UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

DEPARTAMENTO DE OBRAS CIVILES

Informe proyecto 1
Flujo en contorno cerrado
Hidráulica Teórica y Laboratorio CIV242

Participantes del proyecto:

Ricardo Figueroa 201911008-k
Camila Flores 201911051-7
Christopher Narváez 201911020-9
Felipe Ramos 201911011-k

Fecha: 25 de marzo de 2022

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Índice

Memoria Explicativa………………………………………..……………………………….3
Restricciones reales del problema………………………………………………………3

Dimensiones del sistema…………………………………………………..…………...3

Cuantificación del sistema preexistente……………………………………..…………..3

Generación malla topográfica…………………………………………………………..4

Catálogo de elementos a implementar…………………………………………………..4

Boceto aproximado configuración aspersores…………………………………...…..…..5

Simular configuración en EPANET y comprobación de factibilidad………………….…..5

Elección de modelo……………………………………………………..……………..6

Modelo 14 aspersores………………………………………………………………………..6
Cotas piezométricas……………………………………………………………….…..7

Modelación de la red manual…………………………………………………………..8

Anexos…………………………………………………………………………….…..…….9
Catalogo elemento sistema de riego…………………………………………...……9
Presupuestos de los materiales…………………..……………………………..……9
Archivos Adjuntos…………………..…………………...……………………..……9

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Memoria Explicativa
Un sistema de regadío por aspersión consiste en simular el riego que pudiera recibir el césped
durante una lluvia, esto se logra gracias a la presión que fluye dentro de las diferentes tuberías y que
es expulsada al exterior a través de los aspersores, donde la presión puede resultar de una elevada
posición de la fuente de agua o de una bomba hidráulica.
Dicho sistema permite ahorrar tiempo generando un riego directo y eficiente, situación que hoy en
día toma mayor importancia debido a la relevancia que ha adquirido el agua producto al cambio
climático y la escasez hídrica que presenta la región, además de entregar la cantidad exacta que
requiere el pasto, evitando entregar una cantidad mayor de agua, siendo un despilfarro o al contrario
entregando menos de lo requerido para el césped.
Este sistema entregar una mayor comodidad al usuario siendo extremadamente fácil de utilizar, solo
activando un botón. Pero también cabe destacar que este sistema necesita de una inversión de capital
inicial muy grande además de los conocimientos básicos de hidráulica para su aplicación, como se
verá a continuación en dicho informe.
En primera instancia se utilizo internet para dar una aproximación real en donde se ejemplificará el
riego de una cancha profesional de césped, ya con dada información se utilizó la siguiente
metodología de trabajo para la generación del sistema de riego:
a. Restricciones reales del problema
El sistema debe ser alimentado mediante una unión domiciliaria de 3/4", Dicha unión entrega
como máximo una presión de 20 [mca], con un caudal máximo de 35 [l/s]. Se debe minimizar
el impacto de los aspersores para los usuarios de la cancha además se podrá separar la cancha
en un máximo de 3 sectores independientes que se rieguen consecutivamente.

b. Dimensiones del sistema

Para la obtención de las dimensiones a regar de la cancha de la USM casa central, se utilizó
la herramienta informática Google Earth, se determino que la dimensiones son de 97 [m] a
lo largo y 67 [m] a lo ancho aproximadamente.

c. Cuantificación del sistema preexistente

Debido a que ninguno de los integrantes tenía conocimientos previos acerca del sistema de
riego para una cancha de profesional, se consultó a los expertos, en este caso se agradece la
participación de Don. Juan Núñez, encargado de la mantención de la cancha y áreas verdes
aledañas, facilito la intervención de la cancha para ser regada en un horario concordado un
sábado a las 8:00 de la mañana para medir el sistema prexistente de regadío, en esta instancia
se midieron las diferentes fases que se activa el sistema, las especificaciones la bomba que
participa, las presiones que alcanza el sistema, la cantidad de válvulas de paso, el radio que
entrega cada aspersor, la configuración de estos en la cancha, el tiempo que es regada y en
que instancia se hace.
Tabla 1: “Configuración aspersores preexistentes”
Unidades Radio Tipo Código
aspersores [m]
Sector 1 4 20.4 180° Rojo
Sector 2 5 15.9 180° Cian
Sector 3 3 23.4 360° Negro
Sector 4 5 13.1 180° Magenta
Sector 5 6 15.2 180° Gris
Sector 6 6 16 360° Amarillo
Sector 7 6 16 360° Verde
Total 35
Configuración sistema de riego cancha USM (a escala)

