HF Riego (Excel)- Diseño Hidráulico/Tubería con salidas múltiples

De

Es un formulario que permite hacer cálculos para tuberías con salidas múltiples de servicio mixto (tramo de tubería en el que el diámetro y el tipo de material se mantienen invariables, que conduce y distribuye caudal) y cuenta con dos pestañas: 

  • Pérdida de carga por fricción: Determina la perdida de carga por fricción que se produce en tuberías con salidas múltiples, además, se puede mostrar la perdida de carga por cada salida. Útil en aspersión y riego localizado.  
  • Longitud Máxima: Calcula la longitud máxima que puede tener una tuberia con salidas múltiples en base a una perdida de carga permisible que se calcula con las características del emisor o la salida; es decir, una longitud máxima para que se mantenga una cierta eficiencia en la operación de los emisores.  Es útil para conocer al alto de nuestra subunidad en el riego localizado o la longitud máxima de una línea de aspersores.
Las tuberías con salidas múltiples de servicio mixto se pueden encontrar comúnmente en líneas regantes (manguera con gotero, cintas de riego, microaspersion), tuberías con multicompuertas, Side Roll, Power Roll, aspersión, entre otras. 


1. Pestaña: Pérdida de carga por fricción

Cuando se da clic en la pestaña "Perdida de carga por fricción" se abre una ventana como se observa en la Figura 1. 

Figura 1. Ventana de la pestaña "Perdida de carga por fricción"

1.1 Funcionamiento en HF Riego 

Para que se realicen los cálculos se deben ingresar los datos que se piden del lado izquierdo de la Figura 1. Comúnmente son datos conocidos y que dependen únicamente de datos del emisor seleccionado por el diseñador. Estos datos son:
Figura 2. Tubería con salidas múltiples 


  • Gasto de cada salida (emisor): Gasto o caudal de cada emisor o gasto que se requiere en cada salida. En caso de emisores estos caudales se pueden encontrar en la ficha técnica del fabricante. El gasto se puede ingresar en litros por hora (lph), litros por segundo (lps) y m3/s; lph se utiliza mucho en los sistemas de riego localizado, mientras que lps para aspersión. 
  • Separación entre salidas: Se refiere a la separación entre salidas consecutivas o mejor dicho a la separación entre emisores, se encuentra comúnmente en la ficha técnica y el diseñador debe tener claro este valor. Se ingresa en metros (m).
  • Numero de salidas: Se refiere al número de salidas en que se desea calcular la perdida de carga por fricción. Por ejemplo, de la Figura 1 se desea calcular la perdida de carga por fricción en una tuberia con salidas múltiples en la salida 98 con gasto de 4 lph y separación entre emisores de 1 m. Aunque HF Riego puede dar una lista de la pérdida de carga por fricción en cada salida dando clic en el botón "Exportar Iteración".   
  • Pendiente de del terreno: el usuario debe ingresar la pendiente del terreno en el sentido en que desea ubicar la tuberia con salidas múltiples, se ingresa en %. Una pendiente de un 1%  (positiva en HF Riego) es aquella que en una distancia de 100 metros horizontales experimenta un desnivel (de subida o bajada) de 1 metro (Figura 3).
Figura 3. Representación de la pendiente en HF Riego

  • Diámetro nominal: El usuario debe seleccionar de una lista el diámetro nomina de la tubería con el que sedea calcula la perdida de carga por fricción. HF Riego toma en cuenta el diámetro interno para hacer los cálculos. Tanto el nombre del diámetro nominal como el valor del diámetro interno pueden modificarse en Configuración.
  • Distancia del inicio de la tuberia a la primera salida: Se refiera al arreglo en campo de la primera salida de la tubería con salidas múltiples (Figura 2), se tienen dos opciones: S0=S,  donde "La distancia del inicio de la tubería a la primera salida (S0) es igual al espaciamiento entre salidas consecutivas (S)"; y S0=S/2 "La distancia del inicio de la tubería a la primera salida (S0) es igual a la mitad del espaciamiento entre salidas consecutivas". 


