The reference evapotranspiration (ETo) is determine using Penman-Monteith (Solano et al., 2003SOLANO, O.J.; VÁZQUEZ, M.J.; MENÉNDEZ, G.A.; MENÉNDEZ, G.J.: “Estudio de la evapotranspiración de referencia en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 10(1): 33-38, 2003, ISSN: 2664-0880.), applied by Pino & Mujica (2007)PINO, P.Y.; MUJICA, C.A.: “Diseño Hidráulico de sistemas de riego para campos de golf”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 28(1): 41-46, 2007, ISSN: 1815-591X. and widely used with good results (Da Silva, 2016DA SILVA, G.M.: “Estimativa da evapotranspiração de referência padrão (Penman-Monteith FAO 56): Uma abordagem com dados meteorológicos limitados”, Pesquisas Agrárias e Ambientais, 4(4): 253-260, 2016, ISSN: 2318-767.). For the climate of Cuba, ETo ranges from 5.0 to 6.3 mm/day. The usable precipitation is defined using the expressions given by Pacheco et al. (2004)PACHECO, J.; PACHECO, E.; VELIZ, L.: “Determinación de la lluvia aprovechable en los proyectos de regadío para campos de golf”, En: Sexta conferencia científica Internacional UNICA, Ed. UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, p. 12, 2004., the actual evapotranspiration is required by taking as values of the crop coefficient, those referred by Lamote (2002)LAMOTE, M.A.: Metodología para el diseño, construcción, y mantenimiento de sistemas de riego para jardinerías, Universidad de Ciego de Ávila (UNICA), Tesis de Maestría en Ciencia del Riego y Drenaje, Ciego de Ávila, Cuba, 72 p., 2002.. The crop evapotranspiration rate or calculated (ETc) will be expressed by: $ETc=EToKc$ .

Net irrigation requirements (Hn) are determined according to the general equation for the water balance: Hn = ETc - Pa (usable precipitation) and gross sheet: Hb = Hn/Efficiency (85% sprinkler - 95% drip). Regarding the type of water to be used, the reuse of rainwater, in combination with treated wastewater (including nutrients), is fundamentally recommended to decrease exploitation costs and integrating with drainage systems, to guarantee sustainability in the management and use of irrigation water.

In uniform areas of grass, sprinkler irrigation is applied, in shrubs, pots and trees, drip irrigation is applied and for upholstery and flowerbeds, spray with retracted height is applied. Underground hoses with bubblers can be an option, in large garden areas to reduce costs and water consumption. In coastal ecosystems, drip irrigation or bubblers is not the best option, due to the environmental salinity and saltiness of capillary water.

Pressurized water distribution, stationary irrigation, automated sectors, always have quick couplers for hoses are proposed to cover all the garden areas. The range radius of sprinklers, spray or micro-spray, will depend on the winding road and architectural extensions of the garden. It is recommended to use spray nozzles with a radius of 1.5 to 5.2 m for small areas. For large gardens, it is proposed to use spray or rotating sprinklers with radius of 8 to 14 m, and up to 18 m of radius in big parks. Drip irrigation sectors (exposed or underground), increase water efficiency, therefore its use is favorable, if the recommended criteria are fulfilled.

The sprinkler spacing patterns advised are triangular or square, and the expressions proposed for determining the spacing between lateral and sprinklers are:

Triangular sprinkler spacing pattern:

Where, Ea: sprinkler spacing (m), A: nominal range diameter of the sprinkler (m), and E_L: lateral spacing.

Square sprinkler spacing pattern:

Other recommendations are not to irrigate with winds over 25 km/h and extend sprinkler spacing up to 85% A, if necessary. In addition, it is indicated always to use square sprinkler spacing pattern to minimize the effect of the wind (Figures 3 and 4), selecting sprinklers and spray with more than 2 or 4 types of nozzles and high uniformity, including reducible radio up to 25% (Rain, 2018RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018.; Torres, 2019TORRES, H.R.: “La captación del agua de lluvia como solución en el pasado y el presente”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 40(2): 125-139, 2019, ISSN: 1815-591X.).

