El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de conducción para un
sistema de riego por multicompuertas
Bamboo (Guadua angustifolia spp.) as a conduction alternative for a multi oodgates
irrigation system
DOI: http://dx.doi.org/10.21704/ac.v80i1.1391
Autor de correspondencia (*): Miguel Sánchez Delgado. Email: msanchez@lamolina.edu.pe
© Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú.
Forma de citar el artículo: Monge et al., 2019. El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de
conducción para un sistema de riego por multicompuertas. Anales Cientícos 80 (1): 240 - 252 (2019).
Marlon Monge Freile
1
; Miguel Sánchez Delgado
2*
; Leandro A. Huanca Velarde
2
;
Alfredo Moreno Llacza
3
1
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador. Email: mmongef@uteq.edu.ec
2
Facultad de Ingeniería Agrícola, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. Email: msanchez@
lamolina.edu.pe
3
Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. Email: lhuanca@lamolina.edu.pe,
amoreno@lamolina.edu.pe
Recepción: 27/09/2018; Aceptación: 05/01/2019
Resumen
La presente investigación tuvo como objetivo el uso del bambú como tubería de conducción
para un sistema de riego por multicompuertas en zonas donde abunda esta especie vegetal. Se
analizaron las características hidráulicas como la rugosidad, velocidad y la máxima presión
de trabajo en el laboratorio y campo; asimismo, se elaboró una guía para la selección de
diámetros en condición de pendiente y carga de presión. El estudio de la rugosidad del material
se obtuvo mediante la ecuación de Colebrook-White, una rugosidad absoluta de 0,0161 m, el
coeciente de rugosidad de Hazen-Williams de 50 y el coeciente de rugosidad de Manning
de 0,0232. Se comparó los resultados de las pérdidas de carga estimadas por los tres métodos
versus los valores obtenidos en el laboratorio y mediante indicadores estadísticos (error
cuadrático medio y coeciente de eciencia), estos indicadores no presentaron diferencias
signicativas. También, a partir de velocidades superiores a 0,8 ms
-1
, el comportamiento de
la pérdida de carga aumenta potencialmente y se encontró que el bambú soporta presiones de
hasta 30 PSI o 20 mca.
Palabras clave: bambú; coeciente de rugosidad; presión de trabajo; pérdida de carga;
velocidad, sistema de riego.
Análes Cientícos
ISSN 2519-7398 (Versión electrónica)
Website: http://revistas.lamolina.edu.pe/index.php/acu/index
Anales Cientícos 80 (1): 240 - 252 (2019)
241
Monge et al. / Anales Cientícos 80 (1): 240- 252 (2019)
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Abstract
The present investigation aimed to use bamboo as a pipeline for a multi oodgates irrigation
system in areas where this plant species abounds. Hydraulically characteristics, such as the
roughness, speed, its maximum working pressure were determined in the laboratory and
eld; likewise, a guide was prepared for the selection of the bamboo’s diameters under the
conditions of slope and pressure load. The rugosity study of the material was carried out by
the Colebrook - White equation, obtaining an absolute rugosity of 0,0161 meters, the Hazen -
Williams roughness coecient getting 50 and the Manning’s roughness coecient of 0,0232.
The study also compared the results of load loss estimated by the three methods, versus the
values obtained in the laboratory and statistical indicators (the mean square error and the
coecient of eciency), these indicators did not present signicant dierences. Also, that
from speeds higher than 0,8 ms
-1
, the behavior of the load loss potentially increases and it was
found that the bamboo supports pressures up to 30 PSI or 20 mwc.
Keywords: bamboo; coecient of roughness; support pressure; load loss; irrigation system.
1. Introducción
El ritmo acelerado del cambio climático
junto con el aumento de la población
amenaza la seguridad alimentaria en el
planeta. La agricultura es extremadamente
vulnerable al cambio climático ya que el
aumento de las temperaturas provoca la
reducción de la producción de los cultivos
deseados, los cambios en los regímenes
de lluvias aumentan la probabilidad de
fracaso de las cosechas a corto plazo y la
reducción de la producción a largo plazo,
amenazando la seguridad alimentaria
mundial. Probablemente, las más afectadas
sean las poblaciones de los países en vías
de desarrollo, desde ya vulnerables y presas
de la inseguridad alimentaria. En 2005, casi
la mitad de la población económicamente
activa de los países en vías de desarrollo
(dos mil quinientos millones de personas)
dependía de la agricultura para asegurar sus
medios de vida. A la fecha, el 75% de los
pobres del mundo viven en áreas rurales
(Ifpri, 2009).
