FACULTAD DE INGENIERÍA AGRÍCOLA Escuela Profesional de Ingeniería Agrícola
DISEÑO DE SISTEMAS DE RIEGO I
ING. LORENZO GABRIEL CIEZA CORONEL
MAMANI NINA Geder Alex
OCTAVO
PUNO – PERÚ
2014
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL MÉTODO DEL “CILINDRO INFILTRÓMETRO” ............................................................................................. INFILTRÓMETRO” ............................................................................................. 3 I.
INTRODUCCIÓN........................... .............. .......................... .......................... .......................... .......................... .................... ....... 3
II. OBJETIVOS .......................... ............ .......................... ......................... .......................... ........................... ........................... ............... .. 3 III.
MARCO TEÓRICO........................... TEÓRICO.............. .......................... ........................... ........................... .......................... ............. 3
3.1. INFILTRACIÓN ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 3 IV.
MATERIALES Y HERRAMIENTAS UTILIZADOS .......................... ............. .................... ....... 6
V. PROCEDIMIENTO .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ........................... .................. .... 7 5.1. INSTALACIÓN DE LOS CILINDROS: ......................... ............ .......................... ...................... ......... 7 5.2. LLENADO DE LOS CILINDROS:........................... ............. ........................... .......................... ............... .. 7 5.3. CÁLCULO DE REGISTRO DE DATOS: .......................... ............. .......................... .................. ..... 8 VI.
CÁLCULOS Y RESULTADOS: .......................... ............. .......................... .......................... ...................... ......... 8
VII.
CONCLUSIONES:................................. CONCLUSIONES:.................... .......................... .......................... .......................... .................... ....... 18
VIII. BIBLIOGRAFIA .......................... ............. .......................... .......................... .......................... .......................... .................. ..... 18
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL MÉTODO DEL “CILINDRO INFILTRÓMETRO”
I.
INTRODUCCIÓN
II. OBJETIVOS
Aplicación del método de los cilindros infiltrómetros para determinar la infiltración en un terreno.
Determinar la velocidad de infiltración instantánea y acumulada del suelo problema.
III. MARCO TEÓRICO 3.1. INFILTRACIÓN Para (Vaquez Villanueva, 1983), la infiltración puede ser definida como la entrada vertical (gravitacional) del agua en el perfil del suelo (Tarjuelo, 2008), nos indica que, se entiende como tal al proceso de entrada de agua en el suelo, teniendo gran importancia durante la ejecución del riego. También para Vásquez Villanueva, los factores que afectan la velocidad de infiltración son:
Características físicas del suelo
Carga hidrostática usada en la prueba
Contenido de materia orgánica y carbonatos
Características de humedad del suelo
Método de riego y manejo del agua
Acción microbiana en el suelo
Temperatura del suelo y del agua
Prácticas culturales realizadas
Otros de menor significancia
3.1.1. Infiltración Instantánea Para (Vaquez Villanueva, 1983), también es llamada, simplemente, como velocidad de infiltración. Puede ser definida como la velocidad de entrada vertical del agua en el perfil del suelo, cuando la superficie del terreno se cubre con una lámina delgada de agua.
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
El siguiente modelo exponencial, que describe la velocidad de infiltración en un punto cualquiera, fue propuesto por Kostiakov en 1932: ……………………………………(1) Donde: I=Velocidad de infiltración, expresada en mm/hora, cm/hora. To=Tiempo de oportunidad (tiempo de contacto del agua en el suelo) expresado en minutos u horas a=Coeficiente que representa la velocidad de infiltración para To=1min b=exponente que varía entre 0 y -1
3.1.2. Infiltración Acumulada o Lamina Infiltrada Acumulada Integrando la ecuación (1) entre los limites 0 y t, se obtiene la función de la infiltración acumulada. ∫ ∫
…………………………… (2)
Resolviendo y simplificando la ecuación (2), se tiene: …………………………….. (3) Dónde:
y
3.1.3. Velocidad de Infiltración Básica Llamada también infiltración básica, es el valor instantáneo cuando la velocidad de infiltración es menor o igual que el 10% de su valor. El tiempo en que se logra la velocidad de infiltración básica, se encuentra igualando la derivada de la ecuación (1) con el 0.1 de la misma ecuación, es decir: ……………………….. (4) Entonces:
Si ; luego, resolviendo o despejando T b en la ecuación anterior se obtiene:
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
……………. en horas ……………………. (5) ………
en minutos ……………………… (6)
Reemplazando T b en la ecuación (1) por sus valores obtenidos en las ecuaciones (5) y (6) donde , se obtiene la tasa de la velocidad de infiltración básica:
, para Tb en horas , para Tb en minutos 3.1.4. Velocidad de Infiltración Promedio Llamada también infiltración promedio, es la relación entre la infiltración acumulada o lámina infiltrada acumulada (I acum), y el tiempo acumulado (T o).
