I. INTRODUCCIÓN. El estudio de la infiltración del agua agua posee un rol rol fundamental fundamental en los procesos de escorrentía como respuesta a una precipitación dada en una cuenca, dependiendo de su magnitud de lluvia de iguales intensidades que pueden producir caudales diferentes. La infiltración del agua en el suelo y su movimiento en la zona no saturada del mismo es de fundamental importancia en la actividad agropecuaria. agropecuaria. El proceso de infiltración influye en el intercambio de agua entre el sustrato y las plantas y se ve afectado por las labores realizadas en el suelo. La infiltración, como una componente del ciclo hidrológico, está relacionada con el escurrimiento superficial que puede producir erosión y con la recarga de los acuíferos y su vulnerabilidad a la contaminación. Por lo tanto, es de suma importancia su evaluación para un manejo sustentable de las tierras que procure evitar su degradación. La determinación de los parámetros hidráulicos hidráulicos en la zona no saturada, tales como la asertividad y la conductividad hidráulica constituye el primer paso para poder utilizar modelos hidrológicos que puedan predecir el movimiento del agua. (Narro Faría, 1994). Los modelos empíricos y teóricos tradicionalmente utilizados para describir el proceso de infiltración, entre los que se encuentran los de Kostiakov; Kostiakov-Lewis (K-L); Horton y Philip (Ph), permiten obtener los parámetros hidráulicos del suelo ajustando ecuaciones simples a los datos experimentales. (Ravi y Williams, 1998). Los objetivos tanto específicos como generales a tratarse en esta práctica son las siguientes:
GENERAL: Contribuir al conocimiento de la capacidad de infiltración del agua del suelo con fines de riego.
ESPECÍFICOS: Determinar las ecuaciones de infiltración según los modelos de Kostiakov y Kostiakov-Lewis. Kostiakov-Lewis. Encontrar el valor de la velocidad de infiltración básica del suelo.
Esta práctica fue realizado el día martes, martes, 26 de Marzo del 2012 en el área de mecanización Agrícola sector las Quintas, de la Universidad Nacional de Loja, con la presencia del ing. Temístocles Maldonado y los alumnos del tercer curso de la carreara de ingeniería agrícola.
II. REVISION DE LITERATURA. 2.1.
Importancia de la infiltración:
El análisis de la infiltración en el ciclo hidrológico es de importancia básica en la relación entre la precipitación y el escurrimiento, por lo que a continuación se introducen los conceptos que la definen, los factores que la afectan, los métodos que se usan para medirla y el cálculo de dicha componente componente en grandes cuencas.
2.2.
Definición de infiltración:
La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. En una primera etapa satisface la deficiencia de humedad del suelo en una zona cercana a la superficie, y posteriormente superado cierto nivel de humedad, pasa a formar parte del agua subterránea, saturando los espacios vacíos. (Rafael Heras: 1970)
La infiltración depende de: Las características del suelo, permeabilidad y estado de la humedad del mismo. Las características características de la cubierta vegetal. La intensidad y duración de la lluvia. El estado de la superficie del suelo, laboreo, etc. Las características del agua, temperatura, impurezas, etc.
Cuadro 1. Velocidad de infiltración en relación con la textura del suelo (mm/hora)
Textura del suelo Arenoso Franco-arenoso Franco Franco-arcilloso Arcilloso 2.3.
Velocidad de Infiltración (mm/hr) Más de 30 20 – 30 Toda el agua caida10 – 20 5 – 10 Menos de 5
Capacidad de infiltración:
Se denomina capacidad de infiltración a la cantidad máxima de agua que puede absorber un suelo en determinadas condiciones, valor que es variable en el tiempo en función de la humedad del suelo, el material que conforma al suelo, y la mayor o menor compactación que tiene el mismo. (Rolando SPRINGALL: 1976.
Factores que afectan la capacidad de infiltración: entrada superficial, transmisión a través del suelo, capacidad de almacenamiento del suelo, características características del medio permeable, y características del fluido.
2.3.1.
Características del medio permeable:
La capacidad de infiltración está relacionada con el tamaño del poro y su distribución, el tipo de suelo – arenoso, arenoso, arcilloso-, la vegetación, la estructura y capas de suelos.
2.3.2.
