Programas y herramientas para diseñar sistemas de riego presurizados

De -

Introducción 

El diseño hidráulico de sistemas de riego presurizado implica el cálculo de fórmulas y parámetros predefinidos, cuando se realiza manualmente existe el riesgo de cometer errores y afectar el resultado final, es por ello que se vuelve necesario el uso de  programas o softwares. Además, los programas permiten llevar a cabo un proyecto en un menor tiempo posible.

"Al utilizar algún programa, el usuario debe contar con los conocimientos básicos de ingeniería, ya que las herramientas son un buen auxiliar en los cálculos pero que no pueden substituir el conocimiento y experiencia del usuario"

El diseño de los sistemas de riego, usando algún programa de computo, se puede dividir  en tres etapas:
  1. Entrada: Diseño agronomico, topografía (curvas de nivel), trazo y seccionamiento, datos de los materiales de diseño (e.g. características y costos de tuberías y emisores, potencia de equipo de bombeo, entre otros).
  2. Proceso: Diseño de linea lateral, diseño de linea secundaria, diseño de linea principal y dimensionamiento del equipo de bombeo.
  3. Salida: Planos, material de diseño, informe hidráulico, conteo de materiales (lista de materiales y presupuesto en algunos casos).

Programas o softwares Comerciales 

Actualmente, en el mercado existen distintos programas que facilitan el diseño hidráulico de sistemas de riego, los mas conocidos son:
La mayoría de estos programas funcionan de manera autónoma y otros se auxilian de plataformas de edición de planos. Estos programas son muy útiles y conocidos porque además de realizar el diseño hidráulico de sistemas de riego son capaces de generar la lista de material resultante del diseño, lo cual agiliza mucho cuando se realiza la cotización del proyecto.

Estos programas comerciales permiten el diseño completo, desde el trazo del riego, los diametros de las tuberías y la ubicación de las válvulas de seccionamiento. En algunos, el diseño se realiza por partes, es decir, sección por sección, linea secundaria por linea secundaria, etc. En algunos se facilita el diseño de sistemas de riego residencial y en algunos se complica mas.

En el siguiente cuadro se muestra principales sistemas/funciones con las que cuentan los programas WCADI, IRRICAD, IrrigaCAD e IrriPro  (Flores et al., 2014).

WCADI

WCADI fue desarrollado por Gaby Weizman en 1980; Gaby que fue posgraduado del departamento de ingeniería del agua en el Instituto de Tecnología de Israel identifico los problemas de diseño de riego. El programa WCADI ha sido utilizado para resolver problemas de riego de grandes proyectos con una solución integral, así como sistemas individuales para problemas específicos de diseño en el área de la planeación del riego. Útil para pequeña y gran escala. Para ser capaz de proponer una red viable WCADI requiere de datos como el plano topográfico del terreno, las necesidades de agua del cultivo, el costo de las tuberías y equipo de bombeo.

WCADI recomienda seguir un procedimiento para diseño, con el fin de llevar a cabo un proyecto en menor tiempo posible. 

GESTAR

  • Es un programa para diseño de redes de distribución y sistemas de riego parcelario, que permite su aplicación a grandes y pequeños sistemas.
  • Tiene integrado los módulos de optimización, análisis hidráulico y energético en un mismo entorno, que no sólo facilita y agiliza el trabajo, si no, lo que es mas importante, permite hallar soluciones mucho mas económicas y fiables que las encontradas mediante procesos que simplemente se basan en rutinas de optimización
  • Costo: 4,000 dlls (individual)

Irrimaker

  • Es un paquete de software todo en uno, combina datos topográficos, CAD y funciones de cálculo de riego.
  • Mejora la información de Google Maps sobre las elevaciones y las imágenes del terreno y le permite usar esta información para construir curvas de nivel para dibujar planos detallados y aplicarlo al diseño de sistemas de riego
  • Proporciona una lista completa de materiales, así como informes sobre presiones, velocidades y cantidades.
  • Costo 2,990 dlls

IrriExpress

  • Es un software que combina datos topográficos, CAD y funciones de cálculo de riego. Gracias a su interfaz fácil de usar, puede crear diseños de riego robustos en minutos. IrriExpress es una versión más ligera de IrriMaker . Limitado: No proporciona Lista de materiales.
  • Costo 1,500 dlls