Los resultados son:
  • Pérdida de carga: Se refiere a la perdida de carga total (diferencia de presion entre el primer y ultimo emisor), considerando la perdida de carga por fricción y el desnivel, se calcula en m. es útil para conocer la presion final que va tener la tuberia. Por ejemplo, de la Figura 1, si en la entrada de la tuberia se tiene una presion de 12 m, en la ultima salida se tiene una presion  de 12-0.938 = 11.062 m
  • Pérdida por fricción: Se refiera únicamente a la pérdida de carga por fricción que se tiene en la tuberia con salidas múltiples. Los resultados se muestran en m.  
  • Desnivel total: Se refiere al desnivel tomando en cuenta el inicio y final de la tuberia. Se calcula usando el porcentaje que ingreso como un dato de entrada el usuario. 
  • Caudal a la entrada: Se refiere al caudal total que entra al inicio de la tuberia, tomando en cuenta el numero de salidas (emisores). 
  • Longitud total: Se refiere a la longitud total de la tuberia con salidas múltiples tomando en cuenta el numero de salidas y la separación entre salidas.  
  • Factor de SM: Se refiere al factor de salidas múltiples, se calcula según el dato de entrada "Distancia del inicio de la tuberia a la primera salida" que selecciono el usuario. 

Además de mostrar los resultados en la misma ventana, se puede pasar a una hoja de Excel la iteración, de tal manera que, se puede conocer la pérdida de carga por fricción en cada salida, el desnivel y la pérdida de carga total (Figura 4). 
Figura 4. Hoja de Excel con los resultados de exportar a iteración 

1.2 Métodos y ecuaciones

La pérdida de carga en tuberías con salidas múltiples (Hfs) se calcula multiplicando la pérdida de carga en tuberías ciegas (sin salidas) por un factor de salidas múltiples.
$$ { hf }_{ s }=hf*F$$ $$ F=\frac { 1 }{ m+1 } +\frac { 1 }{ 2N } +\frac { \sqrt { m-1 } }{ 6{ N }^{ 2 } }$$
Donde: hfs: pérdida de carga por fricción en tuberías con salidas múltiples (m);  hf: pérdida de carga en una tubería simple o ciega del mismo diámetro, longitud y con el mismo gasto de entrada que la tuberia con salidas múltiples (m), F: factor de salidas múltiples (adimensional); N: número de salidas a lo largo de la tubería, m: exponente de la velocidad en la fórmula usada para calcular la pérdida por fricción.

La pérdida de carga por fricción en tuberia ciegas (hf) se calcula en base a la ecuación que selecciono el usuario en la sección de Configuración, el cual puede ser: Hazen-Williams, Darcy-Weisbach, Manning, Scobey. Mientras que, el factor de salidas múltiples (F) se calcula en base al dato de entrada "Distancia del inicio de la tuberia a la primera salida" que selecciono el usuario; si se selecciono S0=S Christiansen (1942) y para S0=S/2 se usa el de Jensen & Fratini (1957)

Este procedimiento se realiza por cada salida y se muestra en la ventana los resultados para la ultima salida. Conociendo la pérdida de carga por ficción  (hfs) se calcula el desnivel total (m) tomando en cuenta la pendiente del terreno que ingreso el usuario; y con estas dos resultados se hace un balance  para estimar la pérdida de carga total (hfs+ desnivel). 
El caudal a la entrada se calcula multiplicando el gasto de cada salida * el numero de salidas se hace una conversión de unidades para mostrar los resultados en lps.

2. Pestaña: Longitud Máxima: 

Cuando se da clic en la pestaña "Longitud Máxima" se abre una ventana como se observa en la Figura 1
Figura 5. Ventana de la pestaña "Perdida de carga por fricción"


2.1 Funcionamiento en HF Riego 

Datos de entrada 
Se ingresan datos similares al de la pestaña "Perdida de carga por fricción" describe en la sección anterior. Sin embargo, ahora no se pide como un dato de entrada el número de salidas que se quiere calcular, sino que se piden datos de operación del sistema como presión de operación del emisor y Máxima variación de presión entre emisores. Estos datos tiene que ver con la uniformidad de riego que se desea obtener en el sistema.
  • Presión operación del emisor: Se refiere a la presion de operación con que desee que trabaje el emisor; este dato viene en la ficha técnica que proporciona el fabricante y comúnmente en usuario lo selecciona. Se ingresa en m. De la Figuera 5 se observa que la presion de operación de una manguera con gotero se que selecciono es de 10 m. 
  • Max. variación de presion entre emisores: Se refiere a la máxima variación que se va permitir el usuario para que trabajen los emisores, es decir, la diferencia en presion que va tener el primer y ultimo emisor. Por ejemplo, si se esta trabajando goteo con presion de operación de 10 m, y el usuario quiere que la máxima variación de presion sea de 10%, entonces quiere que al primer emisor el llegue una presion de 11 m y al ultimo de 10 m. 

