Riego Por Goteo y Microjet

7/29/2019 Riego Por Goteo y Microjet

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DDrr.. EEdduuaarrddoo HHoollzzaappffeell HH..F a c u l t a d d e I n g e n i e r a A g r c o l aU n i v e r s i d a d d e C o n c e p c i n


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I. CONCEPTOS GENERALES DE MICROASPERSION Y GOTEO

El riego por goteo o microaspersin se podra definir como la aplicacin frecuente de agua

filtrada al suelo en pequeas cantidades a travs de una red de tuberas y dispositivos especiales

denominadas "emisores", ubicadas a lo largo de la lnea de distribucin. De esta manera el agua

es conducida desde la fuente a cada planta, eliminando totalmente las perdidas por conduccin

y minimizando aquellas por evaporacin y percolacin. Con este mtodo se pretende adems

controlar, bajo adecuadas condiciones de diseo, operacin y manejo, el patrn con que el

agua se distribuye en el suelo generando en la zona radicular del cultivo un ambiente con

caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas que permitan mayores rendimientos, productos de

alta calidad que incrementen la rentabilidad de la empresa agrcola.

El diseo de los sistemas de riego por microaspersin y goteo, desde un punto de vista

ingenieril y agronmico, tiene como objetivo fundamental mantener un volumen de

dimensiones adecuadas de la zona radicular de las plantas bajo un nivel de humedad cercano a

Capacidad de Campo. La distribucin y el nivel de humedad del suelo deben adecuarse en talforma que la relacin entre los factores agua-suelo-planta optimicen el uso del recurso, el

rendimiento de la planta en trminos de produccin y desarrollo y maximize el beneficio neto a

la empresa agrcola considerando restricciones medioambientales.

II. VENTAJAS DEL SISTEMA

El riego por goteo y microaspersin presenta numerosas ventajas algunas de ellas son

comunes a otros mtodos de riego, sin embargo existen algunas que le son exclusivas.


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1. Eficiencia en el uso del agua

En general las perdidas que presenta el mtodo son mnimas. Las prdidas por conduccin en

un sistema bien instalado son nulas ya que el agua se conduce por tuberas. La evaporacin

desde el suelo es reducida ya que al estar el emisor sobre el suelo las fuerzas capilares tienden a

absorber el agua muy rpidamente, adems que el rea humedecida es pequea como para

producir altos niveles de evaporacin bajo un diseo adecuado que evite escurrimiento

superficial. Finalmente los niveles de percolacin profunda son muy pequeos en un sistema

bien diseado, aunque bajo ciertas condicione se requiere para lixiviar sales. Con este sistema

de riego la zona radicular del cultivo permanece la mayor parte del tiempo bajo condicionesptimas de humedad

2. Topografa y Suelo

El riego por microaspersin y goteo no presenta ninguna restriccin de tipo topogrfico para

su establecimiento. Una de las mayores ventajas que presentan estos sistema son precisamente

el poder utilizarse en reas con topografa muy heterognea y con pendientes pronunciadas.

El mtodo de goteo y miscroaspersin que se disea y opera de manera adecuada crea las

condiciones en el suelo para mantener un medio adecuado de funcionamiento del sistema

radicular adems permite un buen crecimiento que permanece relativamente constante en el

tiempo. Un correcto manejo debe permitir una buena relacin agua-aire en el suelo para que el

sistema radicular realice adecuadamente sus actividades de crecimiento y extraccin de agua y

nutrientes, y debe proveer de un volumen de suelo humedecido acorde con el potencial dedesarrollo del sistema radicular de cultivo o frutal.

El riego localizado permite adems utilizar aguas con altos contenidos de sales, ya que al no

reducir el contenido de humedad la concentracin de sales en el bulbo hmedo no llegan a

niveles crticos para la planta. Es importante mencionar que cuando se riega con aguas de alto

contenido salino se requieren normas de manejo y diseo que permitan un riego sustentable en

el tiempo.


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3. Produccin y calidad del producto

En general se ha encontrado que bajo riego localizado se obtienen mayores producciones y un

incremento en la calidad del producto. Esto se asocia a que bajo riego por goteo y

microaspersin se aplican los niveles de agua requerido por el cultivo en forma mas precisa y

se pueden controlar los niveles de agua en diferentes estados de desarrollo, para lograr los

objetivos de calidad y produccin esperados, que es difcil por ahora en otros sistemas de

riego.