En muchas zonas agrícolas, durante
los últimos años, las necesidades de riego
tecnicado se han puesto de maniesto, pero
los altos costos que generan su instalación
han generado que muchos agricultores se
priven de sus benecios, originando con esto
la implementación de formas tradicionales
de riegos, como el riego por supercie,
que consiste en aplicar continuamente agua
al surco hasta humedecerlo por completo
alcanzando la profundidad de la zona
radicular de las plantas, lo que genera un
consumo excesivo de agua. Este sistema de
riego tiene una eciencia aproximada de tan
solo el 30% (Murillo, 2008).
Es por ello la gran necesidad de
implementar soluciones que amortigüen los
efectos del cambio climático implementando
sistemas de riego a bajo costo que estén
dentro del alcance de los pequeños
agricultores, y que a su vez sean ecientes
en la conducción y distribución del agua de
riego.
En todo proyecto de riego la parte más
costosa, en términos económicos, son los
materiales del mismo, siendo muchas veces
inalcanzables para los pequeños agricultores,
para ello se da como una alternativa de
solución la utilización del bambú como
material de conducción (Bambusa, 2015).
Se ha comprobado que el bambú ha sido
utilizado en otros países, India y Tanzania,
como material de conducción para el
abastecimiento de agua potable y para el
riego (Lipangile et al.,1989).
Trabajos similares muestran la
importancia de la determinación de los
coecientes de resistencia al ujo; como
son los trabajos del factor de fricción en
drenajes corrugados (Giustolisi et al.,
2008), determinación del coeciente de
rugosidad interna de la tubería de polietileno
(Chipantasig, 2015) y determinación del
coeciente de Manning y de la rugosidad
absoluta en tubería para alcantarillado ADS
600 mm (Ciacua, 2009).
El riego de multicompuertas es un
sistema de conducción y distribución
de agua de riego, por medio de tuberías
livianas, fáciles de transportar e instalar, que
trabajan a baja presión. Con este sistema
se alcanzan altas eciencias de aplicación,
mediante él se eliminan completamente las
pérdidas por inltración en la cabecera del
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Enero - Junio 2019
surco donde se desea colocar la línea de
conducción de bambú, que es la zona donde
mayormente se da la mayor pérdida por
percolación profunda. El sistema de riego
por multicompuerta consiste en la instalación
de tuberías de conducción y distribución
instaladas en la supercie del terreno. El
sistema de distribución consta de pequeños
oricios que emiten caudal constante
a cada surco de riego. La eciencia de
aplicación del sistema por multicompuertas
ronda entre un 60%, variando en función
de la textura y de la pendiente del terreno,
lográndose una mayor uniformidad en el
perl de humedecimiento del suelo, menos
malezas ya que solo se humedecen las áreas
necesarias, se capta mayor cantidad de agua
y se puede distribuir simultáneamente a
distintos sectores (PSI, 2016).
La especie Guadua angustifolia es un
cultivo que posee una altura del tallo que
está entre 18 y 20 m, pudiendo llegar a 30
m, con diámetros que oscilan entre 15 a 20
cm. Para su óptimo crecimiento requiere
de una temperatura entre los 20° y 26° C.
Normalmente prospera a altitudes que no
exceden los 2000 m s.n.m., siendo la óptima
entre los 800 y 1600, sus requerimientos de
lluvia son superiores a 1200 mm anuales
(Carmiol, 2009).
Por lo tanto, el objetivo de esta
investigación es utilizar el bambú como una
alternativa de conducción y distribución para
un sistema de riego por multicompuertas,
identicando las presiones y caudales
permisibles con que el bambú puede
operar, así como su valor correspondiente
de rugosidad. Mediante la obtención de
estos parámetros se puede realizar diseños
de sistemas de conducciones de bambú
para dotar a los pequeños agricultores con
manuales prácticos de fácil entendimiento
para su construcción y con sus respectivos
rangos de operación del bambú. Cabe
mencionar que en la literatura especializada
no existen valores para este tipo de material.
2. Materiales y métodos
Zona de estudio
La investigación se realizó en el laboratorio
de Mecánica de Fluidos e Hidráulica y en
la parcela demostrativa del Departamento
de Recursos Hídricos de la Facultad de
Ingeniería Agrícola, de la Universidad
Nacional Agraria la Molina (Unalm),
localizada a una altura de 238 m s.n.m.
Determinación de la rugosidad
Las pruebas para la determinación de la
rugosidad absoluta del bambú se hicieron en
laboratorio utilizando diferentes diámetros
internos de bambú (6 a 8 cm) y una longitud
de cuatro metros aproximadamente. Esto
se realizó para diez tramos de tubería de
bambú.a
Para la determinación del valor de
rugosidad del bambú Guadua angustifolia,
se analizaron diez tramos de tubería de
bambú. Cada uno de estos tramos de tubería
bambú fue sometido a distintos caudales que
varió de 0,61 ls
-1
a 7,60 ls
-1
, caudal máximo
limitado por el tanque de cabeza constante.
