UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA CENTRO UNIVERSITARIO DEL NORTE TECNICO EN PRODUCCION AGRICOLA Curso: Manejo del Agua de Riego Docente: Ing. Ángel Arce Canahuí Auxiliar: T.U. Rony Cárcamo
PRACTICA DE LABORATORIO. No.3 DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACIÓN A TRAVES METODO DEL INFILTROMETRO DE DOBLE CILINDRO Y DEL CILINDRO DE PORCHET NOMBRE: NESTOR MANUEL GOMEZ SIERRA
CARNE: 201345801
WILLIAM ESTUARDO PEC MORALES
201340353
FREDY MARIO AGUILAR MURRILLO
201346614
SIGRID CHARLOTTE FRAATZ LEAL
201341280
16 de agosto del 2016, Cobán Alta Verapaz
INTRODUCCIÓN El suelo se encuentra constantemente en contacto con el agua. En un suelo que se encuentra saturado, los poros poseen el espacio ocupado por agua. Si en un determinado momento ocurre una precipitación o un riego prolongado, suele observarse que llega el momento en el cual el agua suele saturar el suelo y éste posee una capacidad de almacenar y retener agua, pero todo exceso de agua drena y se percola por el efecto de la fuerza de gravedad que se ejerce sobre el agua. El suelo se encuentra en capacidad de campo, cuando el contenido de agua después que se satura un suelo al transcurrir un período de 2 a 3 días. Toda el agua que percola, que se infiltra por la fuerza de gravedad es el agua gravitacional y tiende a escurrir hacia cuerpos de agua subterráneos, Un suelo que está saturado de agua, los poros tienen abundante agua, en suelos que se encuentran a capacidad de campo los macroporos se encuentran llenos de aire y los microporos se encuentran llenos de agua, siendo retenida en contra de la fuerza de gravedad. Interesa conocer la capacidad de infiltración de un suelo para evaluar la cantidad de agua infiltrada por una lluvia en particular (Intensidad de precipitación vs I) en un lote cultivado, o la infiltración promedio de una zona determinada. Asociando la infiltración con los datos del perfil hídrico de la zona enraizable, puede estimarse el consumo de agua de los cultivos, por un lado, y la cantidad de agua que recargará el acuífero, por el otro. Aquí se desprende otra importante aplicación que resulta del conocimiento certero de la capacidad de infiltración. . .
OBJETIVOS General Participar en el proceso de enseñanza- aprendizaje en la práctica de determinación de la velocidad de infiltración a través del infiltrometro de doble cilindro y del cilindro de porchet. Específicos Comprender el proceso de infiltración del agua a través del suelo Ejercitar métodos de campo para determinar la capacidad de infiltración. Calcular los parámetros de la curva con diferentes métodos de ajuste. Utilizar las aplicaciones agronómicas y tecnológicas más importantes de la infiltración acumulada, velocidad de infiltración e infiltración básica.
MARCO TEÓRICO
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. 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. El proceso de entrada del agua en el suelo se denomina infiltración y la tasa a la cual ésta ingresa es función del tipo de suelo (suelos arenosos tienen mayor tasa que suelos arcillosos), del contenido de agua y su condición física (agregación y estabilidad de agregados). Esta última variable es muy sensible al manejo del suelo, por lo que la tasa de infiltración suele considerarse como indicador de la calidad del suelo1.
Figura 1. Evolución de la tasa de infiltración.
3.2 Método de doble cilindro 1 Edafología Agrícola. Parámetros de agua del suelo. http://www.mdp.edu.ar/agrarias/grado/717_Edafologia/archivos/EA_TP_6_Infilt racion.pdf
Este método es considerado como el más versátil y el más adecuado para diseñar, operar y evaluar sistemas de riego de inundación total y aspersión. Consiste en un juego de dos cilindros de acero cuyas dimensiones son de aproximadamente 50 cm de alto y de 30 y 45 cm respectivamente de diámetro. Grosor de 2mm, la parte superior es reforzada con una tira de hierro soldada alrededor del cilindro2.
Figura 2. Método de doble cilindro
3.3 Método de Porchet También llamado “Método del pozo del nivel variable”, consiste en excavar en la tierra un orificio cilíndrico de profundidad y radio constante, en el cual se mide el descenso del nivel de agua dentro del pozo en función del tiempo 3.