For the hydraulic lateral sizing and sprinkler circuits, it is proposed to apply the head loss equation of Hazen-Williams, together with the typical factor F of Christiansen, which takes into account that the flow is not uniformly distributed through the multiple outlets (sprinklers). These expressions are referred in several studies (Sadeghi et al., 2011SADEGHI, S.H.; MOUSAVI, S.F.; GHEYSARI, M.; SADEGHI, S.H.R.: “Evaluation of the Christiansen method for calculation of Friction Head Loss in horizontal sprinkler laterals: Effect of variable outflow in outlets”, Journal Iran. J. Sci. Tech, Transactions of Civil Engineering , 35(2): 233-245, 2011, ISSN: 2228-6160.; Sadeghi y Peters, 2011SADEGHI, S.H.; PETERS, T.: “Modified G and GAVG Correction Factors for Laterals with Multiple Outlets and Outflow”, Journal of Irrigation and Drainage, Engineering, ASCE, 137(11): 697-704, 2011, ISSN: 1943-4774.; Zerihun et al., 2014ZERIHUN, D.; SÁNCHEZ, C.A.; NOLTE, K.: “Field-Scale Sprinkler Irrigation System Hydraulic Model. I: Hydraulic Characterization”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 140(3): 1-14, 2014, ISSN: 0733-9437.).

The head loss pressure in lateral or branch (hf) is obtained by the equation:

Where L is the length of the lateral or branch (m); I head loss per length unit (m / m); Hf total head loss pressure in the lateral or branch (m); F Christiansen factor (length correction) and (1.15) 15% of local head loss.

It is recommended that the pressure variation at the inlet of the lateral sprinkler circuit ∆ Pa, must not be greater than 20% of the nominal working pressure of the sprinkler (Pn∙Asp), in order to achieve a uniform distribution in lateral. Using tables make the design faster, just like well-founded programs or spreadsheets in Excel

Determine:

Check:

(ΔZ) is topographic difference.

In Table 2, Q represents the total flow in L/sec of the branch or lateral, the design speeds should never exceed 1.0 m/s for Ø ≤ 32 mm, for Ø > 32 mm maximum speed 1.2-1.5 m/s, guaranteeing less head loss pressure and greater uniformity.

Select F according to Table 3, when the first branch is at a distance from the beginning of the pipe (lo), equal to the equidistance (l) between the branches, that is, l=lo, or when (lo = l/2).

The ratio of Iₒ/I can occur in many variants, even the lateral can have different diameters, so for greater precision use the general equation F of Cristiansen, together with the corrective factor G of Anwars's (multiple outlet) or GAVG (multiple outflow) to H-W, according to Sadeghi and Peter. (2011)SADEGHI, S.H.; PETERS, T.: “Modified G and GAVG Correction Factors for Laterals with Multiple Outlets and Outflow”, Journal of Irrigation and Drainage, Engineering, ASCE, 137(11): 697-704, 2011, ISSN: 1943-4774..

The flow (Q) of each irrigation sector corresponds to the ∑Q of the sprinklers in the circuit, spray or drippers (as appropriate), the drip irrigation sectors will have a smaller total flow. The number of sprinklers or spray per circuit must be similar, to guarantee homogeneous flows, equal characteristics for each irrigation sector separately and similar for the entire system (pressures, intensity and flow).

Drip irrigation can increase efficiency above 95%, so water losses are minimal, presenting great advantages, although it requires a high investment, control and maintenance for its proper operation (Martin., et.alMARTIN, A.: Manual de Riego de Jardines, Consejería de Agricultura y Pesca, Junta de Andalucía, Andalucía, España, 262 p., 2018.). Its use can be online or between lines, exposed or underground, with a wide range of assortments according to manufacturer (Rain Bird., 2018RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018.), and the criteria established in the Karmelli-Keller table, which relates, flow rate, separation between emitters or bubbler, and soil type, with humidity percentages.

The main hydraulic distribution network, will be made up of a mesh system, the pre-dimensioning of which is carried out by transforming it into an equivalent branch network. Being able to divide the Qm/2, where Qm represents the maximum flow rate of the most unfavorable irrigation sector (sprinklers circuit); starting from the maximum admissible velocity in the pipeline (1.2 to 1.5 m/s), the minimum internal diameter of the sections is obtained. Initially, it should be considered that: each sector is watered from a single knout of the mesh, that the flow rate is continuous, and that the pre-sizing of the network is carried out when the maximum flow circulates in only one direction of the sections (Figure 5).