Diferentes estudios realizados en que se relaciona el agua y la produccin han demostrado que

se requiere un adecuado diseo y manejo de los sistemas de riego por microaspersin y goteo

para lograr rendimientos potenciales para una zona en particular. Operacin inadecuada puede

producir resultados que afectan seriamente la produccin, no logrando los niveles que

justifican la incorporacin de estos sistemas.

Finalmente es importante mencionar que los emisores debe ubicarse de manera tal que

apliquen el agua en la zona de mayor extraccin radicular, lo que garantizara las produccionesesperadas con la calidad requerida.


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4. Condiciones Agronmicas

El riego por goteo fundamentalmente y microjet y microaspersin presentan una serie de

ventajas para la labores agronmicas de los cultivos y frutales. Una de las que tiene mayor

importancia es el hecho que el riego no interfiere con la aplicacin de productos qumicos, la

cosecha, poda y otras series de labores culturales. Algunos especialistas han determinado que el

mantener con bajo contenido de humedad la entre hilera controla malezas. Sin embargo, el

mayor impacto que tiene el no regar la entre hilera es prevenir la compactacin del suelo,

permitiendo una adecuada aireacin y estructura.

En la actualidad los sistemas de riego localizados permiten aplicar fertilizantes y otros

productos qumicos en forma efectiva y en base a las necesidades parciales del cultivo o frutal.

III. DESVENTAJAS DEL SISTEMA

Los sistemas de goteo y microaspersin pueden presentar serios problemas en su operacin y

manejo si el diseo es inadecuado y no se consideran todos los antecedentes de calidad de

agua, tipo de suelo y caracterstica de los emisores.

1. Taponamiento de emisores

El taponamiento de los emisores, que es el problema ms comn en estos mtodos de riego, se

debe fundamentalmente a causas fsicas, qumicas y biolgicas del agua de riego, a los sistemasde filtrado, y el tipo de emisores. Por lo expuesto un preciso anlisis de la calidad del agua de

riego es un factor importante para establecer un adecuado sistema de filtraje y la seleccin del

tipo de emisor correctamente.

Los problemas mas crticos de taponamiento de emisores son por causas biolgicas y qumicas,

debido a que se presentan con bastante posterioridad al establecimiento del sistema y deben

efectuarse acciones paliativas que bajo ciertas condiciones son de un costo elevado.


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2. Salinizacin zona radicular

La salinidad en la zona radicular puede aumentar sustancialmente bajo inadecuadas

condiciones de diseo y manejo. La planta extrae agua del suelo y la mayora de las sales en la

solucin no son absorbidas lo que va provocando un paulatino aumento de la concentracin

de sales en la periferia del bulbo hmedo, que al evaporase el agua deja una costra salina. Esta

situacin se puede evitar con aplicaciones mayores que las requeridas y regar en periodos de

precipitaciones. Este problema prcticamente no se presenta en zonas hmedas.

3. Inadecuada distribucin de Humedad

Los sistemas de riego localizados solo humedecen un porcentaje del volumen radicular que

flucta entre 30 a 60 por ciento. El rea humedecida por los emisores depender de la

descarga, el volumen aplicado en el riego y el tipo de suelo. Es importante poner de relieve que

existe una zona de alta extraccin de agua por el sistema radicular donde se recomienda aplicar

el agua; ya que una inadecuada distribucin de humedad puede afectar seriamente los

rendimientos del cultivo o frutal.

4. Elevado Costo Inicial

Una de las principales y mayores desventajas que presenta el mtodo es su alto costo inicial

debido a que toda la instalacin es de carcter permanente y requiere de una gran cantidad de

accesorios para su adecuado funcionamiento. Sin embargo si se considera la vida til del

equipo su costo anual es prcticamente insignificante al compararlo con otros costos de

operacin del proceso productivo.