Tabla 2: Elementos relevantes sistema preexistente”

Presión máxima Sectores y Aspersores Bomba Tablero de control
válvulas de paso
90 [Psi] 7 [unidad] Hunter I-90 Pentax CBT 1000 Rain Bird
Ya con toda esta información se hizo mucho más fácil dar una idea de que tipo y cantidad de
aspersores utilizar, bombas, configuraciones, presiones admisibles, etc. ya que se superponen
los radios varias veces, por lo que el sistema puede ser optimizado.

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d. Generación malla topográfica

Se genero una malla de tabulada de a 5[m] x 5[m] donde cada punto representa espacialmente
la cota topográfica de la cancha, cabe destacar que, aunque la cancha tiene pendiente, esta es
casi despreciable y se puede modelar de forma lineal, ya que no presenta cambios abruptos o
singularidades el terreno.

Para la realización de dicha

malla se utilizaron 4 cotas
conocidas, luego se genero
una ecuación de la recta por
cada borde de la cancha
(línea roja), ya con estas
ecuaciones se generaron dos
sub-ecuaciones una para
cada eje de referencia, X e Y
(línea azul), las cuales se
promedian para encontrar la
cota en un punto específico (x, y)

Es importante señalar ahora que todas las cotas fueron reducidas 26[cm] esto es debido a que
los aspersores tienen esas dimensiones de profundidad, por ende, el sistema debe quedar
enterrado a esta distancia bajo la cota obtenida.

Para una mejor apreciación de la interpolación se sugiere revisar Excel Adjunto “Cotas
Topográficas USM”

e. Catálogos de elementos a implementar

A partir de la información obtenida en la sección C, se revisó solamente el catálogo para estas
marcas en específico. Aspersores Hunter y bomba Pentax CBT.

Curva caracteristica Bomba CBT 1500, Catalogo Pentax Water Pumps

Rendimiento aspersor Hunter I-25 Perdida carga accecsorios, Catalogo Hunter Industries

Para las tuberías se utilizó PVC PN16 ya que es económica y entrega una gran resistencia a la presión
con una resistencia de rotura de 160 [mca] appx. Se dejaron algunos posibles diámetros que
corresponden a los más utilizados en el mercado: 50[mm], 40[mm], 32[mm], 25[mm] y 20 [mm].
Observación: Para más información, revisar anexo relacionado a Catalogo Hunter y Catalogo Pentax

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f. Boceto aproximado de configuración de aspersores

Utilizando la plataforma de AutoCAD se generó de manera virtual las diferentes
configuraciones de aspersores, teniendo en consideración de que una misma zona no sea
regada múltiples veces, y que el número de aspersores no sea demasiado, ya que el
removimiento de tierras afecta el estado de la cancha, con este bosquejo inicial se introduce a
EPNAET, además de buscar las respectivas cotas para esta configuración.

g. Simular situación en EPANET y comprobación de factibilidad

Luego de generar reiteradas configuraciones descrito en la sección anterior, se ingresa estos
datos en el programa, para luego ejecutarlo y comprobar su factibilidad, si es que corre o no,
cabe destacar que a pesar de que se ingresa en el programa el caudal correspondiente para un
determinado aspersor con determinado radio, al ejecutar el programa este devuelve la presión
en dicho nodo, por ende esto genera un feedback al usuario el cual debe verificar si ese
aspersor, requería esa presión si la respuesta es sí se llegó a un modelo factible, por el contrario
si la respuesta es no, se debe seguir variando los diámetros o la bomba, hasta que la presión
sea aproximada a la ingresada con una variación de ±0.3 bares, este rango se determinó debido
a que si cambia en más de este valor, la presión pasaría a la siguiente fila del catálogo, la cual
exige otro caudal y radio diferente cambiando la configuración inicial, con la posibilidad de
que áreas no sean regadas por ningún aspersor.
Los modelos factibles que se obtuvieron fueron los siguientes:
• Modelo 8 aspersores

• Modelo 16 aspersores

• Modelo 14 aspersores

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h. Elección de modelo
Posterior al sinfín de cambios de aspersores, cambios de diámetro, cambios de bombas, se
optó por el diseño de 14 aspersores debido a que considerando que el diseño existente consta
de 35 aspersores, 14 sería una buena optimización (Optimizando por 2 aspersores en
comparación con el diseño de 16 aspersores). Por otra parte, se prefirió por sobre el diseño de
8 aspersores debido a los diámetros que este requería (del orden de 60-80mm).

