o menor medida el tamaño de la gota. Dicho mecanismo realiza un giro, que puede ser fijado por el usuario, consiguiendo superficies mojadas de cierta magnitud. En el caso del riego por difusión, la expansión y rotura del chorro de agua en la salida se consigue mediante un dispositivo fijo. La superficie mojada puede ser circular, semicircular o en forma de sector circular, dependiendo de las necesidades. Desde el punto de vista hidráulico los difusores requieren menor presión para funcionar, siendo los caudales arrojados y los alcances de la gota más reducidos que en el caso del riego por aspersión. Uno de los aspectos definitorios en la elección de un sistema u otro será la magnitud de la superficie regable. Difusores Los difusores son dispositivos de riego que disponen de una tobera o boquilla, normalmente de generatriz vertical, y un dispositivo fijo para la difusión el chorro de agua. Se caracterizan, tal y como se ha mencionado, por caudales bajos a medios y presiones requeridas bajas a medias. El alcance será a su vez discreto. Su aplicación en jardinería se concreta en el riego de zonas verdes de discreta dimensión, o jardines privados en zonas residenciales.


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Estos dispositivos pueden ser de eje fijo o auto emergentes. Los segundos disponen de un mecanismo que saca verticalmente el vástago con el difusor propiamente dicho, mientras en su conexión a la red existe una presión mínima, que dependerá de cada tipo. Cuando la presión se reduce como consecuencia del paro del riego, el vástago de incorpora el difusor baja introduciéndose totalmente en el cuerpo principal. Estos se disponen a ras de suelo, no creando impedimentos al paso cuando no están en funcionamiento.

Tornillo de ajuste del sector mojadoTornillo de ajuste del sector mojado

Tobera y filtroTobera y filtro

Entrada lateral opcionalEntrada lateral opcional

Válvula Válvula antianti retornoretorno

Muelle de aceroMuelle de acero

Regulador de presión incorporadoRegulador de presión incorporado













Figura 1: partes de un difusor auto emergente.

En estos dispositivos, al ser una tobera el dispositivo de salida, el caudal arrojado por los mismos vendrá dado por la siguiente ecuación.

HgSCQ d 2.

Siendo: Cd : Coeficiente de descarga de la tobera. Depende de su geometría, fundamentalmente. S : Area de la sección transversal del orificio de salida. g : Aceleración de la gravedad, 9,81 m/s H : Presión relativa en la tubería en la que se conecta el difusor, en mca. La ecuación se denomina ecuación característica del difusor, y es del mismo tipo de las de los emisores de riego localizado, con la particularidad de que al tratarse de una tobera u orificio, el exponente de descarga x = 0,5. El alcance, y por tanto la superficie mojada, va a depender del ángulo de salida de la gota, del tipo de difusor, tamaño de la tobera y presión de funcionamiento. Dado que cada difusor admite un variado conjunto de boquillas, y que el rango de presiones de funcionamiento es amplio, se pueden conseguir numerosas combinaciones de superficie mojada y caudales.


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La calidad de funcionamiento de un difusor podría caracterizarse mediante su coeficiente de variación de fabricación (CV) y la curva de pluviometría. Usualmente, los fabricantes, en el mejor de los casos, solo suministran la citada curva que relaciona la intensidad pluviométrica con la distancia al difusor. La intensidad pluviométrica o pluviometría se define como el caudal aportado por unidad de superficie, expresado normalmente en mm/h. La pluviometría depende del caudal del emisor, del alcance y de la disposición relativa de los difusores.

S

QP

Siendo:

P : Pluviometría

Q : Caudal arrojado por el dispositivo de riego

S: Superficie efectiva regada.

La superficie mojada es función de la disposición geométrica de los difusores. En general se admite que la distancia entre dispositivos de riego sea del 100% de su radio del alcance (50% del diámetro mojado) en orden a garantizar una buena uniformidad pluviométrica y que ninguna zona quede sub regada. En la tabla siguiente se dan las superficies efectivas para cada tipo de distribución.