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5. Requerimientos Tcnicos

Los sistemas de riego por goteo y microaspersin requieren de una mayor capacidad tcnica

que otros mtodos de riego ya que las instalaciones modernas aplican agua y fertilizantes en

forma simultanea. La mayora de los actuales sistemas utilizan elementos electrnicos que

requieren de cierta preparacin del operador para obtener el mximo provecho de los niveles

de automatizacin.


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IV. COMPONENTES DEL METODO DE RIEGO POR GOTEO Y

MICROASPERSION

1. Cabezal de control

El cabezal del sistema consiste en una serie de dispositivos para entregar a la red hidrulica

agua presurizada, de calidad adecuada, en el momento oportuno y en la cantidad requerida. El

cabezal de control se compone en general de medidores de flujo, vlvulas de control, inyector

de productos qumicos, filtros, manmetros, sensores especiales, controles automticos ocomputadoras y equipo de bombeo (optativo) (Figura 1). Normalmente, el cabezal de control

est localizado en o cerca de la fuente de agua y/o energa.


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FIGURA 1. Cabezal de control de un sistema de riego por goteo, microjet o

microaspersin.

Es esencial utilizar aguas limpias para un buen trabajo del mtodo de riego por goteo y por ello

los filtros son una parte importante del cabezal. La mayora de los filtros son equipos sencillos,

pero deben cumplir con ciertas caractersticas como permitir limpieza automtica y ser

eficientes en el control de materias que provoquen obturacin de los emisores (Figura 2).

FIGURA 2. Tipo de filtro.

Caseta

Fuente de electricidadEstanque E quipo bom beo y filt ro

Nivel de agua superior

Sensor de altura

de agua inferior

Vlvula de pie Tubera


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El sistema de filtro debe tener la capacidad para transportar el caudal requerido y remover las

partculas finas, de tamao varias veces menor que el dimetro del elemento dentro delemisor. Normalmente las partculas que se filtran deben tener un tamao igual o mayor a un

octavo del rea de flujo del emisor.

La mayora de las instalaciones incluyen dos tipos de filtros: de arena y de malla, que evitan la

obturacin de los emisores con material extrao. Es recomendable utilizar desarenadores en la

zona adyacente al pozo de captacin para proteger la bomba y sacar del flujo hacia el equipo

las partculas de tamao mayor.

Los equipos modernos de riego presurizado tiene normalmente incorporado un modulo para

inyectar fertilizantes y otros productos qumicos al sistema a travs de pequeas bombas,

estanques presurizados que operan por diferencia de presin, de un venturi o una vlvula de

variacin de presin (Figura 3).

FIGURA 3. Croquis de un equipo de inyeccin de productos qumicos (Fertilizantes).

Venturi

Estanque

Equipo Montable


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Cuando se inyectan productos qumicos al sistema de riego es conveniente incluir en la unidad

central una vlvula de control de devolucin de flujo. Por razones de seguridad se debegarantizar que elementos contaminantes no regresen hacia la fuente de agua. Junto con esta

vlvula es importante establecer un sistema para el control del golpe de ariete que provocara

serios daos al equipo si este se ubica en partes ms bajas que la zona de riego del sistema.

Bajo ciertas condiciones del riego por goteo o microaspersin, se requiere de reguladores de

presin. Dichos reguladores son utilizados para el control de la presin deseada en diferentes

partes del sistema.

Adems, los equipos poseen vlvulas que controlan la apertura y cierre de la seccin del

sistema en general. Dichas vlvulas estn conectadas directamente a un "control o

computador" que determina el tiempo de riego o volumen de agua que debe entregar a cada

seccin o al sistema en general, dependiendo del tipo de diseo.

2. Tuberas de distribucin

La lnea principal transporta el agua desde el cabezal de control a la lnea de distribucin, ya

sean secundarias, auxiliares o laterales, dependiendo del diseo que se haya realizado.

Normalmente se utilizan materiales como PVC, asbesto-cemento, o polietileno. (Figura 4).

Las tuberas de toda la lnea de distribucin deben poseer las caractersticas establecidas en el

diseo referentes al dimetro nominal y la capacidad de soportar los niveles de presin

calculados para cada seccin del sistema.