Once the layout has been made in plan, the lengths and topographical dimensions have been defined, the network is modelled in EPANET, and can be combined with EpaCAD (Palomino & Quintana, 2017PALOMINO, C.A.; QUINTANA, D.: Diseño del sistema de Riego por aspersión para el campus de la Universidad Cesar Vallejo en la sede Lima Norte, Inst. Universidad Nacional Agraria La Molina, Especialización y Profesionalización en Gestión de Calidad y Auditoría Ambiental, Lima, Perú, 160 p., 2017.) to facilitate the transport of data, defining the pressure requirement at the knout, definitive diameters, head losses, and pipe speeds from branch by branch, for extraordinary case. The pressures at the inlet of each sprinkler circuit (irrigation sector) are defined by specific simulated model (Fernandes et al., 2012FERNANDES, S.F.L.; PINTO, A.; SILVA, R.; MOURA, J.P.: “Modelling High Pressure flow and replacement of pipes in water supply systems in north Portugal”, Journal Iran. J. Sci. Tech, Transactions of Civil Engineering, 36(C1): 53-65, 2012, ISSN: 1815-591X.). The total flow to discharge by the hydro pressure system will be the corresponding to the critical or most unfavorable sector, as well as the total hydraulic pressure, including a coefficient of local head losses of 1.15. The pumping booster set system must have a minimum of two to three pumps couple in parallel, including one of reserve, pressure switch or variable speed driver (preferably).

Rainwater collect and reuse of treated water are sustainability premises to define supply sources (Díaz, 2018DÍAZ, D.A.J.: “El agua en Cuba: un desafío a la sostenibilidad”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 39(2): 46-59, 2018, ISSN: 1815-591X.; Torres, 2019TORRES, H.R.: “La captación del agua de lluvia como solución en el pasado y el presente”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 40(2): 125-139, 2019, ISSN: 1815-591X.). The water collection for irrigation should be independent from that for potable water, with the construction of two separate cisterns, with a minimum recommended capacity of 1 day of reserve, maximum two each. One reservoir to storage rainwater and other to storage the treated or reuse water. A central controller from which all sprinklers circuits and automatic solenoid valves are activated carries out control management of the irrigation system. The automat should be located in a garden area preferably (there are multiple options), with a direct on / off connection to the hydro pressure system. Incorporate sensors of soil moisture, solar sync, rain and evapotranspiration meters to perform daily water balance through software, even a computerized system may be the option if resources are available.

The resulting water balance for the month with the highest deficit (April) shows an irrigation requirement of 5.10 mm/day. Taking into account 85% efficiency in the sprinkler irrigation system, a real water requirement of 6 mm/day should be applied, in an area of 1.80 ha, which represents a maximum daily consumption of 108 m³/day. A concrete cistern for the reservoir of rainwater will be built, with an automatic overflow to the reuse water cistern, each with a 1 day reserve capacity (Volume=108 m³).

The design and execution, opt for the Breeam certification, which accredits the Hotel with criteria of environmental sustainability, the use of water with reuse alternatives (rain and treatment water) provide credits. The total area built covered is 7.19 ha, which is located in a fragile coastal zone, with ground water levels up to 0.60 m above mid sea level. It has been decided to carry out sprinkler irrigation to garden area of 1.80 ha, which represents 25% of the total built, with coverage for irrigation with quick couplers and hoses. Areas of preserved native vegetation will not be watered.

It is analyzed (Figure 6), together with topography, roadways, drainage, and multi networks, to select pup-up spray sprinklers Hunter, with radius of 5.2 m, working pressure of 1.7 kg/cm² and flow of 0.98 m³/h, adjustable between 0º-360º. In small internal building garden it is proposed to use pup-up spray sprinklers, with radius of 2.1 m, working pressure of 1.4 kg/cm², flow of 0.25 m³/h, retracted height to 0.6-1.0 m, depending on the height of the flowerbed. Quick couplers of bronze for the use with hoses are included, covering all the irrigation areas (1.80 ha), in vulnerable points (swimming pools), the quick couplers are connected to the drinking water network. For triangular sprinkler spacing pattern, the expression (1)$Ea=0.50\cdot A$ is applied, adjusted for a spacing between sprinklers of 0.85 of scope, then (2)$E_L=Ea\cdot 0.87$ is applied for the distance between laterals.

