Elementos de control, medida y protección. Automatismos.

Introducción:

En las instalaciones de riego localizado existen una serie de elementos con funciones muy diversas y distintos tipos de accionamiento (mecánico, hidráulico o eléctrico) que permiten manejar y realizar el riego de forma adecuada. Básicamente se trata de elementos de medida, de control y de protección. Es muy importante conocer su función y la forma en que trabajan para colocarlos en los lugares apropiados, saber interpretar la información que suministran y en consecuencia realizar los cambios oportunos.

Por la configuración y modo de manejo de las instalaciones de riego localizado, la aplicación del agua necesaria a cada una de las unidades de riego es una de las operaciones en las que se invierte mayor cantidad de tiempo. Por ello, utilizando determinadas combinaciones de elementos de medida y de control, se pueden realizar algunas de tales operaciones de forma automática. Asimismo, dependiendo de la complejidad de la instalación de riego y de los elementos del sistema de automatismo, el grado de automatización será mayor o menor.

Elementos de la red de riego

Elementos de Medida
Los mas usuales suelen destinarse para medir el caudal o el volumen de agua que pasa por un determinado punto de la instalación o bien la presión en cualquier punto del sistema. Son imprescindibles en las instalaciones de riego localizado.

Medidores de caudal.

Los medidores de caudal son elementos utilizados para medir la cantidad de agua que pasa por un punto en la unidad de tiempo. También son útiles para descubrir la existencia de obturaciones, roturas o fugas. Además los contadores de volumen, normalmente llamados contadores, permiten realizar un riego controlado, ya que podremos saber la cantidad de agua que se ha aplicado independientemente del tiempo que se este regando. Los medidores de caudal o volumen más usados son los de turbina y los rótameros.

Los medidores de turbina se basan en el movimiento de una rueda de paletas que se inserta en la tubería, de forma que cada giro de la rueda implica un volumen de agua determinado que se va acumulando en un medidor. Los medidores de turbina más usados son los denominados Woltman, que son bastante precisos. Suelen fabricarse para medir el volumen en tuberías con diámetros entre 50 y 300 milímetros y producen una pérdida de carga o diferencia de presión entre ka entrada y la salida del contador entre 0,1 y 0,3 kg/cm2.


Por su parte los rotámetros miden caudal instantáneo, o sea, la cantidad de agua que pasa en cada momento. Están formados por un flotador fabricado normalmente en acero inoxidable, que se mueve hacia arriba o hacia abajo “flotando” mas o menos según sea el caudal, que se puede medir en una escala graduada. Suelen medir un intervalo muy amplio de caudales, desde 1 hasta 25.000 litros por hora.

Además de estos medidores de tipo mecánico, existen en el mercado algunos contadores electromagnéticos y de ultrasonidos, muy precisos pero muy caros, aunque si se desea automatizar el riego por volúmenes son muy recomendados.

La instalación de estos elementos es conveniente realizarla en lugares alejados de puntos de la red donde existan piezas especiales como codos, tes o válvulas, con objeto de que no provoquen alteraciones del flujo del agua y proporcionen una medida errónea.

Medidores de presión

Con los medidores de presión podemos saber si algún componente está siendo sometido a presiones de trabajo mayores de las nominales y tiene por tanto riesgos de rotura. También podemos localizar perdidas de carga excesivas (por ejemplo en un filtro muy sucio que necesita una limpieza) o si por el contrario hay una presión insuficiente para que un elemento trabaje correctamente (por ejemplo un ramal de goteros donde no hay suficiente presión para que los emisores goteen).

Los elementos que misen la presión se llaman manómetros, y los más utilizados son los llamados tipo Bourdon, que tienen un funcionamiento mecánico.

Es imprescindible medir la presión, como mínimo, a la salida del grupo de bombeo (para saber la presión de entrada de la instalación), y a la entrada y salida de filtros. Además es aconsejable medirla en la entrada de las unidades de riego y de las tuberías terciarías.

Muchas veces lo que mas interesa es conocer la diferencia de presiones entre dos puntos o mas de la red, por ejemplo a la entrada y salida de un filtropara determinar el momento de su limpieza.