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FIGURA 4. Distribucin de tuberas en microriego

A B

I II I

IIIIV

III


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Los laterales distribuyen el agua desde el principal, secundario o auxiliar a los emisores que se

encuentran conectados a l y es la ultima parte de la tubera de distribucin que conduce elagua al cultivo. Los emisores se colocan a lo largo de esta lnea en los puntos que se desea

distribuir el agua. Los laterales son por lo general de polietileno y tienen dimetros que fluctan

entre 12, 16, 20 25 mm. Los laterales se pueden enterrar, dejar descansar directamente sobre

el suelo, o bien levantar para no interferir ciertas labores del cultivo. Es conveniente mencionar

que diferentes experiencias demuestran que la mayor vida til de la tubera lateral se obtiene

cuando esta se emplaza directamente sobre el suelo, evitndose de esta manera deformaciones

o constricciones de la tubera que afectan el flujo.

3. Emisores

El elemento ms importante de un sistema de riego por goteo o microaspersin es el emisor ya

que afectara directamente los posteriores criterios de diseo. Los emisores son estructuras que

reducen la presin prcticamente a cero, aplicando de esta manera el agua a la forma de una

gota en la superficie del suelo o asperjada en finas gotas con microjet y microaspersores. Losemisores varan en tipo y modelo, desde tubos perforados, microtubos y bandas perforadas, a

complicados diseos. Los microasperores son de tipo rotativo o de jet. En general la

clasificacin de los sistemas de riego localizado se basa en el tipo de emisor utilizado.

El caudal que entregan los emisores es funcin de la presin en la lnea, normalmente en goteo

vara entre 2 a 10 litros por hora y para microaspersin entre 15 a 60 litros por horas.

En general existen en el mercado variados tipos de emisores. En goteros se encuentran de larga

trayectoria, vortex, laberinto y compensados. En el caso del microaspersin existen los fijos y

rotatorios.


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V. REQUERIMIENTOS HIDRICOS Y NUMERO DE EMISORES

1. Requerimiento Hdricos

El proceso de diseo del mtodo de riego por goteo y microaspersin requiere evaluar

cuidadosamente las condiciones agronmicas, de suelo, climticas, de disponibilidad de aguas,

hidrulicas y de energa, para determinar las necesidades de agua de los cultivos o frutales.

2. Determinacin de los requerimientos de agua

Existen varias aproximaciones para determinar los requerimientos de huertos frutales u otro

cultivo regado por goteo y microjet. Sin embargo, recientes resultados demuestran que la

relacin que mejor predice los requerimientos es la que considera el porcentaje de sombreo y

para ello tenemos la relacin establecida por Walker que es como sigue :

ETa = Eb * 0.8 * [P + (1 - P)]

para valores de P 0.5. Donde ETa es la evapotranspiracin actual en mm por da, Eb es la

evaporacin de bandeja en mm por da y P es el porcentaje de sombreo al medioda expresado

como factor. Si el P < 0.5, entonces:

ETa = Eb * 0.8 * P

Recientemente se ha desarrollado otra relacin que muestra un muy buen comportamiento y es

la de Fareres-Holzapfel que es:

ETa = Eb * 0.8 [0.0128 * P + 0.1125] /EDT


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Donde EDT es la eficiencia de distribucin total como factor

Si existen antecedentes de funcin de produccin del lugar, es mejor tomar los requerimientos

entregados por ellos ya que son ms precisos.

De esta manera para establecer el volumen de agua que requieren los cultivos o frutales

podemos utilizar la siguiente relacin:

Vr = ETa * Sp * Sh

donde Vr es el requerimiento de agua en litros por da por rbol, Sp es el espaciamiento de los

rboles o cultivos en la hilera en m, y Sh es el espaciamiento entre hilera en m. El volumen

total por planta (Vt) a aplicar ser:

VtVr

Ea=

donde Ea es la eficiencia de aplicacin como factor.

Es de alta conveniencia determinar la capacidad de almacenamiento de agua del suelo en la

zona de estraccin radicular. Esto es importante porque si el volumen aplicado es superior a la

capacidad de almacenamiento del suelo se producirn grandes perdidas por percolacin y se

afectara la produccin del cultivo, ya que no se estara cumpliendo con los requerimientos. De

esta manera se determinara la frecuencia mxima del riego que es un parmetro importante

para el diseo del sistema.