The spray sprinklers must be located, in such a way that the appropriate branch and lateral structure can be maintained, according to the defined triangular sprinkler spacing pattern, and then the pipeline layout is carried out within the sprinkler circuit, as shown in Figure 7. In this way, it is possible the sizing usage of the sprinkler circuits, applying the expressions (4)$Hf=(FI\bullet L)1.15$, (5)$\Delta Pa\le 0.20Pn\bullet Asp$, Tables 2 and 3, together with Excel spreadsheets, software, or complete tables that meet the established speed criteria. The results are represented in Figure 8.

When applying Table 2 of rapid sizing with the established speeds, the criterion of ∆ Pa ≤ 0.20 Pn. Asp. (5)$\Delta Pa\le 0.20Pn\bullet Asp$ is always met. To calculate (6)$\Delta Preal=\sum Hf\pm \Delta Z$ and check (7)$\Delta Preal\le \Delta Pacceptable$, to demonstrate that the pressure delivery to the sprinklers is uniform, guaranteeing efficiency and rationality in the system. Using small low flow spray or sprinklers is favorable, since costs decrease, the insertion of new technologies is essential. The technical data tables of manufacturers Hunter and Rain Bird should always be consulted, because the use of sprinklers or spray with range nozzle is a real option, as it is dual-jet sprinklers, and adjustable radio nozzle (Hunter, 2018HUNTER, R.G.: “Catálogo de Productos Residencial, Institucional y Golf”, Built on Innovation, ser. Spanish RC 001, 37(10): 234, 2018.; Rain, 2018RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018.).

The critical sector flow is 6.22 L/s, the maximum pressure required is 27.5 m.c.a. The simulation in EPANET model, demonstrates that it is feasible to build a system with a meshed main network with a uniform diameter of DN 2 1/2 “in the ASTM standard, Ø_int. 66.92 mm, PVC, PN-11, SDR-26. The main pipe outlet from the hydro pressure equipment has DN 3”, Ø_int. 81.54 mm, PN-11. The meshed network is recommended to favor pressure, head losses, energy consumption, and maintenance and repair work, drawn up next to the multi network excavation.

The maximum flow to circulate will be 6.53 L/s, together with an estimated total hydraulic load of 35 m.c.a,.The result of simulated in EPANET model allows specifying the power of the pumps to be installed. It is recommended 2 in parallel+1 reserve (Pot=6.6 kW total, working 4.4 kW).

The hydro pressure system will present on/off drive from the automatic irrigation controller. The operation point of the system has been determined, along with characteristic curve, during multiple simulation, for all irrigation sectors (sprinklers circuits). The proposed automatic irrigation control system guarantees simultaneous program operation, connection with sensors, location in external /internal built areas, support on the wall or on a pedestal, manual start and advance by keys, among other advantages. Model ACC-1200-SS with capacity of up to 12 irrigation sectors.

It is recommended to quantify initially the available resources for the investment, to make a rational adaptation and viable design, sustainable project that also adapts to local climate conditions. The results presented below demonstrate significant savings in import costs, reducing the resources to use by 55%, covering 100% of the planned irrigation garden area.

Table 4 shows a saving for pipes, accessories, spray sprinklers, quick couplers, and hydro pressure system of $ 15,335, for a rational (efficient, novel) garden irrigation system.

Power consumption is lower, saving 3.6 kw/h daily, for an expected 4 hour run time of 14.5 kW/day∙300 days=4350 kW/year. If it is considered that 0.25 L of oil in Cuba is equivalent to 1 kW/h of generation, 1090 L of oil would be saved every 1.8 ha of garden irrigation (460 USD/year).