…………………………. (7)
Reemplazando la función I acum en la expresión anterior, se tiene:
Simplificando la ecuación anterior, resulta:
………………………… (8)
La representación en una escala normal de la variación de la lámina infiltrada acumulada y de la velocidad de infiltración instantánea se muestra en la Figura 1.
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
Figura N° 1. Variación de la Lámina Infiltrada y la Velocidad de Infiltración Instantánea en función del tiempo de oportunidad
3.1.5. Métodos de Determinación de la Velocidad de Infiltración La determinación de la velocidad de la infiltración puede hacerse a través de los siguientes métodos:
Método del cilindro infiltrómetro Método de surco
IV. MATERIALES Y HERRAMIENTAS UTILIZADOS a) Selección y descripción del lugar: Las pruebas deben hacerse en lugares representativos del terreno del cual se quiere conocer las características de infiltración. A si mismo se determinara la textura, estructura (densidad aparente y contenido de humedad del suelo, anotando si el suelo ha sido cultivado, cosechado recientemente, tipo de cultivo, presencia de castras, presencia de piedras, etc. b) Materiales
Juego de cilindros infiltrometros de acero 0 fierro galvanizado de 2 mm de espesor, de 30 y 40 cm de diámetro de los cilindros de interior y exterior respectivamente y de 40 cm de altura para los dos cilindros. Tabla de madera Regla graduada o flexómetro
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
Cronometro Combo Lamina de plástico Balde tiza Hoja de registro.
V. PROCEDIMIENTO Una vez elegido el lugar donde se efectuaran las pruebas, se procede los siguientes pasos: 5.1. INSTALACIÓN DE LOS CILINDROS:
Introducir el cilindro exterior en el lugar seleccionado mediante el uso de un combo, golpeando la tabla de madera que se halla colocado sobre el cilindro. El cilindro se debe introducir hasta unos 15 cm aproximadamente, luego se introduce el cilindro interior.
La introducción de los cilindros de efectuarse verticalmente a fin de evitar que su altura significativamente la condición de la superficie del suelo. Una vez instalado los cilindros se remueve con cuidado el suelo que se encuentra adyacente a las paredes de estos y se coloca la regla graduada, fijándola adecuadamente en la parte externa del cilindro interior.
Luego se extiende la lámina de plástico sobre la superficie del suelo del cilindro interior.
5.2. LLENADO DE LOS CILINDROS:
Una vez colocado el plástico en el cilindro interior, se procede a su llenado con agua, aproximadamente una lámina de 10 cm de agua.
El agua debe ser aplicada primero al cilindro exterior, e inmediata entre el cilindro interior, siendo preferible que simultáneamente sean llenados los dos cilindros, se produce a retirar el platico del cilindro interior para iniciar inmediatamente las lecturas de la carga de agua que se infiltre.
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
El agua entre los cilindros es para tratar de anular la infiltración lateral que se puede representarse en el cilindro interior. El nivel de agua en el cilindro interior y exterior debe ser aproximadamente el mismo nivel de agua.
Retirado el plástico del cilindro, se procede a efectuar las lecturas del nivel de agua en el cilindro interior. Dicho nivel se medirá con el flexo metro o regla graduada previamente.
Las mediciones normalmente se continuaran con un intervalo de tiempo determinado siendo al inicio estos intervalos de 1, 5, 10, 15, 20 minutos aproximadamente hasta finalmente cumpla con las pruebas.
En los cilindro el nivel de agua no de estar menos de 5 cm, se procede a llenar nuevamente procurando alcanzar el mismo nivel de inicio. Esta operación debe ser hecha rápidamente, para lo cual se debe efectuar una lectura antes e inmediatamente después del llenado a fin de que el tiempo transcurrido en esta operación sea considerado cero. La duración de la prueba no debe ser menor de 2 horas en suelos de textura muy gruesa.
5.3. CÁLCULO DE REGISTRO DE DATOS:
Los datos de campo se anotaran en los cuadros de registro datos de la guía de prácticas.
En base a los datos de campo tomados se procede el llenado del cuadro de registro.
Anotar las lecturas del agua infiltrada observando la regla.