Características del fluido:
La contaminación del agua infiltrada por partículas finas o coloides, la temperatura y viscosidad del fluido, y la cantidad de sales que lleva Figura 1: ciclo hidrológico del agua.
2.4.
Ensayos de la infiltración.
Los métodos para medir la infiltración se dividen en métodos directos e indirectos.
2.4.1.
Métodos directos:
Valorar la cantidad de agua infiltrada sobre una superficie de suelo:
2.4.1.1.
Lisímetros:
Es un depósito enterrado, de paredes verticales, abierto en su parte superior y relleno del terreno terreno que se quiere estudiar. estudiar. La superficie superficie del suelo está sometida a los agentes atmosféricos y recibe las precipitaciones naturales. El agua de drenaje drenaje es medida, al igual que que la humedad y la temperatura temperatura del suelo suelo
a diferentes profundidades. Los inconvenientes son la necesidad de períodos largos, la reconstrucción del suelo no es adecuada ya que no se reproduce exactamente igual el proceso que el mismo sufrió debido al accionar de la naturaleza y el hombre. (Rolando SPRINGALL: 1976.)
2.4.1.2.
Simuladores de lluvia:
Aplican agua en forma constante reproduciendo lo más fielmente el acontecer de la precipitación. Las gotas son del tamaño de las de la lluvia y tienen una energía de impacto similar, comparándose los efectos. Varían en tamaño, cantidad de agua necesaria y método de medición. El área de lluvia es variable entre 0,1 m2 y 40 m2. La diferencia entre precipitación y escorrentía representa la valoración del volumen infiltrado. (Rolando SPRINGALL: 1976.)
2.4.1.3.
Infiltrómetro:
Para realizar el ensayo de infiltración en el campo se utiliza el infiltrómetro. Es un aparato sencillo, de uno o dos tubos de chapa de diámetro fijo. Se clava en el suelo a una profundidad variable, se le agrega una cierta cantidad de agua y se observa el tiempo que tarda en infiltrarse.
Tubos: Es un tubo de cilíndrico de 0,20 a 0,25 cm de diámetro y un alto de 0,60 m, que se hinca en el suelo, midiéndose el descenso del agua, con el principal inconveniente que el agua infiltrada por el círculo del fondo, en las zonas del suelo a los lados del aparato participan también en la infiltración; dando medidas superiores a la realidad. Infiltrómetro: Son dos anillos concéntricos, usándose el interior, de 23 cm. de diámetro para determinar la velocidad de infiltración, mientras que el exterior de 35 cm se inunda a las mismas profundidades para disminuir los efectos de frontera en el anillo interior. Los principales inconvenientes, aparte del carácter local de la experiencia, son que el suelo se modifica al clavar el tubo, y no hay efectos de compactación, ni de arrastre de finos, ni del aire. Se aclara que el terreno no es preparado para el ensayo de infiltración, si no que se hace sobre el terreno natural. Como la medición varía según el estado de humedad inicial existente al momento del ensayo, deben realizarse una serie de ensayos para distintos grados de humedad. (Rolando SPRINGALL: 1976. )
2.4.2.
Métodos indirectos:
Se determina la capacidad de infiltración considerando una cuenca perfectamente controlada, con datos precisos de precipitación, evaporación y escorrentía, se puede determinar la infiltración. Los ensayos de infiltración permiten conocer la variación de la capacidad de infiltración en función del tiempo, decreciente a medida que transcurre el mismo. Los ensayos más simples y difundidos son los que se desarrollan con los anillos concéntricos. Los datos obtenidos de campo se vuelcan en una planilla registrándose las distintas alturas de agua y los tiempos correspondientes. Los intervalos de tiempo dependen del suelo donde se hace la medición. Con los datos de altura y tiempo se obtienen los deltas de ambos. La capacidad de infiltración se obtiene haciendo el cociente entre cantidad de agua infiltrada y el intervalo de tiempo: f = Variación altura / Variación de tiempo. Se obtienen dos curvas: De lámina acumulada, y la curva de capacidad de infiltración, ambas en función del tiempo. (Emilio CUSTODIO: 1983) Figura 2: representación gráfica de la cantidad de agua infiltrada entre el intervalo de tiempo: y la variación de altura
2.4.2.1.