Figura 3. Método de Porchet.
2 Jorge E. Sandoval Illescas. PRINCIPIOS DE RIEGO Y DRENAJE. Pg.31 3 Patricio Eduardo Puga Lagos. Estudio del coeficiente de permeabilidad en arenas. http://www.civil.ucsc.cl/investigacion/memorias/2012PatricioPuga.pdf.
METODOLOGÍA Materiales y equipo
Juego de cilindros Pala metálica Libreta de apuntes Calculadora Machete Mazo Cronómetro Nylon Cubetas plásticas Regla de 30cm
Procedimiento Método de Porchet 1. Se preparó un área asignada para la realización de la práctica, limpiando el terreno y nivelándolo. 2. Se realizó un agujero de 35 centímetros de profundidad y 30 centímetros de diámetro. 3. Se colocó una regla graduada alrededor de la pared del agujero con forma cilíndrica así como un nylon en el fondo del mismo. 4. Con una cubeta plástica se agregó agua hasta un nivel determinado e inmediatamente se quitó el nylon para así tomar al mismo tiempo la lectura de la lámina de agua, utilizando una varilla metálica con la regla graduada de 30 centímetros. 5. Se realizaron lecturas de los niveles de lámina de agua en períodos de tiempo: 1.3.5.10.20.30 y 60 minutos, con el objetivo de registrar los datos para obtener la infiltración.
6. Se repusieron los niveles de agua constantemente para poder llevar el registro de los niveles consumidos de lámina de agua. Método de doble cilindro cilindro 1. Se realizó una prevé explicación de las actividades a ejecutar en la práctica así como la importancia de la misma. 2. Se introdujo el cilindro de diámetro pequeño (30cms) sobre una superficie previamente limpia de malezas y preparada para la práctica, posteriormente se golpeó con un mazo introduciéndolo aproximadamente a 10 cms de profundidad. 3. Se colocó el segundo cilindro de diámetro mayor (50 cms), e igualmente se golpeó con el mazo y se introdujo aproximadamente a 10 centímetros de profundidad. 4. Se colocó en el fondo del cilindro menor el nylon y en el perímetro interno del cilindro mayor una regla graduada de 30 centímetros para la lectura de datos. 5. Se vertió agua con una cubeta plástica sobre el cilindro menor e inmediatamente se sacó el nylon y se tomó la lectura con una varilla metálica del nivel inicia de agua (altura de agua). 6. En períodos de 1, 3, 5, 10, 20 30 y 60 minutos se realizaron mediciones de la altura de la lámina de agua así como se repuso el agua infiltrada en períodos de tiempos necesarios para la toma de datos.
I.
RESULTADOS
Cuadro 1
Infiltración: Utilizando el método de doble cilindro Intervalo
Tiempo acumulado
Lectur a
Infiltración
Infiltración
cm
Diferenci a de lectura cm
Minutos
minutos
cm/min
Cm/hora
-
-
18,3
-
-
-
1
1
16,1
2,20
2,2
132
1
2
15,15
0,95
0,95
57
1
3
14,7
0,45
0,45
27
3
6
13,7
1,00
0,333333333
19.9998
3
9
12,9
0,80
0,27
16.2
3
12
12,2
0,70
0,23
13.8
5
17
11,2
1,00
0,20
12
8
25
17,7
-
-
-
10
35
15,8
1,90
0,19
11.4
15
50
18,7
-
-
-
30
80
14
4,70
0,16
9.6
18
98
16,3
-
-
-
60
158
10
6,30
0,105
6.3
Fuente: Elaboración propia. Año 2016.
Velocidad de infiltración 140 120 100 80
Infiltración
60 40 20 0 1
2
3
6
9
12
Fuente: Elaboración propia. Año 2016.
17
35
80 158
Velocidad de infiltración 6 5 4 3 2 1 0
Velocidad de infiltración
Fuente. Elaboración propia. Año 2016.