Determinar la evapotranspiración de referencia (ETo), mediante Penman-Monteith Solano et al. (2003)SOLANO, O.J.; VÁZQUEZ, M.J.; MENÉNDEZ, G.A.; MENÉNDEZ, G.J.: “Estudio de la evapotranspiración de referencia en Cuba”, Revista Cubana de Meteorología, 10(1): 33-38, 2003, ISSN: 2664-0880., aplicado por Pino & Mujica (2007)PINO, P.Y.; MUJICA, C.A.: “Diseño Hidráulico de sistemas de riego para campos de golf”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 28(1): 41-46, 2007, ISSN: 1815-591X., muy empleado con buenos resultados (Da Silva, 2016DA SILVA, G.M.: “Estimativa da evapotranspiração de referência padrão (Penman-Monteith FAO 56): Uma abordagem com dados meteorológicos limitados”, Pesquisas Agrárias e Ambientais, 4(4): 253-260, 2016, ISSN: 2318-767.). Para el clima de Cuba la (ETo) oscila entre 5,0 y 6,3 mm/día. Precipitación aprovechable se define, utilizando las expresiones dadas por Pacheco et al. (2004)PACHECO, J.; PACHECO, E.; VELIZ, L.: “Determinación de la lluvia aprovechable en los proyectos de regadío para campos de golf”, En: Sexta conferencia científica Internacional UNICA, Ed. UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, p. 12, 2004., la evapotranspiración real, tomando valores de coeficiente del cultivo, referidos por Lamote (2002)LAMOTE, M.A.: Metodología para el diseño, construcción, y mantenimiento de sistemas de riego para jardinerías, Universidad de Ciego de Ávila (UNICA), Tesis de Maestría en Ciencia del Riego y Drenaje, Ciego de Ávila, Cuba, 72 p., 2002.. Evapotranspiración real o calculada del cultivo (ETc) se expresará por: $ETc=ETo\cdot Kc$

Necesidades netas de riego (Hn) según ecuación general para balance hídrico: Hn = ETc - Pa (precipitación aprovechable) y lámina bruta: Hb = Hneta/Eficiencia (85% aspersión - 95% localizado). En cuanto al tipo de agua a utilizar, se recomienda la reutilización de aguas de lluvia, en combinación con aguas residuales tratadas (incluir nutrientes), para disminuir costos de explotación, integración con los sistemas de drenaje, garantizando sostenibilidad en el manejo y uso del agua para riego.

En áreas uniformes de césped, aplicar riego por aspersión; arbustos, macetas y árboles, riego localizado; microdifusores en estaca para tapizantes y macizos de flores. Las mangueras soterradas, en amplias zonas de jardín, para disminuir costos y consumos de agua. En ecosistemas costeros, el riego localizado o soterrado, no es la mejor opción, debido a la salinidad ambiental y salobridad del agua capilar.

Distribución de agua a presión, riego estacionario, sectores automatizados; disponer de tomas de riego, para su uso con mangueras, que cubra todas las áreas de jardín. Los radios de alcance de aspersores o difusores, dependerá de las sinuosidades arquitectónicas y extensión del jardín, empleando difusores de 1,5 a 5,2 m de radio para áreas reducidas, en jardines extensos radios de 8 a 14 m y hasta 18 m en grandes parques. Los sectores de riego localizado, aumentan la eficiencia hídrica, por lo que su uso es favorable, si se cumple con los criterios recomendados.

Las disposiciones entre aspersores aconsejadas son triangular o cuadrada, y las expresiones que se proponen para la determinación del espaciamiento entre laterales y aspersores, son las siguientes:

Disposición Triangular (Tresbolillo):

Donde, Ea: espaciamiento entre aspersores (m), A: diámetro de alcance nominal del aspersor (m), y E_L: espaciamiento entre laterales.

Disposición cuadrada:

No regar con vientos superiores a 25 km/h. Extender el marco de riego hasta un 85% de A, si fuese necesario, siempre con disposición Tresbolillo para minimizar efecto del viento (Figuras 3 - 4), seleccionar aspersores o difusores con más de 2 o 4 tipos de boquillas o toberas, de alta uniformidad, inclusive de radio reducible hasta en un 25% (Rain, 2018RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018.; Torres, 2019TORRES, H.R.: “La captación del agua de lluvia como solución en el pasado y el presente”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 40(2): 125-139, 2019, ISSN: 1815-591X.).

Para el dimensionado hidráulico de laterales, se propone la expresión de pérdidas de carga en tuberías de Hazen - Williams, junto al factor F típico de Christiansen, que tiene en cuenta que el gasto no se distribuye uniformemente debido a las salidas múltiples (aspersores), expresiones asociadas en varias investigaciones (Sadeghi et al., 2011SADEGHI, S.H.; PETERS, T.: “Modified G and GAVG Correction Factors for Laterals with Multiple Outlets and Outflow”, Journal of Irrigation and Drainage, Engineering, ASCE, 137(11): 697-704, 2011, ISSN: 1943-4774.; Sadeghi y Peters, 2011SADEGHI, S.H.; PETERS, T.: “Modified G and GAVG Correction Factors for Laterals with Multiple Outlets and Outflow”, Journal of Irrigation and Drainage, Engineering, ASCE, 137(11): 697-704, 2011, ISSN: 1943-4774.; Zerihun et al., 2014ZERIHUN, D.; SÁNCHEZ, C.A.; NOLTE, K.: “Field-Scale Sprinkler Irrigation System Hydraulic Model. I: Hydraulic Characterization”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 140(3): 1-14, 2014, ISSN: 0733-9437.).

