Hoy voy a ingresar a la faceta de Ingeniería más interesante para los Ingenieros Agrónomos especializados en Riego y Drenaje, conocida en nuestro país como la Ingeniería Agrícola, los años de ejercicio profesional activo nos ira convirtiendo en técnicos que adaptamos diferentes métodos y cálculos para cumplir nuestras tareas, y este manual es el mejor ejemplo. La falta de una correcta educación universitaria a favor de los técnicos de Riego y de Drenaje como: Topografía aplicada, Hidrología, Hidráulica y otras disciplinas afines que coadyuvan a nuestro éxito profesional deben ser intensamente estudiadas. En efecto, urge dar un cambio inminente, por el bien de la formación de nuestras próximas generaciones.

Esta nueva década trae consigo la aplicación de adelantos técnicos y nuevas tecnologías en el campo agropecuario que están enfrentando con éxito el avance científico de nuestra profesión. Es cada vez más necesario que la clase profesional del Agro, este comprometida a su más alto calibre de Ingeniería de diseño y construcción, que le permita cumplir en el campo (“In Situ”) performances múltiples con gran solvencia técnica. 

EJEMPLO DE CÁLCULO: Se requiere sembrar 500 hectáreas de Arroz, y llevar agua desde un rio hacia una propiedad localizada a 800 metros de Nuestra responsabilidad será:

• Nivelar las parcelas (Sistematizar) donde cultivaremos arroz.
•  Calcular el caudal de riego y seleccionar la motobomba.
• Diseño del Terraplén y las secciones transversales del canal de Riego.
•  construir la caseta de la estación de bombeo encerrada.
• conectar la descarga de la bomba hacia una piscina de desazolve y aquietamiento que descargue hacia el canal.

Con un levantamiento topográfico completo de la propiedad, debemos iniciar nuestra planificación considerando su entorno para diseñar un proyecto funcional, que sea accesible todo el año (invierno y verano) y que reúna los servicios básicos más importantes como energía eléctrica y vías estables de comunicacion.

Nivelar las parcelas donde cultivaremos arroz.

Nos enfocaremos en la topografía y nivelación de los suelos, la subdivisión y geometría de cada cuartel.

Aun con el empleo de la más avanzada tecnología necesitamos fijar puntos e hitos referenciales en el campo. Podría recomendar los Equipos TRIMBLE que ofrecen una cobertura global de soluciones topográficas integrales. La topografía integrada consiste en un controlador (Un software de campo) que es un archivo de trabajo que recoge los datos de topografía óptica y GPS en un solo archivo. Así todo esto puede ser fácilmente integrado en un solo archivo mientras estas trabajando en las mediciones de campo y puede gracias a este software transferir toda esta información a su software en la oficina para procesarla y diseñar.

Con teodolitos y niveles estándares, es imperante estaquillar las parcelas 25 metros x 25 metros y luego dibujar sus curvas de nivel sobre la planimetría espaciadas cada 0.10 metros entre ellas, para poder ir seleccionando los cuarteles de siembra con menores diferencias de altura para evitar muchos cortes y rellenos que afecten la fertilidad del suelo. En nuestro ejemplo, seleccionare cuarteles de 5 hectáreas de 200 metros x 250 metros. Caminos serán construido entre cada uno de los cuarteles para movilización de maquinarias, equipos y mantenimiento. Los cuarteles serán sistematizado con una pendiente predominante 0.05% para minimizar la erosión del suelo. Cada 200 metros, la pendiente ofrecerá una diferencia de nivel de 0.10 metros en los 200 metros de longitud de cada parcela, y nos permitirá mantener un tirante de agua promedio 25 centímetros en la mitad del cuartel, cada cuartel estará rodeado con muros melgas de 50 centímetros de altura para retener las aguas dentro de cada parcela de manera segura al poseer un borde libre. No es aconsejable manejar el agua del riego en su arrocera abriendo compuertas de paso entre un cuartel y otro, (como en una camaronera) esto lleva pestes, semillas de malezas y erosiona su capa vegetal, es conveniente la utilización de Mangas plásticas con compuertas conectadas a su canal de riego y mediante una red de mangas, llegue a cada uno de sus cuarteles. (Ver Foto).

