Los goteros autocompensantes en la fertirrigación. Tipos y aplicaciones

1. Introducción
2. ¿Qué es un gotero autocompensante?
3. Características de los goteros autocompensantes
4. Diferencias con otros tipos de goteros
5. Ventajas y desventajas de los goteros autocompensantes
6. Usos de los goteros autocompensantes
7. Bibliografía

1. Introducción

El agua es un bien muy preciado por todos los seres vivos y que cada vez es más escaso por las pocas precipitaciones acaecidas en los últimos años, debido al cambio climático.

En agricultura, el diseño óptimo de un sistema de riego es esencial para obtener producciones rentables y reducir los costes de producción.

En los últimos años, el avance en la tecnología del riego ha sido tan grande que hemos conseguido la aplicación eficiente del agua de riego y tener un control óptimo sobre el consumo del agua y energía, lo que nos ha permitido disminuir los costes de producción y obtener mayores rendimientos de los cultivos.

En este articulo hablaremos de unos de los elementos esenciales de un sistema de riego, los emisores o goteros, y en concreto de los goteros autocompensantes, que nos permiten tener caudales de riego más uniformes en circunstancias que, hasta ahora, no eran posibles.

2. ¿Qué es un gotero autocompensante?

En un sistema de riego bajo presión, los emisores o goteros son uno de los elementos fundamentales del sistema, de los cuales depende la cantidad de agua y la uniformidad de su aplicación al suelo, que a su vez están íntimamente ligados a la uniformidad de la producción de los cultivos.

Los goteros son los dispositivos dentro del sistema de riego que se encargan de descargar el agua al suelo y que pueden ser goteros que pinchamos en la tubería o estar integrados en ella.

Dentro de los goteros que nos ofrecen los fabricantes, nos encontramos con los goteros autocompensantes, que son emisores de riego capaces de mantener un caudal constante de agua a pesar de existir variaciones de presión en el sistema de riego.

Estos goteros autocompensantes surgen de la necesidad de mantener un caudal de agua en todos los ramales de riego lo más uniforme posible, que al no ser la presión de entrada homogénea en todos ellos nos obligaba a instalar ramales más cortos y elementos de regulación de la presión en toda la red de riego. Con estos goteros es posible tener uniformidad en el sistema de riego ya sea para sistemas superficiales como subterráneos.

Fig.1: Goteros autocompensantes y autocompensantes auto limpiantes.

Fig. 2: Goteros autocompensantes integrados en la tubería.

3. Características de los goteros autocompensantes

Para que un gotero lo consideremos como bueno debe cumplir con las características siguientes:

Fig. 3: Características que debe tener un buen gotero o emisor de riego.

Los goteros autocompensantes incorporan un diafragma o membrana de goma elástica que funciona bajo presión, de manera que si la presión de entrada aumenta la membrana se contrae. Sin embargo, si la presión de entrada disminuye la membrana se ensancha, es decir, a mayor presión de agua mayor es la resistencia que opone la membrana al paso del agua y viceversa. Con esto el emisor consigue que el volumen de agua que sale por él sea constante y uniforme.

Fig. 4: Despiece de un gotero autocompensante.

El acto de compensación de presión requiere que exista una presión de entrada de compensación mínima (MCIP) para cada emisor. Los diferentes fabricantes nos dan gráficas de descarga que nos ilustran la relación de presión de entrada y los caudales que emitirán los emisores. Pero para que funcionen con normalidad, el rango de presión de entrada de un gotero autocompensante debe estar entre 0,5 y 4 bar. Así, los goteros autocompensantes que podemos encontrar en el mercado pueden ser de 2, 4, 8, 12 y 16 L.

Fig.5: Curva de caudal-presión de un gotero autocompensante y no autocompensante.

Además de la membrana que compensa la presión, los goteros autocompensantes pueden incluir: sistemas de protección del emisor, que realizan una filtración de las partículas del agua, lo que evita que se obturen y sistemas anti-succión, Sistemas AS, que evitan la entrada de contaminantes, lo que aumenta su vida útil y disminuye su mantenimiento.