IrriPro (IRRIWORKS)

  • Permite diseñar y analizar sistemas de riego presurizado incluyendo aspersión y riego localizado (goteo y microaspersión) de cualquier tamaño y geometría. 
  • Integra herramientas que permiten: calcular y obtener resultados de velocidad, pérdida de presión en cada tubo, altura de piezométrica y de presión en cada nodo 
  • Diseña la red hidráulica
  • Optimizar el uso de agua y fertilizante
  • Costos: Gratis y 620 - 1890 € + 210 actualización

IRRICAD

  • Puede ser utilizado para el diseño de cualquier sistema de riego presurizado, requiere una base de datos que cuente con los elementos hidráulicos y sus propiedades hidráulicas necesarios para el diseño.
  • Dimensiona automáticamente tuberías para satisfacer las especificaciones de presión y velocidad, el programa genera advertencias cuando se exceden los rangos o valoraciones sobre estas especificaciones. 
  • Proporciona la selección automática de accesorios de tuberías, generando una lista completa de materiales, muestra informes hidráulicos que tomaría horas para calcular manualmente
  • Costo: 2,000 – 5,000 dlls

IrrigaCAD

  • Conjunta funciones para el cálculo, diseño y cuantificación de material para riego presurizado, está desarrollado como un complemento que trabaja con Autodesk AutoCAD 3D y/o Microsoft Excel, así como la generación de archivos para EPANET.
  • IrrigaEX: Diseño y revisión de sistemas de riego en Excel®, es ideal cuando se requiere presentar cálculos en forma tabular. 
  • IrrigaCAD estándar o IrrigaCAD-e: Diseño de sistemas de riego en ambiente gráfico (Civil 3D®), cuenta con un sistema que procura reutilizar al máximo la edición del dibujo y la configuración de los proyectos, de tal forma que se disminuye el reproceso en modificaciones a proyectos de riego. 
  • IrrigaQty: Recuento de materiales automatizado, en este caso el algoritmo está diseñado para que tome decisiones de los materiales que existe en los nodos, tomando en cuenta las tuberías seleccionados por el proyectista para la red hidráulica
  •  2,500 dlls + AutoCAD civil 3d

Herramientas de apoyo en el diseño de sistemas de riego

A pesar de que los software mencionados anteriormente son muy utilizados y se han probado en diferentes estudios, muchas veces un inconveniente es el costo de adquisición de las licencias, ya que muchas empresas, sobretodo las microempresas, no pueden solventar estos costos; en este sentido, existen algunos programas o herramientas de bajo costo o gratuitas que nos ayudan a agilizar los cálculos manuales, algunos de estos son:  
  • WaterCAD (https://www.bentley.com/es/products/product-line/hydraulics-and-hydrology-software/watercad):  es un software comercial de análisis, modelación y gestión de redes a presión.
  • Epanet (https://epanet.es/descargas/epanet2-es/): aunque no es un software especializado en riego, se puede adaptar y se podría emplear principalmente para observar el funcionamiento hidráulico o para corregir errores en el funcionamiento de un sistema de riego presurizado, o también para el análisis de equipos de bombeo. Actualmente existen diversos programas que usan están entorno para crear nuevos softwares enfocados mas a los sistemas de riego.
  • Irrigateplus (http://www.irrigateplus.com/): es un software comercial cuya licencia es de 870 € (duración ilimitada) aunque tiene un versión gratuita y una licencia anual. Esta basado en Epanet, incorpora en un único programa, todas las herramientas necesarias para el diseño y el cálculo de sistemas de riego Agrícola y residencial.
  • Disirim (http://www.inisir.com/2014/01/disirim-incluye-las-herramientas.html): funciona bajo el entorno de trabajo de AutoCAD, sirve para el diseño de sistemas de riego de microirrigacion o localizado, aunque se puede adaptar para sistemas de riego de aspersión. Permite el conteo de tuberia.
  • REGACADS (Eduardo Murillo Cardoza, regacads@gmail.com): Es un conjunto de programas y rutinas enfocados al diseño de sistemas de riego presurizado. Funciona bajo el entorno de trabajo de AutoCAD, las funciones y comandos del programa son incorporadas al menú de AutoCAD. Permite el conteo el diseño hidráulico y conteo de material
  • CHIRIPA (Eduardo Murillo Cardoza): sirve para realizar el diseño hidráulico de sistemas de riego localizado además de funciones que mejoran la presentación del diseño en un plano. Funciona bajo el entorno de trabajo de AutoCAD
  • HydroCAD (https://www.vyrsa.com/es/soporte/software-de-diseno/): para redes de riego agrícolas y de jardinería y paisajismo
  • AquaFlow (Toro): ayuda a diseñar sistemas completos usando los sistemas de goteo Aqua-Traxx, FlowControl y Neptune. permite el dimensionado de tuberías principales y secundarias
  • HYDROCALC (Netafim)
  • DimSub (UPV): Es un archivo de Excel que permite determinación de la longitud máxima de un lateral de riego, útil para diseño de sistemas de riego localizado
  • DITMUSA: Software para el diseño de sistemas de tuberías dotadas de múltiples salidas 
  • HF Riego (https://www.hidraulicafacil.com.mx/p/extension-hf-riego.html): Extensión de Excel para calcular parámetros hidráulicos en tuberías ciegas y con salidas múltiples. 
  • DIRIGOS (Diseño de riego por goteo subsuperficial ó subterráneo): 
  • WinSIPP™3 (https://www.senninger.com/es/product/winsipp-es) ayuda a seleccionar los mejores productos de riego mediante la comparación de diferentes diseños de aspersores antes de la instalación. Calcula la tasa de precipitación y la uniformidad de varios modelos de aspersores, presiones de operación, tamaños de boquilla, alturas de aspersores y diferentes espaciamientos para determinar cuál sería el mejor para una instalación específica
Cabe aclarar que con estas herramientas difícilmente se puede obtener listas de materiales para agilizar el presupuesto.