Elementos de Control

Regulador de presión.Los reguladores de presión se utilizan para regular y controlar presión a partir del punto donde se instale. Con estos reguladores podemos evitar sobrepresiones que pudieran romper tuberías, emisores etc. Normalmente regulan presiones entre 0,2 y 8 kg/cm2.
Controlan el paso del agua en una tubería. Se clasifican según el tipo de accionamiento (automático o manual). Fuera de esta clasificación están la válvulas antiretorno que impiden que se invierta el flujo y de esta manera, por ejemplo, que se invierta el giro de la bomba (que podría dañarla seriamente).
Cierran con una compuerta que se mueve de arriba a abajo moviendo un volante. Son útiles para para aislar zonas de la instalación. Provocan pocas pérdidas de carga cuando están totalmente abiertas. No sirven para regular el caudal. Suelen fabricarse de 1/2 a 1 pulgada.
El elemento de cierre es un disco o lenteja vertical el mismo diámetro que la tubería. La pérdida de carga en apertura total es muy pequeña. Se utiliza para aislar zonas y para regular el caudal. Los diámetros comerciales varían entre 1 pulgada y 2 metros.
Consistente en un esfera a la que se le ha taladrado un cilindro. Al girar la llave se pone el cilindra en la dirección o no del paso del agua. Se utiliza para apertura o cierre total y no para regulación de caudal. Se usan en pequeños diámetros (no mas de 3 pulgadas).
Abren o cierran totalmente el paso del agua mediante un pistón cuando reciben una presión generada por una señal hidráulica. Si esta presión cierra la válvula se denomina normalmente abierta y si por el contrario la abre, se llama normalmente cerrada. Lógicamente si el riego se va extender durante muchas horas al día se elegirán válvulas normalmente abiertas y si son pocas horas, normalmente cerradas. Los diámetros comerciales varían de 1 a 16 pulgadas.
Se trata simplemente de una válvula hidráulica a la que se le incorpora un contador tipo Woltman. Llevan un selector donde se indica manualmente el volumen de agua que se quiere aplicar. Cuando el contador alcanza el volumen indicado, se produce la señal hidráulica que cierra la válvula.
Válvula hidráulica a la que se le incorpora un dispositivo electromagnético que acciona el mecanismo que produce la señal hidráulica para cerrarla. Son necesarias cuando se automatiza el riego, siendo el programado quien acciona la electroválvula con un impulso eléctrico. También pueden ser normalmente abiertas o cerradas, pero cuando están accionadas consumen energía. Para evitar grandes pérdidas de agua se instalan las electroválvulas tio LACH (que solo consumen cuando abren o cierran).

Elementos de Protección

Protegen los elementos de sobrepresiones o depresiones. Normalmente coinciden con la apertura y cierre de válvulas, puesta en marcha de bombas etc.

Aunque hay diversos tipos de mecanismos, los mas utilizados en riego localizado son las ventosas y los calderines.

Ventosas

Son dispositivos que se instalan en las conducciones de agua para introducir o evacuar el aire. Se clasifican en:

Purgadores o ventosas monofuncionales: Se encargan de eliminar el aire que se acumula en las conducciones durante un funcionamiento normal

Ventosas bifuncionales: Sirven tanto para la evacuación del aire acumulado en las tuberías durante su llenado, como para la introducción de este durante su llenado.

Ventosas trifuncionales: Realiza las tres funciones antes descritas, es decir, purgar, admisión y expulsión de aire en las tuberías.


Las ventosas evitan sobrepresiones de las tuberías durante el llenado y depresiones durante el vaciado. En ocasiones se producen bajadas de presión que quedan por debajo de la atmosférica y que pueden producir el aplastamiento de las tuberías. En estos casos las ventosas permiten la admisión de aire que funciona a modo de colchón.

En general deben instalarse en los siguientes lugares dentro de una instalación de riego localizado:

  • Puntos altos de la instalación.
  • Tramos largos con pendientes uniformes.
  • Cambios de pendientes en las conducciones.
  • Salidas del grupo de bombeo.


Calderines

Son depósitos metálicos de diferentes tamaños y forma (normalmente cilíndricos) que contienen en su interior aire y agua a presión). Alivian la presión del sistema cuando esta sube demasiado, haciendo que el agua de la red entre en el calderín y el aire que hay en su interior se comprima (trabaja haciendo un efecto de amortiguación de la presión).

Si por el contrario la presión en la red disminuye, el aire que está comprimido en el interior del calderín empuja al agua logrando así reestablecer la presión adecuada.