Ecuación de Horton:
Desarrollo una ecuación matemática para definir la curva de capacidad de infiltración:
Dónde: fo = capacidad de infiltración inicial o máxima. fb = capacidad de infiltración básica o mínima. K = constante de decaimiento. t = tiempo desde el inicio del ensayo Los valores de fo, fb y k están asociados a los suelos y a su cubierta vegetal. Se determina fo en suelo completamente seco y fb en suelo totalmente saturado. Cuadro 2: Grupos hidrológicos de suelos, según el (Soil Conservation Service)
Grupo hidrológico del suelo A
Potencial de escorrentía
Infiltración cuando la tierra está húmeda
Escaso
Alta
B C
Moderado Medio
Moderada Lenta
D
Elevado
Muy lenta
Suelos típicos Arenas y gravas excesivamente drenadas Texturas medias Texturas finas o suelos con una capa que impide el drenaje hacia abajo Suelos de arcillas hinchadas o compactas o suelos pocos profundos sobre capas impermeables
2.4.2.2. Velocidad de infiltración (VI) La velocidad de infiltración es el proceso mediante el cual el agua penetra al interior del suelo en un tiempo determinado; o en otras palabras, representa la capacidad que tiene el suelo para absorber el agua en un tiempo determinado. La velocidad de infiltración de un suelo depende de varios factores, entre los cuales se pueden destacar los siguientes: Factores relacionados con las características físicas del suelo como textura y estructura. Contenido de humedad del suelo lo que determina suelo húmedo o seco. Otros factores tales labores culturales, agrietamiento, compactación, etc.
El concepto de VI; es uno de los más importantes en el manejo del riego, ya que permite calcular durante qué tiempo se debe aplicar el agua al suelo, como también seleccionar el método VI. Kostiakov (1932), encontró una expresión matemática que relaciona la lámina de agua infiltrada con el tiempo en que se infiltra dicha lámina.
VI = a x t b Donde: VI = velocidad de infiltración o infiltración instantánea, mm/h t = tiempo de infiltración o tiempo de contacto del agua con el suelo, min
a = coeficiente que representa la VI para t = 1 min b = exponente negativo, -1 < b < 0 2.4.2.3.
Infiltración acumulada, Icum
La sumatoria de las alturas de agua infiltradas durante el tiempo de infiltración se conoce como infiltración acumulada. Según esta definición, la ecuación de Icum se obtiene integrando la Ec. de VI.
Icum =
( VI ) =
Haciendo A =
a b 1
a
( b 1)
x
t (b + 1)
; y, B = b+1, la ecuación puede expresarse
como:
Icum = A x t B
Icum = mm ; t = min
Los parámetros a y b o A y B de la ecuación de infiltración pueden obtenerse analíticamente por el método de mínimos cuadrados o gráficamente representando las mediciones de campo en un papel doble logarítmico. Obtenida la ecuación de infiltración, es posible despejar el tiempo necesario para que se infiltre la lámina neta.
2.4.2.4. Infiltración promedio, Ip La velocidad de infiltración promedio relaciona la Icum y el tiempo transcurrido desde que comenzó la infiltración. Ip = Ip =
Ip =
Icum t a
( b 1)
; reemplazando se tiene: x t ^ (b+1) x
a
( b 1)
1
t
; simplificando:
xt^b 2.4.2.5.
Infiltración básica, Ib
Según el Soil Conservation Service (SCS) de los EE.UU., la Ib corresponde al valor en que la variación de la velocidad de infiltración respecto al tiempo es menor o igual que el 10 % de su valor. En otras palabras, corresponde al valor en que la variación de la VI respecto al tiempo es prácticamente despreciable. Figura 3: la variación de la VI respecto al tiempo es prácticamente despreciable.