Algunos resultados y recomendaciones de software comerciales

Existen autores que han evaluado distintos programas tomando como criterios ciertos parámetros; Flores et al., (2015) evaluaron el desempeño de tres programas comerciales: IRRICAD, WCADI, IrrigaCAD e Irripro a partir de parámetros de tipo normativos, los criterios que tomaron en cuenta son: Funcionalidad, Fiabilidad, Usabilidad, Eficiencia, Capacidad de mantenimiento, Portabilidad; para realizar dicha comparación diseñaron un sistema de riego por goteo; las conclusiones mas importantes a  las que llegaron son:
  • IRRICAD, IrrigaCAD, WCADI e IrriPro cuentan con las herramientas necesarias para realizar el diseño de sistemas de riego. Se pueden adecuar al estándar de calidad para los sistemas de riego en México que lo define la norma NMX-0-177-SCFI-2011
  • El programa IRRICAD, WCADI y IrriPro son autónomos en su proceso de diseño debido a que cuentan con una plataforma gráfica propia, mientras que IrrigaCAD se auxilia de la plataforma gráfica de los programas AUTOCAD Civil 3D y EPANET.
  • IRRICAD es el programa con interfaz gráfica más atractiva para el usuario
  • Para el cálculo de la eficiencia de uniformidad IRRICAD utiliza las ecuaciones de Christiansen, definición estadística y cuarto mínimo. WCADI utiliza la definición estadística, el cuarto mínimo y método de regresión lineal. 
  • Para el diseño de la red principal, secundaria y laterales de riego el cálculo de las pérdidas de carga debido a la fricción, los programas IRRICAD y WCADI, utilizan Hazen–Williams y Darcy–Weisbach, según sea la elección del usuario. IrrigaCAD utiliza las fórmulas de Hazen–Williams y Manning.
  • El único programa capaz de realizar el trazo de la red principal de manera automática es WCADI, por medio de una herramienta que permite optimizar la red de acuerdo a parámetros hidráulicos e iteraciones
  • Los programas IRRICAD, WCADI e IrriPro informan los posibles errores que comete el usuario durante el proceso de diseño, herramienta con la cual no cuenta IrrigaCAD
  • Los programas IRRICAD y WCADI informan los posibles errores que comete el usuario durante el proceso de diseño, herramienta con la cual no cuenta IrrigaCAD.
  • IRRICAD tiene mayor velocidad de respuesta en los procesos de diseño, comparado con IrrigaCAD y WCADI.
  • El programa IrrigaCAD no permite diseñar tubería secundaria en pendientes positivas. Las laterales no pueden ser paralelas a los lados del bloque de riego, ya que el programa genera un error y no realiza los cálculos correspondientes