El manejo del riego en el cultivo del arroz es absolutamente distinto al de cualquier otro tipo de cultivo en donde el control diario de su evapotranspiración determina su lámina de reposición en función del abatimiento de la humedad disponible del suelo; en cambio en el arroz, el éxito es mantener una lámina de inundación que favorezca el crecimiento del arroz. Especial énfasis debe dársele al sistema de drenaje, el cual tiene que permitir drenar dicha lámina de inundación entre 24 – 48 horas, para fines de Fertilización que normalmente debería ser aérea preferencialmente.

He tomado como ejemplo la nivelación de una parcela de 5 hectáreas y El método de nivelación empleado será “El Plano Verdadero” por se muy comúnmente recomendado para tierras agrícolas especialmente. Una vez cuadriculado con estaquillas cada 25 metros todo el terreno, procedemos a calcular el “Centroide de la parcela” sumando todas las 80 elevaciones y dividiéndola para el numero de lecturas; así veremos según la tabla que nuestro “Centroide” es = 9.79. Ahora le daremos una pendiente de riego del 0.05% como ya lo mencionamos en párrafos anteriores y procedemos a corregir el valor del “Centroide”. En los 200 metros de longitud cae 10 centímetros que son (0.10 metros), y el Centroide será de  9.79. A continuación he anexado un modelo de libreta de campo. En la nivelación de los cuarteles de riego, es aconsejable ir nivelando estaciones por estaciones y en este caso tendríamos que modificar la libreta de campo e ir nivelando Estación por estación. Igualmente anexo una representación gráfica de las sub áreas que involucran en cada estación  con su respectiva área de influencia. El objeto de este grafico es para que una vez usted haya calculado los cortes y rellenos dentro de cada cuadricula, pueda calcular los volúmenes respectivos de cortes y rellenos.

MODELO DE LIBRETA DE CAMPO PARA NIVELACION:

Con la distribución de las áreas, se puede calcular el volumen y el costo de la sistematización de su propiedad cada 5 hectáreas de su propiedad. Muchas veces debido al alto valor del trabajo de nivelación y mureo, los agricultores prefieren adquirir su propio tractor, en fin, nuestro trabajo debe permitir al Agricultor contar con los montos de inversión y las distintas opciones a escoger.

En el siguiente cuadro, lease en la columna A en lugar de “c”.

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Tan pronto tengamos costos estimados en base a los volúmenes de cortes y rellenos, de tal forma que se puede calcular la inversión de sistematización de la sistematización de la propiedad cada 5 hectáreas, muchas veces debido al alto valor del trabajo de nivelación y mureo, los agricultores prefieren adquirir su propio tractor, en fin, nuestro trabajo debe permitir al Agricultor contar con los montos de inversión y las distintas opciones a escoger.

Es aconsejable que nosotros como Ingenieros responsables, una vez que se cuantifique los costos de sistematización e infraestructura de Riego y Drenaje, recomendarle al inversionista la Elaboración de un “Proyecto de Factibilidad Integral” para que comprenda que es una inversión que demanda una financiación a mediano plazo, mínimo 5 años para poder iniciar este negocio de producir en una superficie de arroz de esta magnitud (500 Has), pues ella involucra además del costo de sistematización, Equipos, Maquinarias, Silos y estrategias de comercialización, un análisis económico y financiero muy técnico. etc. 

2.- REQUERIMIENTO HIDRICO DEL ARROZ. (Calcular el caudal de riego necesario):

Existen muchos métodos para cuantificar teóricamente los requerimientos de riego, pero es muy importante enfocarse en el manejo práctico “In Situ” para entender cuál es el más practico caudal continuo de bombeo: Esta registrado que el arroz necesita alrededor de 1.200 milímetros de agua desde su siembra hasta su cosecha (Incluyendo perdidas por bajas eficiencias).

DESARROLLO

1200 mm /90 días = 13.3 mm/día. Recuerde que regaremos 100 hectáreas por día; entonces unificamos nuestras unidades a metros, así, 13.3 mm = 0.013 Mt/ 24 horas. Por lo tanto: 13.3 mm/ 24 horas = 0.00055 mm/hora.

De donde 100 hectáreas x 10.000 MT² /Ha = 1’.000.000 MT²  de donde:

1’.000.000 MT² x 0.00055 MT/hora. = 550 MT³ / hora. = 9.2 MT³ /minuto = 2.430 galones/minuto.