Fabricación de las tuberías de bambú
Para la fabricación del oricio del bambú se
realizó una perforación de los entrenudos, se
elaboró una herramienta, con una varilla de
acero de 12 mm de grosor de 2,5 m de largo,
con la punta achatada y alada.
Montaje de las tuberías de bambú
Los tramos de tubería de bambú se
colocaron de manera horizontal sobre la
base metálica del banco de pruebas para
determinar las pérdidas de carga; los tramos
se encontraban alimentados por un tanque de
cabeza constante de dos metros de altura, el
caudal fue regulado mediante una válvula de
compuerta de PVC instalado a la salida de
las tuberías de bambú.
Instalación de los piezómetros
Para medir la altura de presión en cada punto,
se usaron piezómetros con su respectivo
tablero de medición milimétrica, colocados
en tres puntos, a lo largo de la tubería de
bambú, separados entre ellos a un metro
de distancia, siendo estos equidistantes, los
piezómetros se instalaron al principio, al
medio y al nal de cada tramo de tubería de
bambú.
El procedimiento rutinario se realizó
para las diez tuberías de bambú, se realizaron
15 caudales distintos para cada una de las
tuberías, estos caudales fueron regulados
a través de la válvula de cierre instalada al
nal de cada tubería, obteniéndose diferentes
caudales a medida que se cerraba la válvula,
las medidas de la altura de presión de cada
piezómetro fueron reejadas sobre el tablero
piezométrico.
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Figura 1: Montaje de las tuberías de bambú
Cálculo de la velocidad del ujo (V)
Conocido el caudal obtenido a través del
vertedero, así como su respectivo diámetro,
se procedió a calcular la velocidad del ujo
dado en las tuberías de bambú, mediante la
siguiente expresión
V =
.
(3)
Cálculo del número de Reynolds (Re)
Conociendo la velocidad que circulaba
por la tubería de bambú, el diámetro y la
temperatura del agua, se procedió a calcular
el Número de Reynolds, a través de la
siguiente expresión:
Re = ( 4)
La temperatura del agua medida en el
laboratorio fue de 20° C, obteniéndose una
viscosidad cinemática de 1,02 x 10
-6
m
2
/s, la
cual fue utilizada en los respectivos cálculos.
Cálculo del factor de fricción (f)
La ecuación de Darcy -Weisbach permitió
calcular el factor de fricción a partir de
datos geométricos de la tubería (longitud y
diámetro). El factor de fricción se calculó
con la siguiente expresión:
f =
Método de cálculo para la determinación
de la rugosidad
Cálculo de la pérdida de carga (hf)
Teniendo en cuenta que en las pruebas
realizadas se instalaron tres piezómetros
por tramo de bambú, se realizó un promedio
de las diferencias de cargas entre los 3
piezómetros. Este procedimiento se realizó
para los 15 caudales para cada tubería de
bambú.
hf = (1)
Donde hf : pérdida de carga (m)
P1, P2, P3: carga de presión 1,2 y 3 (m)
y y y
Cálculo del caudal transcurrido por la
tubería (Q)
Para la obtención del caudal que circulaba
por la tubería, se realizó midiendo la carga
“h” sobre la cresta del vertedero al banco
de tuberías a través de la ecuación hallada
anteriormente para el vertedero.
Q =
(2)
Donde Q: caudal (ls
-1
) h: carga sobre la
cresta del vertedero (m)
El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de conducción para un sistema de riego por multicompuertas
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Enero - Junio 2019
Cálculo de la rugosidad del bambú
Una vez conocidas las pérdidas de energía
en cada tramo, se procedió a calcular la
rugosidad absoluta de las tuberías mediante
el uso de la ecuación de Darcy -Weisbach
en conjunto con la ecuación de Colebrook
-White, así como el coeciente de rugosidad
“C” de Hazen-Williams y el coeciente
de rugosidad de Manning “n”, que fueron
calculados a través de las siguientes
ecuaciones.
Ecuación de Colebrook -White
Mediante la ecuación de Colebrook-White se
determinó el valor de la rugosidad absoluta
para cada una de las pruebas realizadas.
(5)
Ecuación de Hazen-Williams (C)
(6)
Ecuación de Manning (n)
(7)
Indicadores de ajustes para la obtención
de la rugosidad
Obtenido los valores de rugosidad a través
de la ecuación de Colebrook-White y los
coecientes tanto para Hazen-Williams,
como para Manning, realizados para cada
tramo de tubería de bambú, se sometieron a
un análisis estadístico, tales como la media,
la desviación estándar, el coeciente de
variación, el error cuadrático medio y el
coeciente de eciencia “CE”, indicadores
estadísticos muy utilizados para validar
trabajos experimentales (Pazmiño et al.,
2017).