Conclusiones

Para terminar, solo queda decir que no existe un programa que sea el mejor. Para seleccionar el más adecuado debemos tomar en cuenta variables como: 
  • Tipo de sistemas de riego a diseñar y la información con la que contamos 
  • El tiempo disponible para los diseño: para muchos proyectos en poco tiempo entonces podemos usar un programa que permita rentar licencias mensuales y así aprovechar al máximo esas licencias, IrriPro permite obtener licencias trimestrales. 
  • La superficie promedio que solemos diseñar: si solemos hacer proyectos de riego para superficies pequeñas no conviene un software muy costoso.
  • La capacitación del usuario: primero es conveniente familiarizarse con el programa y ver sus alcances antes de comprar una licencia, muchos programas poseen una versión de prueba que podemos usarlo en algún proyecto. Para los que inician en el diseño de sistemas de riego pueden iniciar con software de acceso libre e ir familiarizándose con los datos necesario para un proyecto de riego
  • y sobre todo el recurso económico con el que contemos para adquirir las licencias.

¿y tú, cual usas?. Déjanos tus comentarios


Bibliografía

Comisión nacional del agua. (2002). Manual para la elaboración y revisión de proyectos ejecutivos de sistemas de riego parcelario. Comisión Nacional del Agua, Subdirección General de Operación Gerencia de Distritos y Unidades de Riego. México: Comisión Nacional del Agua.
Flores Velázquez, J., Ojeda Bustamante, W., & Iñiguez Covarrubias, M. (2015). DISEÑO DEL RIEGO PRESURIZADO ASISTIDO POR COMPUTADORA. I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015, Reunión Anual de Riego y Drenaje, (págs. 1-10). Jiutepec.
Flores Velázquez, J., Ojeda Bustamante, W., Iñiguez Covarrubias, M., & Castillo González, J. (2014). RIEGO DE PRECISIÓN: DISEÑO, APLICACIÓN Y EVALUACIÓN. Jiutepec: IMTA.
Peña Sosa, A. (2015). PROGRAMA IRRIGACAD PARA CÁLCULO, DISEÑO Y CUANTIFICACIÓN DE MATERIAL EN SISTEMAS DE RIEGO PRESURIZADO. I CONGRESO NACIONAL COMEII 2015, Reunión Anual de Riego y Drenaje, (págs. 1-13). Jiutepec.

Entradas más populares de este blog

Combinación RGB con bandas del satélite Landsat 5, 7 y 8

De -
Imagen
1. Características del Landsat. 1.1. LandSat 5 Las imágenes Landsat 5 Thematic Mapper (TM) consisten en siete bandas espectrales con una resolución espacial de 30 metros para las Bandas 1 a 5 y 7. La resolución espacial para la Banda 6 (infrarrojo térmico) es de 120 metros, pero se vuelve a muestrear a 30 metros/píxel. El tamaño aproximado de la escena es de 170 km de norte a sur por 183 km de este a oeste. Cuadro 1. Características De Las Bandas Landsat 5 Thematic Mapper (TM). Landsat 4-5 Rango Espectral ( µm ) Resolución (metros) Band 1 0.45-0.52 30 Band 2 0.52-0.60 30 Band 3 0.63-0.69 30 Band 4 0.76-0.90 30 Band 5 1.55-1.75 30 Band 6 10.40-12.50 120 (30) Band 7 2.08-2.35 30 1.2. LandSat 7 Las características más importantes del satélite Landsat 7 ( L7 ) son: Figura 1. - Sensor del satélite LANDSAT 7 ETM+ Resolución Espectral y radiométrica: El satélite Landsat 7 cuenta con 8 bandas, el cual uno es pancromática y 6 multiespectrales y una termal (Banda 6),
Leer Entrada Completa »

Pérdida de carga por fricción en "Tuberías con salidas múltiples"