Se obtiene la pérdida de carga del lateral o ramal (hf) por la ecuación:

Donde L es longitud del lateral o ramal (m); I pérdida de carga por unidad de longitud (m/m); Hf pérdida de carga total en lateral o ramal (m); F factor de Christiansen (corrección de la longitud) y (1,15) el 15% de perdidas locales.

La variación de presión a la entrada del circuito porta aspersor ∆ Pa, no debe ser mayor al 20% de la Presión nominal de trabajo del aspersor (Pn∙Asp), para que la distribución sea uniforme. El empleo de tablas acelera el diseño, al igual que programas informáticos u hojas de cálculo en Excel.

Determinar:

Comprobar:

ΔZ (desnivel topográfico)

En Tabla No 2, Q representa el caudal total en L/s del ramal o lateral, las velocidades de diseño nunca deben exceder de 1.0 m/s para Ø ≤ 32 mm, para Ø > 32 mm velocidad máxima de 1.2 - 1.5 m/s, garantizándose menor perdida de carga y mayor uniformidad.

Seleccionar F según Tabla 3, cuando la primera derivación esté a una distancia del comienzo de la tubería (lo), igual a la equidistancia (l) entre las derivaciones, es decir, l=lo, o bien cuando (lo = l/2). La relación de Iₒ/I es diversa, inclusive los laterales pueden presentar múltiples diámetros, por lo que para una mayor precisión emplear la expresión general F de Cristiansen, junto al factor correctivo G de Anwars’s (caudales de salida continuo) o G_AVG (caudales de salida múltiple) para H-W, según Sadeghi & Peters (2011)SADEGHI, S.H.; PETERS, T.: “Modified G and GAVG Correction Factors for Laterals with Multiple Outlets and Outflow”, Journal of Irrigation and Drainage, Engineering, ASCE, 137(11): 697-704, 2011, ISSN: 1943-4774..

Los caudales (Q) de cada sector de riego, corresponden a la ∑Q aspersores, microaspersores o goteros (según corresponda), los sectores de riego localizado presentan Q pequeño, La cantidad de aspersores o difusores por sectores de riego deben ser similares, para garantizar Q homogéneos, las características de los mismos iguales para cada sector por separado y similares para todo el sistema (presiones, Intensidad y caudal).

El riego localizado aumenta la eficiencia (≥ 95%), pérdidas de agua mínimas, presentando grandes ventajas, pero necesita una elevada inversión, control y mantenimiento para su adecuado funcionamiento (Martin, 2018MARTIN, A.: Manual de Riego de Jardines, Consejería de Agricultura y Pesca, Junta de Andalucía, Andalucía, España, 262 p., 2018.). Su instalación puede ser en línea o entre líneas, expuesto o soterrado, con amplia gama de surtidos según fabricante Rain (2018)RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018., para su selección aplicar criterios establecidos en tabla de Karmelli-Keller, que relaciona, caudales, separación entre emisores y tipo de suelo, con porcentajes de humedad.

La red principal de distribución, estará compuesta por sistema de mallas, el pre-dimensionado se realiza, mediante su transformación en una red ramificada equivalente. Pudiéndose dividir el Qm/2, (Qm) caudal máximo del sector de riego más desfavorable; partiendo de la velocidad máxima admisible en la tubería (1,2 a 1,5 m/s), se obtiene el diámetro interior mínimo de los tramos. Se debe considerar inicialmente que: cada sector se riega desde un único nudo de la malla, que el gasto de entrega sea continuo, y que el pre-dimensionado de la red se realice cuando circula el caudal máximo en solo un sentido de los tramos (Figura 5).