Disposición geométrica Superficie mojada media

Cuadrado a2

Rectángulo a x b

Triángulo

2

3 2a

Tabla 1

La determinación de la pluviometría es indispensable, pues no debe superar nunca la velocidad de infiltración del suelo que se riega en evitación de indeseables

encharcamientos.

Figura 2: Curva pluviométrica de un difusor.

La curva pluviométrica permite valorar la uniformidad de riego para un difusor dado. Como se aprecia en la gráfica de la Figura 2, la intensidad va disminuyendo conforme nos alejamos de la localización del difusor por lo que es indispensable un solape mínimo para garantizar una adecuada uniformidad de la pluviometría. En la gráfica de la Figura 3 la curva de color rojo ilustra la pluviometría acumulada. En


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condiciones ideales ésta debía ser una línea horizontal lo que supondría una uniformidad de distribución máxima.

Figura 3: Pluviometría acumulada para dos difusores con una separación del 50% del alcance.

Angulo de salida 10°

Boquilla Presión (kg/cm2)

Radio (m)

Caudal Pluviometría

(mm/h)

(m³/h)

(l/s)

Cuadrado Triángulo

8F

1,0 1,5 0,12 0,03 52 60

1,5 1,9 0,16 0,05 47 55

2,0 2,3 0,22 0,06 41 48

2,1 2,4 0,23 0,06 40 46

8H

1,0 1,5 0,06 0,02 52 60

1,5 1,9 0,09 0,02 47 55

2,0 2,3 0,11 0,03 41 48

2,1 2,4 0,12 0,03 40 46

8T

1,0 1,5 0,04 0,01 52 60

1,5 1,9 0,06 0,02 47 55

2,0 2,3 0,07 0,02 41 48

2,1 2,4 0,08 0,02 40 46

8Q

1,0 1,5 0,03 0,01 52 60

1,5 1,9 0,04 0,01 47 55

2,0 2,3 0,05 0,02 41 48

2,1 2,4 0,06 0,02 40 46 Tabla 2: Características técnicas de un difusor.

En la Tabla 2 se transcribe la información técnica sobre un difusor dado usualmente suministrada por los fabricantes. En ella se relaciona el tipo de boquilla, la geometría de la superficie mojada, la presión, caudal, alcance y pluviometría media


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para dos tipos de disposiciones (cuadrado y triángulo) admitiendo una separación

entre difusores del 50% del alcance máximo. En la unidad didáctica 3 se expondrán los criterios de selección y la metodología de diseño y dimensionado de la red de riego para este tipo de dispositivos, o la combinación de varios.

Fotografía 2: Difusor auto emergente circular.

.

Fotografía 3: Detalle de difusor sectorial protegido mediante tubo de PVC y anclado en dado de

hormigón


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Fotografía 4: Difusor sectorial. Se aprecia el detalle del vástago que emerge del cuerpo

principal (A 2) Aspersores Los aspersores se encuentran dentro del grupo de dispositivos de riego en los que el agua sale al exterior con cierta energía cinética. En el caso de los aspersores el dispositivo que produce la rotura del chorro y la expansión es móvil. El orificio de la tobera tiene normalmente un eje horizontal o con algún grado de inclinación. Dependiendo del mecanismo de giro y expansión de la gota, los aspersores pueden ser de turbina o de impacto. En el caso de su utilización en jardinería y paisajismo, ambos tipos son auto emergentes, para no crear impedimentos en las zonas de instalación y reducir la posibilidad de actos vandálicos. En el caso de los campos de golf son los dispositivos más utilizados, ya sean en sus versiones de turbina o de impacto. En el riego de parques y jardines, así como zonas deportivas y residenciales, el dispositivo más utilizado es el aspersor de turbina auto emergente. Estos se caracterizan por:

Caudales medios a altos.