Modelo de 14 Aspersores
El diseño está pensado para funcionar en 3 sectores (1 a la vez) comenzando por el sector A
compuesto de 6 aspersores I-25 de boquilla n°8 demandando presiones de 3.5 [bar] (±0.3 bares) y un
caudal de 0.54 [l/s]. Riego que es llevado a cabo gracias a la carga entregada por la bomba ya
mencionada CBT1500 y a una válvula reguladora de presión. Para este sector se requiere un caudal
total a distribuir de 3.24 [l/s] y cada aspersor proporcionará 15 [m] de radio, para así cubrir gran parte
de la parte superior.
Luego de haber finalizado el riego del sector A, se procede a cerrar la válvula reductora de presión
A, abrir la válvula reguladora de presión B, dando así inicio al riego del sector B. Dicho sector está
diseñado solo con 2 aspersores I-25 de boquilla n°18, demandando presiones de 6.0 bares (±0.3 bares)
y un caudal de 1.19 [l/s] por aspersor. Los aspersores están separados entre sí por una distancia de
34[m] teniendo así que regar en un radio de 19.5[m] cada aspersor.
Finalmente se procede a cerrar la válvula reductora de presión B, para abrir la C. El sector C es un
símil con respecto al sector A, pero para el lado inferior de la cancha.
Los materiales y presupuesto para crear el diseño son:
Tabla 3: “Presupuesto diseño 14 aspersores”
Material Unidades Precio Unitario Subtotal Proveedor
[CLP] [CLP]
Tubería PVC PN16 32mm 6m 39 5.890 229.710 Ferresur
Tubería PVC PN16 25mm 6m 17 4.290 72.930 Ferresur
Válvula reductora de presión 32mm 3 71.990 215.970 Barrena Hermanos
Aspersor Hunter I-25 + boquillas 14 61.310 858.340 Las brujas de Talagante
Bomba Pentax CBT1500 1 1.614.000 1.614.000 Aguamarket
Buje reducción PVC 50x20mm 1 890 890 Sodimac
Cruz PVC 32mm 1 1.940 1.940 Sodimac
Tee PVC 32mm 1 990 990 Sodimac
Buje reducción PVC 32x25mm 2 250 500 Sodimac
Codo 90° 32mm PVC 4 690 2.760 Sodimac
Tee reductora 32x25mm 1 1.590 1.590 Sodimac
Adhesivo petroflex 240ml 42 2.680 112.560 Petroflex
Mano de obra - 1.200.000 1.200.000 -
Total (Sin considerar mano de obra) 3.112.180 [CLP]
Total (considerando mano de obra) 4.312.180 [CLP]

Observación: Datos obtenidos desde las páginas de los distintos proveedores señalados, revisar anexo
relacionado a presupuestos.

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Cotas piezométricas

Observación: Todos los perfiles longitudinales en este documento son meramente referenciales en
cuanto a la escala (no están escalados), para un detalle proporcional, ver anexo Cotas Piezométricas
AutoCAD