Con fines de diseño es preferible trazar la curva de VI y encontrar VIb en aquel punto de la curva, cuando la pendiente (m) de la tangente a dicho punto sea menor o igual al 10% (punto de inflexión). Analíticamente, el
tiempo al que se logra la Ib se encuentra igualando la derivada de la Ec. de VI con el 10 % de la misma ecuación: d dt d dt
(VI) = - 10 % VI (a t ^ b) = - 0.1 (a t ^ b)
Despejando se obtiene: t = - 10 b Por lo tanto, el tiempo básico se expresa como: tb = - 10 b, horas ó tb = - 600 b, min Como VI = a t b ; entonces, VIb = a tb b Reemplazando: VIb = a( - 600 b ) b , mm / hr; t = min El concepto de VIb y su respectivo valor son muy importantes en la selección de aspersores, microaspersores, goteros y otros elementos de emisión del riego presurizado. Así por ejemplo, existe el criterio de que la VIb del suelo debe ser menor o igual que la intensidad de precipitación del equipo de riego seleccionado: VIb <= Ip Para facilidad en la interpretación de los datos medidos de infiltración, el ILRI (1965), presenta los siguientes valores referenciales. Cuadro 3. Infiltración básica según tipo de suelo Tipo de suelo Ib, mm/hr Arenoso grueso
25 a 60
Arenoso fino
18 a 25
Franco arenoso
14 a 18
Franco limoso
10 a 14
Franco arcilloso
7 a 10
Arcillo limoso
4a7
Arcilloso compacto
2a5
Cuadro: 4, Clasificación de la infiltración básica
Clasificación
2.5.
Ib,mm/hr
muy baja
< 2,5
Baja
2,5 a 15
Media
15 a 28
Alta
28 a 53
Muy alta
> 53
Cálculo de la infiltración del agua en el suelo de una tesis realizada en la universidad nacional de Loja:
La medición de la infiltración del agua en el suelo se realizó siguiendo la metodología de los cilindros infiltro metros. Según la clase textural del suelo se obtuvieron los siguientes resultados. Constante de la ecuación de infiltración. Suelo franco (Fo) -
K=1.16 n= 0.52
La ecuación de la lámina infiltrada fue: L = KTn L = 1.16T0.52; L = mm; T = min Derivando esta ecuación, se obtiene la ecuación de la velocidad de infiltración:
De acuerdo con la definición, la infiltración básica es aquella en que corresponde al punto de curva de velocidad de infiltración en que la variación de la velocidad de infiltración es igual a “D”.
D= Pendiente
Llamando tiempo básico (Tb) al tiempo que corresponde a ese valor “D” de la pendiente se tiene:
( ) ( ) Remplazando el valor Tb en la ecuación de VI se tiene que la velocidad de infiltración básica (VIb) es:
De la misma manera se calculó la velocidad de infiltración básica para las demás clases texturales, cuyos resultados fueron los siguientes. Cuadro: Resultados obtenidos de VIb. Para las diferentes clases texturales. Clase textural 1 VIb (mm/hora) Suelo Franco (Fo) 15.3 Suelo franco arcilloso (FoAc) 8.6 Suelo franco arcilloso arenoso 17.3 (FoAcAo)
De acuerdo a la clasificación de Luque y Paolini los valores de velocidad de infiltración básica de 15.3 mm/hr y 17.3 mm/hr. De las clases texturales de suelo (Fo y FoAc respectivamente) se los considera como medios. El valor que corresponde para el suelo (FoAcAo) de 8.6 mm7hr. Se lo interpreta como un valor bajo de velocidad de infiltración.
III. MATERIALES Y MÉTODOS. 3.1.
LOCALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
3.1.1.
Ubicación política
El ensayo de la infiltración del agua en el suelo se realizó en la granja experimental, de la Argelia de la Universidad Nacional de Loja, ubicada a 5 Km al sur de la ciudad de Loja, cantón y provincia de Loja
3.1.2.
Ubicación geográfica:
Geográficamente la granja e xperimental “La Argelia”, se encuentra ubicada en las siguientes coordenadas geográficas:
Latitud sur: Longitud Oeste: Altitud:
3.2.
040147 791140 2100 msnm.
ASPECTOS BIOFÍSICOS
3.2.1.
Clasificación Climática
Según los datos registrados en la estación meteorológica la Argelia, para un registro de 46 años, las condiciones climáticas son las siguientes:
Precipitación anual: 906.9 mm Temperatura media anual: 15,5mm Temperatura máxima: 27,8 C Humedad relativa máxima: 78% Humedad relativa mínima: 72% Humedad relativa media: 74% Velocidad del viento media: 3.1 m/s
3.2.2.
Suelos
El suelo de la estación experimental la Argelia es de textura franca, con un contenido de arcilla superior a 23% de reacción fuertemente ácida, con un contenido de materia orgánica que se ubica en el rango medio. La relación carbono/nitrógeno(C/N), es regular= 11,2 y el contenido de fósforo aprovechable muy bajo. La capacidad de intercambio catiónico
(CIC), se ubica en el rango bajo, siendo el magnesio el catión dominante; el potasio intercambiable es alto y la acidez intercambiable alcanza el valor de 1,5 me/100 g.