Presiones medias a altas (2,5 – 8 kg/cm2)

Alcances superiores a 20 m


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Muelle para Muelle para extraciónextración

Del vástagoDel vástago

Mecanismo de giroMecanismo de giro

Lubricado por Lubricado por

aguaagua

Filtro de entradaFiltro de entrada

Disco de asiento.Disco de asiento.

CierreCierre

Tapa de goma.Tapa de goma.

Entrada al conductoEntrada al conducto

de salida del aguade salida del agua

BoquillaBoquilla

Conducto de salidaConducto de salida

Y eje de ajuste delY eje de ajuste del

radioradio





aguaagua



CierreCierre




BoquillaBoquilla



radioradio





aguaagua



CierreCierre




BoquillaBoquilla



radioradio

Figura 4: Elementos de un aspersor de turbina auto emergente.

En Figura 1 se ilustran las partes que componen este tipo de aspersores. Cada aspersor admite un determinado número boquillas de distintos diámetros y geometría de salida. De esta forma el rango de caudales y superficies mojadas por aspersor se amplia significativamente. Las especificaciones técnicas de este tipo de dispositivos son similares a las de los difusores. La información básica requerida para la selección de un aspersor se resume en:

Rango de caudales versus presiones para cada tipo de boquilla.

Tipo de mecanismo de regulación del área mojada

Material de fabricación de la carcasa y vástago.

Material de las partes internas y mecanismos.

Disponibilidad de válvula de retención

Disponibilidad de regulador de presión interno.

Tipo de conexión a tubería. (Normalmente rosca hembra ISO)

Calidad de funcionamiento y fabricación (CV). No suele suministrarse

Curva pluiviométrica

Tabla de prestaciones.

Presión (kg/cm2)

Boquilla Radio

(m)

Caudal Pluviometría (mm/h)

(m³/h) (l/s) Cuadrado Triángulo

2,8 12 13,4 1,43 0,40 8 9


8

13 13,4 1,66 0,46 9 11

14 * 13,4 1,91 0,53 11 12

15 13,7 2,18 0,60 12 13

3,0 12 13,5 1,49 0,41 8 9

13 13,5 1,73 0,48 9 11

14 * 13,7 1,99 0,55 11 12

15 13,8 2,28 0,63 12 14

3,5 12 13,7 1,60 0,44 8 10

14* 13,9 2,15 0,60 11 13

15 14,1 2,45 0,68 12 14

4,0 12 14,0 1,70 0,47 9 10

13 14,0 2,00 0,55 10 12

14* 14,2 2,30 0,64 11 13

4,5 12 14,2 1,81 0,50 9 10

13 14,2 2,13 0,59 11 12

14* 14,5 2,45 0,68 12 14

5,0 12 14,4 1,92 0,53 9 11

13 14,4 2,26 0,63 11 13

14* 14,7 2,61 0,72 12 14

15 14,7 2,95 0,82 14 16

Tabla 3: Tabla de comportamiento de un aspersor de turbina

Este tipo de aspersores cubren un amplio abanico de situaciones. De hecho son los más utilizados en jardinería pública, en parques y jardines con superficies regables de cierta magnitud y no existen impedimentos para localizar estos en zonas intermedias. Todos estos dispositivos, al tener complejos mecanismos para garantizar su correcto funcionamiento, deben ser sometidos a unas rutinas de mantenimiento periódicas. Uno de los principales problemas que se detectan están asociados a esta circunstancia: Pérdidas de agua por juntas, zona regable no ajustada, bloqueo del mecanismo de auto emergencia, etc. Los aspersores de turbina suelen tener un alcance medio, por lo que son adecuados cuando la superficie a cubrir no es muy grande, o cuando el trazado de la red se prevé en varias filas de tuberías, es decir, cuando para el riego de una calle se prevén varias tuberías paralelas que alimentan los aspersores o ramales con varios aspersores.