De -
Imagen
1. Introducción  Se considera una tubería con salidas múltiples (TSM, Figura 1) cuando esta tiene salidas igualmente espaciadas y además en cada una de ellas se requiere extraer el mismo caudal ( Martínez, 1991 ). Cabe aclarar que este tipo de tuberías puede conformarse de un solo diámetro o de más . Figura 1 . Tubería con salidas múltiples    Este tipo de tuberías es muy común encontrarlo en los sistemas de riego presurizados (manguera con goteros, línea con aspersores o cañones, sideroll, etc.) o en las de baja presión como las tuberías con compuertas, por tanto, es importante saber cómo estimar su pérdida de carga por fricción para poder diseñar estos tipos de tuberías (longitud y/o diámetro) para que funcionen con alta eficiencia. En este sentido, en esta entada del blog vamos a aprender a como estimar la pérdida de carga por fricción en tuberías con salidas múltiples así como los tipos de fórmulas que existen y posibles herramientas.     2. Pérdida de carga por fricción La pérdid
Leer Entrada Completa »

Títulos de concesión de agua: ¿Qué son? y sus características

De -
Imagen
¿Que es una concesión  de agua? Es un documento que otorga derechos a personas, físicas o morales para usar, explotar y aprovechar aguas nacionales y bienes inherentes.  Los usos para los que se Otorga son: Agrícola Domestico Publico urbano Industrial Servicios Múltiples En una Portada del titulo de concesión se muestra: Numero del titulo Nombre que sustenta el titulo de concesión Dirección del que sustenta el titulo Volumen concesionado Vigencia del titulo Las Leyes Principales que rigen las concesiones de Agua son: Constitución política de los estados unidos mexicanos artículo 27 : Establece que las aguas y mares territoriales son propiedad de la nación.  Las aguas nacionales a las que se refiere la constitución política son: i)  Aguas superficiales : Se refieren a Ríos, Arroyos, Presas, Lagos, Manantiales. ii)  Aguas subterráneas:   Se refieren a Pozos, Cenotes, Norias, Galerías Filtrantes, iii)  Aguas Residuales:   Se refiere a descarga de diferentes us
Leer Entrada Completa »

Descargar datos climáticos de reanálisis para estimar Evapotranspiración de referencia

De -
Imagen
Introducción  En países en desarrollo, como México, la disponibilidad de datos meteorológicos medidos ha venido a la baja, en este sentido, se han buscado alternativas para suplir estos datos meteorológicos medidos, una opción a ello han sido los datos de reanálisis. Los datos de reanálisis o datos meteorológicos cuadriculados comúnmente están disponibles gratuitamente en plataformas web, publicados en formatos de cuadriculas o mallas regulares, con un retraso de meses o días a partir del presente, pueden utilizarse para obtener datos continuos de un sitio o para rellenar vacíos geoespaciales en los datos meteorológicos ( Bai et al., 2010 ).  Para el calculo de la Evapotranspiración de referencia (que es una variable útil para la calendarización del riego en cultivos) con el método de FAO56- Penman Monteith (FAO56-PM) ( Allen, Pereira, Raes, & Smith, 1998 ) requiere de diversas variables meteorológicas de entrada, que usualmente no están disponibles en la frecuencia y calidad reque
Leer Entrada Completa »

Tuberías con salidas múltiples, y donde encontrarlos

De -
Imagen
Se considera una tubería con salidas múltiples (Figura 1) cuando esta tiene salidas igualmente espaciadas y además en cada una de ellas se requiere extraer el mismo caudal, (Martinez, 1991). Cabe aclarar que este tipo de tuberías puede conformarse de un solo diámetro (Figura 1) o de más (Figura 2). Figura 1 . Tubería con salidas múltiples para un solo diámetro (Ángeles, 2016) Figura 2. Tubería con salidas múltiples con reducción de diámetro (Ángeles et al. , 2009) Las tuberías con salidas múltiples son un componente que es muy frecuente encontrar en el diseño y análisis de los sistemas de riego presurizado; por ejemplo, en las tuberías de las líneas laterales del aspersión convencional (fijos, semi-fijos o portátiles, Figura 3) del aspersión de movimiento intermitente (side roll, power roll o lateral con ruedas, Figura 4) y del aspersión de movimiento continuo (avance frontal, pivote central, Figura 5); en líneas regantes y distribuidoras del riego localizado (goteo p
Leer Entrada Completa »