3.3.
-
3.4.
MATERIALES
3.3.1. Materiales de campo. estructuras de aforo balde calibrado Bomba de 5 Hp sifones o tubos rectos de PVC Cinta métrica Clinómetro hoja de registro "surco infiltrometro" 3.3.2. Materiales de oficina. Computador (uso del programa AutoCAD) Material bibliográfico Cámara fotográfica o de celular. Calculadora
Procedimiento con el método del surco infiltrómetro (método tradicional).
Para realizar la determinación de la infiltración en este método se deberá:
Seleccionamos 3 surcos bien definidos, contiguos y uniformes las mismas que fueron limpiadas y preparadas.
Con un clinómetro se determinó la pendiente de los surcos en el cual se realizó la práctica.
Se procedió a medir la longitud y el ancho de los surcos, además de plantar estacas cada 5 metros.
Para determinar el area y el perímetro, se midió en el campo utilizando un nivel y la cinta
Se procedió,a colocar la bomba, para extraer el agua atra vés de tubos de pvc, hacia el lugar de la práctica.
Se niveló el aforador utilizando un nivel de ingeniero.
Se realizó un surco principal para la distribución del agua hacia los surcos secundarios, (surcos utilizados para la prueba de infiltración).
Se colocó los aforadores, al principio y al final de los surcos, asegurandolos de tal manera que el agua que pase por ellos no se disperse
Al momento de entrar el agua al surco seleccionado, se registra la hora. Además, se debe dejar escurrir el agua en los surcos vecinos con el propósito de uniformar el perfil de humedecimiento. También, es necesario tratar de mantener constante el caudal de entrada, razón por la cual es aconsejable derivar el agua mediante sifones o tubos rectos, manteniendo constante la carga o altura de agua en el canal de aducción. los tiempos los tomamos cada 5 minutos y terminamos, cuando el agua llegó al final del surco.
Y finalmente se tomo los tiempos cuando el agua desaparecia o se infiltraba, terminando así con nuestra práctica de infiltración.
3.5.
Metodología para el cálculo del balance de volúmenes (método de los 2 puntos)
Se presenta la metodología de los dos puntos, la cual fue desarrollada por Eliot y Walker (1982). Es una metodología simple que consiste en anotar el tiempo en que el agua llega a la mitad y al final del surco y medir el área de conducción de esos tiempos. Primero se debe seleccionar tres surcos contiguos de largo L (30m) en el terreno previamente seleccionado, cuidando que no haya materiales extraños que obstaculicen el normal escurrimiento del agua. Excavar en el extremo superior del surco cavidades donde colocar un balde para medir volumétricamente el caudal de entrada al surco, o bien aforar utilizando algunos de los métodos ya descritos anteriormente. Medir la sección del surco al inicio del surco y a la distancia L/2 y L/4, tal como se indica en la Figura 7. De este modo, durante el riego, sólo será necesario medir la profundidad del agua para determinar la sección conductora de agua.
Las ecuaciones a utilizar son la siguientes :
Ia = A * T B En dónde : -
Ia = infiltración de agua en el surco, en m3/min/m de largo de surco. A = constante de infiltración acumulada B = exponente de infiltración acumulada T = tiempo que debe permanecer el agua en el surco para que se infiltre un volumen Ia.
Para obtener A, se utiliza :
En donde TL es el tiempo que demora el agua en recorrer la distancia L del surco.
= V L / L - As , L En dónde : -
VL = volumen de agua aplicado al surco, cuando ésta ha recorrido la distancia L, en m3; As= Área promedio conductora de agua, obtenida a partir de la semi-suma del área en la cabecera y área medida a la distancia L/2, cuando el agua ha recorrido una distancia L, en m²
r = ln 0.5 / [ln((T L/2) / TL] En dónde : -
TL/2 = tiemo de demora el agua en recorrer la distancia L/2, en minutos y TL = tiempo que demora el agua en recorrer la distancia L B = [ln (/ )] / {ln[T L/(TL/2)]} = (V L/2 ) / (L/2) - As L/2 ,
En dónde : -
VL/2 = volumen de agua aplicado al surco, cuando ésta ha recorrido la distancia L/2, en m3; As = área promedio conductora de agua, obtenida a partir de la semi-suma del área en la cabecera y área medida a la distancia L/4, cuando el agua ha recorrido una distancia L/2 en m²
Nota : En surcos con pendientes mayores al 0.5%, sólo es necesario medir la sección conductora en la cabecera del surco y multiplicar por 0.8 para obtener As a L y As a L/2.