Perminación de la máxima presión
permisible y el rango de velocidades
recomendables para el dimensionamiento
de conducciones de bambú
Para la obtención de la máxima presión
de trabajo, se buscó determinar la máxima
presión permisible del sistema, identicando
los puntos vulnerables, y se realizó un
análisis para determinar los caudales
recomendados para el bambú en función de
la velocidad del ujo y la pérdida de carga.
Método de cálculo para determinar la
máxima presión permisible en el sistema
de conducción de bambú
Se tuvo como objetivo conocer el punto
máximo de presión donde se dan las fugas y,
por tanto, la falla del sistema de conducción.
Lippert, citado por De Almeida et al. (2000),
estudiando el uso del bambú en la variedad
Guadua angustifolia como conducto forzado,
resultó ser viable su uso hasta 480,5 kPa de
presión interna y en la variedad Bambusa
vulgaris alcanzó una presión interna de
hasta 1500 kPa sin rotura. Por experiencia
práctica, se conoce que los bambús soportan
altas presiones, entre 350 – 800 kPa de
presión interna evitando el problema de
fugas en las uniones. Se utilizaron cuatro
muestras a través de dos tuberías que
simulaban un sistema de conducción, cada
una de estas tuberías tenía tres tramos de
bambú unidos con una longitud aproximada
de 1 m por cada tramo, teniendo en sí un total
de 3 metros de longitud. El procedimiento se
detalla a continuación.
Método de prueba de resistencia a la
presión
Instaladas las tuberías, se procedió al llenado
completo de agua, para ser sometidas
a distintas presiones, a través de un
compresor, estas presiones fueron variando
hasta alcanzar una presión constante que se
mantuvo durante 48 horas.
Rangos de caudales a través de la
pendiente del terreno
Para estas condiciones se hizo un cuadro
de caudales usando diferentes diámetros
y pendientes y que servirá como guía
para agricultores que desconozcan el
dimensionamiento de tuberías. Las
pendientes analizadas fueron de 0,5%, 1%,
1,5%, 2%, 2,5%, 3% y 4%.
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Figura 2: Instalación del sistema de riego de bambú en el campo experimental %
Se puede observar en la Figura 4 el
rango del factor de fricción que se dio en las
tuberías de bambú, estos oscilan entre 0,09 a
0,3, con una media de 0,1618 con desviación
estándar de 0,04 y coeciente de variación
(CV = 26%), como era de esperar, los valores
de fricción más alto corresponden a los
tramos de bambú que presentaron mayores
pérdidas de carga.
Además, se observa que existen dos
concentraciones en los puntos de fricción,
como lo son las tuberías 2, 7, 10, 4 y 6 que
presentaron valores más elevados, y las
tuberías 5, 3, 1, 8 y 9 que presentaron valores
más bajos de fricción, esto se debe al acabado
de las perforaciones de los entrenudos,
ya que fueron hechas manualmente, y por
ende es casi imposible de cuanticar la
perfección de sus acabados ya que pequeñas
alteraciones obedecen a diferentes valores,
fue por ello que se consideró como una sola
muestra.
El valor del número de Reynolds varió
de 1,15x10
4
a 1,23x10
5
, encontrándose
siempre en ujo turbulento. En la Tabla
1, se detallan los valores de la rugosidad
media determinada para los 10 tramos de
tubería de bambú, utilizando las fórmulas
de Colebrook-White, Hazen-Williams y
Manning.
Rangos de caudales para diferentes cargas
de presión constante
Para facilitar la implementación del bambú y
un fácil entendimiento, se realizó un cuadro
para diferentes cargas de presión, donde se
describe el posible caudal de entrega del
bambú en función de su diámetro, presión y
longitud de la línea de bambú. Esta se realizó
para presiones de 5, 10 y 15 metros de
columna de agua (mca) y para longitudes de
50, 100, 150 y 300 metros. Valores similares
al trabajo realizado por De Almeida et al.
(2000).
3. Resultados y discusión
Determinación de la rugosidad del bambú
para su utilización como material de
conducción de agua
Pérdida de carga
La pérdida de carga determinada en el banco
de tuberías en el laboratorio, varió de 0,25
a 33,25 centímetros por metro lineal, dado
para un rango de caudales de 0,61 ls
-1
y 7,60
ls
-1
.
La Figura 3 muestra la pérdida de carga
en función de la velocidad del ujo, donde
se puede observar sus respectivos rangos de
velocidades obtenidos en laboratorio.