Figura 5: Especificaciones de un aspersor de turbina (Toro)


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Estos aspersores pueden llevar incorporada una válvula hidráulica que sea comandada mediante una señal eléctrica, con un solenoide, o mediante una señal hidráulica a través del correspondiente tubo de comando. En orden a garantizar una alta uniformidad de distribución pueden llevar incorporados reguladores de presión que pueden ser tarados a presiones prefijadas (3,5 – 4,5 – 5,5 y 6, 9 bares1)

Figura 6: Esquema de conexión a la tubería de alimentación de aspersor sin válvula de cierre.

Figura 7: Conexión de aspersor de turbina con válvula incorporada y tubo de comando hidráulico

(Toro)

La solución aportada en la Figura 6 puede resultar adecuada para el riego de grupos de aspersores controlados por una válvula de sector situada en una arqueta fuera de las calles. Esta solución resulta más económica y puede ser lo suficientemente flexible en lo que se refiere a la organización del riego. La segunda solución permite la apertura independiente del aspersor, mediante una señal hidráulica. Estas válvulas son normalmente abiertas2. En este caso, los

1 Equivalentes a 50, 65, 80 y 100 psi.


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solenoides pueden localizarse en un armario o donde esté situado el controlador satélite de riego. Esta solución es válida cuando la fuente de alimentación debe estar alejada del aspersor en cuestión. La tercera solución, cuya ilustración se mostrará posteriormente, incluiría la válvula con solenoide que mediante un cable de dos o tres hilos se conecta al controlador y permite la activación del aspersor como sector independiente. Esta solución es adecuada en el riego de greens y cuando quiere flexibilizarse al máximo las estrategias de funcionamiento. Lógicamente también es la solución más cara.

Figura 8: Tabla del funcionamiento de aspersores de turbina para distintas boquillas3.

Fotografía 5: Aspersor auto emergente de tubina en riego de green.

2 El funcionamiento de este tipo de válvulas se verá en la Unidad Didáctica siguiente, al igual que las que

se actúan mediante solenoides. 3 1 feet (pies) equivale a 0,3 m. y un GPM a 3,785 litros/minuto


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Fotografía 6: Tapa de aspersor auto emergente en rough

En la Figura 9 se ilustra la localización de los aspersores en un green con un

solape del 100%. Separación entre aspersores igual al alcance. En la figura se han dibujado los círculos de la superficie mojada, aunque en la práctica el riego sería sectorial y para cada aspersor habría que ajustar el ángulo de cobertura.

Figura 9: Aspersores de turbina en riego de green


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Figura 10: Riego de green con dos aspersores.

En la siguiente figura se ha probado con dos aspersores del mismo alcance (21 m), obteniendo un solape completo de prácticamente toda la superficie del green. La selección del tipo de aspersor y su disposición en las distintas zonas regables exige un estudio de distintas alternativas, con distintos alcances y localizaciones de los aspersores hasta encontrar una solución adecuada. Las soluciones posibles suelen ser múltiples y el técnico proyectista debe buscar aquella que satisfaga las necesidades de riego y práctica deportiva, siendo compatible con el sistema hidráulico de distribución y que resulte lo menos gravosa posible.

Figura 11: Aspersor de turbina auto emergente bloqueado.


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Fotografía 7: Riego de calle con aspersores de impacto. Detalle del solape entre zonas mojadas.

. Aspersores de impacto En este tipo de aspersores, tanto el mecanismo de giro como la posición de las toberas son similares, de hecho se ellos han sido adaptados, a los aspersores de uso agrícola. En campos de golf presentan la particularidad de ser auto emergentes, en la gran mayoría de casos. Por el mecanismo de giro, estos son más voluminosos, y con una tapa cenital más ancha, que ocasionalmente se recubre de algún material plástico blando en imitación de la hierba artificial. Este tipo de aspersores se caracteriza por:

Riego de grandes superficies: Cesped, campos deportivos, campos de golf, etc

Radio de giro ajustable. Presentan normalmente dos opciones, círculo completo o parcial entre 20º y 340º

De una o dos boquillas para mejorar la uniformidad, aunque lo usual es que sean dos.