Así, As a L/2 y As a L = 0,8 * área en cabecera
IV.
4.1.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
Ecuaciones de infiltración; método tradicional
Según el método tradicional los resultados son los siguientes: Tramo del surco Pendiente promedia Caudal utilizado Espaciamiento
30 m 1% 0,50 l/s 0.5 m
4.1.1 Ecuación de descarga del aforador
Carga de agua (H) cm = 5.4cm Caudal de entrada l/s = 0.5 l/s
4.1.2 Ecuación caudal máximo no erosivo El caudal de entrega por surco depende de la pendiente y textura del suelo, el mismo que se calcula con la siguiente relación empírica:
Donde Q máx = caudal máximo no erosivo C= 0,57 para suelos arenosos C= 0.63 para suelos francos C= 0,96 para suelos arenosos El caudal máximo no erosivo para nuestra práctica, presenta después del análisis físico del suelo como textura franca por lo cual se ha escogido el coeficiente igual a 0.63 que pertenece a los suelos francos.
4.1.3 Determinación de la carga hidráulica del aforador
El valor obtenido de la carga hidráulica del aforador es de 5.4 cm. Cuadro 1. Registro de datos de campo y procesamiento de la información obtenida
Estac 1 t=min Inicio 0 14.81 15.5 16.36 17.42 18.8 20.51 23.95 31.19 47.26
Estac 2 t=min 0 0.48 0.69 0.86 1.06 1.38 1.71 3.44 7.24 16.07
Tpo rom 7.65 8.10 8.61 9.24 10.09 11.11 13.70 19.22 31.67
Fig.1 Curva de velocidad de infiltración
Qe ls 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
Qs ls 0.0072 0.013 0.021 0.025 0.04 0.051 0.085 0.13 0.18
Qi ls 0.493 0.487 0.479 0.475 0.460 0.449 0.415 0.370 0.320
VI mm/h 118.3 116.88 114.96 114 110.4 107.76 99.6 88.8 76.8
Velocidad de Infiltración 140 y = 226.17x -0.313 R² = 0.9967
120 100
) h / m m ( i V
80
Velocidad de Infiltración
60 Power (Velocidad de Infiltración)
40 20 0 0.00
10.00
20.00
30.00
Tiempo (min)
VI= 226.17 t-0.313, mm/h; t=min
Donde; A= 3.77 B=-0,313
4.1.4 Tiempo base Tb =-10B en horas Tb = -10 (-0,313) Tb= 3,13 horas
Tb= -600b, en min Tb= -600(-0,31)= 186 min
4.1.5 Velocidad de infiltración básica. De VI = atb se obtiene VIb = a (tb) b VIb = a (-600b) b mm/hr; t=min
40.00
VIb = 226, 17 (-600*-0,31)-0.313 mm/hr; t=min VIb = 226.17 (186)-0.31= 44.76 mm/h La VIB obtenido es de 44,76 mm/hr correspondiente a la clasificación textural de un suelo Ao Go (está comprendido entre 25 a 60 mm/hr) y la capacidad de infiltración básica se clasificó como alta (entre los valores de 28 a 53 mm/hr).
4.1.6 Velocidad de infiltración ajustada
Dónde: P= perímetro mojado W= espaciamiento entre surcos VI= velocidad de infiltración
VIa= 0.48*44.76mm/h VIa= 21.48 mm/h 4.1.7 Infiltracion acumulada
Integrando la ecuación de VI, se obtiene
.
Para el tiempo de 4.24 min Icum = 5.49 (4.24) 0.687 Icum = 14.8 mm Este es el valor de infiltración acumulada a la 4.24 min.
Para el tiempo de 14.33min Icum = 5.49 (14.33)0.687 Icum = 39.19 mm; t=min Este es el valor de infiltración a las 14.33 min.
