Perdidas locales en riegoteo

Cuando se introduce una obstrucción por el uso de goteros en la línea lateral existe  una caída de presión debido a  una pérdida localizada,  y  determinarla con  precisión es muy compleja debido a los diversos factores que la afectan como: el ángulo de curvatura, el radio de curvatura, la velocidad del flujo, el diámetro de la tubería y hasta el grosor de la pared. Wang (2019)

La caída de presión localizada (hfL) debido a la presencia  del conector inicial o del  conector del emisor  dentro de la tubería, se debe a la resistencia al movimiento de la corriente del fluido que ofrece el saliente del conector dentro del tubo, de tal forma que  la pérdida de presión localizada aumenta con el aumento de la velocidad del flujo, ya que la turbulencia del fluido en el paso entre el elemento obstructor y la pared del tubo tiende a aumentar.

Se pueden considerar entonces, emisores insertados en la línea y emisores integrados a la línea.

Una práctica muy usada es adjudicar una pérdida dependiendo del tamaño del gotero, según el cuadro mostrado. De acuerdo a este criterio se diseñan longitudes máximas de laterales de riego ya que la cantidad de emisores se constituyen en longitudes equivalentes que aumentan la longitud real impuesta por el diseño(presión admisible). Este tipo de criterios puede sobre o subestimar las longitudes reales, ya que  se basa en un criterio generalizado, existiendo una gran diversidad de tamaños. 

Goteros insertados y conectores en la tubería terciaria y lateral

Numerosas propuestas empíricas  se han desarrollado para estimar estas pérdidas locales, Keller y Bliesner (1990), Keller y Bliesner (1990)modificada,  Arviza y Montalvo (1992), Bagarello et al. (1997), Juana et al. (2002), Provenzano y Pumo (2004), en tal sentido,  Palau et al (2006),  presentan un procedimiento donde proponen  una fórmula general para calcular directamente las pérdidas locales de emisores en línea en función del número de emisores, la descarga media del emisor y la relación entre el área de protuberancia y el área de la sección transversal de la tubería. Los resultados proponen que el enfoque numérico predice con precisión las pérdidas locales y permite el uso de esta técnica para obtener una mejor estimación de la turbulencia local originada por la conexión del emisor, para ello se utilizó un  análisis de regresión múltiple para obtener la ecuación  general para la predicción de pérdidas locales. Para evaluar mejor el grado de precisión de sus predicciones los resultados se compararon con los valores predichos  a partir de las ecuaciones desarrolladas por: Arviza y Montalvo 1992, Bagarello et al. 1997, Juana et al. 2002. La predicción parece ser mejor, aunque hay diferencias importantes, cuando el número de emisores oscilan entre 70 y 100, mientras que tiende a ser menor cuando el número de emisores disminuye. Esto significa que estas fórmulas predicen mejor cuando hay un régimen turbulento suave, evidenciando que todos descuidaron el régimen laminar y de transición en sus cálculos. 

Palau et al 2006, ecuación para las pérdidas totales de todos los emisores en el lateral

Para el área de la sección transversal se tiene:

      Imágenes tomadas de Turégano (2014)

En la conexión  de un lateral con una terciaria, las  pérdidas de carga localizadas dependen de la sección interceptada por la conexión, el caudal, la el caudal, la velocidad.

Emisores integrados a la línea en tuberías planas. Las pérdidas localizadas por emisores integrados a lo largo de la línea lateral pueden ser significativas  en comparación con las pérdidas de carga totales dentro del sistema, debido a la gran cantidad de emisores instalados. El desempeño hidráulico de tuberías de polietileno planas de pared delgada, experimenta diferencias notables y de acuerdo a Gómez et al (2010)

las variaciones de la pérdidas de carga pueden ser explicadas como mínimo hasta  un 96% por la variaciones de flujo que están relacionadas con la geometría del gotero y específicamente, con el diámetro equivalente de la sección del flujo a través del emisor. Como criterio práctico, el autor, propone que suponiendo una longitud equivalente constante  para cada gotero equidistante, expresando Le (m) en función de D (m) y Q (m/s3)