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Figura 3: Pérdida de carga en función de la velocidad de los 10 tramos de bambú b
0.0000
0.0500
0.1000
0.1500
0.2000
0.2500
0.3000
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000
Factor de fricción "f"
Núme ro de Re ynolds Re
Concentración de los valores de fricción
TUBERIA 1
TUBERIA 2
TUBERIA 3
TUBERIA 4
TUBERIA 5
TUBERIA 6
TUBERIA 7
TUBERIA 8
TUBERIA 9
TUBERIA 10
Figura 4: Rango de fricción de los 10 tramos de bambú
A partir de la velocidad aproximada a 0,8 ms
-
1
, velocidad analizada posteriormente en esta
investigación, existe una mayor dispersión
para cada tubería de bambú, como se puede
observar claramente un comportamiento
muy distinto de pendientes entre la tubería
dos y la nueve, donde la tubería dos tiene
una pendiente mucho más pronunciada que
la tubería nueve.
Factor de fricción “f” (adimensional)
determinada mediante datos de
laboratorio
A través de los datos obtenidos en laboratorio
se pudieron determinar los respectivos
valores del factor de fricción “f” (0,0942 –
0,2349), obtenidos a través de la ecuación
de Darcy-Weisbach, esto fue realizado para
cada caudal de prueba para un total de 143
pruebas.
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Se puede observar en la Figura 4 el
rango del factor de fricción que se dio en las
tuberías de bambú, estos oscilan entre 0,09 a
0,3, con una media de 0,1618 con desviación
estándar de 0,04 y coeciente de variación
(CV = 26%), como era de esperar, los valores
de fricción más alto corresponden a los
tramos de bambú que presentaron mayores
pérdidas de carga.
Además, se observa que existen dos
concentraciones en los puntos de fricción,
como lo son las tuberías 2, 7, 10, 4 y 6 que
presentaron valores más elevados, y las
tuberías 5, 3, 1, 8 y 9 que presentaron valores
más bajos de fricción, esto se debe al acabado
de las perforaciones de los entrenudos,
ya que fueron hechas manualmente, y por
ende es casi imposible de cuanticar la
perfección de sus acabados ya que pequeñas
alteraciones obedecen a diferentes valores,
fue por ello que se consideró como una sola
muestra.
El valor del número de Reynolds varió
de 1,15x10
4
a 1,23x10
5
, encontrándose
siempre en ujo turbulento. En la Tabla
1, se detallan los valores de la rugosidad
media determinada para los 10 tramos de
tubería de bambú, utilizando las fórmulas
de Colebrook-White, Hazen-Williams y
Manning.
Tabla 1: Coecientes de rugosidad de las
tuberías de bambú
Tubería
N
°
Diámetro
(cm)
Rugosidad
Ks (m)
Factor
(C)
Hazen
Williams
Manning
(n)
1 7,51 0,0099 56 0,0201
2 7,60 0,0251 40 0,0278
3 7,20 0,0115 52 0,0212
4 7,57 0,0211 43 0,0259
5 7,62 0,0139 51 0,0223
6 7,76 0,0189 46 0,0248
7 8,17 0,0243 42 0,0270
8 7,26 0,0083 60 0,0192
9 6,69 0,0064 63 0,0179
10 7,73 0,0212 43 0,0259
Promedio 0,0161 50 0,0232
Desviación 0,0069 8,05 0,0035
CV (%) 37,61 16,19 15,09
Se encontraron los valores promedios
de rugosidad absoluta con Ks = 0,0161
m así como la media del coeciente de
rugosidad, con C =50 por el método de
Hazen-Williams y la media de n = 0,0232
por el método de Manning. Los valores
determinados son comparados con otros
materiales de conducción, asemejándose
al erro fuertemente corroído que tiene un
coeciente de rugosidad de C = 40 – 50
(Rocha, 2007).
Comparando los valores de rugosidad
del bambú (Guadua angustifolia)
encontrados en esta investigación con
los valores encontrados por De Almeida
et al. (2000), encontraron para el bambú
gigante (Dendrocalamus giganteus), un
coeciente de rugosidad por el método de
Hazen-Williams C = 43 y por el método de
Manning n = 0,027, siendo estos valores un
tanto mayores para los encontrados en esta
investigación, teniendo en cuenta que son
dos especies distintas y los mínimos cambios
en los acabados de los entrenudos varían sus
valores de rugosidad.
Análisis comparativo de la pérdida de
carga medidas en laboratorio con los
estimados por los métodos de Darcy-
Weisbach, Hazen-Williams y Manning
Se realizó una comparación de la pérdida de
carga medida en laboratorio, con la pérdida
de carga estimada a partir de las ecuaciones
de Darcy-Weisbach, Hazen-Williams
y Manning. Usando el coeciente de
eciencia “CE” y el error cuadrático medio
“ECM” cuyos resultados como indicadores
de ajustes aplicados a los diez tramos de
tuberías de bambú, se muestran en la Tabla
2.