Existen dos tipos de calderines, los de contacto, en los que el agua y el aire ocupan un solo espacio; y los de vejiga, en los que el aire está confinado en una bolsa elástica y no entra en contacto con el agua. Los primeros son más recomendados cuando se trabaja con grandes volúmenes, pero es necesario disponer de un compresor para mantener el aire comprimido en el interior del calderín.

Automatismos

Automatismos
El grado de automatización de una instalación es tan variable que puede oscilar desde un nivel denominado “cero”, en el que la apertura y cierre se realiza de una manera manual, hasta un nivel de automatismo total, en la que la puesta en marcha de los diferentes elementos se realiza según las medidas de sensores que determinan la necesidades de agua de las plantas y miden y corrigen instantáneamente determinados parámetros de calidad del agua (conductividad y pH).

El control del riego de forma automática se puede realizar por tiempos (las válvulas cierran el paso de agua tras un periodo de tiempo) o por volúmenes (las válvulas cierran tras haber pasado una cantidad de agua determinada).

AUTOMATIZACIÓN POR TIEMPOS.

Es una forma muy simple de automatización que se basa en determinar el tiempo que tiene durar el riego teniendo en cuenta la dosis necesaria, el marco de los emisores y el caudal que suministra cada emisor

Para efectuar este tipo de automatismo es necesario contar con electroválvulas y programadores. La automatización por tiempos no garantiza que el aporte de la dosis de agua sea la determinada para el cultivo, sino que esta regando un tiempo preestablecido. Si las condiciones de presión, caudal etc., se mantienen, posiblemente este cerca de esta dosis, pero si estas condiciones varían a lo largo del riego, también variará la dosis aplicada.

AUTOMATIZACIÓN POR VOLÚMENES.

Con esta forma de automatización, el paso de agua se corta cuando ya ha pasado el volumen de agua que es necesario para el riego. Se requieren válvulas de accionamiento automático (hidráulicas, volumétricas o electroválvulas) y en algunos casos un programador de riegos. Dependiendo del tipo de los elementos que se utilicen se pueden conseguir distintos niveles de automatización.

Cada unidad de riego lleva asociada una válvula manométrica que inicialmente está cerrada y en la que se ha seleccionado la cantidad de agua que se desea que pase hacia cada unidad. La primera válvula se abre manualmente y se cierra automáticamente cuando se llega al volumen deseado. A continuación se abre de forma manual l a segunda válvula volumétrica que se cerrará al pasar el volumen predeterminado. de contar con mas unidades se procedería igual.
De igual forma cada unidad de riego tiene en cabecera una válvula manométrica, pero la primera esta conectada a la segunda, esta a la tercera y así consecutivamente.
La primera válvula se abre manualmente y cuando ha pasado el agua deseada se cierra y envía una señal hidráulica por un tubo de conexión a la segunda, que se abre y empieza a dejar pasar el agua. Esta actuará de forma similar y tras cerrarse abrirá la tercera y así sucesivamente.
Si las unidades de riego son muy grandes, es necesario disponer de válvulas volumétricas de gran diámetro, que en general son muy caras. En estos casos es frecuente efectuar el riego con satélite, en el que la unidad de riego tiene una válvula volumétrica que deja pasar agua a una sola subunidad, pero que está conectada a válvulas hidráulicas dispuestas al principio del resto de las subunidades de esa unidad. Así las volumétricas podrán ser mas pequeñas y baratas, reduciendo e costo del automatismo. Solo hay que que accionar manualmente la volumétrica de la unidad 1 y automáticamente se conectan sus hidráulicas asociadas. Cuando la volumétrica cierra, se cierran las hidráulicas y se transmite la señal a la válvula manométrica de la siguiente unidad y continua el proceso.
Esa el sistema mas avanzado de automatización usando válvulas y programadores. También se le conoce como programación electrónica por volúmenes. El elemento que ejecuta y coordina todas la operaciones de riego es el programador de riego enviando y recibiendo señales de los elementos de control y medidas.
Automatización por ordenador.
El ordenador consigue un grado total de automatización de la instalación, desde la limpieza de filtros, el control de la fertirrigación, programación automática según la demanda real del cultivo en tiempo real, ajuste de parámetros químicos del agua, etc.Requiere la instalación de sensores de todo tipo, de humedad del suelo, contadores, manómetros sondas de pH y CE, estaciones climáticas etc.

El sistema es caro y por tanto solo se utilizan cuando es preciso dar riegos frecuentes con un control muy estricto de fertilización (cultivos de elevado valor económico).