Modelo matemático para la simulación de parámetros hidráulicos en sistemas de riego presurizado con tuberías de múltiples salidas

Abstract

El estudio hidráulico de las tuberías de múltiples salidas permite diseñar y manejar los sistemas de riego presurizado para lograr una distribución uniforme del agua, lo que garantiza ahorros de agua y energía. El proceso para el diseño de estas tuberías es complejo porque el caudal de entrada presenta un comportamiento muy variable debido a la reducción del flujo con el avance del agua en la tubería, produciendo pérdidas de carga por fricción, las cuales se calculan mediante procedimiento diferentes a las tuberías vigentes. Teniendo en cuenta que el estudio de este tema aún es insuficiente para explicar el movimiento del flujo y su relación con el riego presurizado, es que se desarrolla la presente investigación con el objetivo de desarrollar un modelo matemático para el diseño y manejo de sistemas de riego presurizado con tuberías de salidas múltiples que contribuya al incremento de la uniformidad del riego. Se comprobó que la estimación de las pérdidas de carga con el método analítico produce mayor precisión en comparación con el uso de tablas tradicionales. El modelo desarrollado es de tipo teórico experimental basado en los principios de conservación de la masa y la energía, así como en experimentos de campo para la medición de los caudales descargados por los emisores. Los resultados de la aplicación del modelo en sistemas de riego de pivote central eléctrico y microirrigación demostraron su capacidad de estimar los parámetros hidráulicos a lo largo del lateral y generar modelos estadísticos matemáticos de tipo exponencial, potencial y polinómico con altos coeficientes de determinación y bajo error porcentual medio. La validación del modelo por los criterios del coeficiente de uniformidad de Christiansen, el coeficiente de variación total del emisor y el experimento demostró valores superiores de uniformidad del caudal descargado a lo largo de los sistemas presurizados evaluados. Los impactos agro productivos del modelo se reflejaron en los rendimientos alcanzados con incrementos respecto al promedio históricos de la unidad organopónica evaluada. El software DISTMUSA v2.0 desarrollado en lenguaje de programación Python v3.9 demostró precisión y rapidez en la estimación de los parámetros hidráulicos de tuberías con múltiples salidas en máquina de pivote central eléctrico y sistemas de microirrigación.