Resultados. 
Se muestran los resultados para el ultimo emisor de acuerdo a la longitud máxima calculada. Muchos resultados son iguales a los de la pestaña "Perdida de carga por fricción". 
  • Numero de salida: Se refiere al numero máximo de salidas que puede tener esa tuberia con salidas múltiples para que cumpla con la condición de máxima variación de presion entre emisores que ingreso el usuario.  
  • Longitud Máxima: Es la longitud máxima que puede tener la tuberia con salidas múltiples para que cumpla con la condición de máxima variación de presion entre emisores que ingreso el usuario.  Es útil para definir el alto de una sección de riego (Figura 6) o para que ver la longitud de una linea de aspersión. 
Figura 6. Representación de una subinidad de riego


  • Presión a la entrada: Es la presion que se requiere a la entrada de la tuberia con salidas múltiples para que entre el primer y ultimo emisor o salida exista una variación entre presiones que indico el usuario. 

Los resultados se pueden pasar a una hoja de Excel dando clic en el botón "Exportar Iteración"

2.2 Métodos y ecuaciones 

Para iniciar, se usa la ecuación de perdida de carga por fricción en tuberías con salidas múltiples que se muestra arriba, donde la variable desconocida ya no es hfs (perdida de carga por fricción en tuberías con salidas múltiples) ya que se calcula con los datos de entrada los parámetros de presión de operación del emisor,  Máxima variación de presión entre emisores y la pendiente del terreno; la variable desconocida en este caso es la longitud de la tuberia (L) que también se puede calcular así L= Número de salidas (N) * Separación entre salidas (S) y como la separación entre salidas es un dato de entrada , el problema se resume a encontrar el numero de salida que satisface la condición de la máxima variación entre presiones.

Para encontrar el numero de salidas (N) que satisface esta condición se puede hacer una evaluación salida por salida y detenerse cuando se supera la hfs; sin embargo, también se puede recurrir a métodos numéricos que es lo que hace HF Riego, usa el método de bisección para encontrar el número de salidas, un primer acercamiento se muestra en la entrada Diseño hidráulico de tuberías con salidas múltiples mediante métodos numéricos. 

Conociendo el numero de salidas se calcula la longitud de la tuberia; la pérdida de carga (diferencia de presion entre el primer y ultimo emisor) se calcula haciendo un balance entre hfs y el desnivel. 
La presion en la entrada se calcula haciendo una suma entre la presion de operación del emisor + la perdida de carga.


Tienes mas dudas en la metodologia. Escríbenos a hidraulica.facil@gmail.com


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 »

Programas y herramientas para diseñar sistemas de riego presurizados

De
Imagen
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: 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). Proceso:  Diseño de linea lateral, diseño de linea se
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 »

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 »

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 »

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 »

¿Cuánta agua requieren las plantas?

De
Imagen
Las plantas son seres vivos que al igual que nosotros requieren energía, nutrientes y sobre todo agua para realizar sus procesos fisiológicos, pero  ¿Cuánta agua requieren las plantas en su ciclo? Según Ojeda & Ruiz (2016) se requieren alrededor de 100 kilogramos de agua para producir un kilogramo de azúcar. Para producir 10 toneladas de maíz, que representan el rendimiento promedio por hectárea en algunas regiones de México, se requieren 6 000 m3 de agua. Este volumen corresponde a una lámina de 600 mm distribuida a lo largo del ciclo fisiológico del cultivo; al final hay 2 m3 de agua en 10 Ton. de maíz con una humedad del grano del 20 %. El agua que necesitan los cultivos varía entre 1 000 y 3 000 m3 por tonelada de cereal cosechada. Es decir, se requieren de 1 a 3 toneladas de agua para obtener 1 kg de arroz. Sin embargo, la cantidad de agua necesaria para producir una tonelada de cereal puede reducirse significativamente manejando bien las tierras, tanto en sec
Leer Entrada Completa »