Ventajas de los sistemas de riego presurizados

De -
Imagen
Ventajas generales de los sistemas presurizados. Los sistemas presurizados basan su diseño Hidráulico en una evaluación y análisis agronómico.  Los sistemas de presurizados permiten la aplicación de cantidades exactas de agua sin desperdicios pero además permiten el uso integrado de fertilizantes a través de estos.  La uniformidad de riego en un sistema presurizado es mayor comparado con métodos donde no se ocupa una carga adicional.  Comparado con sistemas de riego por gravedad los ahorros de agua en sistemas de riego por goteo rondan por el 50-70% y comparado con los sistemas de aspersión ahorros del 20%. Ventajas Agronomicas de los sistemas presurizados.  No interfiere en las Actividades de preparación y manejo. Las Prácticas de Cultivo se reducen. La Fertilización se hace a través de la Red Hidráulica.  La compactación del suelo Es mínima.  La Eficiencia de Aplicación es mayor.  El Tiempo de Absorción de las fuerzas capilares se minimiza del cultivo. 
Leer Entrada Completa »

Granulometría-Método del hidrómetro: fundamentos teóricos, aplicaciones

De -
Imagen
El hidrómetro, cualquiera que sea su tipo, es un dispositivo que permite medir la densidad de la solución en la cual se suspende. Este método de prueba cubre las determinaciones cuantitativas de la distribución de tamaño de las partículas de las fracciones finas de los suelos. La distribución de tamaños de partículas más grandes de 75 µm (retenidas en el tamiz No 200) se determina por tamizado, en tanto que la distribución de las partículas más pequeñas que 75 µm se determina por un proceso de sedimentación, usando un hidrómetro que asegure los datos necesarios. El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dic
Leer Entrada Completa »

Solución de la ecuación de Colebrook-White, con métodos numéricos.

De -
Imagen
En 1845, Darcy-Weisbach dedujeron experimentalmente una ecuación para calcular las pérdidas por cortante (“Fricción”), en un tubo con flujo permanente y diámetro constante (Ver Ec. 1), en la ecuación propuesta todos los datos eran conocidos excepto uno al que se le llamó factor de pérdidas ( f ). $$hf=f\frac { L }{ D } \frac { { V }^{ 2 } }{ 2g } $$ Dónde:  hf: pérdidas por cortante o  fricción (m);  f: factor de pérdidas por cortante o por  fricción (adimensional);  g: aceleración de la gravedad (m2/s); D : diámetro del tubo (m);  L: longitud del tubo (m) y  V: velocidad media en el tubo (m/s). Muchos son los investigadores que comenzaron a estudiar el fenómeno para poder encontrar una expresión que permitiera calcular la famosa f, entre ellos se encuentran Colebrook-White: ·          En la región laminar Poiseuille propuso en 1846 la siguiente ecuación: $$f=\frac { 64 }{ Re } $$ ·          En régimen turbulento , normalmente se usa la ecuación de Colebrook-W
Leer Entrada Completa »

¿Qué régimen tengo en un canal o río : Subcrítico, Crítico o Supercrítico.?

De -
Imagen
¿Quien define el régimen de un flujo en un canal? El régimen de un flujo de encuentra definido por la expresión del número de F roude . El número de Froude se define como la relación de las fuerzas de inercia entre las de gravedad que actúan en un fluido o dicho de otra forma, es el cociente entre la velocidad media y la celeridad relativa de la onda dinámica.  Donde: Fr es el número de Froude; V es la velocidad media del flujo; Dh es el tirante y g es la aceleración de la gravedad. Sí Fr=1 , indica que las fuerzas viscosas que actúan en un fluido son iguales a las fuerzas de gravedad y el flujo se denomina crítico. Sí Fr < 1 nos indica que las fuerzas viscosas son menores que las gravitacionales y se denomina flujo subcrítico; esto ocurre cuando las velocidades son pequeñas. Sí F>1 nos indica que las fuerzas viscosas son mayores  que las gravitacionales y se denomina flujo supercrítico; esto ocurre cuando las velocidades son grandes. De la
Leer Entrada Completa »