4.1.8 Coeficiente de ajuste
Icum (aj)= Icum* P/w P = perímetro mojado del surco, m W = espaciamiento entres surcos, m Icum (aj) = 5.49 t 0,687 x 0.24m/0.5m. Icum(aj) = 2.63t0.687, mm; t= min. Icum(aj)= 2.63(4.24)0.687, mm; t=min Icum (aj)= 7.1 mm, t=min
4.2.
Ecuaciones de infiltración método de los 2 puntos
Largo del surco Pendiente Caudal utilizado Caudal de entrada al surco Area de la sección conductora en la cabecera Tiempo que demora el agua en llegar a L/2 Tiempo que demora el agua en llegar a L
= 30 m =1% = 0,50 l/s = 0.03 m3/min = 0.0021 m² = 4.24 min = 14.33 min
Las ecuaciones a utilizar son las siguientes: 4.2.1.
Ia =A*TB
Ia=Infiltración acumulada A=Constante de infiltración acumulada B=Exponente de infiltración acumulada T=Tiempo que debe permanecer el agua en el surco.
4.2.2. α= VL/L-As α=0.43m3/30 m-0.00168 m2 α=0.014 m2
Dónde: VL=Volumen de agua aplicada en el surco cuando a recorrido la distancia L L=Longitud total del surco As=Área promedia conductora de agua
4.2.3. Cálculo de r r=Ln0.5/Ln(TL/2)/TL r=Ln 0.5/Ln (4.24 min)/(14.33 min) r= 0.57
Dónde: TL=Tiempo de demora del agua en recorrer la distancia L TL/2=Tiempo que demora en recorres la mitad del surco
4.2.4. Cálculo de VL/2 VL/2 = 0,03m3/min*4,24= 0.1272
4.2.5. Calculo de β:
β= (VL/2)/(L/2)-As β=0.1272 m3/15 m-0.00168 m2 β= 0.0086 m2
4.2.6. Calculo de B B= (Ln (α/β))/ (Ln(TL/TL/2)) B=0.49/1.22 B=0.40
4.2.7. Calculo de A A=α*(B+1)*(r+1)/ (B+r -r*B+1)(TL)B
A= 0.014 m2*(0.40+1)*(0.57+1)/(0.40+0.57-0.57*0.40+1)(14.33)0.40 A=0.0033292/5.052 A= 0.006089m3/m minB
4.2.8. Infiltración Acumulada Ia = A*TB m3/min/m, para el tiempo de 4.24min Ia= 0.006089*T0.40 Ia= 0.006089*4.240.40 Ia= 0.0108 m3/m
Ia = A*TB m3/min/m, para el tiempo de 14.33min Ia=0.006089*14.330.40 Ia=0.018 m3/m Para un tiempo de 53 min se ha infiltrado 0.0298 m3 en un metro de longitud.
Ia = A*TB m3/min/m, para el tiempo de 53 min Ia=0.006089*530.40
Ia=0.0298 m3/m Para convertir dicho volumen a la altura de agua se debe conocer el espaciamiento promedio entre los surcos: W= 0.5m
4.2.9. Ia= Hr+E Hr= altura de agua infiltrada o altura de agua a reponer E= espaciamiento entre surcos
4.2.10.
Hr= Ia/E
Hr= 0.0298m3/m/0.5m2 Hr= 0.0596m= 59.6mm de altura infiltrada Fig.2 Representación gráfica de la infiltración acumulada del agua en el suelo
Infiltración Acumulada ) n i m / m / 3 m ( n e m u l ó V
Tiempo min
4.3.
Método del Avance
Este método es muy simple y la calidad de los resultados obtenidos son adecuados. Al entregar un flujo constante de agua a un surco, parte del agua que avanza por el surco se infiltra y la otra queda en la superficie del surco. La velocidad de infiltración puede ser evaluada si se conocen, en cualquier momento, el volumen de agua aplicada y el volumen almecenado en la superficie del surco.