∑ ln I =∑ LnK + n ∑ lnT ∑ ln I =5 ∑ LnK +n ∑ lnT 18.00=5 ∑ LnK +5.78 n 11.64=5 ∑ LnK +18.31 n
18.00=5 ∑ LnK +5.78 n - 11.64=−5 ∑ LnK −18.31 n 6.36=−12.53 n n
¿
6.36 =−0.5075 −12.53
lnK =
−5.78 (−0.5075 )+ 18 5
lnK =4.18667 e lnk
=K
e
4.18667
=65.8033 I =65.80 T
z=
−0.5075
K T 0.4925 n+1 x (60)
65.80(10)0.4925 z= =6.92 cm 0.4925 x (60)
Z= lámina total infiltrada (cm) T= tiempo necesario para que se infiltre la lámina z(minutos) 10 ( 0.4925 ) x 60 t= 65.80
(
)
1 0.4925
= 21.112 minutos
Infiltración básica Ib=K (−600)n −0.5075
Ib=65.80(−600 X (−0.5075)) Ib=3.6124 cm/hr
Cuadro 2 Infiltración: Utilizando el método de Porchet Hora
Intervalo
Lectura
minutos
Tiempo acumulado minutos
cm
Diferencia de lectura cm
Inicio 11:06
-
-
20,3
-
11:07
1
1
16,9
3,4
11:08
1
2
15
1,9
11:09
1
3
14
1
11:11
3
6
11,5
2,5
11:14
3
9
9,4
2,1
11:19
5
14
6
3,4
11:24
5
19
3,3
2,7
11:27
3
22
18,2
-
11:37
10
32
13,3
4,9
11:47
10
42
8,9
4,4
12:07
20
62
2
6,9
12:10
3
65
15
-
12:40
30
95
7,1
7,9
12:43
3
98
15,3
-
13:43
60
158
1,5
13,8
13:45
2
160
16
-
Fuente: Elaboración propia. Año 2016.
Velocidad de infiltración 250 200 Velocidad de infiltración
150 100 50 0 0
50
100
150
Fuente: Elaboración propia. Año 2016.
200
250
Velocidad de infiltración 6 5 4
Velocidad de infiltración
3 2 1 0 0
1
2
3
4
5
6
Fuente: Elaboración propia. Año 2016.
Para ello necesitamos valores del tiempo acumulado, que no varíen mucho y que sea cuando ya ha transcurrido un considerable período de tiempo desde el inició de las mediciones para obtener una velocidad de infiltración casi constante.
I=
2 h1 +r r X ln 2( t 2−t 1 ) 2 h2 +r
(
)
Dónde: I= Velocidad de infiltración t= tiempo acumulado en minutos desde el inicio de las lecturas t1= tiempo menor acumulado como referencia t2= tiempo mayor acumulado como referencia h1= altura de la lámina de agua en el tiempo mayor de lectura h2= altura de lámina de agua en el tiempo menor de lectura
I=
30 2 X 7.1+30 X ln X 60=4.17 cm/hr 2 X 1.5+30 2( 158−95)
(
)
DISCUSIÓN DE RESULTADOS Lowery Et. Al (1996) citado por Álvarez define que a la infiltración como el proceso por el cual el agua penetra por la superficie del suelo y llega hasta los horizontes internos. La velocidad con la que el agua se infiltra en el suelo o tasa de infiltración, es función del tipo de suelo y de propiedades físicas como textura y estructura, del laboreo del terreno, del estado de compactación de la superficie del suelo, del contenido de humedad del suelo, de la presencia de burbujas de aire atrapadas en el perfil del suelo que dificultan la penetración del agua y de la salinidad del suelo y del agua. Es importante destacar que el contenido de agua inicial en el suelo al comienzo del proceso de infiltración, influye en la capacidad del suelo para llevar el agua al interior de los poros pequeños. Utilizando el método de doble cilindro se determinó que la infiltración básica fue de 3.6124 cm/hora. Esta tasa de infiltración básica no difiere
significativamente de la determinada por el método de Porchet donde se obtuvo una infiltración de 4.17cm/hora, con una diferencia 0.55cm/hora. Esta diferencia puede deberse a que ambos métodos de determinación de la infiltración se realizaron en diferentes días (7 días de diferencia), dónde probablemente las condiciones de humedad pudieron variar con las precipitaciones que se presentaron antes de realizar las mediciones de láminas de agua infiltrada. El suelo pudo contener mayor contenido de humedad al momento de realizar el método de Porchet. Sin embargo se presentan valores que no diffieren significativamente del valor. La media de la velocidad de infiltración con ambos métodos fue de 3.8912 cm/hora. Al inicio las láminas de agua que se infiltran son mayores, pero