Desde punto de riego, la velocidad de infiltración alrededor de 2 horas de iniciado
la medición
(velocidad de infiltración va
por esta razón se
recomienda realizar las lecturas en los tiempos que se muestra en el cuadro de registro que anoto.
VI. CÁLCULOS Y RESULTADOS:
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
PRUEBA DE INFILTRACION CAMPO
:
UNA-PUNO
OBSERVADOR
: G E D E R M A M A N I N IN A
FECHA
:
27/07/2012
N° DE PRUEBA
:
METODO
:
cilindros infiltrometros
TEXTURA
:
:
campo recién cosechado
OBCERVA CION ES
LECTURA
TIEMPO DE OPORTUNIDAD(min)
HORA
valo de mediAcumulado
LAMINA INFILTRADA(cm)
1
VEL.INFILTACION (cm/hr)
Lectura (cm)
Parcial
Acumulado
Instantáneo
Promedio
1
16:00
0
0
0.00
0
0
0
0
2
16:01
1
1
19.94
0.38
0.38
22.86
22.86
3
16:02
1
2
18.92
1.02
1.40
60.96
41.91
4
16:03
1
3
18.16
0.76
2.16
45.72
43.18
5
16:04
1
4
17.65
0.51
2.67
30.48
30.48
6
16:05
1
5
17.02
0.64
3.30
38.10
39.62
7
16:07
2
7
15.88
1.14
4.45
34.29
38.74
8
16:09
2
9
15.37
0.51
4.95
15.24
35.38
9
16:11
2
11
14.48
0.89
5.84
26.67
34.29
10
16:18
5
16
18.36
1.96
7.80
23.47
33.09
11
16:23
5
21
16.38
1.98
9.78
23.77
32.16
12
16:28
5
26
14.61
1.78
11.56
21.34
31.17
13
16:38
10
36
11.43
3.18
14.73
19.05
30.16
14
16:48
10
46
8.76
2.67
17.40
16.00
29.07
15
16:58
10
56
6.10
2.67
20.07
16.00
28.14
16
17:13
15
71
16.64
3.68
23.75
14.73
27.25
17
17:28
15
86
16.56
0.08
23.83
0.30
25.56
18
17:43
15
101
16.56
0.05
23.88
0.20
24.07
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
CALCULO DE LA FUNCION DE LA LAMINA DE INFILTRACION ACUMULADA Tiempo de oportunid ad Acum.(mi n)-(To)
Lamina infiltrada log(To)=X log(Icum)=Y Acum.(cm )-(Icum)
X.Y
X^2
Y^2
1
0.38
0
0
0
0
0
2
1.40
0.3010
0.1452
0.0437
0.0906
0.0211
3
2.16
0.4771
0.3343
0.1595
0.2276
0.1117
4
2.67
0.6021
0.4260
0.2565
0.3625
0.1815
5
3.30
0.6990
0.5188
0.3626
0.4886
0.2691
7
4.45
0.8451
0.6479
0.5475
0.7142
0.4197
9
4.95
0.9542
0.6949
0.6631
0.9106
0.4828
11
5.84
1.0414
0.7666
0.7983
1.0845
0.5876
16
7.80
1.2041
0.8920
1.0740
1.4499
0.7956
21
9.78
1.3222
0.9903
1.3094
1.7483
0.9807
26
11.56
1.4150
1.0628
1.5039
2.0021
1.1296
36
14.73
1.5563
1.1683
1.8182
2.4221
1.3648
46
17.40
1.6628
1.2405
2.0627
2.7648
1.5389
56
20.07
1.7482
1.3025
2.2769
3.0562
1.6964
71
23.75
1.8513
1.3756
2.5467
3.4272
1.8924
86
23.83
1.9345
1.3770
2.6639
3.7423
1.8962
101
23.88
2.0043
1.3780
2.7619
4.0173
1.8988
19.6186
13.9015
20.8487
28.5086
15.4427
SUMA
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN INSTANTANEA Velocidad de oportunidad infiltración Acum.(min)- instantánea Tiempo de
(To)
X=log * To
Y=log *I
X*Y
X^2
Y^2
(cm/hora)
1
22.86
0
1.3591
0.0000
0.0000
1.8471
2
60.96
0.3010
1.7850
0.5374
0.0906
3.1864
3
45.72
0.4771
1.6601
0.7921
0.2276
2.7560
4
30.48
0.6021
1.4840
0.8935
0.3625
2.2023
5
38.1
0.6990
1.5809
1.1050
0.4886
2.4993
7
34.29
0.8451
1.5352
1.2974
0.7142
2.3567
9
15.24
0.9542
1.1830
1.1289
0.9106
1.3995
11
26.67
1.0414
1.4260
1.4850
1.0845
2.0335
16
23.4696
1.2041
1.3705
1.6503
1.4499
1.8783
21
23.7744
1.3222
1.3761
1.8195
1.7483
1.8937
26
21.336
1.4150
1.3291
1.8807
2.0021
1.7665
36
19.05
1.5563
1.2799
1.9919
2.4221
1.6381
46
16.002
1.6628
1.2042
2.0023
2.7648
1.4500
56
16.002
1.7482
1.2042
2.1051
3.0562
1.4500
71
14.732
1.8513
1.1683
2.1628
3.4272
1.3648
86
0.3048