Realizado el trazado, definidas las longitudes, cotas topográficas, se procede a modelar la red en EPANET, pudiéndose combinar con EpaCAD Palomino & Quintana (2017)PALOMINO, C.A.; QUINTANA, D.: Diseño del sistema de Riego por aspersión para el campus de la Universidad Cesar Vallejo en la sede Lima Norte, Inst. Universidad Nacional Agraria La Molina, Especialización y Profesionalización en Gestión de Calidad y Auditoría Ambiental, Lima, Perú, 160 p., 2017., para facilitar la transportación de datos, definiendo las presiones en los nudos, diámetros definitivos, pérdidas y velocidades de tramo a tramo, para caso extraordinario. Las presiones a la entrada de cada sector de riego, se define en corridas específicas (Fernandes et al., 2012FERNANDES, S.F.L.; PINTO, A.; SILVA, R.; MOURA, J.P.: “Modelling High Pressure flow and replacement of pipes in water supply systems in north Portugal”, Journal Iran. J. Sci. Tech, Transactions of Civil Engineering, 36(C1): 53-65, 2012, ISSN: 1815-591X.). El caudal total a impulsar por el sistema hidroneumático, será el correspondiente al sector crítico, al igual que la carga hidráulica total, incluyendo un coeficiente de pérdidas locales de 1,15. El sistema de bombeo debe presentar mínimo de dos a tres bombas en paralelo, incluyendo una de reserva, presostato o variador de velocidad (preferentemente).

Captación de aguas de lluvia y reuso de agua tratada, premisa de sostenibilidad para definir fuentes de abasto (Díaz, 2018DÍAZ, D.A.J.: “El agua en Cuba: un desafío a la sostenibilidad”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental, 39(2): 46-59, 2018, ISSN: 1815-591X.; Torres, 2019TORRES, H.R.: “La captación del agua de lluvia como solución en el pasado y el presente”, Ingeniería Hidráulica y Ambiental , 40(2): 125-139, 2019, ISSN: 1815-591X.). Almacenamiento independiente al de agua potable, con dos vasos por separados, con capacidad mínima recomendada de 1 día de reserva, máximo dos cada uno, un reservorio almacenar aguas de lluvia y en otra agua tratada. Control y gestión del sistema de riego central o autómata desde el cual, se activan todos los sectores de riego y válvulas automáticas solenoides. El autómata debe estar ubicado en local de jardinería preferentemente (existen múltiples opciones), con conexión directa on/off al sistema hidroneumático. Incorporar sensores de humedad del suelo, medidor de lluvia, sincronización solar con medidores de la evapotranspiración, para a través de software realizar balance hídrico diario, inclusive un sistema computarizado puede ser la opción si se disponen de los recursos.

El balance hídrico para mes de mayor déficit (abril), aflora una lámina de riego neta de 5,10 mm/día, teniendo en cuenta un 85% de eficiencia en el sistema de riego por aspersión, se debe aplicar una lámina de riego bruta de 6 mm/día, en un área de 1,80 ha, lo cual representan un consumo máximo diario de 108 m³/día. Se ejecutará un vaso de hormigón para el almacenamiento de aguas de lluvia, con rebosadero automático hacia el vaso de agua de reuso, con capacidad cada uno de 1 día de reserva (Volumen = 108 m³).

El diseño y ejecución, optan por la certificación Breeam, con criterios de sostenibilidad ambiental, el uso del agua con alternativas de reuso (pluvial y residuales) aportan créditos. Área total que cubre la obra 7,19 ha, zona costera, frágil, niveles del manto freático de hasta 0,60 m sobre el NMM. Se ha decidido efectuar un riego por aspersión a un área de (1,80 ha) que representan un 25% del total, con cobertura para el riego con tomas y mangueras. A las áreas de vegetación autóctona conservadas, no se les aplicará riego.

Se analiza (Figura 6), junto a topografía, viales, drenaje, y poliredes, para seleccionar difusores auto emergentes Hunter (2018)HUNTER, R.G.: “Catálogo de Productos Residencial, Institucional y Golf”, Built on Innovation, ser. Spanish RC 001, 37(10): 234, 2018., radios de alcance de 5,2 m, presión de trabajo 1,7 kg/cm² y caudal 0,98 m³/h, ajustables entre 0º- 60º. En áreas de jardín interiores muy reducidos, se dispone de difusores, radio 2.1 m, presión de trabajo de 1,4 kg/cm², caudal 0,25 m³/h, elevados a 0,6-1,0 m, según altura de macizo de flores. Se incluyen tomas de bronce para uso con mangueras, cubriendo todas las áreas de riego (1,80 ha), en puntos vulnerables (piscinas), las tomas se conectan a la red de agua potable. Marco de riego triangular (tres bolillos), se aplican las expresiones, (1)$Ea=0.50\cdot A$, ajustadas para un espaciamiento entre aspersores del 0,85 del alcance, luego la distancia entre laterales según (2)$E_L=Ea\cdot 0.87$.