conforme a la saturación de los espacios porosos del suelo, los mismos tienden a contener y retener partículas de agua y con ello la tasa de infiltración suele disminuir a tal punto donde suele haber una variación menor al 10% llegándose a una “infiltración básica”, que se origina cuando la velocidad de infiltración no suele variar y tiende a mantenerse constante. El método de doble cilindro se considera como el más adecuado y versátil para el diseño de sistemas de riego por inundación y por aspersión. Sin embargo suele presentar desventajas con el traslado de los cilindros cuando se recorren distancias muy largas así como se requieren mayores cantidades de agua para reponer las láminas de agua que se infiltran. La velocidad de infiltración varía de acuerdo a varios factores como: humedad del suelo, grado de compactación por el uso agrícola, pendiente de un terreno, contenido de material orgánico y la cobertura vegetal que posea que hace que se retenga mayor cantidad de agua y que no ocasiones problemas de erosión debida al escurrimiento.
El método de Porchet es de utilidad cuando no se cuentan con el juego de los dos cilindros, utiliza menos cantidad de agua, ideal en áreas que no cuentan con suficiente agua disponible, sin embargo presenta la dificultad de hacer una excavación bastante uniforme para no hacer varias los resultados.
CONCUSIONES
La determinación de la velocidad de infiltración nos permite conocer el suelo que deseamos trabajar con fines de diseño de sistemas de riego, para la aplicación de láminas de agua, frecuencias de riego para hacer uso eficiente y sostenible
del recurso agua y suelo para eficientar la
productividad agrícola.
Se determinó que la velocidad de infiltración básica con el método de doble cilindro fue de 3.6124cm/hr, obteniéndose el modelo de: I= 65.80 T 0.5075
. Con el método de Porchet fue de 4.17cm/hr.
La diferencia de la velocidad de infiltración empleando los dos métodos fue de 0.55 cm/hr, que probablemente se debió a los distintos días en que se realizaron las prácticas, cuando se presentaron precipitaciones y con ello mayores contenidos de humedad en el suelo.
RECOMENDACIONES
Al momento de realizar el agujero que emplea el método de Porchet es aconsejable extraer el suelo con una pala de jardinero para no ocasionar desprendimientos de suelo que alteren las mediciones iniciales del agujero.
Es aconsejable revisar que el nylon colocado en el fondo de los cilindros (doble cilindro y Porchet) no contenga orificios que ocasionen la fuga de agua para que no varíe la toma de datos.
Es necesario reponer constantemente las láminas de agua que se infiltran para no ocasionar problemas con la ejecución de la práctica y la alteración de datos.
BIBLIOGRAFÍA
Álvarez, A. Et. Al. Tendencias observadas en el estudio de curvas de infiltración de
suelos.
http://ingenierosdeminas.org/documentos/03-Metodos%20
matematicos%20en%20geoquimica-1.pdf (14 de agosto de 2016).
Cano García, Adan. Manual de prácticas de la materia de Edafología. http://www.utselva.edu.mx/pai/8/7/25.1.pdf. (14 de agosto de 2016). Puga Lagos, Patricio. Estudio experimental del coeficiente de permeabilidad en arenas.http://www.civil.ucsc.cl/investigacion/memorias/2012PatricioPuga. pdf (14 de agosto de 2016). Jordán López, Antonio. Manual de Edafología. http://libnet.unse.edu.ar / 1bi/ba/cefaya/cdig/000005.pdf. (14 de agosto de 2016). Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Agropecuarias. http://agro.unc.edu.ar/~ceryol/documentos/ecofisiologia/GUIA_AGUA.pdf( 14 de agosto de 2016). Sandoval Illescas, Jorge. PRINCIPIOS DE RIEGO Y DRENAJE. Editorial USAC. 1989. Pg. 31
ANEXOS
Fotografía 3
Fotografía 4
Reemplazo de agua
Método de doble cilindro