Incorporan en algunos casos la electroválvula y el regulador de presión

Caudales y presiones requeridas altas.

Su utilización es característica en el riego de calles donde la superficie a cubrir suele ser importante. Los radios de alcance pueden llegar a 50 m, requiriendo presiones en algunos casos próximas a los 8 kg/cm2, cuando se trata de cañones de riego. Los aspersores de impacto pueden instalarse sobre trípode móvil a modo trineo, de tal forma que una zona extensa puede cubrirse con un número reducido. Este tipo de dispositivos disponen de una manguera flexible de cierta longitud para permitir su movilidad. La ventaja principal es la reducción de costes de adquisición de material, teniendo como inconveniente más notorio la imposibilidad de funcionamiento automático y la necesidad de disponer operarios que vayan moviendo los trineos hasta cada posición de riego.


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Fotografía 8: Aspersor de impacto de una tobera

Figura 12: Tablas de prestaciones de aspersor de impacto.


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Figura 13: Aspersor de impacto en funcionamiento. Se aprecian los chorros correspondientes a las

dos boquillas.

Como se ha comentado anteriormente, estos aspersores y para su uso en instalaciones de campos de golf, suelen llevar la electroválvula incorporada y un regulador de presión lo que garantiza un caudal y alcance estables independientemente de las condiciones de presión en la red.


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Figura 14

Figura 15: Elementos internos que conforman un aspersor de impacto.

Efecto del viento sobre la uniformidad de riego


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El viento afecta tanto al alcance efectivo de los aspersores como a la uniformidad de distribución en la superficie. Cuando se prevea la existencia de viento frecuente debe tomarse una serie de medidas para evitar la distribución no sea la prevista.

1. Se debe reducir el alcance efectivo del aspersor. Es decir, seleccionar para un aspersor aquel que tiene el menor alcance. De este modo el tamaño de la gota será algo mayor y será menos sensible al efecto del viento.

2. Se deben buscar aspersores cuyo ángulo de trayectoria del chorro sea el menor posible. En condiciones de calma el ángulo sobre la horizontal, idóneo testado el laboratorio, suele ser de unos 32º. En el caso de condiciones ventosas, cuando la velocidad supere los 10 km/hora, resulta conveniente buscar aspersores con ángulos que no superen los 22 – 27º

3. La disposición idónea, si la práctica deportiva lo permite, es en rectángulo, reduciendo la separación entre los aspersores en la dirección del viento.

Velocidad del viento (km/h) Máximo espaciamiento con fila única (%)

Sin viento 50 – 65

Hasta 8 50 – 55

De 8 a 13 45 – 50

Más de 13 25 - 30

Otro factor a tener en consideración es la pendiente de la zona regable. Cuando la pendiente supera el 10% la distancia entre aspersores debe reducirse, pues parte del agua se perderá por escorrentía superficial. Como norma práctica puede reducirse un 1% el alcance efectivo por cada 1% de incremento de la pendiente.

Figura 16: Esquema de conexión de aspersor con electroválvula a tubería de alimentación.


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Figura 17: Electroválvula de sector. Controla el riego de tres aspersores en una calle.

4182500689300

4182600

6897006896006895006894004182500

689300

4182400

Figura 18: Disposición de aspersores en campo de prácticas

En La Figura 18 se ilustra la disposición de aspersores en un campo de prácticas. Se han elegido aspersores de impacto con un alcance de 21 m. El espaciamiento entre aspersores varía entre el 50 y 60% del diámetro mojado,


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definiendo tres líneas de 10 aspersores, una central y dos laterales. El trazado y dimensionado de las tuberías se verá en el siguiente capítulo, no obstante a la hora de agrupar los aspersores por sectores podrían hacerse en grupos de tres, de tal forma que en cada zona funcionen simultáneamente un máximo de seis aspersores o dos grupos. Si el caudal del aspersor a una presión de 5 kg/cm2 es de 6,62 m3/h, el caudal por sector sería de 39,72 m3/h.

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