Por otro lado, con este tipo de goteros podemos regar terrenos irregulares y con pendientes, así como parcelas de grandes dimensiones, que con otro tipo de goteros supondría un diseño del sistema de riego más complejo y costoso. Además, al emplear menos recursos hídricos y energéticos en las plantaciones, se contribuye a un menor impacto ambiental de las prácticas agrícolas.

Por tanto, con los goteros autocompensantes conseguimos que nuestro sistema de riego sea más eficiente, duradero, seguro y más respetuoso con el medio ambiente.

4. Diferencias con otros tipos de goteros

En el momento en que tengamos que elegir un gotero de riego para nuestra instalación de riego por goteo, debemos de tener en cuenta los siguientes parámetros:

- Caudal permanente o nominal: es el caudal de agua que suministrará el gotero a una presión de diseño determinada (Presión nominal, Pn).

- Presión nominal y rango de presiones de auto compensación, en el caso de que el gotero sea autocompensante. La presión nominal (Pn) es la presión a la cual ha sido diseñado el gotero, que suele ser de 1 bar (10 mca, metros de columna de agua). En el caso de goteros autocompensantes, esta presión nominal se sustituye por un rango de presiones que van de 0,5 a 4 bar.

- Curva caudal/presión (q/h). El caudal que descarga un gotero está relacionado con la presión existente a la entrada de este y que se expresa como:

Donde:

q: caudal del emisor (l/h).
K: constante o coeficiente de descarga del gotero, que equivale al caudal a una presión de 1mca.
h: presión hidráulica de entrada de agua en el gotero (mca).
x: exponente de descarga: índice de sensibilidad del gotero a las variaciones de presión y que varía de 0 a 1. Para el caso de los goteros autocompensantes, este exponente de descarga se aproxima a cero (Rodrigo et at., 1997).

Los valores de K y x son característicos de cada tipo de gotero y son adimensionales.

Por otro lado, si el exponente de descarga (x) es elevado, variaciones pequeñas de la presión producirán grandes variaciones del caudal, y viceversa. Así, los emisores autocompensantes tienen un exponente de descarga bajo que resulta en nulas variaciones de presión y caudales constante. Esto implica que podemos utilizar laterales de mayor longitud si el exponente x es bajo ya que, aunque tengamos pérdidas de carga en la tubería por la fricción del agua, el caudal emitido por los emisores será más o menos constante. También tuberías de menor tamaño teniendo un impacto directo en los cotes del sistema.

Fig. 6: Valores del exponente de descarga de distintos tipos de goteros de riego.

- Coeficiente de uniformidad (CU). Este parámetro nos indica cuanto de uniforme es la superficie regada por los goteros de riego.

El CU se calcula de la siguiente manera:

Donde:

q25: caudal promedio de los goteros con menor caudal.
qa: caudal promedio de todos los goteros del sistema.

Este parámetro es de suma importancia porque el caudal esperado del conjunto de goteros afecta de forma directa al diseño de otros componentes del sistema como la bomba, válvulas, filtros, tamaño de la tubería, etc. En la práctica es muy difícil que obtengamos una uniformidad perfecta, pero de ello depende que podamos satisfacer las necesidades hídricas de cada una de las plantas durante el tiempo de riego (Pizarro, 1987).

Fig. 7: Valores del coeficiente de uniformidad (CU) de un gotero.

- Coeficiente de variación de fabricación (CV). Este parámetro nos indica la variación de caudal de los goteros individuales debido a las tolerancias de fabricación.

Este parámetro es uno de los factores que más afecta al funcionamiento de los goteros en el sistema de riego por goteo y es crítico para su elección (Hernández, 1987). Depende del diseño del emisor, el material empleado en su fabricación y de la tolerancia admitida en el proceso de fabricación de los mismos. Su valor se encuentra entre 0,02 y 0,2 (Pérez, 1982).

- Presión de cierre y apertura en el caso de que sea antidrenante.
- Si es autocompensante o no autocompensante de la presión.
- Si es antidrenante o no antidrenante

En el mercado, existen diferentes tipos de goteros o emisores según el régimen de descarga, el tipo de conexión a la tubería, la capacidad de obstrucción, el material de construcción, funcionamiento hidráulico, etc. (ISO, 2004).

Según el tipo de conexión a la tubería de riego, los goteros pueden ser: pinchados, integrados o de interlínea.