Tabla 2: Media de los errores cuadráticos
medios y los coecientes de eciencia de las
diez tuberías analizadas
Hazen-Williams Manning Darcy-Weisbach
Media de
ECM
3,79 4,07 4,35
Media de
CE
0,76 0,75 0,73
Observamos que, a través de las formula
de Darcy-Weisbach, se aproximó más para
las tuberías que presentaron valores de
rugosidad más elevados, mientras que la
El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de conducción para un sistema de riego por multicompuertas
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Enero - Junio 2019
fórmula de Hazen-William se aproximó más
para tuberías menos rugosas y el método de
Manning mantuvo valores muy cercanos al
método de Darcy-Weisbach, representando
mejor a las tuberías rugosas.
Además, la media del coeciente de
eciencia encontrado es de 0,76 para el
método de Hazen-Williams, 0,75 para
Manning y 0,73 para el método de Darcy-
Weisbach. Se observa que no existe una
diferencia signicativa entre los resultados
de los métodos analizados.
Determinación de la máxima presión
permisible y velocidad recomendable para
el dimensionamiento de conducciones de
bambú
Determinación de la máxima presión de
soporte del bambú como sistema
Se puede observar que, en la simulación
a pequeña escala del bambú como sistema de
conducción, soporta presiones considerables,
incluso para la instalación de aspersores
medianos, que se encuentran dentro de ese
rango de presión de trabajo.
Tabla 3: Máxima presión de soporte del
bambú como sistema.
Prueba Presión (PSI) Tiempo (Horas)
Sistema 1 32 48
Sistema 2 30 48
Se pudo observar que la falla del sistema
de conducción no se dio propiamente en el
bambú, sino en las uniones de los tramos,
donde es la zona más vulnerable de la
conducción.
Análisis de velocidades recomendables
para el dimensionamiento de tuberías de
bambú
Las pérdidas de carga de las diez tuberías
analizadas son muy similares hasta
velocidades cercanas a 0,8 ms
-1
, después
de esta velocidad se observa una mayor
dispersión en sus valores y un aumento
signicante en la pendiente de la curva, este
comportamiento está en función de la calidad
del acabado de los entrenudos, haciendo
que a velocidades superiores a 0,8 ms
-1
aproximadamente, las pérdidas de carga se
elevan potencialmente obteniéndose valores
distintos para cada bambú (Figura 5).
Los Rangos de aplicabilidad de la tubería
de bambú.
Se elaboraron cuadros de guía para la
selección de diámetros, en función de
los posibles caudales que podrían darse
para líneas de abastecimiento, usando la
pendiente como medio de presión y por
medio de presión de cabeza constante a
través de tanques elevados.
Figura 5: Análisis de velocidad recomendada para el diseño de bambú
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Rango de caudales para conducciones de
bambú en función de la pendiente
En la Tabla 4 se detallan los posibles
caudales, en función del diámetro y la
pendiente, se seleccionó para una gama de
diámetros de 6 a 10 centímetros de diámetro
interno, para un rango de pendientes de 0,5,
1, 1,5, 2, 2,5, 3 y 4%.
Rangos de aplicabilidad de la tubería de
bambú.
Se elaboraron cuadros de guía para la
selección de diámetros, en función de
los posibles caudales que podrían darse
para líneas de abastecimiento, usando la
pendiente como medio de presión y por
medio de presión de cabeza constante a
través de tanques elevados.
Rango de caudales para conducciones de
bambú en función de la pendiente
En la Tabla 4 se detallan los posibles
caudales, en función del diámetro y la
pendiente, se seleccionó para una gama de
diámetros de 6 a 10 centímetros de diámetro
interno, para un rango de pendientes de 0,5,
1, 1,5, 2, 2,5, 3 y 4%.
En la Tabla 4 se observa que a
mayor pendiente y diámetro aumenta
potencialmente el caudal; por tanto, será
una guía para los agricultores, se podrá
seleccionar el diámetro interno del bambú,
en función del caudal necesario para sus
cultivos, teniendo en cuenta que esto se da
únicamente para líneas de abastecimiento
colocadas a favor de la pendiente.
Rango de caudales para conducciones de
bambú para presiones constantes
En las Tablas 5 y 6 se observan los posibles
caudales que podrían darse para presiones
efectivas de 5 y 10 mca y para longitudes de
50, 100, 150, 200 y 300 metros.
A diferencia, en condiciones de
pendiente, la carga de cabeza constante
puede ser usada para terrenos ondulantes,
hasta para sistemas de riego en contra de la
pendiente.