Influencia del espesor de la pared. Resultados de  pruebas hidrodinámicas  recientes  Wang et al (2020) indican que las pérdida de carga  local aumentaron con un aumento en el número de Reynolds. Para un número de Reynolds fijo y un espesor grueso  de la pared, la altura y la longitud del emisor dieron como resultado una mayor pérdida de carga local. Se confirmó que la pérdida de carga local se vio afectada por la geometría del emisor  (alto, largo y ancho), velocidad del flujo y diámetro equivalente. El modelo fue validado con tubería  de diámetro 16 mm y espesor de pared de 0.20 a 1.19 mm. La simulación numérica indicó que el espesor de la pared debe tomarse en cuenta dependiendo de la influencia de la deformación de la tubería por la presión, en tal sentido,  una pared más gruesa   y  altura del emisor, pueden  resultar en un mayor  pérdida de carga local. El modelo planteado por los investigadores, mencionaron que Bagarello et al. (1997) subestimaron la pérdida de carga local en  los casos en que se realizó la investigación, lo que condujo a un aumento máximo en la longitud del lateral.  A tal efecto, proponen la estimación de  diámetro equivalente que puede ser medido y se puede calcular usando ecuaciones empíricas que se muestran a continuación

El modelo para pérdida de carga locales  se puede presentar de forma simplificada tomando el valor de la aceleración de la gravedad como 9,81 m s2 y la viscosidad cinemática del agua para una temperatura del agua de 20 C como 1.01 106 m2/s

De acuerdo con la Ec. (12), la pérdida de carga local del emisores en tuberías planas de polietileno de pequeño diámetro es afectado por el diámetro equivalente (deformación de la tubería), altura, longitud (propiedades geométricas) y velocidad de flujo del  emisor, siendo las  ecuaciones (11) y (12)  válidas para las siguientes condiciones:

Diámetro nominal 16 mm, con espesores de pared  de  0.20 a 1.19 mm 

Conclusiones

1. Se confirma que la pérdida de carga local se ve afectada por la geometría (altura, longitud y ancho), velocidad del agua y diámetro equivalente.
2. El ignorar la pérdida de carga localizada puede conducir a una sobreestimación de la longitud máxima de la línea lateral, hasta un 25,7% para goteros autocompensantes y  9,5% para goteros no autocompensantes.
3. En general las ecuaciones propuestas en su mayoría,   predicen con mayor precisión las pérdidas locales en presencia de  régimen turbulento que en  régimen laminar.
4. Los goteros autocompensados pueden producir una mayor pérdida de carga que los goteros  no compensados convencionales; aunque  son los preferidos por los diseñadores de riego por goteo, especialmente en terrenos con topografía irregular, ya que facilitan los cálculos hidráulicos y aseguran una mejor uniformidad en la distribución del agua, sin embargo, pueden aumentar: la caída de presión en las líneas laterales, el costo de adquisición y el costo en la energía de bombeo.
5. Se debe tener en cuenta que  para un número de Reynolds fijo, un mayor espesor de pared  puede  dar como resultado una mayor pérdida de carga local; sin embargo; la variación de las dimensiones de la tubería puede debe tomarse con cuidado, debido a las diferencias en la elasticidad del material (Polietileno) proporcionados por los diferentes fabricantes. Además, el  modelo de estimación de la pérdida de carga local debe mejorarse considerando diferentes diámetros nominales.
6. La simulación Computational Fluid Dynamics (CDF) mejora la predicción de las  pérdidas y se espera que en un futuro cercano se desarrollen mejoras en  los diseños en la geometría de la conexión y su relación con la influencia de la descarga del emisor.
7. Es importante tener en cuenta cuando se calculan los requerimientos de presión en la red, criterios de cálculo adecuados para la estimación de las pérdidas debidas a los conectores y tipo de emisores de goteo, en la línea terciaria y la lateral   ya que  pueden ser causa de diferencias importantes entre la energía suministrada al sistema y la energía consumida por la misma.
8. La complejidad en las técnicas de medición de la geometría de los emisores, especialmente, los integrados a la tubería, hace necesario que  los fabricantes ofrezcan información precisa, de ser posible, de las pérdida de carga  de sus productos, de tal forma que pueda ser de utilidad para los diseñadores de riego por goteo. 

Biografía 

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