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Modelación de la red manual

Para este proceso, se utilizó el denominado método del gradiente, que consiste en la
multiplicación de distintas matrices dando así el resultado de caudales que anteriormente eran
desconocidos en las tuberías y cotas piezométricas desconocidas en los nodos. Este proceso
por lo general para mallas trata de iterar caudales hasta converger (en anexo se podrá ver
información relacionada a gradiente como formulas, nomenclaturas, etc.). Para este problema
en particular, se tiene un sistema abierto y en teoría se conoce el caudal inicial (puesto que la
demanda de caudal corresponde a lo necesario para hacer funcionar los aspersores), entonces
se puede realizar el ejercicio de iterar solo 1 vez y daría el resultado. Otro punto por analizar
es relacionado a lo anterior, dado que teóricamente se conoce el caudal, se puede saber cuál
será la cota piezométrica del nodo siguiente a la bomba, ya que también se tiene conocimiento
de la CCT de la bomba, por consecuencia seria dato conocido. Este último dato permite
posicionarse en el nodo inmediatamente próximo a la salida de la bomba.
Cabe recalcar que este proceso solo es posible hacerlo de esta manera debido a la
particularidad del problema, en mallas el proceso debe ser iterativo y considerando nodos
previos a la bomba y posteriores. Para más detalles del proceso, revisar el Excel adjunto acerca
del método de gradiente.

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Anexos
1 Catálogos elementos sistema de riego:

1.1 Catalogo Hunter Industries

https://www.hunterindustries.com/sites/default/files/Hunter_Catalog_ES.pdf
1.2 Catalogo Pentax Water Pumps
https://www.hidrotecnica.cl/files/pdf/50242FT.pdf
2 Presupuesto de los materiales:
2.1 Tubería PVC PN16 32mm 6m
https://www.ferresur.cl/tubo-pvc-hidraulico-32mm-pn-16-6mts?similar_product=true
2.2 Tubería PVC PN16 25mm 6m
https://www.ferresur.cl/tubo-pvc-hidraulico-25mm-pn-16-6mts?similar_product=true
2.3 Válvula reductora de presión 32mm
https://www.barrenahermanos.cl/valvulas-reductoras-presion
2.4 Aspersor Hunter I-25 + boquillas
https://www.equiposderiego.cl/_files/ugd/ef3d3e_8c9b5dd40cae4d73b8ef7afd4ed0c955.pdf
2.5 Bomba Pentax CBT1500
www.aguamarket.com
2.6 Buje reducción PVC 50x20mm
https://www.sodimac.cl/sodimac-cl/product/62987/buje-red-larga-pvc-p-cementar-50mm-x-20mm-1u
2.7 Cruz PVC 32mm
https://www.toso.cl/gasfiteria/ca-eria-y-fittings/fitting-pvc-hidraulico/cruz-presion-32-32mm.html
2.8 Tee PVC 32mm
https://www.sodimac.cl/sodimac-
cl/product/27741X?kid=goosho_358328&shop=googleShopping&gclid=CjwKCAjwp7eUBhBeEiwAZbH
wkTIUrh_mqUNS-2Ic3jKMZ3cLhckSIGH6g01MrxOYfvzNPriJZVUW6hoCCkoQAvD_BwE
2.9 Buje reducción PVC 32x25mm
https://www.sodimac.cl/sodimac-
cl/product/278874?kid=goosho_358328&shop=googleShopping&gclid=CjwKCAjwp7eUBhBeEiwAZbH
wkVlHeL92-qJ0LWmnRMN4BPjB6vFzrqe9tB4jQzMEtuR2I_c_euTDOBoCaEQQAvD_BwE
2.10 Codo 90° 32mm PVC
https://www.easy.cl/codo-90o-32-mm-soldar-hoffens-
236069/p?idsku=3648&gclid=EAIaIQobChMIk5Ds0oT29wIVnkFIAB30pg0qEAQYASABEgJapPD_BwE
2.11 Tee reductora 32x25mm
https://www.sodimac.cl/sodimac-
cl/product/27786X?kid=goosho_358328&shop=googleShopping&gclid=EAIaIQobChMI-MTk-
IX29wIVYuhcCh29Ago8EAQYASABEgIbSvD_BwE
2.12 Adhesivo petroflex 240ml
https://www.petroflex.cl/wp-content/uploads/2017/10/LP-2017-Petroflex.pdf
3 Archivos adjuntos:
3.1 Cotas Topográficas (Interpolación)
3.2 Modelo EPANET 16 Aspersores
3.3 Modelo EPANET 8 Aspersores
3.4 Modelo EPANET 14 Aspersores
3.5 Cotas piezométricas (AutoCAD)
3.6 Método de Gradiente (Excel)
3.7 Apunte clase 8 Método de Gradiente
https://aula.usm.cl/mod/folder/view.php?id=2836648

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