Tabla 4: Selección de diámetro en función de la pendiente
Diámetro
(cm)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
S %
Q
(ls
-1
)
6,00
0,5
0,49
1,0
0,70
1,5
0,85
2,0
0,98
2,5
1,10
3,0
1,20
4,0
1,39
6,25 0,55 0,78 0,96 1,11 1,24 1,35 1,56
6,50 0,62 0,87 1,07 1,24 1,38 1,52 1,75
6,75 0,69 0,97 1,19 1,38 1,54 1,69 1,95
7,00 0,76 1,08 1,32 1,53 1,71 1,87 2,16
7,25 0,84 1,19 1,46 1,69 1,89 2,07 2,39
7,50 0,93 1,31 1,61 1,86 2,08 2,28 2,63
7,75 1,02 1,44 1,77 2,04 2,28 2,50 2,89
8,00 1,12 1,58 1,93 2,23 2,50 2,73 3,16
8,25 1,22 1,72 2,11 2,43 2,72 2,98 3,44
8,50 1,32 1,87 2,29 2,65 2,96 3,24 3,74
8,75 1,44 2,03 2,49 2,87 3,21 3,52 4,06
9,00 1,56 2,20 2,69 3,11 3,48 3,81 4,40
9,25 1,68 2,38 2,91 3,36 3,76 4,11 4,75
9,50 1,81 2,56 3,13 3,62 4,05 4,43 5,12
9,75 1,95 2,75 3,37 3,89 4,35 4,77 5,50
10,00 2,09 2,95 3,62 4,18 4,67 5,12 5,91
El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de conducción para un sistema de riego por multicompuertas
250
Enero - Junio 2019
Tabla 5: Selección de diámetro para presión de 5 mca
Diámetro
(cm)
H Carga
(m)
L
(m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
6,00
5 50
2,20
100
1,56
150
1,27
200
1,10
300
0,90
6,25 2,47 1,75 1,43 1,24 1,01
6,50 2,76 1,96 1,60 1,39 1,14
6,75 3,07 2,18 1,79 1,55 1,26
7,00 3,41 2,42 1,98 1,72 1,40
7,25 3,77 2,68 2,19 1,90 1,55
7,50 4,15 2,95 2,41 2,09 1,71
7,75 4,55 3,24 2,65 2,29 1,88
8,00 4,98 3,54 2,90 2,51 2,05
8,25 5,43 3,86 3,16 2,74 2,24
8,50 5,90 4,20 3,44 2,98 2,44
8,75 6,40 4,56 3,73 3,24 2,64
9,00 6,93 4,94 4,04 3,50 2,86
9,25 7,48 5,33 4,36 3,78 3,09
9,50 8,06 5,75 4,70 4,08 3,34
9,75 8,67 6,18 5,06 4,39 3,59
10,00 9,30 6,64 5,43 4,71 3,85
Tabla 6: Selección de diámetro para presión de 10 mca
Diámetro
(cm)
H Carga
(m)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
L (m)
Caudal
(ls
-1
)
6,00
10 50
3,11
100
2,20
150
1,80
200
1,56
300
1,28
6,25 3,49 2,48 2,03 1,76 1,43
6,50 3,90 2,77 2,27 1,96 1,61
6,75 4,35 3,09 2,53 2,19 1,79
7,00 4,82 3,43 2,80 2,43 1,98
7,25 5,33 3,79 3,10 2,68 2,19
7,50 5,86 4,17 3,41 2,96 2,42
7,75 6,43 4,58 3,74 3,24 2,65
8,00 7,04 5,01 4,10 3,55 2,90
8,25 7,67 5,46 4,47 3,87 3,17
8,50 8,35 5,94 4,86 4,22 3,45
8,75 9,06 6,45 5,28 4,58 3,74
9,00 9,80 6,98 5,71 4,95 4,05
9,25 10,58 7,54 6,17 5,35 4,38
9,50 11,40 8,13 6,65 5,77 4,72
9,75 12,26 8,74 7,16 6,21 5,08
10,00 13,16 9,38 7,69 6,67 5,45
251
Monge et al. / Anales Cientícos 80 (1): 240- 252 (2019)
Enero - Junio 2019
en el sistema por fugas en las uniones.
Se instaló una parcela demostrativa en los
campos de la Unalm, para la evaluación del
sistema, donde fue sometida a una presión
constante de 25 PSI, máxima presión que
otorgaba una bomba de 5HP, se evaluó el
proceso de curación para su preservación
en el medio, tras un análisis de 5 meses se
encontró que el sistema se desempeñó muy
bien, sin haberse encontrado fugas en el
sistema, manteniendo el bambú en buenas
condiciones.
Se midió la eciencia de aplicación en el
tiempo del cultivo, encontrándose una Ea =
50% aproximadamente.
Se elaboró una guía práctica de fácil
entendimiento para la construcción de
conducciones de bambú, así como cuadros
de guía para la selección de diámetros,
para condiciones de pendiente del 0,5, 1,0,
1,5, 2,0, 2,5, 3,0 y 4%, y a través de cargas
constantes de presión de 5 y 10 mca.