3. Seleccin de tipo y numero de emisores

3.1. Seleccin de los emisores


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Una enumeracin de los tipos de emisores se entreg en la seccin precedente, cuyos precios

son tambin muy variados.

El nmero de emisores por planta vara en un amplio rango, dependiendo del tipo de cultivo,

desde 1 o menos hasta 8 o ms en rboles adultos. El volumen de suelo humedecido en riego

por goteo es por lo general menor que el humedecido por otros mtodos de riego y flucta

entre 10 y 60% del rea total. La forma y el tamao del volumen humedecido es una funcin

del arreglo y nmero de emisores, del programa de riego y las caractersticas del movimiento de

agua del suelo. Bajo riego por microjet el rea humedecida es mayor dando una distribucin

ms amplia del agua.

La seleccin del emisor debe considerar los siguientes factores:

1. Descarga nominal del emisor2. Presin nominal de operacin del emisor3. Relacin descarga presin del emisor, de preferencia la curva de descarga versus

presin.

4.

Tamao de la seccin normal de flujo del emisor.5. Angulo vertical del chorro de agua en microjet y microaspersores.6. El dimetro de mojamiento de un solo emisor.7. El patrn de humedecimiento de un emisor y de un grupo de emisores.8. Espaciamiento y posicin de los emisores a lo largo y entre los laterales.9. Costos del emisor10.Velocidad de aplicacin del emisor y su relacin con la velocidad de infiltracin

del suelo.

11.Facilidad de limpieza o susceptibilidad a taponamiento.12.Facilidad de reemplazo en la lnea lateral.

3.2. Patrn de humedecimiento

Normalmente como se ha expresado previamente solo parte del rea de influencia del cultivo o

frutal es humedecida, por lo que es claro que el rea humedecida (AH) debe ser una cierta


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parte del rea total. Investigaciones recientes han demostrado que como mnimo se debe

humedecer entre un 35 a 45 % de la zona radicular para no provocar estrs en los rboles ocultivos; este factor se debe establecer definitivamente en funcin del tipo de suelo y sistema

radicular del cultivo y frutal. Lo expuesto permite deducir que el volumen humedecido debe

considerar el tipo de crecimiento radicular del cultivo y las restricciones que presente el suelo

para su desarrollo.

Es importante poner de relieve que una mayor rea humedecida produce un menor riesgo

contra fallas del sistema a dficit de agua, sin embargo puede encarecer su implementacin por

un mayor numero de emisores y un incremento del caudal total. Indudablemente esta situacin

es de menor importancia en reas con un nivel medio de precipitaciones (sobre 300 mm por

ao).

En cultivos hilerados y densos es conveniente humedecer la banda, no as en frutales de gran

espaciamiento donde una gran ventaja es concentrar la aplicacin de agua en el sector de

mayor extraccin en un crculo cercano al tronco.

Existen diferentes arreglos de emisores para establecer un patrn de humedecimiento, y se

debe siempre tener en cuenta no humedecer el tronco para evitar enfermedades de tipo

fungoso. Algunos ejemplos de arreglos en la ubicacin de emisores y su patrn de

humedecimiento se muestran en la Figura 5.


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FIGURA 5. Patrn de humedecimiento en microaspersin o microjet para diferentesarreglos.

El patrn de distribucin de humedad bajo microaspersores se puede estimar con la siguiente

ecuacin:

AH= (DH)/ 4 Ec.N5

Cuando se produce traslape entre los microaspersores o microjet como se muestra en la Figura

5 existe para cada caso una ecuacin que determina el rea humedecida y que se entregan a

continuacin, en la misma secuencia de la figura A, B, C y D.

A) 100*360

***4

)(2

RBAH

DHNe= Ec.N6


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para = 360 y Ne = 1

B) 100*360

**4

)(2

RBAH

DHNe= Ec.N7

para = 18 y Ne = 2

C)

( )

RB

DH

BAr

DHAH

NN

Ne

e

e

*

100*

180

cos1

*

4

)( 2

=

Ec.N8

D)R*B

100

180

DH2

RcosAr

2*4

)DH(AH

2

=

Ec.N9

El patrn de humedecimiento para riego por goteo depende de la descarga del emisor, el tipo

de suelo y el espaciamiento entre emisores. En la Figura 6 se muestra un grfico de base

emprica, que relaciona el dimetro humedecido con la descarga del emisor, para diferentes

tipos de suelo. Conocido el dimetro humedecido el rea humedecida se puede calcular de la

misma manera que para los microaspersores.