Los goteros pinchados son aquellos que se encajan en una perforación que se hace con un sacabocados en las gomas de PE de riego.

Los goteros integrados son aquellos que están incluidos en la goma de PE de riego en el proceso de fabricación. Hay disponibles en el mercado de0,8 a 12 l/h y espaciados en la tubería de riego desde 0,15 a 1,2 m.

Los goteros interlínea son un largo conducto que se insertan en la goma de PE longitudinalmente entre dos secciones de la tubería de un ramal.

Fig. 8: Tipos de goteros según la conexión a la tubería: pinchados, integrados e interlínea. Foto: MAPA.

Según el funcionamiento hidráulico, los goteros los podemos clasificar en compensantes y en no compensantes. anti drenantes, anti-succión y regulables.

Dentro de los goteros no compensantes nos encontramos con los goteros turbulentos, que son el primer gotero que se desarrolló y su caudal de descarga depende de la presión de entrada al emisor. Es sencillo y económico y se suele emplear cuando la diferencia de presión entre las distintas zonas de instalación de los ramales de riego es prácticamente inexistente.

Los goteros anti drenantes podríamos decir que es una versión del gotero autocompensante ya que tiene una membrana que cierran la salida del agua cuando la presión de la tubería baja de un determinado valor. Suele emplearse para fincas llanas o planas a diferencia de los autocompensantes que se emplean para fincas grandes o con desnivel.

Los goteros anti-succión se emplean para el riego subterráneo ya que evitan que se obturen por el efecto succión que producen los goteros cuando están enterrados.

Los goteros regulables son aquellos que se puede ajustar el caudal de salida del agua.

5. Ventajas y desventajas de los goteros autocompensantes

Las ventajas que tienen los goteros o emisores autocompensantes son las siguientes:

1. Aplicación más uniforme del agua de riego y, por tanto, mayor uniformidad en la cosecha de los cultivos.
2. Gran resistencia a la obturación por partículas en el agua de riego, lo que posibilita el empleo de aguas más duras y alarga la vida útil de los goteros.
3. Posibilidad de emplear laterales de riego más largos sin repercusión en la uniformidad del agua de riego aplicada ya que, gracias a la membrana de compensación, el caudal emitido por los emisores es constante.
4. Amplia gama de caudales de emisión de los goteros.
5. Presión de trabajo más baja que otro tipo de goteros, lo que nos ayuda a proteger a los diferentes elementos del sistema de riego como bombas y válvulas.
6. Ahorro de costes de del sistema, su mantenimiento, electricidad y cantidad de agua, lo que conlleva a un mayor retorno de la inversión inicial.

La gran desventaja que presentan los goteros autocompensantes son su precio (0,2€/gotero), que es más elevado con respecto a otros tipos de goteros, que para el caso de los goteros turbulentos ronda los 0,089€/gotero.

También, la uniformidad de fabricación suele ser menor ya que contiene piezas móviles que hacen que haya una variación entre los goteros fabricados.

Además, la membrana autocompensante se ve afectada por la temperatura, lo que hace que con el paso del tiempo deje de compensar bien la presión de entrada al gotero.

6. Usos de los goteros autocompensantes

Los goteros autocompensantes se pueden emplear para:

1. Sistemas de riego superficiales y subterráneos.
2. Terrenos irregulares y con desnivel.
3. Pinchados o integrados en las gomas de gotero.
4. Parcelas de gran extensión que requieren laterales de riego largos.
5. Diferentes cultivos como: frutales, hortícolas, viñedos, cítricos, olivares, etc.
6. Invernaderos y sistemas hidropónicos.
7. Uso urbano como jardines públicos o privados.

Fig. 9: Terrenos con desnivel de cultivos frutales donde se emplean goteros autocompensantes

7. Bibliografía

1. Rodrigo L.; Hernández, J; Pérez, A. y González, J. 1997. Riego localizado. 2da edición. Editorial Mundi – Prensa. Madrid – España. 405 pp.
2. Caracterización hidráulica del riego por goteo a partir de ensayos en ramales y unidades para su proyecto y gestión económica, 2020. Tesis doctoral.
3. ISO, 2004. ISO 9261:2004. Agricultural irrigation equipment - Emitters - Specification and test methods. Geneva, Switzerland.

Autor: Dpto. Agronomía Infoagro