1.9345
-0.5160
-0.9982
3.7423
0.2662
101
0.2032
2.0043
-0.6921
-1.3871
4.0173
0.4790
19.6186
19.7375
18.4663
28.5086
30.4675
SUMA
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
a) Calculo de los parámetros de la funcion de la lámina infiltrada acumulada
Dado el modelo:
El cálculo de l os parámetros se hace mediante la técnica de l os mínimos cuadrados y para lo cual se utili zan las siguientes relaciones:
Donde:
B= 0.8190 El parámetro A, se calcula mediante la relación:
Donde:
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
Entonces:
-0.12740435
Como se sabe que:
Luego:
A= 0.7458
Finalmente, la ecuacion queda definida por:
Para conocer el grado de confiabilidad del modelo hallado, se calcula su coeficiente de determinacion (R^2), mediante la relación:
De la ecuación se obtiene:
0.9659
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
Esto significa que el 96.59% de la variacion de la lámina infiltrada acumulada es explicada por el tiempo y el modelo e s altamente confiable. b) Calculo de los parámetros de la f unción de la velocidad de infi ltración Dado el modelo:
Reemplazamos datos en la siguiente ecuación:
b=
- 0.7347
Para el parámetro A usamos: Donde:
Entonces:
2.0089
Como se sabe que: Luego:
a= 102.0724
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
Finalmente, la ecuacion queda definida por:
Otro método para hallar la velocidad de infiltración es derivando la funcion de la infiltración acumulada:
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
METODO GRÁFICO:
INFILTRACIÓN ACUMULADA 100.00
m u c a I , A D10.00 A L U M U C ) A m 1.00 c A ( D A R T L I F 0.10 N I A N I M A L 0.01 0.01
y = 0.7458x0.819 R² = 0.9659
0.1
1
10
TIEMPO DE OPORTUNIDAD ACUMULADO (To)
100
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
INFILTRACIÓN INSTANTÁNEA 1000
N ) O a I r C o A h 100 R / T m L I ( F c I N I , E A D E N D A A T D N 10 I C A T O S L N E I V
y = 102.07x-0.735 R² = 0.4195
1 0.1
1
10
100
TIEMPO DE OPORTUNIDAD ACUMULADO (To )
1000
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
VII. CONCLUSIONES:
la medición de la lámina de agua infiltrada es sucesivo al intervalo al tiempo.
La velocidad de infiltración es alta en los inicios de la prueba, posteriormente, disminuye. Por otra parte, la altura de agua que se ha infiltrado desde el comienzo que se aplica agua (Infiltración acumulada). La infiltración acumulada es la suma de las alturas de agua que se han infiltrado desde el comienzo de la medición y la velocidad de infiltración se obtiene al calcular en dimensiones de velocidad la altura de agua infiltrada en un cierto intervalo de tiempo.
VIII.
BIBLIOGRAFIA
1. Tarjuelo, J. M. (2008). El Riego por aspersion y su tecnológia. España: Mundi - Prensa. 2. Vaquez Villanueva, A. (1983). Principios Basicos del Riego. Lima: UNALM.
IX. ANEXOS 9.1. PANEL FOTOGRÁFICO
FOTO N° 1: Instalación de los cilindros infiltrómetros
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
FOTO N° 2: Vista previa al llenado de agua a los dos cilindros
FOTO N° 3: Lectura del nivel del agua en los cilindros
PRUEBA DE INFILTRACIÓN MEDIANTE EL METODO DEL “CILINDRO INFILTROMETRO”
FOTO N° 4: Desinstalación de los cilindros infiltrómetros
FOTO N° 5: Limpieza de los cilindros infiltrómetros