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Descarga o Caudal del emisor qe (l/h)

FIGURA 6. Patrn de humedecimiento versus descarga para diferentes texturas tiposde suelo.

Relacin Presin-Descarga en EmisoresLas caractersticas hidrulicas de un emisor afectan significativamente algunos aspectos

relacionados con la forma en que se efecta el riego, el patrn de humedecimiento, la

distribucin de agua , la variacin de la descarga y la variacin de la presin. Adems, el flujo

de agua en la red de tuberas y su presin de operacin estn directamente relacionado con la

funcin presin-descarga de un emisor.


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Para la seleccin del emisor y el diseo del sistema de riego localizado es importante conocer

caractersticas de presin y caudal del emisor. En general el caudal con la presin se relacionande la siguiente manera:.

qc = K Pex Ec.N10

donde qe es el caudal, K es coeficiente de proporcionalidad y x el exponente de descarga. Este

ltimo es muy importante pues es determinante en el diseo del equipo.

Los valores de K y x en la ecuacin 10 se pueden determinar a travs de curvas de ajuste

obtenidas con datos de campo o desde antecedentes proporcionados por el fabricante. En

forma alternativa si se tiene un set de valores de presin y descarga el exponente x se puede

determinar conociendo la pendiente de la curva en un grafico log-log o analticamente desde

x = log(q1/q2)/log(P1/P2) Ec.N11

As el valor de x puede ser usado en ecuacin 10 para determinar K.

El valor de x tiene diferentes efectos segn el tipo emisor. En general el valor de x caracteriza

el rgimen de flujo y la relacin presin descarga de un emisor. Para bajos valores de x se

observa un menor efecto en la descarga por la variacin de presin y viceversa. Es indudable

que esta caracterstica del emisor es de gran relevancia en el diseo de laterales y subunidades

en el sistema de riego localizado.

Para reducir el efecto de la variacin de presin en la descarga de los emisores se han

desarrollado una serie de reguladores con diferentes mecanismos que permitan dicho objetivo.

En forma idealizada un emisor que tiene una descarga uniforme para diferentes niveles de

presin muestra un valor de cero para el exponente x. En la practica, los emisores

autocompensados presentan valores del exponente x en un rango de 0.1 a 0.2.

La relaciones de presin y descarga mas comunes para microaspersores, microjet, y goteros se

muestran en las figuras 7, 8 y 9.


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FIGURA 7. Relaciones tpicas de descarga y presin para microaspersin.

FIGURA 8. Relaciones tpicas de descarga y presin para microjet


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FIGURA 9. Relaciones tpicas de descarga y presin en goteros.

En la Tabla 1 se entregan algunos valores tpicos del coeficiente de descarga para diferentes

tipos de emisores.

TABLA 1. Valores comunes del exponente de descarga (x) para diferentes emisores.

Tipo de emisor Rango en el valor del exponente de descarga

Microaspersor 0.45 0.60Microjet 0.45 0.60

Microaspersores regulados 0.10 0.20Goteros flujo laminar 0.80 1.00Goteros de orificio 0.40 0.60

Goteros de laberinto 0.40 0.60Goteros autocompensados 0.10 0.30

3.3. Nmero de emisores por planta

El nmero de emisores por planta es variable y es funcin del estado de desarrollo de los

cultivos o rboles, de la densidad de plantacin, el volumen radicular que se desea humedecer,

el volumen total a aplicar, el tiempo de riego y del tipo de gotero.

El numero de emisores se puede calcular de la siguiente expresin:


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Ne = (Vt )/(qe * HRs) Ec.N12

Donde HRs es el numero de horas de riego por set o subunidades que funcionan en forma

simultanea. El numero de set por da por el numero de horas por set debe ser igual o inferior al

numero total de horas diarias disponible para riego.

Es importante mencionar que el numero de emisores determinados con la ecuacin 12 debe

cumplir con el requisito de humedecer el rea mnima descrita previamente, que evite

deterioros de la produccin.

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