Debo identificar una Bomba con este caudal y con una carga dinámica total de 6 metros (20 pies) porque la unidad de bombeo estará localizada cerca de un rio y generara un riego por gravedad. Recuerde que en el arroz jamás se repone la Evapotranspiración diaria, solo la lámina de inundación.

IMPORTANTE:

El manejo del agua a nivel de finca: Es en base a regar 100 hectáreas por día, de esta forma podemos regar toda la propiedad en 5 días, además esto estará en función del avance de las superficies sembradas. Otros elementos para considerar será el desarrollo del cultivo y la contribución de las lluvias, así, iremos ajustando nuestros tiempos diarios de riego. Otro Elemento de juicio para asimilar el elevado caudal requerido, es su baja eficiencia de riego. La pobre Eficiencia general del Riego del arroz fluctúa entre 50% – 55% máximo, debido a las altas pérdidas del agua en todas sus etapas desde su conducción, hasta su aplicación. Las causas mayores son las excesivas pérdidas de agua por múltiples filtraciones y por la excesiva percolación profunda.

2.- DISENAR LA BOMBA Y LOS CABALLOS DE FUERZA AL FRENO (BHP).

Con nuestro caudal obtenido (2.430 GPM) buscaremos en el mercado la mejor bomba Centrifuga y utilizando la curva de performance de su fábrica en las unidades que sean expresadas con una eficiencia mínima del 75%. Luego procedemos a ubicar nuestro grupo de Bombeo a una altura menor a los 6 metros (20 pies) del espejo del agua de nuestra fuente.

Es aconsejable en la línea de succión además de instalar una canastilla tipo filtro, sostenerlo con un flotador que juegue con el ascenso y descenso de la marea y así nos evitamos que la bomba Cavite. 

WHP= GPM x TDH/3960 = 2.500 x 20 pies / 3960 = 13 HP

BHP = 13 /0.65 = 20 HP

25% más como Reserva de potencia = 25 HP.

Es muy importante obtener de la Fabrica vendedora de Bombas todas las curvas de performance de ellas, de tal forma, usted entrara en dichas tablas en el eje de las ordenadas su TDH o carga dinámica total de su condición de bombeo, que para nuestro caso sería de 6 metros (20 pies de carga) y en el eje de las abscisas busca el caudal requerido para su cultivo, aquí en nuestro caso son 20 M3/hora = 2.500 GPM aproximadamente.

3.- DISENO Y CÁLCULO DEL TERRAPLEN Y LA SECCION TRANSVERSAL DEL CANAL DE RIEGO.

El diseño y cálculo tanto del terraplén como el canal de riego se inicia con la nivelación del perfil longitudinal de los 800 metros de distancia que existen desde nuestro Rio hacia las áreas de siembra.

El perfil longitudinal es la representación gráfica de la intersección del terreno con un plano vertical que contiene el eje longitudinal, con esto obtenemos la altimetría del terreno a lo largo de la línea de nivelación. Aquí debemos con la ayuda de un Topógrafo/cadenero levantar topográficamente

El trazado del canal para luego estaquillarlo en abscisas de 20 metros entre cada estaca. El canal se lo construiría después de la Bomba, y de la piscina de aquietamiento o desarenador.

La valoración de la construcción del Terraplén de riego incluido su revestimiento debe ser sopesado con la opción de conducir nuestro caudal de riego en tubería especialmente si deseamos realizar un riego por mangas que pueden conectarse directamente con nuestra tubería de conducción dentro de toda la superficie y mediante “Válvulas de Compuertas” realizamos nuestro manejo del riego a nivel de finca.

En nuestro ejemplo no existe la necesidad de un Terraplén sobre elevado sino solo excavar sobre el terreno natural.

Alternativa 1: EXCAVACION SOBRE EL TERRENO NATURAL: La cota de entrega del agua en las piscinas de arroz es 9.79 metros, y la cota de nuestra RASANTE del terraplén es 10.18, existen 0.38 metros sobre la elevación del punto de entrega del riego, ahora bien debemos calcular las dimensiones de un canal con una pendiente mínima para que fluya nuestro caudal por gravedad, y por lo tanto en los 800 metros la pendiente será de 0.0125% , es decir caerá solo 1 centímetro (0.0125) cada 100 metros, por lo tanto pasaremos al cálculo de la Velocidad empleando la Ecuación de Manning:

V = Rh^2/3 S^1/2 1.49/n

Esta Ecuación se presta para ir tanteando las dimensiones.