Los aspersores deben ubicarse, de forma tal que se pueda mantener la estructura de ramales y laterales apropiada, según marco de riego definido (Triangular), luego se procede a realizar el trazado de tuberías dentro del circuito porta aspersores, según se expone en Figura 7, de esta manera es posible dimensionar los circuitos porta aspersores, aplicando la expresión (4)$Ea=E_L=0.5\cdot A$, (5)$Hf=(FI\bullet L)1.15$, tablas 2 y 3, junto a hojas de cálculo en Excel, software, o tablas completas que cumplan con los criterios de velocidades establecidos, los resultados se representan en Figura 8.

Al aplicar Tabla 2 de dimensionado rápido, siempre se cumple con el criterio de ∆ Pa ≤ 0,20 Pn. Asp. (5)$Hf=(FI\bullet L)1.15$, calcular (6)$\Delta Pa\le 0.20Pn\bullet Asp$ y comprobar (7)$\Delta Preal=\sum Hf\pm \Delta Z$, demostrando que la entrega de presiones a los aspersores es uniforme, garantizando eficiencia y ectores de riego 7 y 8. Racionalidad. Emplear difusores o aspersores pequeños de bajo caudal es favorables, pues los costos disminuyen, la inserción de nuevas tecnologías es fundamental, siempre debe consultarse las tablas de datos técnicos de fabricantes, Hunter y Rain Bird, pues el uso de aspersores o difusores con gama de boquillas es una opción real, como lo es aspersores de doble chorro, y difusores con radio regulables (Hunter, 2018HUNTER, R.G.: “Catálogo de Productos Residencial, Institucional y Golf”, Built on Innovation, ser. Spanish RC 001, 37(10): 234, 2018.; Rain, 2018RAIN, B.: El Riego automático de espacios verdes, The Intelligent Use of Water, Catálogo General 09 (17), 2018.).

Caudal en sector crítico de 6,22 L/s, presión máxima requerida 27,5 m.c.a. Las corridas en EPANET, demuestran lo factible de ejecutar un sistema con red principal mallada con diámetro uniforme de DN 2 1/2” en norma ASTM, Øint. 66,92 mm, PVC, PN-11, SDR-26. Ramal principal desde equipo hidroneumático de DN 3”, Øint. 81,54 mm, PN-11. Red mallada, para favorecer presiones, pérdidas, consumo energético, mantenimiento y reparación, trazado junto a zanja de poliredes.

Caudal máximo a circular de 6,53 L/s, carga hidráulica total 35 m.c.a, resultado de corridas en EPANET, permite precisar la potencia de las bombas a instalar. Recomendando 2 en paralelo + 1 de reserva (Pot=6,6 kW total, trabajando 4,4 kW).

El hidroneumático acciona on/off desde controlador automático de riego. Se ha determinado el punto de operación del sistema, junto a curva característica, durante las múltiples corridas, para todos los sectores de riego. El Sistema de control automático propuesto, garantiza funcionamiento simultáneo de programas, conexión con sensores, ubicación en el exterior/interior, soporte a pared o sobre pedestal, arranque y avance manual por teclas, entre otras ventajas, Modelo ACC-1200-SS, capacidad de hasta 12 sectores de riego.

Cuantificar los recursos disponibles, para efectuar una adaptación racional y diseñar un proyecto viable, sostenible, ajustado a las condiciones climáticas locales. Los resultados que se exponen a continuación, demuestran ahorros significativos en los costos de importación, disminuyendo en un 55% los recursos a emplear, cubriendo el 100% del área de riego prevista.

En Tabla 4, se observa un ahorro en tuberías, accesorio, difusores, tomas, y equipo de bombeo de 15 335 USD, para un sistema de riego de jardín racional (eficiente, novedoso).

El consumo de energía es menor, ahorrando diariamente 3,6 kW/h. En un tiempo de riego de 4 horas previsto 14,5 kW/día∙300 días = 4350 kW/año. Si se tienen en cuenta que en Cuba 0,25 L de petróleo equivale a 1 kW/h de generación, se estarían ahorrando 1090 litros de petróleo por cada 1,8 ha de riego de jardín (460 USD/año).