5. Literatura citada
Bambusa. 2015. Diseño y construcción
con Bambú. Disponible en http://
bambúsa.es/bambú-caracteristicas/
Carmiol, U.V. 2009. Bambú Guadua: un
recurso ecológico. Disponible en
https://dialnet.unirioja.es/descarga/
articulo/4835838.pdf
Chipantasig, R.R. 2015. Determinación
del coeciente de rugosidad
interna de la tubería de polietileno
de alta densidad-reciclada para
alcantarillado de diámetros de
100mm, 200mm, 250mm. Tesis
Ingeniero Civil, Universidad Central
del Ecuador, Quito. Ecuador. 6-15 p.
Ciacua [Centro de Investigación en
Acueductos y Alcantarillados]. 2009.
Determinación del coeciente n de
Manning y de la rugosidad absoluta
Ks de la tubería de alcantarillado ADS
600 mm (interior liso). Universidad
de los Andes, Bogotá, Colombia.
De Almeida, J.A. de; Testezlaf, R.; Matsura,
E. 2000. Características Hidráulicas
De Tubos De Bambu Gigante.
Revista Brasileira de Engenharia
Agrícola e Ambiental 4(1): 1-7.
Ifpri [International Food Policy Research
Institute]. 2009. El impacto en la
4. Conclusiones
El bambú como material de conducción,
es una alternativa más económica y
eciente para agricultores de bajos recursos
económicos.
Se encontró el respectivo valor de rugosidad
absoluta del bambú Ks, valor necesario
para el método de Darcy-Weisbach, así
como el coeciente de rugosidad “C” por el
método de Hazen-Williams y el coeciente
rugosidad “n” por el método de Manning,
encontrándose un Ks = 0,0161 m, C = 50
y n = 0,0232. Estos coecientes podrán ser
usados para el diseño de tuberías de bambú,
utilizando los métodos ya mencionados.
Se evaluó el desempeño de los tres métodos
por Hazen-Williams, Manning y Darcy-
Weisbach, realizando una comparación entre
los valores medidos en laboratorio, con los
valores estimados por los tres métodos. Se
encontró a través de indicadores estadísticos,
como el error cuadrático medio “ECM” y
el coeciente de eciencia “CE”, que los
tres métodos dan valores similares, aunque
el método de Hazen-Williams obtuvo una
mayor representación a los valores reales
obteniendo un ECM = 3,79 y un CE =
0,76, seguido por el método de Manning,
obteniendo un ECM = 4,07 y un CE = 0,75
y, por último, el método de Darcy-Weisbach
obteniéndose un ECM = 4,35 y un CE =
0,73.
A partir de velocidades superiores a 0,8
ms
-1
aproximadamente, se produce un
cambio en el comportamiento de la pérdida
de carga, aumentando potencialmente,
dando resultados muy diferentes para cada
bambú, por ello se realizó un análisis para
evaluar la eciencia de los tres métodos,
para velocidades menores a 0,80 ms
-
1
, encontrándose valores mucho más
aceptables y representativos. El método
Hazen-Williams obtuvo un error cuadrático
medio ECM = 0,99 y un coeciente de
eciencia CE = 0,983, el método de Manning
obtuvo un ECM = 1,03 y un CE = 0,981 y
el método de Darcy-Weisbach, un ECM =
1,10 y un CE = 0,978. Siendo estos valores
muy representativos y de un alto valor de
conanza en su aplicación.
Mediante pruebas en el laboratorio, se
encontró que el bambú soporta presiones
hasta de 30 PSI o 20 mca aproximadamente.
A partir de presiones superiores se da la falla
El bambú (Guadua angustifolia spp.) como alternativa de conducción para un sistema de riego por multicompuertas
252
Enero - Junio 2019
agricultura y los costos de adaptación.
Disponible en https://www.ifpri.org/
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Lipangile, T.N; Ingwe, A.; Budimu, R.
1989. Water, Engineering and
Development in Africa. In: 15th
WEDC, Conference. Kano, Nigeria.
27-30 p.
Montiel, M. 1998. Cultivo y uso del bambú
en el neotrópico. Universidad de
Costa Rica, San José, Costa Rica. 13
p.
Murillo, N. 2008. Diseño y construcción
de un sistema de riego discontinuo,
utilizando caña guadua (Guadua
spp.) como material de conducción,
aplicado en cultivo de maíz (Zea
mays L.) Tesis Ingeniero Agrícola,
Universidad Técnica de Manabí,
Portoviejo. Ecuador. 5-15 p.
Pazmiño, F.; Hechavarría, R.; Morales, F.;
León, J. 2017. Cálculo experimental
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Rocha F. 2007. Hidráulica de tuberías y
canales. Universidad Nacional de
Ingeniería, Lima. Perú.