 Con el borde libre del 30% en el tirante del canal, nuestra sección del canal revestido quedara así:

       BOCA                                                            SOLERA                                            TALUDES

      2 METROS                                                    0.5 METROS                                           1.5:1

En este proyecto no podemos descartar la opción de emplear una tubería de PVC para conducir los aproximadamente 2.500 GPM, y evitarnos en costosos trabajos de movimientos de tierra y revestimientos de canal.

Costo estimado de la excavación del canal:

                     AREA (Mt²)                                  Distancia (Mt)                                    Volumen (Mt³)

                     0.625 Mt²                                         800 metros                                    500 Mt³

 ALTERNATIVA # 2. Lo importante es que elegiremos una tubería de 16” de diámetro porque posee una velocidad menor a los 5 pies/segundo y su flujo será laminar sin turbulencia.

A continuación presento unas tablas de mucho uso para fines de cálculo.

4.- CONSTRUCCION DE LA CASETA DE BOMBEO:

Tiene que ser una caseta construida con un piso o replantillo de hormigón para que no se cuartee con la vibración del grupo de bombeo. Las 4 paredes deben poseer rejas fuertes que protejan la integridad de los equipos y permita el flujo del aire para una correcta ventilación. Debe ser suficientemente holgada para permitir instalar la bomba y el motor debidamente acoplado, y además su tanque de combustible y acceso fácil, para darle mantenimiento. Es necesario a la salida de la tubería de descarga en el tramo que aún se encuentra dentro de la caseta, se monte una válvula de compuerta, un medidor de flujo y además una llave de agua para conectar una manguera que sirva para limpiar el interior de dicha caseta de tiempo en tiempo.

4.- CONSTRUCCION DE UNA PISCINA DE AQUIETAMIENTO Y DESAZOLVE.

Esta piscina o cajón es la que recibe la descarga de la Bomba con un flujo de “Régimen Turbulento” cargado de sedimentos y otros, luego al ascender el nivel del agua en su interior fluirá hacia el canal o hacia nuestra tubería de 16” de diámetro con un “Flujo laminar y libre de arenas”, como se lo aprecia en el presente gráfico. A partir de ese punto el caudal solo correrá en función de la gradiente del canal de riego revestido.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:

Como ustedes comprenderán, el presente documento se basa en un ejemplo guía para adaptarlo de la mejor manera a las condiciones reales de campo. Lo único real y verdadero de este plan son sus cálculos y procedimientos Ingenieriles que son académicamente confiables. De todo lo expuesto, puedo esbozar las siguientes conclusiones:

1.- Los estudios topográficos completos son el punto de partida de todo proyecto agropecuario para establecer su factibilidad Ingenieril y económica.

2.- Aprobado la iniciación de los diseños por el Inversionista, asegúrese de contar con la fuente de suministro de agua confiable porque el cultivo del arroz tanto en cantidad como en la calidad, para proceder a las etapas subsiguientes de trabajo.

RECOMENDACIONES”

1.- Asegúrese de conformar su propio equipo técnico completo; Topógrafo, dibujantes, etc.

2.- Su diseño de riego debe ir acompañado de su diseño de drenaje, ellos funcionan integrados recuérdelo.

3.- Su sistema de drenaje tiene que incluir una gran albarrada de recepción de sus aguas drenadas cercana hacia un estero o rio. Esta obra tiene que poseer una profundidad adecuada y mantener clavada cercanas a las bombas de drenaje una regleta en la cual usted regulara el ascenso del nivel de agua almacenada previo a su bombeo. En esta albarrada debe dejar asentar todos los sólidos y químicos utilizados todo el tiempo necesario previo al bombeo al rio o estero.

4.- Una vez concluido su estudio técnico valorado será el punto de partida para preparar un gran proyecto de Factibilidad técnico, económico y financiero para determinar si es económica y financieramente factible.

Ing. Pedro Alava Gonzalez. M.Sc

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