Con los datos obtenidos en el surco; Cuadro 3. Registro tiempo de infiltración y procesamiento de la información
Estación (m)
Tpo parcial min
0 5 10 15 20 25 30
0 0,32 1,25 2,67 3,23 3,67 3,19 Tpo de avance
Tpo Acum min 0 0,32 1,57 4,24 7,47 11,14 14,33 15 min
Tpo recesión min 0 0,97 1,83 2,95 4,9 6,62 Tpo de recesión
Tpo Acum min 0 0,97 2,8 5,75 10,65 17,27 17,27 18 min
Parámetro X Dista. tiempo(min) recorrida 0,32 5 1,46 10 3,86 15 9 20 12,39 25 15,5 30 Cuadro 4. Infiltración básica según el tipo de suelo
TIPO DE SUELO Ib, mm/h Arenoso grueso 25 a 60 Arenoso fino 18 a 25 Franco arenoso 14 a 18 Franco limoso 10 a 14 Franco arcilloso 7 a 10 Arcillo limoso 4a7 Arcillo compacto 2a4 La VIb = 43,9 mm/hr de acuerdo al cuadro 1 corresponde a un tipo de suelo arenoso grueso importante en el manejo del sistema de riego, para la selección de aspersores, micro aspersores, goteros y otros elementos de riego presurizado.
Cuadro 4. Clasificación de la infiltración básica
CLASIFICACIÓN Muy baja Baja Media Alta Muy alta
Ib, mm/h < 2.5 2.5 a 15 15 a 28 28 a 53 >53
Según el cuadro 4. La Vib obtenida pertenece a una clasificación infiltración básica alta. VIb = 43,9 mm/hr
Breve discusión de la importancia de la velocidad de infiltración en el suelo: Dadas las características del riego por surcos, sólo una parte del terreno está en contacto con el agua; así, la infiltración se produce a través del perímetro húmedo del surco. Por tanto, la infiltración total de agua en el suelo depende tanto del perímetro húmedo, como de las características hidráulicas del surco. Otros aspectos importantes a considerar son el contenido de humedad del suelo, que hace variar la velocidad de infiltración y el número de riegos dados en el surco. Esto último, porque la rugosidad, forma del surco y otras características hidráulicas cambian conforme aumentan los riegos dados. La forma de medir infiltración en surcos, de entrada-salida. Consiste, básicamente, en determinar las diferencias entre el caudal de entrada y salida en un surco, y su variación en el tiempo.
V. 5.1.
Conclusiones:
A través del método tradicional constatamos que; la carga de agua fue de 5.4cm, mientras que el caudal de entrada fue de 0.5 l/s. y se trabajó con un caudal de entrada al surco de, 0.03 m3/min, dándonos como resultado los valor correspondientes en la metodología tratada anteriormente El tipo de suelo que se obtubo de acuerdo a los calculos es franco- arenoso. El volumen de agua infiltrado por metro de largo de surco al tiempo T, dio como resultado: Ia= 0.0073 m³ m / min B * T 0.47 minB. Entonces, cuando el agua ha estado en promedio en un punto del surco, para un tiempo de 70 minutos, se ha infiltrado 0.0516 m 3 en un metro de largo. La calibración del vertedero de garganta se obtuvo el valor de: La VI (Velocidad de Infiltración), dio como resultado VI= 44.37 mm/hora de acuerdo al anexo 3, la VIb es alta.
5.2.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Recomendaciones:
Los valores a tomarse en el campo deben ser lo más precisos posibles para no obtener resultados erróneos o alterados, posteriormente en los trabajos de gabinete. Una vez obtenido los datos en el campo, tratar de ordenar cada uno de estos datos para poder procesarlos en los programas que se nos impartió en clases Tomar en cuenta que para obtener datos más reales se debe realizar la práctica, al menos unas tres veces repitiendo la misma metodología y teniendo en cuenta no alterar los registros. Se debe disponer de todos los materiales necesarios para realizar la práctica y no exista ninguna dificultad en el proceso de su realización. Tomar en cuenta que, la VIb es importante en el manejo del sistema de riego, para la selección de aspersores, microaspersores, goteros y otros elementos de riego presurizado, por lo tanto realizar los cálculos con mucho cuidado capaz de no alterarlos.
VI.
BIBLIOGRAFIA.
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VII.
ANEXOS.
Anexo 1: tabla de valores comparativo con los de la práctica
Anexo 2: cuadro comparativo de la infiltración básica, según el tipo de suelo. TIPO DE SUELO Arenoso grueso Arenoso fino Franco arenoso Franco limoso Franco arcilloso Arcillo limoso Arcillo compacto
Ib, mm/h 25 a 60 18 a 25 14 a 18 10 a 14 7 a 10 4a7 2a4